人工智能在大气环境监测的应用

人工智能在大气环境监测的应用

殷兴华

蒙阴县行政审批服务局 276200

摘要：对大气环境的监测有利于对环境污染的控制，从而保护环境，而利用人工智能进行环境监测，可以提高监测效率、减少监测成本等，因此本文详细介绍人工智能在大气环境监测中的具体应用，从而改善当前大气环境质量等。

关键词：人工智能；大气环境；监测应用

大气环境无论是对人类的生存与发展还是对动植物的生长等都有着非常重大的影响，通过对大气环境的实时监测有利于人们及时的了解到当前的环境状况，进而制定出科学合理的解决措施。

1. 物联网系统的基本构架

人工智能大气环境监测主要由3部分组成，最底下的为感知层（通常也被称作传感层），位于中间位置的为网络层，最顶层的为应用层。感知层的传感器会借助其特殊的拓扑结构进而形成传感器网络，然后将多台设备所采集到的数据信息借助无线通信的方式将其传送到网络层；网络层内包含有众多的网络子节点，进而会形成许多条传输路径，网络层会将由感知层传递的信息进行汇总与整理，待整理完毕后会将有关环境的信息数据传递到应用层；应用层则会对网络层传递的数据进行最后的处理，待数据处理完后会借助交互平台进而会将数据进行最终的呈现。

2. 人工智能在感知层的应用

在当今大气环境监测系统中，感知层通常也会被称为大气环境实时动态监测无线传感网络硬件系统，感知层在整个物联网系统构架中主要的作用便是采集数据信息与传递数据信息，是整个大气监测系统高效运行的基础保障。

1. 传感器的应用

大气污染的具体表象主要有4种，分别为颗粒污染、化学污染、物理污染以及生物污染等，为了有效的控制这4种污染现象，进而现在会对大气中的大气压、甲醛浓度、粉尘含量、温度、烟雾浓度、湿度、甲烷（CH₄）浓度以及一氧化碳（CO）浓度等进行实时监测，从而也会产生相应的传感器，分别为大气压传感器、甲醛传感器、粉尘传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、甲烷（CH₄）传感器以及一氧化碳（CO）传感器等。

1.1温湿度传感器

在整个大气环境监测系统中，温湿度监测是保障其他各项检测内容顺利实施的基础性 监测，因此在对其他各项环境监测数据进行分析之前首先要确保温湿度的监测数据是准确合理的，继而才能对各项数据进行计算与标定等。温湿度监测的基本流程为首先会借助相关设备进行环境温湿度的监测，其中监测湿度的设备为电容体，因为电容体的灵敏度以及抗干扰性能等都相对较高，在进行温度监测的过程中先会利用互补金属氧化物半导体材料的传感器放大电压，然后再利用能量间隙体进行温度的监测。传感器会将接收到的温湿度数据传送到转换器中进行数据的处理，待数据处理完后会将数据传送到通信端口，进而借助相关交互设备进行数据的展现^[1]。

1.2烟雾传感器

烟雾传感器的工作原理是借助烟雾浓度进而对电路进行检测。因为烟雾传感器中自带有信号放大器（AD），因此当烟雾传感器检测出有微弱电压信号时，通常微弱电压信号会被进行放大处理，放大后的微弱电压信号会与烟雾传感器进行引脚相连，进而便可以实现对室内烟雾浓度的采集工作。

1.3光照强度传感器

光照强度的测量工作主要是利用光敏电阻进行测量，测量的原理为通过对电压变化的测量进而测量出光照强度，具体工作方法为将光敏电阻与与另外一个电阻相串联，此电阻的阻值需与在光强变化中光敏电阻的中间阻值相等，进而便可直接进行后续的测量工作。

2. 传感器网络

传感器网络是由感知层内众多的传感器组合而成。每一个传感器的功能都不尽相同，但是又会相互配合，进而共同完成对某一区域的各项环境指标监测，例如悬浮物监测、温湿度监测、大气压监测、有机物监测以及声音监测等。传感器网络的基础结构大多都被广泛部属在所有的监控领域中，每一个基础结构内部微小的传感节点都具有单独无线通信的功能。传感器节点的分布则需要根据所要监测的任务以及周围的基本环境条件等进行考量，而传感器节点同时也会以自组织的方式在整个监控区域内形成分布式的、智能化的网络系统。传感器网络之所以能高效运行，最大的原因是还将嵌入式计算技术、分布式信息处理技术、传感器技术以及无线通信技术等运用其中，进而会将网络层接收到的数据信息传送到应用层，进而方便工作人员及时的对数据进行分析处理等，并制定出切实可行的改善对策。传感器网络节点主要分为4个工作单元，分别为传感单元、处理单元、通信电源以及电源单元等。传感单元主要由2部分组成，分别为模数转换功能的模块以及传感器；处理单元中最主要的便是执行嵌入式系统，而执行嵌入式系统又包含了3部分，分别为中央处理器（CPU，全称为Central Processing Unit / Processor）、嵌入式操作系统以及存储器等；而通信单元主要由各无线通信模块共同组成。

3. 人工智能在网络层的应用

网络层在整个物联网基本构架中最主要的作用便是及时的将网络层数据信息处理并传递到应用层，进而促使数据信息可以及时得到展现。网络层是由众多的网络节点组成的，其连接方式是按照拓扑结构进行相互连接的。

在网络层中，各通信子网络节点会相互组合、相互连接等，进而会形成众多的传输路径。当各网络节点接收到数据信息后，首先会选择较为合适的信息传输路径，此过程通常也会被称为路由选择，路由选择的确定方法在专业上被称为路由算法^[16-20]。在选择路由算法的过程中通常需要考虑以下5点因素，（1）通信子网的选用方式，常见的方式有虚电路方式以及数据报方式2种；（2）路由选择的策略主要有静态与动态2种，则需要根据实际情况进行选择；（3）在路由算法中通常有最优路径以及最短路径，继而需要根据其性能指标进行选择；（4）路由算法中有集中式和分布式2种分布方法，需要选择其一用于此次的路由选择；（5）最后还要重点考量网络信息的出处^[2]。

4. 人工智能在应用层的运用

应用层是整个物联网基本构架中的终极层，应用层的主要作用是及时的计算并处理感知层所传递的数据，进而以人们所需要的方式将环境监测的各项数据进行呈现，从而可以达成人们对大气环境实时监测的目的，人们以监测到的环境数据信息为主要资料并对此制定出切实可行的改善措施或预防措施等。应用层在整个大气环境监测系统中所承担的工作主要有2点，其中一点是对所接收到的数据及时的进行处理，并将最终数据进行妥善保管，进而方便后期的数据呈现；另一点是科学合理的应用数据，将处理后的数据与相关产业进行结合，从而促使产业智能化的高效实现^[3]。

结束语

将人工智能运用到大气环境监测中，可以实现对一定范围内大气环境的基本现状的智能化监测以及实时监测等。感知层会采集大气中的各项环境数据，并利用传感器进行数据的处理与传递等，当数据被传递到网络层后，会对数据信息进行汇整与处理进而再传递到应用层，应用层则会对数据进行最后的分析与处理等，进而将数据呈现在相应的交互平台上，方便人们及时的了解到对应区域的环境状况，进而制定出有效的解决措施。人工智能在大气环境监测中的应用，对于我国来说正处于启蒙阶段，因此我国还应加大对人工智能在大气环境监测的应用研究，并同时借鉴国外的优秀经验等，进而促使人工智能能与大气环境监测进行深入的结合。

参考文献

[1]王振豪,梁爽,李若飞,等.人工智能在大气环境监测的应用研究进展[J].环境与发展，2019，31(08):174-176.

[2]张彦帆,祝涛.大数据在环境执法与监测中的应用创新[J].智能城市，2020，6(6):127-128.

[3]王国庆,李坚,吕耀坤.基于5G的AI传感器在环境监测中的应用研究[J].通信电源技术，2018,35(11):60-61,95.