基于树莓派的PM2.5监测系统设计与实现
发布时间：2024-02-23 07:55
PM2.5对人类身体健康危害极大。目前PM2.5浓度的监测主要依靠官方建立的空气质量监测站点,单个站点的建设成本高昂,站点分布不均,无法实现细粒度的PM2.5浓度监测。机器学习技术的应用在我们的实际生活中随处可见。通过设计各种机器学习算法对积累的历史数据进行学习与分析,就能对当前或者未来的事件进行估算,尤其在语音识别、图像识别和推荐系统等领域已经成绩斐然。因此,使用机器学习技术进行PM2.5浓度监测是一项值得深究且具有发展前景的工作。论文首先介绍了研究背景、研究内容、主要工作以及系统中使用到的关键技术。之后对系统进行了需求分析,根据需求分析给出系统整体架构设计、功能模块划分,并描述了各模块的详细设计与实现。论文工作基于参与式感知平台实现,由树莓派、服务器、客户端组成。树莓派负责拍摄图像并上传至服务器。服务器根据图像的EXIF信息爬取对应的气象数据,并使用亮度归一化、图像分割等技术进行图像预处理,提取出与PM2.5浓度相关性高的图像特征。在此基础之上,以图像特征、气象特征作为输入特征数据,调用离线训练形成并适合处理时序数据的LSTM算法模型进行PM2.5浓度数值估算。客户端负责对树莓派进...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究内容
1.3 论文工作
1.3.1 树莓派初始化与图像数据收集
1.3.2 服务器功能模块实现
1.3.3 客户端开发
1.4 论文结构
第二章 相关技术介绍
2.1 服务器开发相关技术介绍
2.1.1 Spring Boot框架
2.1.2 Maven
2.1.3 JSON对象标记
2.2 MQTT内网穿透相关技术介绍
2.3 机器学习相关技术介绍
2.3.1 卷积神经网络
2.3.2 循环神经网络
2.4 Android平台相关技术介绍
2.5 本章小结
第三章 树莓派PM2.5监测系统需求分析
3.1 业务场景描述
3.2 功能需求分析
3.2.1 用户角色分析
3.2.2 树莓派子系统功能需求分析
3.2.3 服务器子系统功能需求分析
3.2.4 客户端子系统功能需求分析
3.3 系统非功能需求分析
3.3.1 稳定性需求
3.3.2 可靠性
3.3.3 易用性需求
3.4 系统运行环境需求
3.5 本章小结
第四章 树莓派PM2.5监测系统功能概要设计
4.1 系统网络架构设计
4.2 系统软件层次架构设计
4.3 树莓派子系统概要设计
4.3.1 树莓派初始化设置模块
4.3.2 图像数据收集模块
4.3.3 MQTT订阅模块
4.4 服务器子系统概要设计
4.4.1 数据爬取模块
4.4.2 PM2.5浓度估算模块
4.4.3 树莓派站点管理模块
4.4.4 MQTT代理模块
4.5 客户端子系统概要设计
4.5.1 树莓派初始化设置模块
4.5.2 树莓派站点管理模块
4.5.3 PM2.5浓度估算模块
4.5.4 基础功能模块
4.5.5 MQTT发布模块
4.6 数据模型设计
4.7 本章小结
第五章 树莓派PM2.5监测系统详细设计与实现
5.1 树莓派子系统详细设计与实现
5.1.1 树莓派初始化设置模块
5.1.2 图像数据收集模块
5.1.3 MQTT订阅模块
5.2 服务器子系统详细设计与实现
5.2.1 数据爬取模块
5.2.2 PM2.5浓度估算模块
5.2.3 树莓派站点管理模块
5.2.4 MQTT代理模块
5.3 客户端子系统详细设计与实现
5.3.1 树莓派初始化设置模块
5.3.2 树莓派站点管理模块
5.3.3 PM2.5浓度估算模块
5.3.4 基础功能模块
5.3.5 MQTT发布模块
5.4 本章小结
第六章 系统功能测试
6.1 白盒测试
6.2 黑盒测试
6.2.1 树莓派功能模块黑盒测试
6.2.2 服务器功能模块黑盒测试
6.2.3 客户端功能模块黑盒测试
6.3本章小结
第七章 总结和展望
7.1 全文总结
7.2 系统应用情况
7.3 未来工作展望
参考文献
致谢
本文编号：3907299
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究内容
1.3 论文工作
1.3.1 树莓派初始化与图像数据收集
1.3.2 服务器功能模块实现
1.3.3 客户端开发
1.4 论文结构
第二章 相关技术介绍
2.1 服务器开发相关技术介绍
2.1.1 Spring Boot框架
2.1.2 Maven
2.1.3 JSON对象标记
2.2 MQTT内网穿透相关技术介绍
2.3 机器学习相关技术介绍
2.3.1 卷积神经网络
2.3.2 循环神经网络
2.4 Android平台相关技术介绍
2.5 本章小结
第三章 树莓派PM2.5监测系统需求分析
3.1 业务场景描述
3.2 功能需求分析
3.2.1 用户角色分析
3.2.2 树莓派子系统功能需求分析
3.2.3 服务器子系统功能需求分析
3.2.4 客户端子系统功能需求分析
3.3 系统非功能需求分析
3.3.1 稳定性需求
3.3.2 可靠性
3.3.3 易用性需求
3.4 系统运行环境需求
3.5 本章小结
第四章 树莓派PM2.5监测系统功能概要设计
4.1 系统网络架构设计
4.2 系统软件层次架构设计
4.3 树莓派子系统概要设计
4.3.1 树莓派初始化设置模块
4.3.2 图像数据收集模块
4.3.3 MQTT订阅模块
4.4 服务器子系统概要设计
4.4.1 数据爬取模块
4.4.2 PM2.5浓度估算模块
4.4.3 树莓派站点管理模块
4.4.4 MQTT代理模块
4.5 客户端子系统概要设计
4.5.1 树莓派初始化设置模块
4.5.2 树莓派站点管理模块
4.5.3 PM2.5浓度估算模块
4.5.4 基础功能模块
4.5.5 MQTT发布模块
4.6 数据模型设计
4.7 本章小结
第五章 树莓派PM2.5监测系统详细设计与实现
5.1 树莓派子系统详细设计与实现
5.1.1 树莓派初始化设置模块
5.1.2 图像数据收集模块
5.1.3 MQTT订阅模块
5.2 服务器子系统详细设计与实现
5.2.1 数据爬取模块
5.2.2 PM2.5浓度估算模块
5.2.3 树莓派站点管理模块
5.2.4 MQTT代理模块
5.3 客户端子系统详细设计与实现
5.3.1 树莓派初始化设置模块
5.3.2 树莓派站点管理模块
5.3.3 PM2.5浓度估算模块
5.3.4 基础功能模块
5.3.5 MQTT发布模块
5.4 本章小结
第六章 系统功能测试
6.1 白盒测试
6.2 黑盒测试
6.2.1 树莓派功能模块黑盒测试
6.2.2 服务器功能模块黑盒测试
6.2.3 客户端功能模块黑盒测试
6.3本章小结
第七章 总结和展望
7.1 全文总结
7.2 系统应用情况
7.3 未来工作展望
参考文献
致谢
本文编号：3907299
本文链接：https://www.wllwen.com/wenshubaike/qiuzhijiqiao/3907299.html
最近更新
教材专著