基于物聯(lián)網(wǎng)的大氣污染(PM10)在線監(jiān)測平臺的設(shè)計(jì)

趙淑君 趙化興

摘要：近年來，我國空氣質(zhì)量急劇下滑，影響著人們?nèi)粘３鲂?，為妥善解決城市大氣污染（PM10）問題，該文研究設(shè)計(jì)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大氣污染（PM10）在線監(jiān)測平臺，建立一套標(biāo)準(zhǔn)化科學(xué)監(jiān)管技術(shù)并向全市進(jìn)行示范推廣，減少大氣污染（PM10）導(dǎo)致的大氣污染，還市民一片藍(lán)天白云。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);大氣污染;PMIO;在線監(jiān)測

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）10-0279-02

1概述

近些年來，伴隨著霧霾重污染和沙塵天氣過程的屢次發(fā)生，政府對空氣質(zhì)量的關(guān)注程度越來越高。細(xì)微的環(huán)境變化會更加廣泛的反映在城市居民的身體健康狀況上?？晌祟w粒物（PM10）被人吸人后，會累積在呼吸系統(tǒng)中，引發(fā)許多疾病。整治可吸人顆粒物的腳步從未停止，但是大氣污染物排放總量仍居高不下，城市中絕大多數(shù)的單位沒有對可吸人顆粒物的（PM10）進(jìn)行有效治理，糟糕的空氣影響的并不只是室外，一些公共場所也彌散著異昧，嚴(yán)重影響人們的日常生活與出行。因此，需要大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，幫助我們準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的了解大氣質(zhì)量。以輝縣市為例，建立建筑工地?fù)P塵（PM10）監(jiān)測示范點(diǎn)10個，主要拆遷工地大氣污染（PM10）監(jiān)測示范點(diǎn)3個，筆者設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的大氣污染（PM10）在線監(jiān)測平臺，對PM10進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對各個監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行自動的連續(xù)監(jiān)測、自動采樣大氣污染數(shù)據(jù)、自動處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且能夠自動地將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，可以為環(huán)保部門提供實(shí)時(shí)可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2系統(tǒng)總體概述

大氣污染（PM10）在線監(jiān)測平臺實(shí)現(xiàn)了對空氣中PM10實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測，系統(tǒng)基于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、自動監(jiān)測和GIS在內(nèi)的多種技術(shù)手段融合的大氣質(zhì)量管理系統(tǒng)。系統(tǒng)是由上位機(jī)和下位機(jī)兩個組成部分。上位機(jī)主要是通過組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)界面的顯示，數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)報(bào)表和數(shù)據(jù)預(yù)警等相關(guān)功能;下位機(jī)主要對監(jiān)測點(diǎn)污染源進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集設(shè)備將采集到的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)送到上位機(jī)，由上位機(jī)做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。大氣污染（PM10）在線監(jiān)測平臺有功能模塊主要由地理信息顯示、監(jiān)控源管理、數(shù)據(jù)綜合查詢、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)維護(hù)等功能。其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

大氣污染（PM10）在線監(jiān)測平臺是由應(yīng)用層、平臺層、傳輸層和感知層4個層次結(jié)構(gòu)，如圖2所示。其中，感知層是感知監(jiān)控污染源現(xiàn)場，由多個傳感器終端節(jié)點(diǎn)來監(jiān)測采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，可以通過固定式監(jiān)測、移動式監(jiān)測和車載式監(jiān)測等多種監(jiān)測方法來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。傳輸層是通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到平臺層數(shù)據(jù)中心。平臺層對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史報(bào)表、數(shù)據(jù)預(yù)警等功能。應(yīng)用層是將平臺層的數(shù)據(jù)通過WEB發(fā)布到信息管理監(jiān)控平臺和移動信息發(fā)布平臺，可以確保用戶無論何時(shí)何地可以實(shí)時(shí)了解到平臺數(shù)據(jù)信息。

3.2地理信息顯示設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中將GIS控件嵌入到組態(tài)軟件中，來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的地理信息顯示。本系統(tǒng)在地理信息界面中將實(shí)時(shí)顯示每一個監(jiān)控點(diǎn)的信息，如：公司基本信息、實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)、報(bào)警閥值設(shè)定和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)。并且可以實(shí)現(xiàn)地圖的放大、縮小、測距、圖層控制等地理信息的控制功能。其中，地理坐標(biāo)和屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法如下：

W/W1=（x-xO）/xl

H/H1=（y-yO）/（H1-y1）

在一個坐標(biāo)系中，地圖中的坐標(biāo)系通常認(rèn)為向右的方向?yàn)閤軸的正方向，向上的方向?yàn)閅軸的正方向，坐標(biāo)原點(diǎn)為地圖的左下角，如圖3所示。而在屏幕上的方向則與地圖上的坐標(biāo)系不同，在屏幕坐標(biāo)系上x軸定義與地圖上的坐標(biāo)系定義是一樣的，都是向右為x軸的正方向，屏幕上坐標(biāo)的Y軸與地圖坐標(biāo)上的Y軸定義不同，屏幕上的Y軸是向下為正方向，而坐標(biāo)原點(diǎn)是在屏幕的左上角，如圖4所示。因此，我們在記錄地理坐標(biāo)信息時(shí)，要先記錄緯度信息，后記錄經(jīng)度信息。

3.3在線監(jiān)測設(shè)計(jì)

在線監(jiān)測設(shè)備模塊包括在線儀器管理、報(bào)警閥值設(shè)定管理、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、大氣自動監(jiān)測和在線監(jiān)測設(shè)備的管理等幾個管理模塊。在線監(jiān)測模塊的主要工作流程如圖5所示。

3.4分析統(tǒng)計(jì)模塊設(shè)計(jì)

分析統(tǒng)計(jì)包括數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)功能等操作。是對監(jiān)測點(diǎn)按照設(shè)定的時(shí)間段、量程、監(jiān)測因子等數(shù)值進(jìn)行詳細(xì)的分析統(tǒng)計(jì)。在該系統(tǒng)中，給用戶提供了多種數(shù)據(jù)分析的方法可以通過圖表分析、表格分析、曲線分析、棒圖分析、餅圖分析。分析統(tǒng)計(jì)模塊的部分代碼如下：

設(shè)定曲線時(shí)間

4結(jié)束語

本系統(tǒng)是集大氣污染監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制和污染報(bào)警處理為一體的綜合管理系統(tǒng)，系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備搭建起對環(huán)境污染源的在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了將采集到的各個分散點(diǎn)的環(huán)境信息傳輸?shù)江h(huán)保局的數(shù)據(jù)監(jiān)測中心，監(jiān)管部門可以隨時(shí)掌控各個污染源的環(huán)境變化情況，彌補(bǔ)了監(jiān)測點(diǎn)多且位置分散，監(jiān)測點(diǎn)無人長期值守等情況，改變了環(huán)境監(jiān)管部門的傳統(tǒng)的人工監(jiān)管方，提高了環(huán)境監(jiān)管部門的工作效率。以基于物聯(lián)網(wǎng)的大氣污染（PM10）測控與治理技術(shù)為核心建立一套標(biāo)準(zhǔn)化科學(xué)監(jiān)管技術(shù)并向全市進(jìn)行示范推廣，減少大氣污染（PM10）導(dǎo)致的大氣污染，還市民一片藍(lán)天白云。