城市空氣質量無線監(jiān)測方案
我國目前大部分地區(qū)依然采用人工采樣和實驗室分析為主的大氣監(jiān)測手段,這種方式不能及時、準確地監(jiān)測到污染物的實時排放情況,使得環(huán)境管理人員很難在短時間內摸清所有污染區(qū)的實際情況,對各種突發(fā)性污染源及污染現場,也不能做到即時準確的監(jiān)測和處理。
本方案采用無線傳感器網絡來監(jiān)測空氣質量,在城市內選擇一些監(jiān)測點,放置傳感器節(jié)點,并通過GPRS網絡實時的傳輸數據,終端工作人員可以通過監(jiān)控中心對監(jiān)測系統(tǒng)進行管理和配置、發(fā)布監(jiān)測任務或是收集回傳數據。
由前端部分來完成對衛(wèi)生監(jiān)測因子的含量的監(jiān)測與匯總、轉換、傳輸等工作,監(jiān)測因子包括一氧化碳、二氧化碳、溫度、濕度等,這些監(jiān)測因子由前端獨立監(jiān)測儀器使用不同的方法進行測量獲得一個非常準確的測量數據,此結果通過數據處理轉換后經由GPRS數據采集傳輸終端向在線監(jiān)測數據平臺傳輸數據,在線監(jiān)測數據傳輸平臺來實現數據的接收、過濾、存儲、處理、統(tǒng)計分析并提供實時數據查詢等任務,由此三部分使整個系統(tǒng)達到:安全、可靠、準確、實時、全面、快速、高效的將真實的被監(jiān)管單位的公共場所室內環(huán)境衛(wèi)生信息展現在監(jiān)督人員的面前。
系統(tǒng)組成:
1. 數據管理層(監(jiān)控中心)
硬件主要包括:工作站電腦、服務器(電信、移動或聯通固定IP專線);軟件主要包括:操作系統(tǒng)軟件、數據中心軟件、數據庫軟件、城市公共場所空氣質量遠程監(jiān)測系統(tǒng)軟件平臺(采用B/S結構,可以支持在廣域網進行瀏覽查看)、防火墻等。
2. 數據傳輸層(數據通信網絡)
采用運營商2G/3G/4G網絡為數據傳輸媒介,設備采用宏電DTU,系統(tǒng)無需布線構建簡單、快捷、穩(wěn)定;2G/3G/4G無線組網模式具有:數據傳輸速率高、信號覆蓋范圍廣、實時性強、安全性高、運行成本低、維護成本低等特點。
3. 數據采集層(前端硬件設備)
遠程測控成套設備:測控終端;
傳感計量設備:溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、一氧化碳傳感器、PM2.5傳感器、PM10傳感器等。
無線數據傳輸系統(tǒng)可以無縫地與網絡連接,從而保證環(huán)境監(jiān)測人員不受時間和地點的限制。將監(jiān)測控制中心系統(tǒng)裝在筆記本電腦上,可以實現對環(huán)境監(jiān)測子站數據的移動接受和處理;
2. 運行費用低
環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)要求每天24小時運行,高額的通訊費會增大監(jiān)測成本,無線通訊系統(tǒng)只有產生通信流量時才計費,按照用戶數據傳輸流量來計費的方式,計費更加科學合理;而且費用低廉,非常適合在線監(jiān)測的要求;
3. 性能穩(wěn)定
環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)要求數據傳輸穩(wěn)定,不能有數據傳輸延誤和斷傳現象,無線數據傳輸系統(tǒng)激活后,永遠保持在線,不存在掉線問題,同時由于GPRS/EDGE的傳輸速率基本可以保障,極少會出現數據傳輸延誤現象;
4. 安全性強
環(huán)境在線監(jiān)測數據的使用和發(fā)布有嚴格的規(guī)定,在線監(jiān)測數的安全是數據傳輸中必須重視的問題,無線通訊系統(tǒng)在使用前,需要預先設定IP地址,使用時會向預先設定IP地址發(fā)送數據,可以避免他人的惡意獲??;
5. 數據完整
環(huán)境在線監(jiān)測子站分析儀器全天運行得到的監(jiān)測數據的數量較大,同時相關技術規(guī)范也要求每日氣態(tài)污染物不少于18個有效小時平均值,保證數據完整性非常重,不能丟失數據;由于2G/3G/4G通訊系統(tǒng)采用"包交換"方式傳輸數據,將傳輸數據封裝成許多獨立的封包,封包大小可以設定,再依次將這些封包一一傳送出去,有效避免監(jiān)測數據傳輸中丟失的問題。
技術優(yōu)勢:
實用性:城市公共場所地理位置分散,因此采用覆蓋廣泛的2G/3G/4G網絡高信號捕捉,必要是采用高增益天線,可確保網絡的正常運行。
實時性:采用新的通信和軟硬件技術,建立了清晰和合理的系統(tǒng)架構,可以實現多線程的遠程并發(fā)通信,在幾秒時間內,可以讓成百上千臺的測控終端實時傳送到監(jiān)控中心進行集中監(jiān)視和遠程調度,實現故障信息的及時報警。
可擴充性:系統(tǒng)預留接口,可以進行系統(tǒng)或軟硬件模塊的無限擴展,便于長期的升級和維護,延長系統(tǒng)的壽命,通過更新部件,能讓系統(tǒng)一直存在下去,而不至于整個系統(tǒng)癱瘓,造成大量的投資損失。
易維護性:系統(tǒng)可對測控終端執(zhí)行相應的遠程操作命令,包括遠程參數設置,遠程控制、遠程數據抄收、遠程終端復位、遠程測控終端升級等;
前端無線數據采集終端、傳感器等硬件部分。 空氣質量在線監(jiān)測系統(tǒng)將自動控制、網絡通信、計算機(或智能手機)以及GIS 等信息技術引入空氣質量監(jiān)測領域,采用工業(yè)級的宏電無線傳輸模塊組建無線數據傳輸網絡、實現各環(huán)境要素的空氣質量采集、傳輸與監(jiān)測。
宏電GPRS DTU H7220
(1) 多種工作模式選擇(透明和非透明);
(2) 永遠在線;
(3) 支持本地數據激活;
(4) 軟硬件多重看門狗機制;
(5) 內嵌完備的PPP,TCP/IP協(xié)議棧;
(6) 協(xié)議擴展功能;
(7) 內置ppp心跳機制,防止DTU被基站休眠;
(8) 應用層心跳機制,保持應用層穩(wěn)定連接,適時檢測連接狀況;
(9) 可升級固件程序;
(10) 支持中國宏電M2M設備云管理平臺,可進行遠程管理;
(11) 嵌入式處理器,支持高速處理協(xié)議和大量數據;
(12) 設備上電聯網成功率99%;
(13) 穩(wěn)定性:7x24小時;
(14) 設備斷網后自動聯網成功率99%。