市場背景


  粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒,是保持地球溫度的主要因素之一,大氣中過多或過少的粉塵都將對環境產生災難性的影響。顆粒狀粉塵、煙塵向大氣排放所造成的污染已成為一個十分突出的問題。已有研究表明,大氣中的可吸入顆粒物對人體健康和生態環境有很大的影響。我國空氣質量超標的城市中大概68%都存在可吸入顆粒物的問題。

  建設更多的環境監測站點需要巨大的資金投入,成本太高。云創自主研發的粉塵監測預警云平臺,其中的粉塵監測云節點只要往路燈、電線桿上一掛即可完成部署,依靠太陽能供電,用精度相對較高的進口傳感器采集數據,通過無線傳輸系統將采集到的數據實時傳送到部署了數據立方云計算數據庫的數據中心。在云計算平臺上,城市的空氣污染狀況可以實時準確呈現,對于污染過程可以動態跟蹤,還具有向公眾通過各種終端查詢身邊粉塵情況的能力。粉塵監測預警云平臺與目前的傳統監測站點的監測方式形成互補,滿足公眾環境需求。



產品簡介


  云創自主研發的粉塵監測預警云平臺環境數據采集設備采用先進的的傳感器、低功耗ARM技術和網絡通訊技術相結合,具有數據存儲功能,可提供方便的數據查詢方式,通過無線傳輸系統及時上傳環境監測數據。粉塵監測預警云平臺數據采集監測設備可以用太陽能供電,也可外接交流電供電方式。多種供電方式可以保證設備的正常運行。同時方便設備的安裝部署。

  粉塵監測預警云平臺架構云計算海量數據處理平臺,存儲海量數據,積累長期監測資料,為研究環境容量、實施總量控制、目標管理、預測預報環境質量、環境治理提供數據,同時具有預警功能,可以防患于未然。



粉塵監測云節點正面圖


圖1 粉塵監測云節點正面圖

  粉塵云監測云節點需用到先進的粉塵傳感器。通過無線傳輸發送到粉塵監測預警云平臺。可以進行大規模應用推廣。


  在城市的不同區域布局并有效使用粉塵的監測系統,從而能夠掌握城市不同區域,在不同時間段、不同氣候特點(包括氣溫、風向、季節)下的 粉塵 的實時監測數據。


  目前城市市環境監測站的監測設備部署在離地面高度20m-25m之間,粉塵監測預警云平臺環境監測設備可部署在需要測試的具體地點,設備小巧,部署方式靈活,不受環境限制。



粉塵監測預警云平臺監控界面


  該平臺基于云計算和云存儲的WEB網頁監控界面,可支持各類終端訪問,詳見下圖:



粉塵監測預警云平臺監控界面



圖2 粉塵監測預警云平臺監控界面


技術架構


1、總體架構


  本系統主要有粉塵監測云節點、無線傳輸系統、粉塵質量監測平臺、粉塵質量預警系統。利用到云存儲系統、 Jobkeeper分布式調度、分布式數據立方的技術。

  在本次云監控平臺建設中,分布式文件系統屬于基礎平臺支撐層,以用于數據集中存儲和共享,實現對數據的管理和應用;分布式數據立方屬于分布式數據庫層,用于結構化和非結構化數據的訪問;分布式計算和Hive則基于云存儲進行大規模的并發計算和數據的挖掘。詳見下圖。



粉塵監測預警云平臺系統架構


圖3 粉塵監測預警云平臺系統架構

  終端設備粉塵監測預警云平臺采集的粉塵特征參數通過GPRS等無線方式傳送到數據接入服務 ,通過粉塵監測預警云平臺的智能分析處理,將實時的預警信息通過郵件,APP推送,短信提醒等方式發送給行政執法者和一線安全人員,通過粉塵質量監測預警平臺與原有手持式粉塵監控儀器共同確認不按照有關法律法規控制粉塵的違法行為,真正做到執法有依據,違法必究的目的。對海量歷史和實時數據的智能分析,很終通過web網頁、移動終端展示給用戶,為客戶科學分析粉塵濃度趨勢,為決策制訂和行政執法人員有效監控和預防粉塵做好信息化技術支持工作。



2、粉塵監測云節點


  粉塵云監測節點是由設備箱、采集模塊、主控板、電源和無線通信平臺組成。采集模塊主要通過氣泵、光散射的方法進行粉塵的采集和檢測。主控板進行信號解析、算法分析和數據量化后,把數據通過無線通信方式傳輸到云平臺。粉塵監測云節點可以大規模部署,每個節點均可以將采集到的數據傳輸到云平臺進行處理。電源模塊主要是通過市電或太陽能供電的方式進行供電,設備內部包含市電接入處理的電源部分和太陽能供電的接入并且和電池形成成套的供電方式。通信模塊通過蜂窩網等無線傳輸方式,突破傳輸距離的限制,形成特色的物聯網接入方式。粉塵監測云節點側面圖詳見下圖。



粉塵監測云節點側面圖


圖4 粉塵監測云節點側面圖

  粉塵監測云節點部署方式比較方便。在城市的不同區域布局并有效使用粉塵監測預警系統,能夠掌握城市不同區域,在不同時間段、不同氣候特點(包括氣溫、風向、季節)下的粉塵的實時監測數據。對于城市的區域性的粉塵污染可以有針對性的措施進行治理。


  粉塵監測預警云平臺環境數據采集設備采用先進的粉塵監測傳感器、低功耗ARM技術和網絡通訊技術相結合,具有數據存儲功能,通過WEB網頁或者手機APP等方式提供方便的數據查詢方式,通過GSM、3G等無線通訊方式及時上傳粉塵質量監測數據。粉塵監測預警云平臺數據采集監測設備可以用太陽能供電,也可外接交流電供電方式。多種供電方式可以保證設備的正常運行。



3、無線傳輸系統


  終端設備粉塵監測云節點的通信主要是通過GPRS進行數據的無線傳輸。數據在終端設備基于TCP/IP協議,經過GPRS的數據傳輸,通過移動網絡傳輸數據,利用公網的服務器接受數據,然后將數據入庫后,進行數據的處理,再通過WEB服務器將數據展現出來。具體的數據傳輸的網絡示意圖詳見下圖。



粉塵監測預警云平臺通信網絡


圖5 粉塵監測預警云平臺通信網絡


4、粉塵質量監測平臺


  粉塵監測及預警系統軟件平臺完全基于B/S結構設計,為管理人員提供完善的操作平臺,同時,為其他普通人員定制基于B/S結構的瀏覽模塊。系統通過權限訪問,提高系統運行的安全性。系統可實時、準確、高效地監測危險粉塵信息及視頻信息等參數,并對數據整編入庫、分析處理,形成結果,供決策人員使用。在園區的周圍布置大量的監測設備,通過GPRS等方式傳輸到接入系統后到達粉塵質量監測平臺一部分數據直接通過云計算技術的監測技術直接入庫,作為粉塵質量數據直接存放起來,為以后環境質量數據,以及后期環境質量的趨勢分析做詳實準確的數據基礎。主要包括粉塵質量數據入庫模塊,粉塵質量數據分析模塊,海量數據分析模塊,和原有的視頻數據對接模塊等組成,同時結合地理信息針對環境污染位置明確責任,建立績效考核機制,大范圍提高環境執法人員的工作能動性。整體的框架圖如下圖所示。



粉塵質量云監測與預警平臺


圖6 粉塵質量云監測與預警平臺


5、粉塵監測預警平臺


  作為手持式粉塵質量監測儀器的有效補充,粉塵質量預警平臺承擔執法時所需要的信息化支持, 預警系統的運行是根據粉塵感應器監測數據及數據處理平臺形成的結果,當數據達到設定報警值時,預警系統會自動啟動,決定預警級別及范圍。并根據系統設定,啟動報警通過郵件,APP推送或者是短信等方式直接發送給行政執法人員和一線安全人員。


  預警級別設置:預警級別根據生產車間監測數據決定,并在監控室同時實現預警,并通過監測數據進行判斷是否在廠區車間預警。


  指示報警器級別設置:危險粉塵一級預警、二級預警設置不同是濃度限值和不同的預警模式,一級預警及時提醒,二級預警根源需要進行相應的部署工作。做到主次分明,根據現有的行政執法人員和安全人員,做好粉塵的安全保護工作。



粉塵監測預警平臺


圖6 粉塵監測預警平臺


優勢特性


價格低廉,大規模部署
粉塵質量環境監測設備大約是國際同類的幾分之一,即可滿足粉塵質量濃度監測、數據傳輸功能,無需國外昂貴的粉塵監測設備,和一線執法人員手持式粉塵監測儀器形成互補,全面實時監控園區每個生產車間的粉塵質量濃度。
云計算海量數據處理技術
架構云計算海量數據處理平臺,采用先進的云計算處理技術,支持自動容錯和動態擴展,具有實時性、可靠性、可伸縮性、高性價比等特點。

實時性
測定速度快,自動化程度高。測試方法決定了測試的實時性,采集時間實現秒級響應,且采集時間可以任意設定,采集的數據實時入庫,實時查詢。
采集數據的準確性
采集的數據經過校準,且靈敏度很高,和環保部執法人員的粉塵檢測儀的質量數據及趨勢接近,數據真實有效。

實時推送通知
通過對系統設置粉塵域閥值,超過該值就會發現粉塵超標的不當行為,實時的通過郵件,App推送,或者短信等形式通知行政執法人員。
數字web展示
通過web或手機終端就可以查看每個生產車間監測點周邊,以及整個工業園區的粉塵質量狀況。

強擴容性
粉塵質量濃度監測終端設備可以根據需求進行增加設備,擴展整個系統的覆蓋面積,不需要繼續復雜的操作,就可以動態的增加粉塵監測云節點,并能自動組網,具有很強的擴容性。
云存儲資源管理系統擴容非常方便,支持不停止服務的情況下,動態加入新的存儲節點,無需任何操作,即實現擴容;同時,無需人為干預,也可以摘下任意節點,系統自動縮小規模而不丟失數據,存儲在此節點上的數據將會重新備份到其他節點上。
智能管理
提供基于WEB的管理控制平臺,所有的管理工作均由數據立方一體機管理模塊自動完成,使用人員可以輕松管理整個系統。通過管理平臺,可以對數據立方中的節點實行實時監控,用戶通過監控界面可以清楚地了解到每一個節點的負載、存儲和運行情況。


粉塵監測預警云平臺的意義


  在工業園區監控中心部署粉塵質量環境監測預警系統,在園區的重點廠區生產車間部署粉塵監測點,及時地反映環境質量現狀及發展趨勢,為粉塵質量監控、粉塵濃度預警規劃等提供科學依據,并結合生產廠區車間通風、濕度、溫度等多種因素進行系統的研究,為保護環境,改善園區生產安全狀況的粉塵環境質量改善起到技術支撐作用。


  具體可歸納為:

根據國標的粉塵環境質量標準,評測粉塵環境質量;
及時查找不按照規定嚴控粉塵的不良行為, 通知執法人員, 處理;
根據粉塵的濃度情況,及時預警提醒生產廠區的一線安全人員,為實現監督管理、控制粉塵濃度提供依據;
構建云計算海量數據處理平臺,存儲本區域海量數據,積累長期監測資料,為研究粉塵容量、實施總量控制、目標管理、預測預報粉塵安全提供數據;
為保護生產車間的員工健康、保護員工生命、切實做到降低粉塵爆炸的潛在危害、制訂生產車間的粉塵控制的法規、標準、規劃等服務;


市場應用



應用范圍
應用描述
典型用戶
生產現場

工礦企業生產現場粉塵濃度的測定,排氣口粉塵濃度監測

工礦企業
勞動衛生

疾病預防控制中心和衛生監督所對公共場所可吸入顆粒物濃度的監測與執法

衛生監督所
環保領域

環保監測中心對大氣飄塵、大氣粉塵的檢測,污染源調查等

環保監測中心
公共衛生

工廠需要清潔空氣的地方,精密儀器,測試儀器,電子部件,食品,藥品等制造工藝的管理

工廠
科研領域

山东11选5科研機構、高等院校、氣象學,公眾衛生學,工業勞動衛生工程學,大氣污染研究等

科研機構、高等院校等
建筑領域

山东11选5建筑或爆破的地方的粉塵檢測;建筑工地、施工現場粉塵暴露監測

建筑工地、施工現場

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