PM2.5云监测系统前端方案

1 概述

PM2.5云监测方案,是基于PM2.5测试的辅助测试。主要是反映局部区域的相关参考值,从而和宏观上反映城市的整体的空气质量的监测站点的监测方式形成互补。

 

1.1 背景

目前许多城市的环境监测中心站点较少,分布分散,环境监测的数据从宏观上反映城市的整体的空气质量,但是不能从微观上反映局部区域、特定区域的空气质量的好坏,这就需要建设更多的环境监测站点,提供更多的实时的环境监测数据。

国外一套PM2.5环境监测系统价格在10万美金,国产价格在10-50万人民币,价格昂贵。建设更多的环境监测站点需要巨大的资金投入,成本很高。PM2.5云监测系统能够解决资金投入问题,同时满足一定的测量精度,和现有的空气环境自动监测系统形成互补,为环保部门服务。

目前350米以下都有颗粒污染物,污染程度比较严重,加之信息化工作处于低端水平,以及公众对于PM2.5的关注度不断提升,使得PM2.5的监测重要性日益突出。廉价的PM2.5环境监测系统与目前的传统监测站点的监测方式形成互补,满足公众环境需求。

 

1.2 意义

部署廉价的PM2.5环境监测系统,配合城市现有的环境监测站点,准确、及时、反映环境质量现状及发展趋势,为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据,并结合天气状况、城市交通、人口密度、工业产值等元素,进行系统的研究,为保护环境,改善城市的大气环境质量改善起到技术支撑作用。具体可归纳为:
    (1)
根据环境质量标准,评价环境质量。
    (2)
根据污染分布情况,
追踪寻找污染源,为实现监督管理、控制污染提供依据。
    (3)
构建云计算海量数据处理平台,存储本区域海量数据,积累长期监测资料,为研究环境容量、实施总量控制、目标管理、预测预报环境质量提供数据。
    (4)
为保护人类健康、保护环境、合理使用自然资源、制订环境法规、标准、规划等服务。

 

2.设计

 

2.1 系统架构

 

2.1.1总体架构

前端设备采集到相关的信息,通过GPRS进行无线数据传输,在有公网IP的服务器上进行数据接收和初步的处理,然后数据存入数据立方进行存储和计算,并且通过WEB服务器进行数据的很后处理和公布。具体的架构详见图1

1  PM2.5云监控平台架构

         PM2.5前端设备主要是由电源模块、采集模块和通信模块组成,前端内部架构具体详见图1

实际的PM2.5监测设备详见图2

2  前端设备的架构

 

 

3  前端设备实物图

 

 

2.1.2 部署方式

在城市的不同区域布局并有效使用PM2.5的监测系统,从而能够比较掌握城市不同区域,在不同时间段、不同气候特点(包括气温、风向、季节)下的 PM2.5 的实时监测数据。

PM2.5环境监测系统环境数据采集设备采用先进的传感器、低功耗单片机技术和网络通讯技术相结合,可提供方便的数据查询方式,直接通过浏览器可以直接访问测试数据。

目前环境监测站的监测设备一般部署在离地面高度20m-25m之间,而云创存储的PM2.5环境监测系统环境监测设备根据实际的情况来进行部署。设备小巧,部署方式灵活,可以部署在电线杆等公共设施上。详细见图4

 

4  部署在电线杆上前端设备

 


 

2.2 电源部分

供电方式有两种,一种是锂电池和市电互补的供电方式,另一种是太阳能供电供电方式。

 

2.2.1 锂电池供电

锂电池供电方式是基于市电可以提供的情况下进行的。如果部署的PM2.5设备附近有市电,

这样可以方便进行充电。或者是市电和锂电池进行互补方式进行供电。同时进行对电池进行电压监测,检测供电电压是否正常,电源供电是否正常。锂电池是12V电压,50Ah的规格,可以在没有充电或者没有市电互补的情况下持续10*24h的供电。具体的实物见图11

 

 

11  锂电池供电方式的前端设备实物图

 

2.2.2太阳能供电

太阳能供电方式是基于太阳能进行可持续性的充电,从而避免了提供充电或者接入市电的情况。太阳能供电是利用蓄电池和太阳能互补的方式进行供电,通过太阳能控制器来进行互补。在太阳能供电不能满足供电需求的时候,利用蓄电池进行供电。利用20W的太阳能板,在一定的环境中,可以满足设备的供电要求。蓄电池的规格是12V电压,20Ah的规格,在没有太阳能的情况下,可以支持3*24h的无间断供电。该供电方式同时提供电压监测功能。具体的实物详见图12

 

 

 

 

12  太阳能供电方式的前端设备实物图

 

3.特点

1、价格低廉,大规模部署

廉价的PM2.5环境监测设备每个节点只需1万元,即可满足PM2.5监测、数据传输功能,无需国外昂贵的监测设备,和现有的环境监测点形成有利互补,PM2.5数据发布有参考意义。

2、云计算海量数据处理技术

架构云计算海量数据处理平台,采用先进的云计算处理技术,对环境监测的数据入库和关联查询快速响应,支持自动容错和动态扩展,具有实时性、可靠性、可伸缩性、高性价比等特点。

3、扩容性

PM2.5监测前端设备可以根据需求进行增加设备,扩展整个系统的覆盖面积,但是不需要继续复杂的操作,可以动态的增加PM2.5测试的节点,并能自动组网,具有很强的扩容性。

4、实时性

测定速度快,自动化程度高。测试方法决定了测试的实时性,采集时间实现秒级响应,且采集时间可以任意设定,采集的数据实时入库,可实时查询。

5、采集数据的准确性

采集的数据经过校准,且灵敏度很高,和环保部分发布的PM2.5数据及趋势接近,数据真实有效。实时采集的数据和环境监测站发布PM2.5数据对比图详见图13

 

 

 

13  PM2.5数据对比图

 

综合上述,PM2.5环境监测系统架构云计算海量数据处理平台,存储本区域海量数据,积累长期监测资料,为研究环境容量、实施总量控制、目标管理、预测预报环境质量、环境治理提供数据。

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