市场背景


  粉尘是指悬浮在空气中的固体微粒,是保持地球温度的主要因素之一,大气中过多或过少的粉尘都将对环境产生灾难性的影响。颗粒状粉尘、烟尘向大气排放所造成的污染已成为一个十分突出的问题。已有研究表明,大气中的可吸入颗粒物对人体健康和生态环境有很大的影响。我国空气质量超标的城市中68%都存在可吸入颗粒物的问题。

  建设更多的环境监测站点需要巨大的资金投入,成本太高。云创自主研发的粉尘监测预警云平台,其中的粉尘监测云节点只要往路灯、电线杆上一挂即可完成部署,依靠太阳能供电,用精度相对较高的进口传感器采集数据,通过无线传输系统将采集到的数据实时传送到部署了数据立方云计算数据库的数据中心。在云计算平台上,整个城市的空气污染状况可以实时精确呈现,对于污染过程可以动态跟踪,还具有向公众通过各种终端查询身边粉尘情况的能力。粉尘监测预警云平台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,提升政府形象。



产品简介


  云创自主研发的粉尘监测预警云平台环境数据采集设备采用先进的传感器、低功耗ARM技术和网络通讯技术相结合,具有数据存储功能,可提供方便的数据查询方式,通过无线传输系统及时上传环境监测数据。粉尘监测预警云平台数据采集监测设备可以用太阳能供电,也可外接交流电供电方式。多种供电方式可以保证设备的正常运行。同时方便设备的安装部署。

  粉尘监测预警云平台架构云计算海量数据处理平台,存储海量数据,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,同时具有预警功能,可以防患于未然。



粉尘监测云节点正面图


图1 粉尘监测云节点正面图

  粉尘云监测云节点需用到先进的粉尘传感器。通过无线传输发送到粉尘监测预警云平台。可以进行大规模应用推广。


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


  目前城市市环境监测站的监测设备部署在离地面高度20m-25m之间,粉尘监测预警云平台环境监测设备可部署在需要测试的具体地点,设备小巧,部署方式灵活,不受环境限制。



粉尘监测预警云平台监控界面


  该平台基于云计算和云存储的WEB网页监控界面,可支持各类终端访问,详见下图:



粉尘监测预警云平台监控界面



图2 粉尘监测预警云平台监控界面


技术架构


1、总体架构


  本系统主要有粉尘监测云节点、无线传输系统、粉尘质量监测平台、粉尘质量预警系统。利用到云存储系统、 Jobkeeper分布式调度、分布式数据立方等高精尖的技术。

  在本次云监控平台建设中,分布式文件系统属于基础平台支撑层,以用于数据集中存储和共享,实现对数据的统一管理和高效应用;分布式数据立方属于分布式数据库层,用于结构化和非结构化数据的高性能访问;分布式计算和Hive则基于云存储进行大规模的高性能的并发计算和数据的挖掘。详见下图。



粉尘监测预警云平台系统架构


图3 粉尘监测预警云平台系统架构

  终端设备粉尘监测预警云平台采集的粉尘特征参数通过GPRS等无线方式传送到数据接入服务 ,通过粉尘监测预警云平台的智能分析处理,将实时的预警信息通过邮件,APP推送,短信提醒等方式发送给行政执法者和一线安全人员,通过粉尘质量监测预警平台与原有手持式粉尘监控仪器共同确认不按照有关法律法规控制粉尘的违法行为,真正做到执法有依据,违法必究的目的。对海量历史和实时数据的智能分析,最终通过web网页、移动终端展示给最终用户,为客户科学分析粉尘浓度趋势,为决策制订和行政执法人员更有效监控和预防粉尘做好信息化技术支持工作。



2、粉尘监测云节点


  粉尘云监测节点是由设备箱、采集模块、主控板、电源和无线通信平台组成。采集模块主要通过气泵、光散射的方法进行粉尘的采集和检测。主控板进行信号解析、算法分析和数据量化后,把数据通过无线通信方式传输到云平台。粉尘监测云节点可以大规模部署,每个节点均可以将采集到的数据传输到云平台进行处理。电源模块主要是通过市电或太阳能供电的方式进行供电,设备内部包含市电接入处理的电源部分和太阳能供电的接入并且和电池形成成套的供电方式。通信模块通过蜂窝网等无线传输方式,无视传输距离的限制,形成独有的物联网接入方式。粉尘监测云节点侧面图详见下图。



粉尘监测云节点侧面图


图4 粉尘监测云节点侧面图

  粉尘监测云节点部署方式比较方便。在城市的不同区域布局并有效使用粉尘监测预警系统,能够比较全面地掌握城市不同区域,在不同时间段、不同气候特点(包括气温、风向、季节)下的粉尘的实时监测数据。对于城市的区域性的粉尘污染可以有针对性的措施进行治理。


  粉尘监测预警云平台环境数据采集设备采用先进的粉尘监测传感器、低功耗ARM技术和网络通讯技术相结合,具有数据存储功能,通过WEB网页或者手机APP等方式提供方便的数据查询方式,通过GSM、3G等无线通讯方式及时上传粉尘质量监测数据。粉尘监测预警云平台数据采集监测设备可以用太阳能供电,也可外接交流电供电方式。多种供电方式可以保证设备的正常运行。



3、无线传输系统


  终端设备粉尘监测云节点的通信主要是通过GPRS进行数据的无线传输。数据在终端设备基于TCP/IP协议,经过GPRS的数据传输,通过移动网络传输数据,利用公网的服务器接受数据,然后将数据入库后,进行数据的处理,最后通过WEB服务器将数据展现出来。具体的数据传输的网络示意图详见下图。



粉尘监测预警云平台通信网络


图5 粉尘监测预警云平台通信网络


4、粉尘质量监测平台


  粉尘监测及预警系统软件平台完全基于B/S结构设计,为管理人员提供完善的操作平台,同时,为其他普通人员定制基于B/S结构的浏览模块。系统通过权限访问,提高系统运行的安全性。系统可实时、准确、高效地监测危险粉尘信息及视频信息等参数,并对数据整编入库、分析处理,形成结果,供决策人员使用。在园区的周围布置大量的监测设备,通过GPRS等方式传输到接入系统后到达粉尘质量监测平台一部分数据直接通过云计算技术的监测技术直接入库,作为粉尘质量数据直接存放起来,为以后环境质量数据,以及后期环境质量的趋势分析做详实准确的数据基础。主要包括粉尘质量数据入库模块,粉尘质量数据分析模块,海量数据分析模块,和原有的视频数据对接模块等组成,同时结合地理信息针对环境污染位置明确责任,建立绩效考核机制,大范围提高环境执法人员的工作能动性。整体的框架图如下图所示。



粉尘质量云监测与预警平台


图6 粉尘质量云监测与预警平台


5、粉尘监测预警平台


  作为手持式粉尘质量监测仪器的有效补充,粉尘质量预警平台承担着更多实时执法提供更多实时全面的有效的信息化支持, 预警系统的运行是根据粉尘感应器监测数据及数据处理平台形成的结果,当数据达到设定报警值时,预警系统会自动启动,决定预警级别及范围。并根据系统设定,启动报警通过邮件,APP推送或者是短信等方式直接发送给行政执法人员和一线安全人员。


  预警级别设置:预警级别根据生产车间监测数据决定,并在监控室同时实现预警,并通过监测数据进行判断是否在厂区车间预警。


  指示报警器级别设置:危险粉尘一级预警、二级预警设置不同是浓度限值和不同的预警模式,一级预警及时提醒,二级预警根源需要进行相应的部署工作。做到主次分明,根据现有的行政执法人员和安全人员,最大化的做好粉尘的安全保护工作。



粉尘监测预警平台


图6 粉尘监测预警平台


优势特性


价格低廉,大规模部署
粉尘质量环境监测设备只有国际通用的几分之一,即可满足粉尘质量浓度监测、数据传输功能,无需国外昂贵的粉尘监测设备,和一线执法人员手持式粉尘监测仪器形成互补,全面实时监控园区每个生产车间的粉尘质量浓度。
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,支持自动容错和动态扩展,具有实时性、高可靠性、可伸缩性、高性价比等特点。

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,实时查询。
采集数据的准确性
采集的数据经过精确的校准,且灵敏度很高,和环保部执法人员的粉尘检测仪的质量数据及趋势接近,数据真实有效。

实时推送通知
通过对系统设置粉尘域阀值,超过该值就第一时间发现粉尘超标的不当行为,实时的通过邮件,App推送,或者短信等形式通知行政执法人员。
数字web展示
通过web或手机终端就可以查看每个生产车间监测点周边,以及整个工业园区的粉尘质量状况。

超强扩容性
粉尘质量浓度监测终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,不需要继续复杂的操作,就可以动态的增加粉尘监测云节点,并能自动组网,具有很强的扩容性。
云存储资源管理系统扩容非常方便,支持不停止服务的情况下,动态加入新的存储节点,无需任何操作,即实现扩容;同时,无需人为干预,也可以摘下任意节点,系统自动缩小规模而不丢失数据,存储在此节点上的数据将会重新备份到其他节点上。
智能管理
提供基于WEB的管理控制平台,所有的管理工作均由数据立方一体机管理模块自动完成,使用人员无需任何专业知识便可以轻松管理整个系统。通过管理平台,可以对数据立方中的所有节点实行实时监控,用户通过监控界面可以清楚地了解到每一个节点的负载、存储和运行情况。


粉尘监测预警云平台的意义


  在工业园区监控中心部署粉尘质量环境监测预警系统,在园区的重点厂区生产车间部署粉尘监测点,准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势,为粉尘质量监控、粉尘浓度预警规划等提供科学依据,并结合生产厂区车间通风、湿度、温度等多种因素进行系统的研究,为保护环境,改善园区生产安全状况的粉尘环境质量改善起到技术支撑作用。


  具体可归纳为:

根据国标的粉尘环境质量标准,评测粉尘环境质量;
及时查找不按照规定严控粉尘的不良行为,第一时间通知执法人员,第一时间处理;
根据粉尘的浓度情况,及时预警提醒生产厂区的一线安全人员,为实现监督管理、控制粉尘浓度提供依据;
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,为研究粉尘容量、实施总量控制、目标管理、预测预报粉尘安全提供数据;
为保护生产车间的员工健康、保护员工生命、切实做到大幅度降低粉尘爆炸的潜在危害、制订生产车间的粉尘控制的法规、标准、规划等服务;


市场应用



应用范围
应用描述
典型用户
生产现场

工矿企业生产现场粉尘浓度的测定,排气口粉尘浓度监测

工矿企业
劳动卫生

疾病预防控制中心和卫生监督所对公共场所可吸入颗粒物浓度的监测与执法

卫生监督所
环保领域

环保监测中心对大气飘尘、大气粉尘的检测,污染源调查等

环保监测中心
公共卫生

工厂需要清洁空气的地方,精密仪器,测试仪器,电子部件,食品,药品等制造工艺的管理

工厂
科研领域

科研机构、高等院校、气象学,公众卫生学,工业劳动卫生工程学,大气污染研究等

科研机构、高等院校等
建筑领域

建筑或爆破的地方的粉尘检测;建筑工地、施工现场粉尘暴露监测

建筑工地、施工现场

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