智慧城市建設(shè)方案5-智慧環(huán)保建設(shè)方案

智慧城市建設(shè)方案第五局部智慧環(huán)保建設(shè)方案目錄智慧環(huán)保云方案 5一、背景及意義 5二、目標(biāo)與內(nèi)容 62.1工程目標(biāo) 62.2主要研發(fā)內(nèi)容 6三、思路與方法 73.1總體技術(shù)路線 7業(yè)務(wù)系統(tǒng)的分析 83.1.2云存儲(chǔ)平臺(tái)搭建 9傳感器數(shù)據(jù)分析與處理 93.2總體技術(shù)架構(gòu) 9四、進(jìn)度安排 11五、成果及效益 12PM2.5云監(jiān)測系統(tǒng)前端方案 131．概述 131.1背景 131.2意義 142．設(shè)計(jì) 152.1系統(tǒng)架構(gòu) 15總體架構(gòu) 15部署方式 172.2傳感器 182.3計(jì)算 202.4采集局部 222.5通信局部 232.6電源局部 24鋰電池供電 24太陽能供電 253．特點(diǎn) 26PM2.5云監(jiān)測系統(tǒng)后端方案 291．概述 291.1背景 291.2意義 312．設(shè)計(jì) 322.1系統(tǒng)架構(gòu) 32總體架構(gòu) 32系統(tǒng)架構(gòu)功能 332.2系統(tǒng)可靠性與擴(kuò)展性 34系統(tǒng)擴(kuò)展性 34系統(tǒng)可靠性 35數(shù)據(jù)查詢與統(tǒng)計(jì)分析子系統(tǒng) 363．特點(diǎn) 38智慧環(huán)保云方案一、背景及意義目前環(huán)保局已經(jīng)擁有包括“陽光政務(wù)系統(tǒng)”、“12369投訴系統(tǒng)”、“排污申報(bào)收費(fèi)系統(tǒng)”、“污染應(yīng)急指揮控制系統(tǒng)”、“機(jī)動(dòng)車排氣監(jiān)測系統(tǒng)”、“污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)”、“環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)”、“危險(xiǎn)固體廢棄物管理系統(tǒng)”、“核與輻射管理系統(tǒng)”在內(nèi)的多套業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可進(jìn)行業(yè)務(wù)審批、意見收集、任務(wù)指派、排污申報(bào)與收費(fèi)等各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能。存在的問題主要是這些系統(tǒng)各自為政，數(shù)據(jù)無法有效共享與集成，導(dǎo)致同類數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)中存在冗余和不一致問題，同時(shí)這些系統(tǒng)間缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理模式，導(dǎo)致數(shù)據(jù)保存不標(biāo)準(zhǔn)、不完整。這些數(shù)據(jù)的冗余、不一致和缺失使得在日常業(yè)務(wù)工作中，雖然各系統(tǒng)能發(fā)揮自己的做用，處理各自業(yè)務(wù)功能，但各系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)無法進(jìn)行有效融合，不能支持全局的數(shù)據(jù)應(yīng)用、處理和分析功能，導(dǎo)致出現(xiàn)明明有數(shù)據(jù)可是卻無法找到，無法使用的局面。通過本次工程研究，一方面利用信息網(wǎng)格技術(shù)，動(dòng)態(tài)集成現(xiàn)有系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，打破各系統(tǒng)間隔膜，解決環(huán)保局范圍內(nèi)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成問題，實(shí)現(xiàn)全局范圍的數(shù)據(jù)共享、分析與使用。另一方面，利用云存儲(chǔ)和云計(jì)算技術(shù)，打造一個(gè)具有高容量、高可維護(hù)性、高性價(jià)比、高容錯(cuò)的云平臺(tái)，支撐海量信息的存儲(chǔ)和處理。二、目標(biāo)與內(nèi)容2.1工程目標(biāo)本次課題的研究目標(biāo)是建立一個(gè)集成環(huán)保局范圍內(nèi)各在用系統(tǒng)的平臺(tái)，該平臺(tái)集成各種環(huán)保相關(guān)的信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、用戶投訴數(shù)據(jù)，以及來至傳感器的各種聲、光、氣、水、溫?cái)?shù)據(jù)。該平臺(tái)能在對(duì)信息進(jìn)行分析處理的情況下，利用網(wǎng)絡(luò)效勞器通過電腦、智能、平板設(shè)備等移動(dòng)終端提供包括企業(yè)信息查詢、污染應(yīng)急指揮控制、污染源在線監(jiān)控等各類效勞，可以形成對(duì)信息的全面掌握、實(shí)時(shí)監(jiān)測、智能分析、歷史積累。2.2主要研發(fā)內(nèi)容〔1〕現(xiàn)有信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成對(duì)在用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行分析，明確需要集成的數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系后，制定一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，然后采用信息網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的抽取與集成?！?〕基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息自動(dòng)采集與分析利用各類傳感器實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測中各種聲、光、氣、水、溫?cái)?shù)據(jù)的自動(dòng)采集，并導(dǎo)入到用的分析系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析?！?〕基于云存儲(chǔ)的中心數(shù)據(jù)庫的建設(shè)在集成業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測信息的根底上建設(shè)一個(gè)基于云存儲(chǔ)的、可擴(kuò)展，具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式的中心數(shù)據(jù)庫，將各業(yè)務(wù)系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)抽取到中心數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)，確保信息的完整和平安可靠?！?〕基于云計(jì)算與語義技術(shù)的環(huán)保數(shù)據(jù)處理和分析方法利用云計(jì)算平臺(tái)的強(qiáng)大處理能力，結(jié)合語義技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和挖掘，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息；〔5〕智慧環(huán)保云平臺(tái)的建立在中心數(shù)據(jù)庫上開發(fā)建立包括企業(yè)信息全壽命管理〔即從企業(yè)登記開始到企業(yè)注銷的全程信息管理〕、數(shù)據(jù)精確分析、處置決策、趨勢分析等在內(nèi)的應(yīng)用，并為其它系統(tǒng)預(yù)留數(shù)據(jù)調(diào)用接口，最終建成一個(gè)涵蓋在用系統(tǒng)數(shù)據(jù)，支持全局信息管理分析與應(yīng)用的“智慧環(huán)保”系統(tǒng)。三、思路與方法3.1總體技術(shù)路線總體技術(shù)路線如圖1所示?？煞譃槿齻€(gè)方面開展。圖SEQ圖\*ARABIC1“智慧環(huán)保云”實(shí)施技術(shù)路線圖業(yè)務(wù)系統(tǒng)的分析〔1〕對(duì)在用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵流程、關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)間邏輯關(guān)系進(jìn)行分析，確定需要集成的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)集成和建立中心數(shù)據(jù)庫做準(zhǔn)備〔2〕利用信息網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行按需提取?！?〕對(duì)來自各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，建立一個(gè)面向環(huán)保系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫。〔4〕將傳感器數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)合，建立中心數(shù)據(jù)庫?！?〕在中心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)支持下，利用云計(jì)算與語義技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為業(yè)務(wù)處理、決策提供信息支持。〔6〕在中心數(shù)據(jù)庫上開發(fā)建立包括企業(yè)信息全壽命管理〔即從企業(yè)登記開始到企業(yè)注銷的全程信息管理〕、數(shù)據(jù)精確分析、處置決策、趨勢分析等在內(nèi)的應(yīng)用，并為其它系統(tǒng)預(yù)留數(shù)據(jù)調(diào)用接口?！?〕完成“智慧環(huán)保云”的部署工作。3.1.2云存儲(chǔ)平臺(tái)搭建通過采購存儲(chǔ)硬件，在現(xiàn)有的云存儲(chǔ)軟件的根底上，搭建一套大容量的云存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于保存業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)已經(jīng)運(yùn)行業(yè)務(wù)處理平臺(tái)。傳感器數(shù)據(jù)分析與處理了解目前在用的傳感器類型，確定信息接收和分析處理的方法，將傳感器數(shù)據(jù)集成進(jìn)系統(tǒng)中。3.2總體技術(shù)架構(gòu)系統(tǒng)包括三個(gè)局部：數(shù)據(jù)層，中心數(shù)據(jù)庫層及應(yīng)用層，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示圖2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)〔1〕數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層有各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的關(guān)鍵性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和各類傳感器采集的數(shù)據(jù)組成，它們?yōu)檎麄€(gè)“智慧環(huán)?！毕到y(tǒng)提供數(shù)據(jù)來源。〔2〕中心數(shù)據(jù)庫層中心數(shù)據(jù)庫層由一個(gè)基于云存儲(chǔ)的綜合數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，在這里對(duì)來至數(shù)據(jù)層的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、處理、集成與管理，確保數(shù)據(jù)的唯一性和確定性，并為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。〔3〕應(yīng)用層應(yīng)用層包含各類基于全局?jǐn)?shù)據(jù)的應(yīng)用，包括：企業(yè)信息的全壽命管理、數(shù)據(jù)的精確分析、城市物量統(tǒng)計(jì)、輔助決策等同時(shí)提供一個(gè)數(shù)據(jù)接口，可為其它系統(tǒng)提供按需的數(shù)據(jù)效勞。四、進(jìn)度安排序號(hào)階段工作內(nèi)容起止日期階段成果形式1可行性調(diào)研階段該階段主要進(jìn)行工程的可行性論證，熟悉現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)、理清各系統(tǒng)間關(guān)系、進(jìn)一步明確“智慧環(huán)?！毕到y(tǒng)應(yīng)具備的功能，同時(shí)進(jìn)行技術(shù)可行性分析。結(jié)合調(diào)研結(jié)果，撰寫工程可行性報(bào)告2業(yè)務(wù)系統(tǒng)分析階段找出關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程和關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，確定需要集成的數(shù)據(jù)、確定數(shù)據(jù)的格式和相互間邏輯關(guān)系完成業(yè)務(wù)系統(tǒng)分析，形成中心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)字典，完成工程的概要設(shè)計(jì)。2傳感器數(shù)據(jù)分析與處理階段理清需要處理的傳感器數(shù)據(jù)、了解數(shù)據(jù)處理方式并將其整合到工程中完成傳感器的數(shù)據(jù)分析工作，針對(duì)每類傳感器數(shù)據(jù)出具分析報(bào)告，包括數(shù)據(jù)類型、采集方式、數(shù)據(jù)保存格式等信息。2云存儲(chǔ)平臺(tái)建設(shè)階段主要進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)與采購，搭建存儲(chǔ)的軟硬件平臺(tái)完成具有海量存儲(chǔ)能力的云存儲(chǔ)平臺(tái)。3數(shù)據(jù)提取與集成階段利用網(wǎng)格技術(shù)，開發(fā)適用與環(huán)保系統(tǒng)的信息集成中間件完成數(shù)據(jù)的集成工作。開發(fā)信息系統(tǒng)中間件軟件4中心數(shù)據(jù)庫的建立結(jié)合存儲(chǔ)硬件平臺(tái)，數(shù)據(jù)字典、傳感器數(shù)據(jù)，建立一套中心數(shù)據(jù)庫，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)統(tǒng)一提取保存在中心數(shù)據(jù)庫中系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫的建立5業(yè)務(wù)處理平臺(tái)建設(shè)階段根據(jù)業(yè)務(wù)需要，開發(fā)基于中心數(shù)據(jù)庫的業(yè)務(wù)處理平臺(tái)，形成包括企業(yè)信息全壽命管理〔即從企業(yè)登記開始到企業(yè)注銷的全程信息管理〕、數(shù)據(jù)精確分析、處置決策、趨勢分析等應(yīng)用在內(nèi)的業(yè)務(wù)處理平臺(tái)研發(fā)一套業(yè)務(wù)處理平臺(tái)6“智慧環(huán)保云”的部署與推廣完成“智慧環(huán)保云”的部署工作，提供工程的詳細(xì)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫字典、用戶手冊(cè)、維護(hù)手冊(cè)。部署系統(tǒng)，提供目的詳細(xì)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫字典、用戶手冊(cè)、維護(hù)手冊(cè)。五、成果及效益預(yù)期成果為是一個(gè)集成各種系統(tǒng)的平臺(tái)，通過網(wǎng)絡(luò)效勞器提供各種信息效勞。集成各種環(huán)保相關(guān)的信息系統(tǒng)，輸入是各種聲、光、氣、水、溫等傳感器的數(shù)據(jù)，各種數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，及用戶投訴數(shù)據(jù)，輸出是各種信息效勞，通過電腦、移動(dòng)終端等提供效勞。可以形成全面掌握、實(shí)時(shí)監(jiān)測、智能分析、歷史積累等能力。依靠云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和信息網(wǎng)格技術(shù)，構(gòu)建“智慧環(huán)保云”，做第一家“說得清”的環(huán)保管理者，依靠先進(jìn)技術(shù)提升管理水平，在全國做出優(yōu)質(zhì)示范。全面掌握：對(duì)各種來源數(shù)據(jù)進(jìn)行會(huì)聚，原來散落在不同系統(tǒng)、描述不同內(nèi)容的局部數(shù)據(jù)發(fā)揮整體作用。精確分析：可以以某個(gè)企業(yè)、某個(gè)區(qū)域、某個(gè)時(shí)段等作為分析對(duì)象，依靠數(shù)據(jù)的相互印證和補(bǔ)充而實(shí)現(xiàn)精確分析。及時(shí)預(yù)警：各種物聯(lián)網(wǎng)傳感器、接入系統(tǒng)和人工測量的結(jié)果的自動(dòng)綜合可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)境危險(xiǎn)信號(hào)，將危險(xiǎn)消滅在萌芽狀態(tài)中。長效管理：依靠云計(jì)算平臺(tái)的海量存儲(chǔ)能力，不斷積累歷史數(shù)據(jù)，可以對(duì)監(jiān)測對(duì)象和整體環(huán)境趨勢進(jìn)行長期的跟蹤和分析。PM2.5云監(jiān)測系統(tǒng)前端方案1．概述南京云創(chuàng)存儲(chǔ)的PM2.5云監(jiān)測方案，是基于PM2.5測試的輔助測試。主要是反映局部區(qū)域的相關(guān)參考值，從而和宏觀上反映城市的整體的空氣質(zhì)量的監(jiān)測站點(diǎn)的監(jiān)測方式形成互補(bǔ)。1.1背景目前許多城市的環(huán)境監(jiān)測中心站點(diǎn)較少，分布分散，環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)僅從宏觀上反映城市的整體的空氣質(zhì)量，但是不能從微觀上反映局部區(qū)域、特定區(qū)域的空氣質(zhì)量的好壞，這就需要建設(shè)更多的環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)，提供更多的實(shí)時(shí)的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。國外一套PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)價(jià)格在10萬美金，國產(chǎn)價(jià)格在10-50萬人民幣，價(jià)格昂貴。建設(shè)更多的環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)需要巨大的資金投入，本錢太高。云創(chuàng)存儲(chǔ)的PM2.5云監(jiān)測系統(tǒng)價(jià)格大約在1萬人民幣，非常廉價(jià)，能夠解決資金投入問題，同時(shí)滿足一定的測量精度，和現(xiàn)有的空氣環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)形成互補(bǔ)，為環(huán)保部門效勞。目前350米以下都有顆粒污染物，污染程度比擬嚴(yán)重，加之信息化工作處于低端水平，以及公眾對(duì)于PM2.5的關(guān)注度不斷提升，使得PM2.5的監(jiān)測重要性日益突出。廉價(jià)的PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與目前的傳統(tǒng)監(jiān)測站點(diǎn)的監(jiān)測方式形成互補(bǔ)，滿足公眾環(huán)境需求，提升政府形象。1.2意義部署廉價(jià)的PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，配合城市現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)，準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及開展趨勢，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)，并結(jié)合天氣狀況、城市交通、人口密度、工業(yè)產(chǎn)值等元素，進(jìn)行系統(tǒng)的研究，為保護(hù)環(huán)境，改善城市的大氣環(huán)境質(zhì)量改善起到技術(shù)支撐作用。具體可歸納為: (1)根據(jù)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量。 (2)根據(jù)污染分布情況，追蹤尋找污染源，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)督管理、控制污染提供依據(jù)。 (3)構(gòu)建云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，存儲(chǔ)本區(qū)域海量數(shù)據(jù)，積累長期監(jiān)測資料，為研究環(huán)境容量、實(shí)施總量控制、目標(biāo)管理、預(yù)測預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。 (4)為保護(hù)人類健康、保護(hù)環(huán)境、合理使用自然資源、制訂環(huán)境法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃等效勞。2．設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)架構(gòu)總體架構(gòu)前端設(shè)備采集到相關(guān)的信息，通過GPRS進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，在有公網(wǎng)IP的效勞器上進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和初步的處理，然后數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)立方進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算，并且通過WEB效勞器進(jìn)行數(shù)據(jù)的最后處理和公布。具體的架構(gòu)詳見圖1。圖1PM2.5云監(jiān)控平臺(tái)架構(gòu)PM2.5前端設(shè)備主要是由電源模塊、采集模塊和通信模塊組成，前端內(nèi)部架構(gòu)具體詳見圖1。實(shí)際的PM2.5監(jiān)測設(shè)備詳見圖2。圖2前端設(shè)備的架構(gòu)圖3前端設(shè)備實(shí)物圖部署方式在城市的不同區(qū)域布局并有效使用PM2.5的監(jiān)測系統(tǒng)，從而能夠比擬全面地掌握城市不同區(qū)域，在不同時(shí)間段、不同氣候特點(diǎn)〔包括氣溫、風(fēng)向、季節(jié)〕下的PM2.5的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)。PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用先進(jìn)的傳感器、低功耗單片機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)相結(jié)合，可提供方便的數(shù)據(jù)查詢方式，直接通過瀏覽器可以直接訪問測試數(shù)據(jù)。目前環(huán)境監(jiān)測站的監(jiān)測設(shè)備一般部署在離地面高度20m-25m之間，而云創(chuàng)存儲(chǔ)的PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測設(shè)備根據(jù)實(shí)際的情況來進(jìn)行部署。設(shè)備小巧，部署方式靈活，可以部署在電線桿等公共設(shè)施上。詳細(xì)見圖4。圖4部署在電線桿上前端設(shè)備2.2傳感器根據(jù)如下的需求：輔助測試PM2.5值，測試不需要太高的精度，主要是用來輔助PM2.5測試曲線；超低低本錢的需求；選擇的傳感器詳見圖5。圖5DSM501顆粒傳感器傳感器的特點(diǎn)：PWM脈寬調(diào)制輸出采用粒子計(jì)數(shù)原理可靈敏檢測直徑1微米以上的粒子內(nèi)置加熱器可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吸入空氣小尺寸重量輕易安裝使用傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖詳見圖6.圖6傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖模塊內(nèi)置一個(gè)加熱器，熱引起上升氣流使外部空氣流進(jìn)模塊內(nèi)部?？諝馔ㄟ^檢測通道，利用光的原理、通過光和透鏡以及處理模塊來進(jìn)行檢測。具體的檢測方法和通道如圖7所示。圖7傳感器的檢測另外，傳感器的透鏡需要視環(huán)境狀況隔一段時(shí)間進(jìn)行清潔，約6個(gè)月一次。清潔時(shí)用棉簽一頭醮清水輕擦，然后用另一頭擦干。不可以用酒精等有機(jī)溶劑擦拭透鏡。2.3計(jì)算通過傳感器的檢測顆粒，輸出相關(guān)的PWM波，低電平的波形width是10ms-90ms，利用這個(gè)PWM波形來進(jìn)行獲取相關(guān)的參數(shù)，詳見圖8。通過獲取低電平的占空比，從而通過圖9獲取到對(duì)應(yīng)的數(shù)值。圖8傳感器的采樣圖9傳感器采樣的曲線圖通過如下的計(jì)算，可以得到其中一個(gè)通道的采樣值。通道的LOWPluse的占空比設(shè)定為L，測試的采樣值為P。那么：如果獲取到的L<0.08，那么： P=0.1*L*100*10(ug/m3);如果獲取到的0.08=<L<0.15，那么： P=(((L*100–8)/6.5+0.8))*10(ug/m3);通過相關(guān)的采樣，可以采樣得到傳感器的兩個(gè)通道的值，一個(gè)通道是1um以上的粒子的值P1，另外一個(gè)通道是可以進(jìn)行設(shè)置的，這里設(shè)置為可以檢測2.5以上的粒子的值P2。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物〔暫無標(biāo)準(zhǔn)中文名〕。所以在這里要計(jì)算最終的采樣值PL，需要進(jìn)行如下的計(jì)算： PL=P1-P2;這里就可以計(jì)算出大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物。2.4采集局部雖然肉眼看不見空氣中的顆粒物，但是顆粒物卻能降低空氣的能見度，使藍(lán)天消失，天空變成灰蒙蒙的一片，這種天氣就是灰霾天。根據(jù)《2010年灰霾試點(diǎn)監(jiān)測報(bào)告》，在灰霾天，PM2.5的濃度明顯比平時(shí)高，PM2.5的濃度越高，能見度就越低。雖然空氣中不同大小的顆粒物均能降低能見度，不過相比于粗顆粒物，更為細(xì)小的PM2.5降低能見度的能力更強(qiáng)。能見度的降低其本質(zhì)上是可見光的傳播受到阻礙。當(dāng)顆粒物的直徑和可見光的波長接近的時(shí)候，顆粒對(duì)光的散射消光能力最強(qiáng)?？梢姽獾牟ㄩL在微米之間，而粒徑在這個(gè)尺寸附近的顆粒物正是PM2.5的主要組成局部。理論計(jì)算的數(shù)據(jù)也清楚地說明這一點(diǎn)：粗顆粒的消光系數(shù)約為0.6平方米/克，而PM2.5的消光系數(shù)那么要大得多，在1.25-10平方米/克之間，其中PM2.5的主要成分硫酸銨、硝酸銨和有機(jī)顆粒物的消光系數(shù)都在3左右，是粗顆粒的5倍。所以，PM2.5是灰霾天能見度降低的主要原因。目前國內(nèi)外環(huán)保部門監(jiān)測PM2.5普遍采用濾膜稱重、β射線吸收和微量振蕩天平等方法。除了以上三種測試方法外，還有利用光散射的原理測定顆粒物濃度的方法。該測定方法的原理是：空氣中的顆粒物濃度越高，對(duì)光的散射就越強(qiáng)。測定光的散射后，就可以算出顆粒物濃度。該測試方式測定速度快，自動(dòng)化程度高，操作簡單。本次設(shè)備使用的是紅外光散射法來進(jìn)行測試相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過相關(guān)的探頭來進(jìn)行采集相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過采集的通道利用紅外光散射來進(jìn)行獲取顆粒濃度。采集空氣的通道有固定的加熱源，通過加熱源來進(jìn)行空間的動(dòng)態(tài)的采集。將相關(guān)的顆粒濃度轉(zhuǎn)換成相關(guān)的數(shù)據(jù)通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2.5通信局部前端設(shè)備的通信主要是通過GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸。具體的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)示意圖詳見圖10。圖10GPRS數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)在前端設(shè)備基于TCP/IP協(xié)議，經(jīng)過GPRS的數(shù)據(jù)傳輸，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，利用公網(wǎng)的效勞器接受數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)入庫后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，最后通過WEB效勞器將數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來。注意:每個(gè)前端設(shè)備有一個(gè)供給商的SIM卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，該SIM卡需要有GPRS業(yè)務(wù)，同時(shí)使用的地點(diǎn)必須有供給商的信號(hào)。例如使用中國移動(dòng)的SIM卡，該卡需要有GPRS的業(yè)務(wù)，同時(shí)放置PM2.5測試前端的地點(diǎn)需要有中國移動(dòng)的信號(hào)才可以正常的通信。2.6電源局部供電方式有兩種，一種是鋰電池和市電互補(bǔ)的供電方式，另一種是太陽能供電供電方式。鋰電池供電鋰電池供電方式是基于市電可以提供的情況下進(jìn)行的。如果部署的PM2.5設(shè)備附近有市電，這樣可以方便進(jìn)行充電?；蛘呤鞘须姾弯囯姵剡M(jìn)行互補(bǔ)方式進(jìn)行供電。同時(shí)進(jìn)行對(duì)電池進(jìn)行電壓監(jiān)測，檢測供電電壓是否正常，電源供電是否正常。鋰電池是12V電壓，50Ah的規(guī)格，可以在沒有充電或者沒有市電互補(bǔ)的情況下持續(xù)10*24h的供電。具體的實(shí)物見圖11。圖11鋰電池供電方式的前端設(shè)備實(shí)物圖太陽能供電太陽能供電方式是基于太陽能進(jìn)行可持續(xù)性的充電，從而防止了提供充電或者接入市電的情況。太陽能供電是利用蓄電池和太陽能互補(bǔ)的方式進(jìn)行供電，通過太陽能控制器來進(jìn)行互補(bǔ)。在太陽能供電不能滿足供電需求的時(shí)候，利用蓄電池進(jìn)行供電。利用20W的太陽能板，在一定的環(huán)境中，可以滿足設(shè)備的供電要求。蓄電池的規(guī)格是12V電壓，20Ah的規(guī)格，在完全沒有太陽能的情況下，可以支持3*24h的無間斷供電。該供電方式同時(shí)提供電壓監(jiān)測功能。具體的實(shí)物詳見圖12。圖12太陽能供電方式的前端設(shè)備實(shí)物圖3．特點(diǎn)1、價(jià)格低廉，大規(guī)模部署廉價(jià)的PM2.5環(huán)境監(jiān)測設(shè)備每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需1萬元，即可滿足PM2.5監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸功能，無需國外昂貴的監(jiān)測設(shè)備，和現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)形成有利互補(bǔ)，對(duì)PM2.5數(shù)據(jù)發(fā)布有參考意義。 2、云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)架構(gòu)云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，采用先進(jìn)的云計(jì)算處理技術(shù)，對(duì)環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)入庫和關(guān)聯(lián)查詢快速響應(yīng)，支持自動(dòng)容錯(cuò)和動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，具有實(shí)時(shí)性、高可靠性、可伸縮性、高性價(jià)比等特點(diǎn)。3、擴(kuò)容性 PM2.5監(jiān)測前端設(shè)備可以根據(jù)需求進(jìn)行增加設(shè)備，擴(kuò)展整個(gè)系統(tǒng)的覆蓋面積，但是不需要繼續(xù)復(fù)雜的操作，可以動(dòng)態(tài)的增加PM2.5測試的節(jié)點(diǎn)，并能自動(dòng)組網(wǎng)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)容性。4、實(shí)時(shí)性測定速度快，自動(dòng)化程度高。測試方法決定了測試的實(shí)時(shí)性，采集時(shí)間實(shí)現(xiàn)秒級(jí)響應(yīng)，且采集時(shí)間可以任意設(shè)定，采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)入庫，可實(shí)時(shí)查詢。5、采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過精確的校準(zhǔn)，且靈敏度很高，和環(huán)保局部發(fā)布的PM2.5數(shù)據(jù)及趨勢接近，數(shù)據(jù)真實(shí)有效。實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測站發(fā)布PM2.5數(shù)據(jù)比照?qǐng)D詳見圖13。圖13PM2.5數(shù)據(jù)比照?qǐng)D綜合上述，PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，存儲(chǔ)本區(qū)域海量數(shù)據(jù)，積累長期監(jiān)測資料，為研究環(huán)境容量、實(shí)施總量控制、目標(biāo)管理、預(yù)測預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境治理提供數(shù)據(jù)。PM2.5云監(jiān)測系統(tǒng)后端方案1．概述南京云創(chuàng)存儲(chǔ)的PM2.5云監(jiān)測平臺(tái)系統(tǒng)，是基于PM2.5測試的輔助測試。主要是反映局部區(qū)域的相關(guān)參考值，通過先進(jìn)的云計(jì)算技術(shù)數(shù)據(jù)立方的PM2.5監(jiān)測平臺(tái)系統(tǒng)分析和處理PM2.5數(shù)據(jù)從而和宏觀上反映城市的整體的空氣質(zhì)量的監(jiān)測站點(diǎn)的監(jiān)測方式形成互補(bǔ)。1.1背景由于分散在城市周圍需要大量的PM2.5監(jiān)控點(diǎn)〔100--10000個(gè)〕需要實(shí)時(shí)的并發(fā)上傳大量PM2.5數(shù)據(jù)，以及需要存儲(chǔ)和處理海量的PM2.5的歷史數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)的結(jié)局方案顯然難以滿足需求據(jù)存儲(chǔ)和分析處理數(shù)據(jù)的需要。PM2.5云監(jiān)測平臺(tái)會(huì)產(chǎn)生極其海量的數(shù)據(jù)。假設(shè)一個(gè)城市部署了5000個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)每5秒上報(bào)一次數(shù)據(jù)，那么一天下來，會(huì)產(chǎn)生8.64億條記錄，一年就會(huì)產(chǎn)生3153.6億條記錄，十年就會(huì)產(chǎn)生3萬億條記錄。從趨勢分析角度看，長期保存歷史數(shù)據(jù)是必要的。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫無法支撐如此之多的數(shù)據(jù)量，必須使用云計(jì)算數(shù)據(jù)庫。而目前的開源云計(jì)算數(shù)據(jù)庫均無法在哪些龐大的數(shù)據(jù)集上做到實(shí)時(shí)處理，運(yùn)用云創(chuàng)存儲(chǔ)的cStor云存儲(chǔ)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)立方就成了必要的選擇。1.存儲(chǔ)層：使用云創(chuàng)存儲(chǔ)公司的cStor云存儲(chǔ)系統(tǒng)。cStor具有極高性價(jià)比、超低功耗、高可靠、通用、免維護(hù)等優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于有大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求的場合。功耗方面，cStor每個(gè)節(jié)點(diǎn)幾瓦的功率與業(yè)界典型值200瓦形成了鮮明的比照；存儲(chǔ)方面，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架的最高容量可達(dá)1024TB以上，是國際先進(jìn)水平的3倍；本錢方面，硬件與運(yùn)營本錢均只有同類產(chǎn)品的幾分之一。該產(chǎn)品已成功應(yīng)用于視頻監(jiān)控、智慧交通、數(shù)字地球和動(dòng)漫制作等多個(gè)領(lǐng)域。2.處理層：數(shù)據(jù)立方云計(jì)算分布式數(shù)據(jù)庫，即可解決海量數(shù)據(jù)的高速入庫、快速索引和關(guān)聯(lián)查詢等問題，使萬億條記錄級(jí)的數(shù)據(jù)查詢能夠秒級(jí)處理。數(shù)據(jù)立方是全球第一套能夠處理萬億記錄級(jí)別的商用系統(tǒng)，且性能遠(yuǎn)超國際先進(jìn)水平。該技術(shù)在中國移動(dòng)和國家電網(wǎng)的評(píng)測中，較之國外產(chǎn)品呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。目前已經(jīng)開始大規(guī)模使用。2012年11月2日，云創(chuàng)存儲(chǔ)與Intel公司聯(lián)合發(fā)布了“Intel-云創(chuàng)數(shù)據(jù)立方云計(jì)算一體機(jī)”。圖表1Intel-云創(chuàng)數(shù)據(jù)立方云計(jì)算一體機(jī)1.2意義部署廉價(jià)的PM2.5監(jiān)測平臺(tái)環(huán)境系統(tǒng)，配合城市現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)，準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及開展趨勢，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)，并結(jié)合天氣狀況、城市交通、人口密度、工業(yè)產(chǎn)值等元素，進(jìn)行系統(tǒng)的研究，為保護(hù)環(huán)境，改善城市的大氣環(huán)境質(zhì)量改善起到技術(shù)支撐作用。具體可歸納為: (1)根據(jù)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量。 (2)根據(jù)污染分布情況，追蹤尋找污染源，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)督管理、控制污染提供依據(jù)。 (3)構(gòu)建云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，存儲(chǔ)本區(qū)域海量數(shù)據(jù)，積累長期監(jiān)測資料，為研究環(huán)境容量、實(shí)施總量控制、目標(biāo)管理、預(yù)測預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。 (4)為保護(hù)人類健康、保護(hù)環(huán)境、合理使用自然資源、制訂環(huán)境法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃等效勞。2．設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)架構(gòu)總體架構(gòu)PM2.5監(jiān)測平臺(tái)是一個(gè)處于PM2.5數(shù)據(jù)采集與PM2.5數(shù)據(jù)監(jiān)測應(yīng)用之間的系統(tǒng)。從系統(tǒng)根本組成與構(gòu)架上來看，該共享平臺(tái)由以下主要局部組成：歷史數(shù)據(jù)匯總處理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)，PM2.5監(jiān)測平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，PM2.5監(jiān)測平臺(tái)數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖：圖表2系統(tǒng)總體體系架構(gòu)圖系統(tǒng)架構(gòu)功能PM2.5監(jiān)測平臺(tái)云平臺(tái)需要提供的主要功能描述如下。〔1〕實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)全市所有PM2.5監(jiān)測點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存到PM2.5監(jiān)測平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心?！?〕PM2.5監(jiān)測平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)原始PM2.5數(shù)據(jù)，將全部存儲(chǔ)在PM2.5監(jiān)測平臺(tái)分布式文件系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)海量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了滿足和適應(yīng)數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)特征和查詢處理的不同需求，局部存存儲(chǔ)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中?！?〕PM2.5監(jiān)測平臺(tái)數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用系統(tǒng)PM2.5數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用提供包括實(shí)時(shí)監(jiān)控空氣質(zhì)量PM2.5，查看歷史記錄和分析數(shù)據(jù)等功能。PM2.5歷史查詢處理時(shí)，由于PM2.5數(shù)據(jù)量巨大，需要調(diào)度使用多臺(tái)效勞器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行并行處理?！?〕數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在實(shí)際使用中，可能用戶會(huì)對(duì)某一時(shí)間段或者類型的數(shù)據(jù)特別關(guān)心，就可以通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)查詢并導(dǎo)出這局部數(shù)據(jù)以供使用。2.2系統(tǒng)可靠性與擴(kuò)展性系統(tǒng)擴(kuò)展性數(shù)據(jù)立方既可以在成千上萬的機(jī)器上跑，也可以在很小規(guī)模上運(yùn)行。PM2.5監(jiān)測系統(tǒng)擴(kuò)展優(yōu)勢：與其它分布式系統(tǒng)相比，使用數(shù)據(jù)立方的好處在于它的水平的可擴(kuò)展性，在少量結(jié)點(diǎn)上，用數(shù)據(jù)立方處理有限的數(shù)據(jù)時(shí)，不能展示數(shù)據(jù)立方的性能，因?yàn)殚_始數(shù)據(jù)立方程序相關(guān)的代價(jià)比擬高，其它并行/分布程序方式，比方MPI(MessagePassingInterface)可能在2臺(tái)，4臺(tái)或許10多臺(tái)計(jì)算機(jī)上有更好的性能，盡管在少量機(jī)器上協(xié)同工作在這種系統(tǒng)上也許會(huì)取得更好的性能，但這種為性能所要付出的努力是非線性的增長。用其它分布式框架所寫的程序在從十臺(tái)機(jī)器的級(jí)別到成百上千臺(tái)機(jī)器需要大量的重構(gòu)工作，這也許要程序重寫幾次，并且其它框的根底元素會(huì)限制應(yīng)用的規(guī)模大小。但是特別設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)立方有著水平的可擴(kuò)展性，一個(gè)數(shù)據(jù)立方程序?qū)懲旰?，?0個(gè)結(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，如果遷徙到更大的集群上運(yùn)行，幾乎不需要做什么工作，數(shù)據(jù)立方平臺(tái)會(huì)管理數(shù)據(jù)和硬件資源并提供與可用資源成比例的可靠性能。針對(duì)PM2.5監(jiān)測平臺(tái)系統(tǒng)，在充分運(yùn)用數(shù)據(jù)立方技術(shù)優(yōu)勢的根底上，完全可以做到：1．加監(jiān)測點(diǎn)只需要簡單的配置即可連接到PM2.5監(jiān)測平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，名稱表達(dá)PM2.5監(jiān)測平臺(tái)監(jiān)測點(diǎn)理位置、PM2.5監(jiān)測平臺(tái)監(jiān)測點(diǎn)編號(hào)等信息，便于快速檢索，2．客戶需要隨時(shí)更加存儲(chǔ)設(shè)備和數(shù)據(jù)分析效勞器只需要根據(jù)數(shù)據(jù)立方標(biāo)準(zhǔn)做簡單修改配置即可。例如如果后續(xù)根據(jù)PM2.5監(jiān)測平臺(tái)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量量增加的情況下可以動(dòng)態(tài)的添加存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。查詢速度變慢只需要?jiǎng)討B(tài)的添加少量處理節(jié)點(diǎn)。最大程度的節(jié)省客戶本錢。3．與原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)接支持各個(gè)版本的數(shù)據(jù)庫對(duì)接接入Oracle，SQLServer，Mysql均可。系統(tǒng)可靠性隨著系統(tǒng)越做越大越復(fù)雜，其可靠性越來越難保證。應(yīng)用本身對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性要求越來越高，在一些關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域，如航空、航天等，其可靠性要求尤為重要，在銀行等效勞性行業(yè)，其軟件系統(tǒng)的可靠性也直接關(guān)系到自身的聲譽(yù)和生存開展競爭能力。特別是軟件可靠性比硬件可靠性更難保證，會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。PM2.5監(jiān)測