大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練基于物聯(lián)網(wǎng)的大氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)計劃項目申報表

一、項目實施的目的、意義本項目通過建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)大氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)，通過對大氣各項指標(biāo)的獲取，利用數(shù)據(jù)挖掘和時間序列等技術(shù)，經(jīng)過推理模型的預(yù)演，對區(qū)域內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)的分析、實時的顯示、準(zhǔn)確的預(yù)測、快速的預(yù)報，主要包括PM2.5、PM10、CO、SO2、NOx、O3、總懸浮顆粒物等空氣污染物及AQI指數(shù)，全面監(jiān)測區(qū)域內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量并對可能出現(xiàn)的污染天氣進(jìn)行預(yù)測和預(yù)報，及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境空氣污染并進(jìn)行污染物的溯源追因，系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)建設(shè)，信息數(shù)據(jù)被實時采集、傳輸，匯集到數(shù)據(jù)中心，通過核心業(yè)務(wù)平臺，形成對環(huán)境空氣質(zhì)量的實時監(jiān)測、預(yù)報、發(fā)布、追因體系，同時，為總量減排、污染物總量控制、環(huán)境評價、高污染企業(yè)新建和關(guān)停及其他關(guān)聯(lián)部門的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)依據(jù)。黨的“十八大”報告將生態(tài)文明建設(shè)提升到與經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會建設(shè)并列的戰(zhàn)略高度，明確提出要要“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，堅持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，從源頭上扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境惡化趨勢，為人民創(chuàng)造良好生產(chǎn)生活環(huán)境，為全球生態(tài)安全作出貢獻(xiàn)”，“以解決損害群眾健康突出環(huán)境問題為重點，強化水、大氣、土壤等污染防治”，而環(huán)境保護(hù)是生態(tài)文明建設(shè)的主陣地，是建設(shè)美麗中國的著力點，通過建設(shè)大氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)，推進(jìn)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)融合，對實際、有效推動“十八大”精神的貫徹落實，有著非常重要的意義。建設(shè)大氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)是先進(jìn)的環(huán)境預(yù)警體系的有力支撐。一是提高了快速反應(yīng)能力。當(dāng)發(fā)生空氣污染事件或預(yù)測空氣污染等級偏高時，環(huán)境保護(hù)部門能夠以最快的速度及時對企業(yè)的排放行為進(jìn)行糾正、制止和查處；二是提高了公眾對于環(huán)境空氣質(zhì)量的監(jiān)督力度。通過在線數(shù)據(jù)的獲取，實時發(fā)布空氣質(zhì)量狀況，公眾可以隨時對環(huán)境空氣質(zhì)量狀況進(jìn)行查詢監(jiān)督；三是提高輔助決策和應(yīng)急指揮能力。通過大氣環(huán)境質(zhì)量的實時監(jiān)測、及時預(yù)報、統(tǒng)計分析和污染追因，能夠為各級領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行分析判斷、科學(xué)決策，以及提高環(huán)境監(jiān)察部門處置突發(fā)性污染事故的效能起到積極作用，并通過大氣環(huán)境預(yù)警最大限度降低污染事故的危害。建設(shè)大氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)是生活環(huán)境污染物治理、總量控制的重要決策支持。治理必先預(yù)警，預(yù)警必先預(yù)測，在預(yù)測結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)預(yù)警信息，從而達(dá)到高效的治理效果。因此，對于空氣環(huán)境質(zhì)量的實時監(jiān)測和對未來情況的預(yù)報，為環(huán)境保護(hù)部門實施污染源治理、實施總量控制、建設(shè)項目環(huán)境評價和重污染源的新建和關(guān)停提供數(shù)據(jù)支撐。建設(shè)大氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)是環(huán)境管理工作實現(xiàn)綜合化、科學(xué)化的現(xiàn)實需要。目前，環(huán)保部門監(jiān)管的企業(yè)越來越多，仍然沿用傳統(tǒng)的監(jiān)管模式已經(jīng)無法再適應(yīng)目前發(fā)展?fàn)顩r，必然要求環(huán)保部門依靠高科技的信息技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)管工作信息化，通過大氣質(zhì)量自動監(jiān)測預(yù)報發(fā)布工作的開展，切實推進(jìn)環(huán)境保護(hù)工作信息化進(jìn)程，實現(xiàn)對空氣污染的控制，由抽查控制變?yōu)槿姹O(jiān)測、由被動處理變?yōu)橹鲃宇A(yù)警，通過對大氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)生成分析，大大提高環(huán)境保護(hù)工作效能，為推進(jìn)環(huán)境保護(hù)工作信息化奠定了基礎(chǔ)，使環(huán)境管理工作真正作到網(wǎng)絡(luò)化、自動化和實時化。二、項目研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題本項研究的主要內(nèi)容是：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過氣象、環(huán)監(jiān)等部門的大氣監(jiān)測設(shè)備/站獲取氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)、污染數(shù)據(jù)等信息，并將有效數(shù)據(jù)完整、實時、連續(xù)的發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。（2）數(shù)據(jù)中心：分為處理層和存儲層，采用云計算技術(shù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，分布存儲，為核心業(yè)務(wù)平臺提供數(shù)據(jù)接口和高速緩存接口，同時確保數(shù)據(jù)安全。（3）核心業(yè)務(wù)平臺：包括業(yè)務(wù)層和功能層，對大氣實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)合氣象、水文、地理等多方面指標(biāo)，進(jìn)行空氣質(zhì)量的推理模型預(yù)演，形成數(shù)據(jù)報表和預(yù)測信息，并將這些信息發(fā)送至信息發(fā)布系統(tǒng)。（4）信息發(fā)布系統(tǒng)：是面向政府和公眾兩個角度研發(fā)的信息公布平臺，主要用于發(fā)布實時大氣質(zhì)量數(shù)據(jù)和未來大氣質(zhì)量預(yù)測曲線，可運行在PC機、手持終端等智能設(shè)備，主要以網(wǎng)站和GIS方式展現(xiàn)給用戶。該項研究的關(guān)鍵問題是：核心業(yè)務(wù)平臺。核心業(yè)務(wù)平臺的主要功能是提供大氣質(zhì)量預(yù)測核心業(yè)務(wù)服務(wù)，主要包括：大氣預(yù)測預(yù)警核心算法（推理預(yù)測模型）、后端平臺系統(tǒng)、污染源排放清單系統(tǒng)、空氣污染來源追因系統(tǒng)、重污染天氣決策支持系統(tǒng)、可視化業(yè)務(wù)會商系統(tǒng)以及公共信息服務(wù)系統(tǒng)等。預(yù)測指標(biāo)包括：CO、SO2、NO2、O3、PM10、PM2.5，能夠較準(zhǔn)確預(yù)測未來1天至5天內(nèi)的城市不同區(qū)域的環(huán)境空氣質(zhì)量，并根據(jù)時間推進(jìn)自動進(jìn)行誤差修正，其預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到70%以上；能夠追溯城市空氣質(zhì)量下降的原因。三、項目研究與實施的基礎(chǔ)條件1．本項研究需要對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，需要多種環(huán)境監(jiān)測傳感設(shè)備，滿足大氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)的終端數(shù)據(jù)信息采集。2．本項研究是需要物聯(lián)網(wǎng)通訊的，所以需要物聯(lián)網(wǎng)通訊設(shè)備，滿足大氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)向管理中心端安全傳輸。3.本項目前期開發(fā)了針對不同環(huán)境應(yīng)用的系列監(jiān)控系統(tǒng)軟件，形成了大氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)支撐。4.本項目前期針對環(huán)保管理部門對大氣質(zhì)量及預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布的需求，共同研發(fā)了環(huán)境信息資源共享平臺和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以此為基礎(chǔ)建設(shè)了環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心，為大氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)的研發(fā)和信息集成應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。四、項目實施方案研發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大氣質(zhì)量預(yù)測預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)，對區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境質(zhì)量在線數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測、采集，通過建立時間序列推理預(yù)測模型，實現(xiàn)大氣各項指標(biāo)的統(tǒng)計分析和運算，對空氣狀況進(jìn)行實時發(fā)布，對未來空氣質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測，并根據(jù)各地方氣象、水文、地理因素的不同，自動調(diào)整和修正預(yù)測參數(shù)和預(yù)測結(jié)果，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、時間序列推演技術(shù)，實現(xiàn)對大氣環(huán)境質(zhì)量的實時發(fā)布、準(zhǔn)確預(yù)測和快速預(yù)警，為環(huán)境保護(hù)工作提供數(shù)據(jù)支持，推動環(huán)境管理模式的重大轉(zhuǎn)變。=1\*GB2⑴核心業(yè)務(wù)平臺=1\*GB3①大氣預(yù)測預(yù)警核心算法依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，推算未來大氣質(zhì)量，支持預(yù)測模型的導(dǎo)入、參數(shù)調(diào)節(jié)、預(yù)測結(jié)果調(diào)節(jié)等。=2\*GB3②后端平臺系統(tǒng)為整個系統(tǒng)提供webservice服務(wù)，連接監(jiān)測數(shù)據(jù)、核心算法、前端大氣質(zhì)量發(fā)布系統(tǒng)——web和android端。=3\*GB3③污染源排放清單系統(tǒng)提供污染源排放清單導(dǎo)入、編輯、動態(tài)更新、統(tǒng)計、分析及數(shù)值預(yù)報支撐功能。=4\*GB3④空氣污染來源追因系統(tǒng)建設(shè)數(shù)值預(yù)報污染源追因、遙感監(jiān)測反演、后向軌跡和方位貢獻(xiàn)分析功能，提供空氣污染來源追因服務(wù)。=5\*GB3⑤重污染天氣決策支持系統(tǒng)建設(shè)重污染天氣條件下的應(yīng)急決策、分析、處置、評估、歸檔、模擬服務(wù)。=6\*GB3⑥可視化業(yè)務(wù)會商系統(tǒng)建設(shè)可管理的空氣質(zhì)量預(yù)報業(yè)務(wù)值班管理系統(tǒng)，同時滿足與各協(xié)同會商單位、各地市環(huán)保單位的業(yè)務(wù)會商需求。=7\*GB3⑦公共信息服務(wù)系統(tǒng)提供多種形式的環(huán)境質(zhì)量預(yù)報預(yù)警發(fā)布途徑及其管理功能，包括戶外顯示屏發(fā)布、政務(wù)網(wǎng)站發(fā)布、智能手機發(fā)布、微信服務(wù)平臺、媒體專題產(chǎn)品發(fā)布。=2\*GB2⑵信息發(fā)布系統(tǒng)支持Web、Android移動終端等多種形式的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析功能，包括報表、折線圖、餅圖、直方圖等，查詢數(shù)據(jù)包括濃度均值、超標(biāo)率均值、空氣質(zhì)量級別等，支持分析報表打印功能。①實時數(shù)據(jù)發(fā)布對當(dāng)日空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）進(jìn)行實時發(fā)布，包括AQI等級、首要污染物、主要污染物直方圖、健康貼士等信息。②未來趨勢曲線將預(yù)測的未來1至5天內(nèi)的空氣質(zhì)量指數(shù)以折現(xiàn)圖、主要污染物數(shù)據(jù)列表等形式進(jìn)行展示。③GIS站點地圖基于GIS的環(huán)境空氣質(zhì)量情況發(fā)布，包括GIS底圖加載、全國省份信息、城市信息、AQI實時報、AQI歷史報、各主要污染物實時監(jiān)測數(shù)據(jù)列表，其中，各城市AQI指數(shù)等級以顏色標(biāo)識，點擊進(jìn)入查看詳細(xì)信息。④數(shù)據(jù)列表、分析報表導(dǎo)出可以將各污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)列表、分析數(shù)據(jù)報表、未來趨勢走向圖等信息導(dǎo)出為Word或Excel文件。五、學(xué)?？梢蕴峁┑臈l件優(yōu)秀的指導(dǎo)老師對我們進(jìn)行專業(yè)技術(shù)上的指導(dǎo)；2、提供全開放的科技創(chuàng)新實驗室及常備的電子元器件及儀器設(shè)備六、預(yù)期成果本項目建設(shè)期為14個月。自2014年3月開始，至2015年5月底結(jié)束。項目進(jìn)度安排如下：2014年3月至2014年10月，完成時間序列推理模型的建立、系統(tǒng)各軟件模塊的設(shè)計和研發(fā)；2014年11月至2015年5月，完成推理模型的訓(xùn)練，進(jìn)行系統(tǒng)整合、測試和試運行，完成系統(tǒng)構(gòu)建和優(yōu)化。七、經(jīng)費預(yù)算預(yù)算支出科目金額（元）備注設(shè)備費20000電子元器件及儀器論文版面費4000辦公用品1500路費1500總計（元）27000八、導(dǎo)師推薦意見簽名：年月日九、院系推薦意見院系負(fù)責(zé)人簽名：學(xué)院蓋章