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扬尘PM2.5空气质量环境在线监测系统解决方案

来源:深圳市恒向科技有限公司发表时间:2019-09-03 02:06:16

一、方案概述

   

    随着国家环境防治政策的逐渐健全以及各项标准性文件的陆续出炉,地方性环境监测治理的实施方案提上日程。

    针对差异化区域主要污染物的不同和多种业态交叉现状,本方案采用因地制宜的方法,合理整合检测仪器,形成切实需求的微型气象布点。同时,具有统一的监管平台,可对整个网格化监测系统宏观监控,对相似布点分组管理,实现综合性、灵活性的分析统计,极大节约监管人力资源。而且,根据《大气污染物综合排放标准》和《国务院排污费征收管理条例》等监管法规,针对性的标准气象布点大大减少了相关收税监督部门奔波时间,加大了监管力度,利于控制排污标准,严格环境执法和督查问责。此外,可对网格气象布点数据多维度使用,底层对接天气预报系统,气象监测设备为广大民众及时提供小区域实时气象数据,便利出行等活动,充分利用资源,切实做到便民利民,也实现了环境监测的公开性、透明性,实用性。最终实现资源的统一管理,提高管理效率,为系统投资带来最大的效益。

二、系统介绍

    1.系统概述

    网格化监测设备(PM2.5扬尘在线监测设备)是一种集数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的环境监测系统。空气质量环境监测系统采用单元网络布点管理的方式,按照“网定格、格定责、责定人”的理念,建立“横向到边、纵向到底”的区域网格化监控平台,应用、整合多项智慧环保技术,在全面掌握、分析污染源排放、气象因素的基础之上,采用因地制宜的灵活设点方法进行部署。实时统计各厂区、监测点的监测设备数据,并根据各监测点的环境条件及其污染情况,来分析与推测区域内整体的排放情况。实现对热点排放区域整体监控,污染物扩散趋势推算,排放源解析等功能,同时结合物联网、智能采集系统、地理信息系统、动态图表系统等先进技术,整合、共享、开发,建立全面化、精细化、信息化、智能化的区域环境在线监测平台,实现对控制污染源无组织排放,减少大气污染等综合管理,为制定节能减排方案提供可靠的数据信息和科学的辅助管理决策。

   2.总体架构

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扬尘在线监测系统拓扑图

   网格化环境监测终端系统(PM2.5扬尘在线监测系统)由感知层、数据传输层、应用服务层三部分组成。

(1)感知层智能监测设备:现场端各类智能监测感知设备,对环境要素进行全面智能感知,前端设备包含主要设备、辅助设备。主要设备指各类检测仪器(PM2.5、PM10、空气温湿度、风速风向、气压、噪声、光照强度)和数据采集主控设备,负责检测各类数据和上传数据;辅助设备主要包括安装仪器设备所需要的安装固定装置等。

(2)数据传输网络:数据传输可选用GPRS和无线(2G/3G/4G)传输方式,也可以两种兼用,无线传输的特点方便灵活。并可安全存储数据、设备工作状态等信息。

(3)应用服务层:包括应用展示层、应用实例层、应用支撑层、基础数据层四部分。应用展示层:通过不同方式(APP移动端、web端、LED大屏)向用户展示平台界面;应用实例层:主要是对网格化监测区域各项参数进行监测预警及分析、对污染物的扩散曲线趋势进行推算等功能。应用支撑层:以云计算、大数据等技术手段,整合和分析海量跨地域、跨行业的环境信息,实现海量数据存储,实时处理和深度挖掘和分析。基础数据层:存储区域及设备数据、实时监测数据、历史数据等信息,解决信息资源管理分散,基础数据存储零乱,标准化差、应用服务适用性单一,难以共享等问题。

   3.系统功能

   (1)灵活点位布设功能

    根据不同周边环境、污染源分布差异情况,采用不同环境监测传感器组合设备,可对不同情况有针对性的灵活布设点位进行监测。

   (2)实时数据存储入库功能

    实时数据入库功能主要实现网格化环境监测系统内所有的监测点产生的测量数据全部存储在检测平台分布式文件系统,用于存储海量的非结构化数据。

   (3)智能报警功能

    网格化环境监测终端设备监测到的数据上报至监管平台,一旦数据分析比对超标,将启动智能报警提示功能,报警信息会记录下来,以便日后查询追溯使用;

   (4)分析应用功能

    通过大数据、云计算对数据换算、判别,实现监测布点的污染排名、参数统计、对比分析等智能分析功能,为热点网格部署和重点污染防治提供依据。

   (5)APP查询功能

    系统配有APP移动终端,可实时查询当前监测布点环境状况和报警详情,方便监管人员实时监控。

   (6)数据管理功能

    远程管理平台拥有设备数据管理、用户信息管理、报警信息管理等功能。当用户需要某一段时间段或类型的数据时,可使用数图结合的方式查询查看,并可以EXCEL导出数据。

   (7)数据对接功能

    系统提供Web Service和底层数据接口,供外部系统调用系统数据,方便和第三方平台对接,比如政府监管平台等。

三、系统特点

   1.统一的管理平台  

    整个网格化环境监测系统同时提供了设备管理、用户管理、存储管理、网络管理等基础设备管控功能。通过优化系统架构,提高系统的整体效能,使平台对各网格气象监测布点的管理更灵活、更人性化。

   2.开放的体系架构

    各网格化环境监测站点设都由网格化环境监测系统管理平台软件进行管理,该平台通过Web Service提供基础服务,方便与政府平台或天气预报系统平台对接。

   3.子系统的统一集成

    可对网格化环境监测布点子系统统一的监测、控制和管理,各个子系统按照统一的中间件标准数据采集主控设备通过云管理平台进行数据展示、统计对比与分析。实现将分散的、相互独立的子系统用相同的软件环境进行集中管理,并可以查看各微型气象站的运行状况信息。

   4.数字化与智能化

    系统可以在卫星定位基础上实现远距离无线数据传输,而且可通过与地理环境区域化的划分实现灵活、精细、高密的网格化环境监测。以网络化传输、数字化处理为基础,以各类功能与应用的整合与集成为核心,实现数字化与智能化更广泛的扩展与延伸。

四、系统构成

   1.系统结构

    网格化环境监测系统由各类环境传感器、数据采集主控、无线通讯设备、LED显示屏、供电设备、软件平台组成。可用于测量PM2.5、PM10、空气温湿度、风速风向、气压、噪声、光照强度等各类网格化环境数据。系统采用模块化设计,可根据不同地域环境状况,对环境各要素灵活增加或减少相应的模块和传感器,任意组合,方便快捷的满足各种用户需求。监测数据可直接显示于LED显示屏上,并通过无线/GPRS上传至云管理平台,运用大数据智能动态分析、及时报警、精准锁源,强化监管体系。

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   2.系统硬件终端

   (1)硬件介绍

    系统硬件终端由PM2.5、PM10、空气温湿度、风速风向、气压、噪声、光照等传感器监测设备、数据采集主控、通信模块、LED显示屏、电源和其它辅助支架立杆等设备组成。

扬尘监测系统硬件图

   (2)主要技术参数

硬件指标

       (3)技术特点

    ①物联网网络化监测体系;

    ②全自动控制环境因子检测、数据采集、结果显示、数据远程传输、后端实时监控的全过程;

    ③多种传感器混合传感器阵列组合,包括PM2.5和PM10细颗粒物检测仪器以及空气温湿度、风速风向、噪声、光照压强等传感器;

    ④现场或远程监控中心,通过网络便可观看实时及历史监测数据;

    ⑤具有2G/3G/4G/GPRS等远程传输模式;

    ⑥可配套选择装配环境参数仪器、自动留样采样系统、自动报警装置等;

    ⑦开放式通讯接口,可与其他设备、软件自由通讯集成联动使用;

    ⑧可自由添加设备台数形成网格化,没有数量限制;

    ⑨自由设定设备分组区域、报警值范围。

   (4)布点方案

    根据区域内PM2.5空气污染浓度分布及特性、环境敏感区分布、主导风向等因素,结合区域原有监测站的建设情况,识别出大气污染事件重点产生扩散途径,统筹区域微型环境微站建设。      

    在综合考虑区域的重要性,大气污染物的污染程度、工业化发展水平的高低的基础上,对所在区域进行网格划分,在网格的交点处或中心点设立监测点位,利用分布式冗余节点判断算法,去除传感器冗余节点,从而降低计算复杂度,通信开销及设备成本。同时能够准确判断监测数据的有效性和精确性,能够绘制各布点区域不同时段污染物的扩散趋势,有利于对污染物控制进行科学决策。       

    区域可划分为工业园区,行政办公区、商业区、居民区、医疗、学校、车站、公共绿地等。重点对高污染工业区进行监测,通过工业园区及周边的输入输出源,来计算排放总量,用来监测工业生产中的污染物质排放是否达标,同时对其它非工业用地空气质量进行监测。

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五、配套软件

        网格化环境监测硬件的配套软件为网格化环境监测平台系统,主要包括前台展示和后台管理两部分,有PC端和APP移动端两种在线监测方式。

   1.前台展示系统

    前台展示系统由实时数据、报警信息、统计分析、单台设备展示四大模块组成。

    实时数据是根据网格化标准对设备进行分组查看,可直观展示在不同监测参数时的所有点位布设监测总览图及设备在地图上的位置,并通过颜色的变化展示设备状态,并能根据等级图例直观观察污染的程度,查看各参数实时曲线变化图;报警信息模块分为首页报警信息提醒、单台设备的报警信息列表和报警信息历史查询三部分,通过多途径对超标设备信息进行实时提醒记录,以供后期处理和追溯;统计分析模块采用云计算与数理统计分析相结合的方法,又细分为设备统计、污染排名、参数统计和对比统计四部分,主要是对区域内设备状态的实时统计、不同时间段和监测参数的污染排名、设备各项参数的极值统计查询、不同监测因子的对比分析等;单台设备展示模块不仅展示设备的实时数据及详细信息,并且可数图结合,以曲线图展示历史数据和趋势走向,并且曲线图可导出到Excel表格中,自动计算最大值、最小值、平均值,极大方便分析管理。

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前台界面展示

   2.后台管理系统

    后台管理模块主要由公司管理、用户管理、设备管理、设备类型管理、分组管理和报警管理六部分组成。主要是对公司/单位、用户和设备账号的添加、编辑、删除和查询,通过对设备参数和设备分组设置,实现网格化区域部署的划分和管理,以及制定划分各环境参数污染报警等级,为报警等级列出标准,控制首页的污染等级展示内容。

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后台管理界面

六、系统优势

(1)标准的技术路线:根据国家相关标准要求提供完整的配置系统;

(2)灵活的方案配置:可根据需求扩展出多种解决方案;

(3)优质的软件平台:通过中心端软件平台,实现多站点数据集成、分析、上报和发布。

(4)科学的算法技术:采用分布式冗余节点判断算法实现对网格化环境监测区域布点、整体监控,污染物布点污染排名,对比统计等功能。

(5)精确的监测数据:可同时监测多种环境因子,具有很高的时间、空间分辨能力和探测灵敏度;

(6)低廉的运行成本:可实时、连续、长期运行,操作简单,维护方便,运行成本低;

(7)先进的配套软件:采用数据采集、分析及可视化软件,大大提高监测效率。

(8)多方位的监控方式:由“点源环境监测”向“点源污染防治”转变,掌握各企业园区污染物的排放情况、整体空气质量及其它变化趋势。

七、应用场景

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八、拓展应用

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