揚塵在線監測系統研究

李升和

【摘?要】改革開放以來，我國的經濟得到了快速的發展，而高速的發展必然會帶來環境的污染。其中大氣污染狀況日益突出。而隨著不同地區污染物排放量的不斷增加，對環境污染監控和治理也增大了難度，從而需要投入大量的人員對污染源的出處進行排查。而排查的不全面，信息反饋的不夠及時等原因也會造成從根本上改善大氣污染問題。因此我們便引入了無線傳感網絡技術對容易產生大氣污染的地區進行實時監控，并及時反饋從而高效地解決大氣污染問題。

【關鍵詞】環境污染;污染監控;無線傳感網絡技術;實時監控

引言

揚塵污染是城市施工等過程中排放的治理難度大的且沒有具體某一類型產生源的污染物;例如：施工時工人或設備帶來的一次污染，以及物料運輸與車輛所散落的工地材料所造成的二次污染。揚塵排放的比例大、高度低，主要集中于城市人口密集的地區;雖然我國對于施工監管，防控布控點多、力度大，但目前大氣揚塵污染的監管的方法還停留在實地調查、檢測等的方式，單憑人力監管具有工作量大、反饋信息不及時等缺點，無法實時了解某地區的大氣揚塵污染狀況。所以為了解決這一弊端，就需要利用無線傳感網絡知識，打造一種能夠對目標地區的大氣揚塵進行不間斷監測的系統，基于物聯網的揚塵監測具有顯著優勢，以便管理人員能夠快速發現違法現象，解決現實問題。

1總體設計

首先，要想設計出實時監控揚塵的系統，我們就要清楚我們憑借什么得出該地區存在揚塵污染。這就需要借助揚塵方面的知識，揚塵種類繁多，主要有道路揚塵，工地揚塵等一些沒有組織的污染物，而PM2.5中大部分是揚塵。那么對揚塵的不間斷監測固然不能缺少一些重要的指標及環境參數：如TSP、濕度、PM2.5、PM10、噪聲、風向風速等因素。不同方面的影響要綜合考慮，通過傳感器對不同因素的數據進行不間斷采集并上傳，單片機處理后，經由Zigbee網關，上位機接收到采集的數據，根據各部分的作用將這些不同因素的采集的數據與監控的視頻等融合在一起，從多個層面看待，數據會不間斷地顯示在我們所設立的監測界面上，根據數據分析環境情況，如有異常即報警等。也就是利用物聯網技術的無線數據采集并傳輸，將數據由無線傳感網絡傳送至遠程進行監控。這樣就能有效監控目標地區的揚塵污染狀況。

2主要內容及關鍵技術

2.1設計框架

系統拓撲結構：

本系統主要由數據監測與采集部分、數據處理部分、數據傳輸與接收部分、LED屏顯示部分、電源部分、視頻參數融合組成。如：

2.1.1數據監測與采集部分

揚塵監測采集，噪聲檢測采集等部分組成無線傳感器節點。監測噪聲，對噪聲的連續監測提高了傳感器的精度。在特定的時間間隔收集灰塵并上傳到服務器，統計、分析由后臺系列程序來完成。PM10和PM2.5是需要監測的參數。如何測量大氣揚塵？

（1）濾膜稱重法

通過切割器對氣體進行采樣，采樣后通過稱量靜電濾膜的質量增量來獲取吸附顆粒物的質量，然后根據采樣的流量和時間，通過公式可計算出粉塵顆粒物的濃度。

優點：測量結果可靠高、受干擾因素少、誤差小;

缺點：手工操作、步驟繁瑣、工作量大、耗時長、無法在線測量、無法滿足實時性的要求。

（2）壓電晶體法

通過對顆粒物進行放電操作將顆粒物沉積并吸附在測量振蕩器的表面;由于振蕩器的振蕩頻率與其質量成負相關，因此可以通過振蕩頻率的變化量來實現對顆粒物質量濃度的測量;壓電晶體法可以實現分段連續自動測量，但是由于需要定期清理振蕩器電極，導致了其采樣率不穩定。

（3）光散射法

將光束通過顆粒物空間，利用顆粒物和入射光的相互作用：光的散射和吸收現象;將散射和吸收能量的和作為消光值，通過該值計算出顆粒物的粒徑和濃度等信息。

優點：可測量的粒徑范圍寬、自動連續測量效果好。

2.1.2數據處理部分

通過節點模塊將單片機接收的數據再通過收發模塊進行收發，外設選取不同引腳突出了靈活性。

2.1.3 LED傳輸顯示及報警

可以實時監測數據，再LED上隨時顯現，通過這種方式提醒施工單位與人員、城市的居民;同時可以讓施工單位、人員和城市的居民能夠自我警覺，加以改正;噪聲、揚塵哪一方面不符合標準則自行改正。

2.1.4電源部分

太陽能電池將太陽能轉化為電能，可以為系統存儲電能，經過電源轉換，穩壓等，為不同模塊、部分提供電源支撐。

2.1.5視頻參數融合部分

將某地區環境和測得的參數聯系起來，環境參數會以自己想要的形式凸顯于視頻畫面上，這樣就和視頻一同存儲，清楚明了。

工地人員通過該系統對是否存在違規一目了然，可以隨時對自己所處地區工作狀況加以調整，實時鞭策自己。

2.2關鍵技術

揚塵監測系統在信息傳輸技術方面主要運用了無線通信技術，無線通信是電磁波信號在傳播過程中交換信息的有成效的通信手段。無線通信技術益處明顯，它具有較低的成本，物理線路和電纜都不用，且它適應力強，在很多環境因素下依然不遜色。傳統的有線通信的設置、維修都很繁瑣，而通過遠程診斷可以完成維修無線網絡，簡單易行。

在近程數據傳輸的過程中Zigbee網關起到作用，ZigBee是一種無線通信技術。其特點是距離近、功耗低。它的傳輸的距離一般是10-100m;大體用在樓房、居房的控制、工業上的一般自動化控制、關于農業方面的信息的收集與控制、共用地方的信息的檢測與控制、智能的標簽等方面，它可以用在多種設備上。

在距離相對遠的數據傳輸則Zigbee-GPRS網關起到作用，GPRS是一種立足于GSM通信系統的無線分組交換技術，別名通用無線分組業務，它主要被應用于線路建設相對困難和離城市較遠的地方。

3結語

數據采集過程中，采用Zigbee技術搭建的無線傳感網絡優勢明顯，克服了不少局限;通過在需監測的地區安裝數個傳感器節點，避免了信息中斷，各種不同的設計使系統更加全面，對污染的監管可起到積極作用，有很好的推廣價值。

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（作者單位：河南工學院）