基于物聯網的大氣污染(PM10)在線監測平臺的設計

趙淑君 趙化興

摘要：近年來，我國空氣質量急劇下滑，影響著人們日常出行，為妥善解決城市大氣污染（PM10）問題，該文研究設計了一套基于物聯網技術的大氣污染（PM10）在線監測平臺，建立一套標準化科學監管技術并向全市進行示范推廣，減少大氣污染（PM10）導致的大氣污染，還市民一片藍天白云。

關鍵詞：物聯網;大氣污染;PMIO;在線監測

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）10-0279-02

1概述

近些年來，伴隨著霧霾重污染和沙塵天氣過程的屢次發生，政府對空氣質量的關注程度越來越高。細微的環境變化會更加廣泛的反映在城市居民的身體健康狀況上。可吸人顆粒物（PM10）被人吸人后，會累積在呼吸系統中，引發許多疾病。整治可吸人顆粒物的腳步從未停止，但是大氣污染物排放總量仍居高不下，城市中絕大多數的單位沒有對可吸人顆粒物的（PM10）進行有效治理，糟糕的空氣影響的并不只是室外，一些公共場所也彌散著異昧，嚴重影響人們的日常生活與出行。因此，需要大氣環境監測系統，幫助我們準確實時的了解大氣質量。以輝縣市為例，建立建筑工地揚塵（PM10）監測示范點10個，主要拆遷工地大氣污染（PM10）監測示范點3個，筆者設計了基于物聯網的大氣污染（PM10）在線監測平臺，對PM10進行實時在線監控，實現對各個監測點進行自動的連續監測、自動采樣大氣污染數據、自動處理實時數據，并且能夠自動地將數據傳送到數據中心，可以為環保部門提供實時可靠的數據依據。

2系統總體概述

大氣污染（PM10）在線監測平臺實現了對空氣中PM10實時動態監測，系統基于傳統計算機技術、物聯網、自動監測和GIS在內的多種技術手段融合的大氣質量管理系統。系統是由上位機和下位機兩個組成部分。上位機主要是通過組態軟件實現系統界面的顯示，數據存儲，數據處理，數據報表和數據預警等相關功能;下位機主要對監測點污染源進行數據采集，采集設備將采集到的數據通過物聯網技術發送到上位機，由上位機做進一步的數據處理。大氣污染（PM10）在線監測平臺有功能模塊主要由地理信息顯示、監控源管理、數據綜合查詢、數據分析統計、數據管理、系統維護等功能。其功能結構如圖1所示。

3系統設計

3.1系統總體設計

大氣污染（PM10）在線監測平臺是由應用層、平臺層、傳輸層和感知層4個層次結構，如圖2所示。其中，感知層是感知監控污染源現場，由多個傳感器終端節點來監測采集現場數據，可以通過固定式監測、移動式監測和車載式監測等多種監測方法來實現現場數據的采集。傳輸層是通過傳輸網絡將現場采集到的數據發送到平臺層數據中心。平臺層對接收到的數據進行分析、處理，完成實時數據顯示、歷史報表、數據預警等功能。應用層是將平臺層的數據通過WEB發布到信息管理監控平臺和移動信息發布平臺，可以確保用戶無論何時何地可以實時了解到平臺數據信息。

3.2地理信息顯示設計

在系統中將GIS控件嵌入到組態軟件中，來設計實現系統中的地理信息顯示。本系統在地理信息界面中將實時顯示每一個監控點的信息，如：公司基本信息、實時監測數據、報警閥值設定和歷史監測數據。并且可以實現地圖的放大、縮小、測距、圖層控制等地理信息的控制功能。其中，地理坐標和屏幕坐標轉換算法如下：

W/W1=（x-xO）/xl

H/H1=（y-yO）/（H1-y1）

在一個坐標系中，地圖中的坐標系通常認為向右的方向為x軸的正方向，向上的方向為Y軸的正方向，坐標原點為地圖的左下角，如圖3所示。而在屏幕上的方向則與地圖上的坐標系不同，在屏幕坐標系上x軸定義與地圖上的坐標系定義是一樣的，都是向右為x軸的正方向，屏幕上坐標的Y軸與地圖坐標上的Y軸定義不同，屏幕上的Y軸是向下為正方向，而坐標原點是在屏幕的左上角，如圖4所示。因此，我們在記錄地理坐標信息時，要先記錄緯度信息，后記錄經度信息。

3.3在線監測設計

在線監測設備模塊包括在線儀器管理、報警閥值設定管理、在線監測數據管理、大氣自動監測和在線監測設備的管理等幾個管理模塊。在線監測模塊的主要工作流程如圖5所示。

3.4分析統計模塊設計

分析統計包括數據匯總、數據分析統計功能等操作。是對監測點按照設定的時間段、量程、監測因子等數值進行詳細的分析統計。在該系統中，給用戶提供了多種數據分析的方法可以通過圖表分析、表格分析、曲線分析、棒圖分析、餅圖分析。分析統計模塊的部分代碼如下：

設定曲線時間

4結束語

本系統是集大氣污染監測、遠程控制和污染報警處理為一體的綜合管理系統，系統采用物聯網技術，以及數據采集設備搭建起對環境污染源的在線監測系統，實現了將采集到的各個分散點的環境信息傳輸到環保局的數據監測中心，監管部門可以隨時掌控各個污染源的環境變化情況，彌補了監測點多且位置分散，監測點無人長期值守等情況，改變了環境監管部門的傳統的人工監管方，提高了環境監管部門的工作效率。以基于物聯網的大氣污染（PM10）測控與治理技術為核心建立一套標準化科學監管技術并向全市進行示范推廣，減少大氣污染（PM10）導致的大氣污染，還市民一片藍天白云。