道路施工揚塵監(jiān)測系統(tǒng)設計

吳靖江 李昊 劉杰

摘 要：道路施工具有施工點多、線路長和環(huán)保質量要求高等特點。由于戶外不可控環(huán)境因素較多，因此施工過程中極易產(chǎn)生揚塵。本文根據(jù)道路施工揚塵產(chǎn)生特點，結合GPRS無線通信技術以及單片機控制技術，設計出一套由揚塵采集設備、信息傳輸設備以及監(jiān)測中心組成的道路施工揚塵監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用激光揚塵傳感器自動采集揚塵數(shù)據(jù)，利用無線傳輸網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，利用單片機對各點PM2.5和PM10數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和分析，不僅解決了道路施工過程中揚塵多點有線監(jiān)測時數(shù)據(jù)統(tǒng)計煩瑣的問題，而且實現(xiàn)了揚塵數(shù)據(jù)的存儲功能，便于用戶隨時調出。

關鍵詞：道路施工;揚塵;監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：X799.1文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）01-0022-03

Abstract： Road construction has the characteristics of many construction points， long lines and high environmental quality requirements. Due to many uncontrollable outdoor environmental factors， dust is easily generated in the construction process. According to the characteristics of road construction dust， combined with GPRS wireless communication technology and single chip microcomputer control technology， this paper designed a set of road construction dust monitoring system composed of dust collection equipment， information transmission equipment and monitoring center. The system uses laser dust sensor to automatically collect dust data， uses wireless transmission network to realize data transmission， and uses single chip microcomputer to monitor and analyze PM2.5 and PM10 data of each point. It not only solves the problem of data statistics in multi-point wired monitoring of dust during road construction， but also realizes the storage function of dust data， which is convenient for users to call out at any time.

Keywords： road construction;dust;monitoring system

隨著我國城市化進程不斷推進，道路施工建設數(shù)量呈上升趨勢[1]。一般來說，道路施工具有施工點多、線路長、施工工期長、環(huán)保質量要求高等特點[2]，加之戶外作業(yè)條件下不可控環(huán)境因素較多，在道路施工過程中極易產(chǎn)生揚塵。揚塵在風載下極易擴散，進而引起局部空氣污染[3]。據(jù)統(tǒng)計，中國大部分城市的可吸入顆粒物PM10與細顆粒物PM2.5已成為我國大氣污染的首要污染物，而這些大氣顆粒污染物，有40%左右來自建筑施工，部分城市甚至達到了50%。大量揚塵顆粒不僅會對居民健康造成嚴重危害，而且會對可見度產(chǎn)生較大影響，降低通行效率，甚至造成交通事故。隨著人們對環(huán)境保護的重視，建立道路施工揚塵監(jiān)測系統(tǒng)成為重要工作。

1 道路施工揚塵監(jiān)測系統(tǒng)的框架結構

道路施工揚塵監(jiān)測系統(tǒng)框架主要由三部分組成，包括道路施工現(xiàn)場布設的揚塵數(shù)據(jù)采集設備、GPRS無線傳輸設備、監(jiān)控中心數(shù)據(jù)接收和管理設備。系統(tǒng)的具體框架如圖1所示。施工揚塵數(shù)據(jù)采集器是監(jiān)測系統(tǒng)的前端，主要對施工環(huán)境因素（如風速、風向和溫濕度）和揚塵信息（PM2.5和PM10）進行自動采集。與此同時，各個采集站點利用GPRS無線通信技術，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心對采集的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和分析。如果施工場地某一站點揚塵超出預設的警戒值，系統(tǒng)會自動報警，以提醒監(jiān)管部門對該施工點做降塵處理，實時保證環(huán)境安全[4]。另外，監(jiān)控中心還可以保存任意時間段的揚塵數(shù)據(jù)，為揚塵分析、治理提供較為準確的對比數(shù)據(jù)。

1.1 揚塵數(shù)據(jù)采集設備

揚塵數(shù)據(jù)采集設備采用激光揚塵傳感器。該傳感器具有體積小、測試速度快、靈敏度高、穩(wěn)定性好和無噪聲污染等諸多優(yōu)點，被廣泛應用于空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)中。其基本原理為（見圖2）：半導體激光源發(fā)射出激光，激光通過透鏡穿過觀測區(qū)域后，觀測區(qū)域內的揚塵粒子對激光產(chǎn)生散射作用，然后再采用散射光采集器收集散射光強，并通過電路進行波形調整，形成統(tǒng)計樣本顆粒分布濃度，最后通過計算來反映空氣中顆粒分布濃度，通過串口輸出PM2.5和PM10的濃度值。激光揚塵傳感器的參數(shù)見表1。

1.2 GPRS無線傳輸設備

GPRS無線傳輸設備主要針對工業(yè)級應用，是一款內嵌GSM/GPRS核心單元的無線Modem，以GSM/GPRS網(wǎng)絡為傳輸媒介，是一款基于移動GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務的工業(yè)級通信終端[5]。該設備主要利用GPRS業(yè)務為用戶搭建了一個超遠距離的數(shù)據(jù)傳輸平臺，標準工業(yè)規(guī)格設計，提供RS485標準接口，直接與用戶設備連接，設備參數(shù)如表2所示。

1.3 監(jiān)控中心數(shù)據(jù)接收和管理設備

監(jiān)控中心數(shù)據(jù)接收和管理采用單片機技術。單片機是一個集合了中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等諸多功能于一體的微型計算機系統(tǒng)[6]，被廣泛應用于工業(yè)控制領域。本系統(tǒng)采用單片機作為道路施工過程中揚塵監(jiān)測系統(tǒng)的微控制單元（Microcontroller Unit，MCU），用于接收分析數(shù)據(jù)，發(fā)送指令。單片機結構如圖3所示。

2 系統(tǒng)軟件設計

運行平臺采用Microsoft XP操作系統(tǒng)，采用組態(tài)軟件對揚塵監(jiān)測系統(tǒng)進行設計。該軟件采用面向對象的方法，具有用戶界面良好、擴展性能強、易維護等優(yōu)點。

2.1 揚塵實時監(jiān)測

通過監(jiān)測系統(tǒng)軟件，可實時接收從各個監(jiān)測站點傳回的揚塵監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過軟件對數(shù)據(jù)進行解析，顯示不同站點對應的PM2.5和PM10，顯示界面如圖4所示。數(shù)據(jù)更新時間可根據(jù)程序進行設定，最小更新時間為1 s。軟件還可以根據(jù)需要設定揚塵閾值，當某一站點揚塵數(shù)據(jù)超出預先設定好的數(shù)值上限，監(jiān)測系統(tǒng)會對監(jiān)測人員發(fā)出信息警報，從而實現(xiàn)遠程自動實時監(jiān)測。

2.2 PM2.5和PM10實時變化

為了便于管理者觀測不同施工道路站點處揚塵的歷時變化，軟件設計過程中，加入了揚塵實時變化曲線界面。管理者可通過該界面觀測不同站點PM2.5和PM10實時變化情況，也可以通過歷史數(shù)據(jù)查詢，分析任意時間段內揚塵變化曲線，便于管理者掌握揚塵增大出現(xiàn)的時間點，結合該時間點施工現(xiàn)場出現(xiàn)的施工情況，間接分析出致使揚塵激增的原因，從而加強施工現(xiàn)場管理，避免類似情況的出現(xiàn)。

2.3 揚塵數(shù)據(jù)儲存

通過單片機軟件功能實時接收從監(jiān)測點傳回的揚塵監(jiān)測信息，經(jīng)過解析后存入采集系統(tǒng)中，系統(tǒng)對現(xiàn)場的揚塵監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分類整理，并進行進制轉換，生成各種監(jiān)測報表，存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，以方便管理者進行查閱和導出。導出的數(shù)據(jù)采集時間間隔可由管理者自行設定，該系統(tǒng)可導出最小采集時間間隔為1 s的數(shù)據(jù)資料。

3 結語

近年來，隨著我國城市化發(fā)展進程不斷加快，空氣顆粒污染物已成為影響城市空氣質量最重要的因素之一。因此，減少揚塵污染，保護城市環(huán)境，已成為當今環(huán)保工作的主題之一。調查發(fā)現(xiàn)，工程施工揚塵是造成空氣污染的罪魁禍首之一，而工程施工中的道路施工具有施工點多、線路長、施工工期長等特點，施工過程中空氣污染不易監(jiān)測，無法及時采取有效的抑塵措施，從而加劇了空氣的污染。因此，在道路施工過程中，如果能實時監(jiān)測施工現(xiàn)場的揚塵情況，針對揚塵出現(xiàn)的情況對癥下藥，就能有效防止揚塵超標，從而達到改善城市空氣質量的目的。基于此，本文根據(jù)道路施工揚塵產(chǎn)生的特點，結合無線通信技術和單片機控制技術，設計出了由揚塵采集設備、信息傳輸設備以及監(jiān)測中心組成的道路施工揚塵監(jiān)測系統(tǒng)。

參考文獻：

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