智慧環(huán)保云平臺建設(shè)方案

1、 智慧環(huán)保云平臺建設(shè)方案目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc517203745 一、背景及意義 PAGEREF _Toc517203745 h 4 HYPERLINK l _Toc517203746 二、目標與內(nèi)容 PAGEREF _Toc517203746 h 4 HYPERLINK l _Toc517203747 2.1. 項目目標 PAGEREF _Toc517203747 h 4 HYPERLINK l _Toc517203748 2.2主要研發(fā)內(nèi)容 PAGEREF _Toc517203748 h 5 HYPERLINK l _Toc51720374

2、9 三、思路與方法 PAGEREF _Toc517203749 h 6 HYPERLINK l _Toc517203750 3.1總體技術(shù)路線 PAGEREF _Toc517203750 h 6 HYPERLINK l _Toc517203751 3.1.1業(yè)務(wù)系統(tǒng)的分析 PAGEREF _Toc517203751 h 6 HYPERLINK l _Toc517203752 3.1.2 云存儲平臺搭建 PAGEREF _Toc517203752 h 7 HYPERLINK l _Toc517203753 3.1.3傳感器數(shù)據(jù)分析與處理 PAGEREF _Toc517203753 h 7 HYP

3、ERLINK l _Toc517203754 3.2 總體技術(shù)架構(gòu) PAGEREF _Toc517203754 h 7 HYPERLINK l _Toc517203755 四、進度安排 PAGEREF _Toc517203755 h 8 HYPERLINK l _Toc517203756 五、成果及效益 PAGEREF _Toc517203756 h 10 HYPERLINK l _Toc517203757 六、PM2.5云監(jiān)測系統(tǒng)前端方案 PAGEREF _Toc517203757 h 11 HYPERLINK l _Toc517203758 6.1概述 PAGEREF _Toc517203

4、758 h 11 HYPERLINK l _Toc517203759 6.61.1背景 PAGEREF _Toc517203759 h 11 HYPERLINK l _Toc517203760 6.1.2意義 PAGEREF _Toc517203760 h 11 HYPERLINK l _Toc517203761 6.2設(shè)計 PAGEREF _Toc517203761 h 12 HYPERLINK l _Toc517203762 6.2.1 系統(tǒng)架構(gòu) PAGEREF _Toc517203762 h 12 HYPERLINK l _Toc517203763 6.2.2 傳感器 PAGEREF _

5、Toc517203763 h 15 HYPERLINK l _Toc517203764 6.2.3 計算 PAGEREF _Toc517203764 h 17 HYPERLINK l _Toc517203765 6.2.4 采集部分 PAGEREF _Toc517203765 h 19 HYPERLINK l _Toc517203766 6.2.5 通信部分 PAGEREF _Toc517203766 h 20 HYPERLINK l _Toc517203767 6.2.6 電源部分 PAGEREF _Toc517203767 h 21 HYPERLINK l _Toc517203768 6.

6、3特點 PAGEREF _Toc517203768 h 22 HYPERLINK l _Toc517203769 七、PM2.5云監(jiān)測系統(tǒng)后端方案 PAGEREF _Toc517203769 h 24 HYPERLINK l _Toc517203770 7.1. 概述 PAGEREF _Toc517203770 h 24 HYPERLINK l _Toc517203771 1.1背景 PAGEREF _Toc517203771 h 24 HYPERLINK l _Toc517203772 1.2意義 PAGEREF _Toc517203772 h 25 HYPERLINK l _Toc5172

7、03773 7.2. 設(shè)計 PAGEREF _Toc517203773 h 26 HYPERLINK l _Toc517203774 7.2.1 系統(tǒng)架構(gòu) PAGEREF _Toc517203774 h 26 HYPERLINK l _Toc517203775 7.2.2系統(tǒng)可靠性與擴展性 PAGEREF _Toc517203775 h 28 HYPERLINK l _Toc517203776 7.3特點 PAGEREF _Toc517203776 h 31背景及意義 目前環(huán)保局已經(jīng)擁有包括“陽光政務(wù)系統(tǒng)”、“12369 投訴系統(tǒng)”、“排污申報收費系統(tǒng)”、“污染應(yīng)急指揮控制系統(tǒng)”、“機動車排氣

8、監(jiān)測系統(tǒng)”、“污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)”、“環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)”、“危險固體廢棄物管理系統(tǒng)”、“核與輻射管理系統(tǒng)”在內(nèi)的多套業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可進行業(yè)務(wù)審批、意見收集、任務(wù)指派、排污申報與收費等各項業(yè)務(wù)功能。存在的問題主要是這些系統(tǒng)各自為政，數(shù)據(jù)無法有效共享與集成，導(dǎo)致同類數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)中存在冗余和不一致問題，同時這些系統(tǒng)間缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理模式，導(dǎo)致數(shù)據(jù)保存不規(guī)范、不完整。 這些數(shù)據(jù)的冗余、不一致和缺失使得在日常業(yè)務(wù)工作中，雖然各系統(tǒng)能發(fā)揮自己的做用，處理各自業(yè)務(wù)功能，但各系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)無法進行有效融合，不能支持全局的數(shù)據(jù)應(yīng)用、處理和分析功能，導(dǎo)致出現(xiàn)明明有數(shù)據(jù)可是卻無法找到，無法使用的局面。 通過本次項

9、目研究，一方面利用信息網(wǎng)格技術(shù)，動態(tài)集成現(xiàn)有系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，打破各系統(tǒng)間隔閡，解決環(huán)保局范圍內(nèi)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成問題，實現(xiàn)全局范圍的數(shù)據(jù)共享、分析與使用。另一方面，利用云存儲和云計算技術(shù)，打造一個具有高容量、高可維護性、高性價比、高容錯的云平臺，支撐海量信息的存儲和處理。目標與內(nèi)容2.1. 項目目標本次課題的研究目標是建立一個集成環(huán)保局范圍內(nèi)各在用系統(tǒng)的平臺，該平臺集成各種環(huán)保相關(guān)的信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、用戶投訴數(shù)據(jù)，以及來至傳感器的各種聲、光、氣、水、溫數(shù)據(jù)。該平臺能在對信息進行分析處理的情況下，利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過電腦、智能手機、平板設(shè)備等移動終端提供包括企業(yè)信息查詢、污染應(yīng)急指揮控制、污染源

10、在線監(jiān)控等各類服務(wù)，可以形成對信息的全面掌握、實時監(jiān)測、智能分析、歷史積累。2.2主要研發(fā)內(nèi)容（1）現(xiàn)有信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成對在用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行分析，明確需要集成的數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系后，制定一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，然后采用信息網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的抽取與集成。（2）基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息自動采集與分析利用各類傳感器實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測中各種聲、光、氣、水、溫數(shù)據(jù)的自動采集，并導(dǎo)入到用的分析系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)分析。（3）基于云存儲的中心數(shù)據(jù)庫的建設(shè)在集成業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測信息的基礎(chǔ)上建設(shè)一個基于云存儲的、可擴展，具有統(tǒng)一規(guī)范數(shù)據(jù)格式的中心數(shù)據(jù)庫，將各業(yè)務(wù)系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)抽取到中心數(shù)據(jù)庫進行存儲，確保信息的完整和

11、安全可靠。（4）基于云計算與語義技術(shù)的環(huán)保數(shù)據(jù)處理和分析方法利用云計算平臺的強大處理能力，結(jié)合語義技術(shù)進行數(shù)據(jù)的處理和挖掘，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息；（5）智慧環(huán)保云平臺的建立在中心數(shù)據(jù)庫上開發(fā)建立包括企業(yè)信息全壽命管理（即從企業(yè)登記開始到企業(yè)注銷的全程信息管理）、數(shù)據(jù)精確分析、處置決策、趨勢分析等在內(nèi)的應(yīng)用，并為其它系統(tǒng)預(yù)留數(shù)據(jù)調(diào)用接口，最終建成一個涵蓋在用系統(tǒng)數(shù)據(jù)，支持全局信息管理分析與應(yīng)用的“智慧環(huán)保”系統(tǒng)。思路與方法3.1總體技術(shù)路線總體技術(shù)路線如圖1所示?？煞譃槿齻€方面開展。圖 SEQ 圖 * ARABIC 1 “智慧環(huán)保云”實施技術(shù)路線圖3.1.1業(yè)務(wù)系統(tǒng)的分析（1）對在用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵流

12、程、關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)間邏輯關(guān)系進行分析，確定需要集成的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)集成和建立中心數(shù)據(jù)庫做準備（2）利用信息網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行按需提取。（3）對來自各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行集成，建立一個面向環(huán)保系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫。（4）將傳感器數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)合，建立中心數(shù)據(jù)庫。（5）在中心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)支持下，利用云計算與語義技術(shù)進行數(shù)據(jù)分析，為業(yè)務(wù)處理、決策提供信息支持。（6） 在中心數(shù)據(jù)庫上開發(fā)建立包括企業(yè)信息全壽命管理（即從企業(yè)登記開始到企業(yè)注銷的全程信息管理）、數(shù)據(jù)精確分析、處置決策、趨勢分析等在內(nèi)的應(yīng)用，并為其它系統(tǒng)預(yù)留數(shù)據(jù)調(diào)用接口。（7）完成“智慧環(huán)保云”的部署工作。3.1.2 云存儲平臺搭建通

13、過采購存儲硬件，在現(xiàn)有的云存儲軟件的基礎(chǔ)上，搭建一套大容量的云存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于保存業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)已經(jīng)運行業(yè)務(wù)處理平臺。3.1.3傳感器數(shù)據(jù)分析與處理 了解目前在用的傳感器類型，確定信息接收和分析處理的方法，將傳感器數(shù)據(jù)集成進系統(tǒng)中。3.2 總體技術(shù)架構(gòu)系統(tǒng)包括三個部分：數(shù)據(jù)層，中心數(shù)據(jù)庫層及應(yīng)用層，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（1） 數(shù)據(jù)層 數(shù)據(jù)層有各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的關(guān)鍵性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和各類傳感器采集的數(shù)據(jù)組成，它們?yōu)檎麄€“智慧環(huán)?！毕到y(tǒng)提供數(shù)據(jù)來源。（2）中心數(shù)據(jù)庫層 中心數(shù)據(jù)庫層由一個基于云存儲的綜合數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，在這里對來至數(shù)據(jù)層的各類數(shù)據(jù)進行匯總、處理、集成與管理，確保數(shù)據(jù)的唯一性和確

14、定性，并為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。（3）應(yīng)用層應(yīng)用層包含各類基于全局數(shù)據(jù)的應(yīng)用， 包括：企業(yè)信息的全壽命管理、數(shù)據(jù)的精確分析、城市物量統(tǒng)計、輔助決策等同時提供一個數(shù)據(jù)接口，可為其它系統(tǒng)提供按需的數(shù)據(jù)服務(wù)。進度安排序號階段工作內(nèi)容起止日期階段成果形式1可行性調(diào)研階段該階段主要進行項目的可行性論證，熟悉現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)、理清各系統(tǒng)間關(guān)系、進一步明確“智慧環(huán)?！毕到y(tǒng)應(yīng)具備的功能，同時進行技術(shù)可行性分析。結(jié)合調(diào)研結(jié)果，撰寫項目可行性報告2業(yè)務(wù)系統(tǒng)分析階段找出關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程和關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，確定需要集成的數(shù)據(jù)、確定數(shù)據(jù)的格式和相互間邏輯關(guān)系完成業(yè)務(wù)系統(tǒng)分析，形成中心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)字典，完成項目的概要設(shè)計。2傳感器數(shù)據(jù)

15、分析與處理階段理清需要處理的傳感器數(shù)據(jù)、了解數(shù)據(jù)處理方式并將其整合到項目中完成傳感器的數(shù)據(jù)分析工作，針對每類傳感器數(shù)據(jù)出具分析報告，包括數(shù)據(jù)類型、采集方式、數(shù)據(jù)保存格式等信息。2云存儲平臺建設(shè)階段主要進行硬件設(shè)計與采購，搭建存儲的軟硬件平臺完成具有海量存儲能力的云存儲平臺。3數(shù)據(jù)提取與集成階段利用網(wǎng)格技術(shù)，開發(fā)適用與環(huán)保系統(tǒng)的信息集成中間件完成數(shù)據(jù)的集成工作。開發(fā)信息系統(tǒng)中間件軟件4中心數(shù)據(jù)庫的建立結(jié)合 存儲硬件平臺，數(shù)據(jù)字典、傳感器數(shù)據(jù)，建立一套中心數(shù)據(jù)庫，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)統(tǒng)一提取保存在中心數(shù)據(jù)庫中系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫的建立5業(yè)務(wù)處理平臺建設(shè)階段根據(jù)業(yè)務(wù)需要，開發(fā)基于中心數(shù)據(jù)庫的業(yè)務(wù)處理平臺

16、，形成包括企業(yè)信息全壽命管理（即從企業(yè)登記開始到企業(yè)注銷的全程信息管理）、數(shù)據(jù)精確分析、處置決策、趨勢分析等應(yīng)用在內(nèi)的業(yè)務(wù)處理平臺研發(fā)一套業(yè)務(wù)處理平臺6“智慧環(huán)保云”的部署與推廣完成“智慧環(huán)保云”的部署工作，提供項目的詳細設(shè)計、數(shù)據(jù)庫字典、用戶手冊、維護手冊。部署系統(tǒng)，提供目的詳細設(shè)計、數(shù)據(jù)庫字典、用戶手冊、維護手冊。成果及效益預(yù)期成果為是一個集成各種系統(tǒng)的平臺，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供各種信息服務(wù)。集成各種環(huán)保相關(guān)的信息系統(tǒng)，輸入是各種聲、光、氣、水、溫等傳感器的數(shù)據(jù)，各種數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，及用戶投訴數(shù)據(jù)，輸出是各種信息服務(wù)，通過電腦、移動終端等提供服務(wù)。可以形成全面掌握、實時監(jiān)測、智能分析、歷史積累等

17、能力。 依靠云計算、物聯(lián)網(wǎng)和信息網(wǎng)格技術(shù)，構(gòu)建“智慧環(huán)保云”，做第一家“說得清”的環(huán)保管理者，依靠先進技術(shù)提升管理水平，在全國做出優(yōu)質(zhì)示范。 全面掌握：對各種來源數(shù)據(jù)進行匯聚，原來散落在不同系統(tǒng)、描述不同內(nèi)容的局部數(shù)據(jù)發(fā)揮整體作用。 精確分析：可以以某個企業(yè)、某個區(qū)域、某個時段等作為分析對象，依靠數(shù)據(jù)的相互印證和補充而實現(xiàn)精確分析。 及時預(yù)警：各種物聯(lián)網(wǎng)傳感器、接入系統(tǒng)和人工測量的結(jié)果的自動綜合可以及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境危險信號，將危險消滅在萌芽狀態(tài)中。 長效管理：依靠云計算平臺的海量存儲能力，不斷積累歷史數(shù)據(jù)，可以對監(jiān)測對象和整體環(huán)境趨勢進行長期的跟蹤和分析。PM2.5云監(jiān)測系統(tǒng)前端方案6.1概述PM

18、2.5云監(jiān)測方案，是基于PM2.5測試的輔助測試。主要是反映局部區(qū)域的相關(guān)參考值，從而和宏觀上反映城市的整體的空氣質(zhì)量的監(jiān)測站點的監(jiān)測方式形成互補。6.61.1背景目前許多城市的環(huán)境監(jiān)測中心站點較少，分布分散，環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)僅從宏觀上反映城市的整體的空氣質(zhì)量，但是不能從微觀上反映局部區(qū)域、特定區(qū)域的空氣質(zhì)量的好壞，這就需要建設(shè)更多的環(huán)境監(jiān)測站點，提供更多的實時的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。國外一套PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)價格在10萬美金，國產(chǎn)價格在10-50萬人民幣，價格昂貴。建設(shè)更多的環(huán)境監(jiān)測站點需要巨大的資金投入，成本太高。的PM2.5云監(jiān)測系統(tǒng)價格大約在1萬人民幣，非常廉價，能夠解決資金投入問題，同時滿

19、足一定的測量精度，和現(xiàn)有的空氣環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)形成互補，為環(huán)保部門服務(wù)。目前350米以下都有顆粒污染物，污染程度比較嚴重，加之信息化工作處于低端水平，以及公眾對于PM2.5的關(guān)注度不斷提升，使得PM2.5的監(jiān)測重要性日益突出。廉價的PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與目前的傳統(tǒng)監(jiān)測站點的監(jiān)測方式形成互補，滿足公眾環(huán)境需求，提升政府形象。6.1.2意義部署廉價的PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，配合城市現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測站點，準確、及時、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學依據(jù)，并結(jié)合天氣狀況、城市交通、人口密度、工業(yè)產(chǎn)值等元素，進行系統(tǒng)的研究，為保護環(huán)境，改善城市的大氣環(huán)境質(zhì)量改

20、善起到技術(shù)支撐作用。具體可歸納為: (1) 根據(jù)環(huán)境質(zhì)量標準，評價環(huán)境質(zhì)量。 (2) 根據(jù)污染分布情況， HYPERLINK /wiki/ o 追蹤 t _blank 追蹤尋找污染源，為實現(xiàn)監(jiān)督管理、控制污染提供依據(jù)。 (3) 構(gòu)建云計算海量數(shù)據(jù)處理平臺，存儲本區(qū)域海量數(shù)據(jù)，積累長期監(jiān)測資料，為研究環(huán)境容量、實施總量控制、目標管理、預(yù)測預(yù)報環(huán)境質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。 (4) 為保護人類健康、保護環(huán)境、合理使用自然資源、制訂環(huán)境法規(guī)、標準、規(guī)劃等服務(wù)。 6.2設(shè)計6.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)總體架構(gòu)前端設(shè)備采集到相關(guān)的信息，通過GPRS進行無線數(shù)據(jù)傳輸，在有公網(wǎng)IP的服務(wù)器上進行數(shù)據(jù)接收和初步的處理，然后數(shù)據(jù)存

21、入數(shù)據(jù)立方進行存儲和計算，并且通過WEB服務(wù)器進行數(shù)據(jù)的最后處理和公布。具體的架構(gòu)詳見圖1。圖1 PM2.5云監(jiān)控平臺架構(gòu)PM2.5前端設(shè)備主要是由電源模塊、采集模塊和通信模塊組成，前端內(nèi)部架構(gòu)具體詳見圖1。實際的PM2.5監(jiān)測設(shè)備詳見圖2。圖2 前端設(shè)備的架構(gòu)圖3 前端設(shè)備實物圖部署方式在城市的不同區(qū)域布局并有效使用PM2.5的監(jiān)測系統(tǒng)，從而能夠比較全面地掌握城市不同區(qū)域，在不同時間段、不同氣候特點（包括氣溫、風向、季節(jié)）下的 PM2.5 的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用先進的傳感器、低功耗單片機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)相結(jié)合，可提供方便的數(shù)據(jù)查詢方式，直接通過瀏覽器可以

22、直接訪問測試數(shù)據(jù)。目前環(huán)境監(jiān)測站的監(jiān)測設(shè)備一般部署在離地面高度20m-25m之間，而的PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測設(shè)備根據(jù)實際的情況來進行部署。設(shè)備小巧，部署方式靈活，可以部署在電線桿等公共設(shè)施上。詳細見圖4。圖4 部署在電線桿上前端設(shè)備6.2.2 傳感器根據(jù)如下的需求：輔助測試PM2.5值，測試不需要太高的精度，主要是用來輔助PM2.5測試曲線；超低低成本的需求；選擇的傳感器詳見圖5。圖5 DSM501顆粒傳感器傳感器的特點：PWM脈寬調(diào)制輸出采用粒子計數(shù)原理可靈敏檢測直徑1微米以上的粒子內(nèi)置加熱器可實現(xiàn)自動吸入空氣小尺寸重量輕易安裝使用傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖詳見圖6.圖6 傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖

23、模塊內(nèi)置一個加熱器，熱引起上升氣流使外部空氣流進模塊內(nèi)部?？諝馔ㄟ^檢測通道，利用光的原理、通過光和透鏡以及處理模塊來進行檢測。具體的檢測方法和通道如圖7所示。圖7 傳感器的檢測另外，傳感器的透鏡需要視環(huán)境狀況隔一段時間進行清潔，約 6 個月一次。清潔時用棉簽一頭醮清水輕擦，然后用另一頭擦干。不可以用酒精等有機溶劑擦拭透鏡。6.2.3 計算通過傳感器的檢測顆粒，輸出相關(guān)的PWM波，低電平的波形width是10ms-90ms，利用這個PWM波形來進行獲取相關(guān)的參數(shù)，詳見圖8。通過獲取低電平的占空比，從而通過圖9獲取到對應(yīng)的數(shù)值。圖8 傳感器的采樣圖9 傳感器采樣的曲線圖通過如下的計算，可以得到其中

24、一個通道的采樣值。通道的LOW Pluse的占空比設(shè)定為L，測試的采樣值為P。則：如果獲取到的L 0.08，則：P=0.1*L*100*10(ug/m3);如果獲取到的0.08= L 0.15，則：P=( (L*100 8)/6.5 + 0.8)*10( ug/m3);通過相關(guān)的采樣，可以采樣得到傳感器的兩個通道的值，一個通道是1um以上的粒子的值P1，另外一個通道是可以進行設(shè)置的，這里設(shè)置為可以檢測2.5以上的粒子的值P2。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5 HYPERLINK /view/89514.htm t _blank 微米的 HYPERLINK /view/205541.ht

25、m t _blank 顆粒物，也稱為可入肺顆粒物（暫無標準中文名）。所以在這里要計算最終的采樣值PL，需要進行如下的計算：PL = P1 - P2;這里就可以計算出大氣中直徑小于或等于2.5 HYPERLINK /view/89514.htm t _blank 微米的 HYPERLINK /view/205541.htm t _blank 顆粒物。6.2.4 采集部分雖然肉眼看不見空氣中的顆粒物，但是顆粒物卻能降低空氣的能見度，使藍天消失，天空變成灰蒙蒙的一片，這種天氣就是灰霾天。根據(jù)2010年灰霾試點監(jiān)測報告，在灰霾天，PM2.5的濃度明顯比平時高，PM2.5的濃度越高，能見度就越低。雖然空

26、氣中不同大小的顆粒物均能降低能見度，不過相比于粗顆粒物，更為細小的PM2.5降低能見度的能力更強。能見度的降低其本質(zhì)上是可見光的傳播受到阻礙。當顆粒物的直徑和可見光的波長接近的時候，顆粒對光的散射消光能力最強?？梢姽獾牟ㄩL在0.4-0.7微米之間，而粒徑在這個尺寸附近的顆粒物正是PM2.5的主要組成部分。理論計算的數(shù)據(jù)也清楚地表明這一點：粗顆粒的消光系數(shù)約為0.6平方米/克，而PM2.5的消光系數(shù)則要大得多，在1.25-10平方米/克之間，其中PM2.5的主要成分硫酸銨、硝酸銨和有機顆粒物的消光系數(shù)都在3左右，是粗顆粒的5倍。所以，PM2.5是灰霾天能見度降低的主要原因。目前國內(nèi)外環(huán)保部門監(jiān)測

27、PM2.5普遍采用濾膜稱重、射線吸收和微量振蕩天平等方法。除了以上三種測試方法外，還有利用光散射的原理測定顆粒物濃度的方法。該測定方法的原理是：空氣中的顆粒物濃度越高，對光的散射就越強。測定光的散射后，就可以算出顆粒物濃度。該測試方式測定速度快，自動化程度高，操作簡單。本次設(shè)備使用的是紅外光散射法來進行測試相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過相關(guān)的探頭來進行采集相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過采集的通道利用紅外光散射來進行獲取顆粒濃度。采集空氣的通道有固定的加熱源，通過加熱源來進行空間的動態(tài)的采集。將相關(guān)的顆粒濃度轉(zhuǎn)換成相關(guān)的數(shù)據(jù)通過無線通信進行數(shù)據(jù)傳輸。6.2.5 通信部分前端設(shè)備的通信主要是通過GPRS進行數(shù)據(jù)的無線傳輸。具

28、體的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)示意圖詳見圖10。圖10 GPRS數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)在前端設(shè)備基于TCP/IP協(xié)議，經(jīng)過GPRS的數(shù)據(jù)傳輸，通過移動網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，利用公網(wǎng)的服務(wù)器接受數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)入庫后，進行數(shù)據(jù)的處理，最后通過WEB服務(wù)器將數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來。注意:每個前端設(shè)備有一個供應(yīng)商的SIM卡進行數(shù)據(jù)通信，該SIM卡需要有GPRS業(yè)務(wù)，同時使用的地點必須有供應(yīng)商的信號。例如使用中國移動的SIM卡，該卡需要有GPRS的業(yè)務(wù)，同時放置PM2.5測試前端的地點需要有中國移動的信號才可以正常的通信。6.2.6 電源部分供電方式有兩種，一種是鋰電池和市電互補的供電方式，另一種是太陽能供電供電方式。鋰電池供電鋰電池供電方

29、式是基于市電可以提供的情況下進行的。如果部署的PM2.5設(shè)備附近有市電，這樣可以方便進行充電?；蛘呤鞘须姾弯囯姵剡M行互補方式進行供電。同時進行對電池進行電壓監(jiān)測，檢測供電電壓是否正常，電源供電是否正常。鋰電池是12V電壓，50Ah的規(guī)格，可以在沒有充電或者沒有市電互補的情況下持續(xù)10*24h的供電。具體的實物見圖11。圖11 鋰電池供電方式的前端設(shè)備實物圖太陽能供電太陽能供電方式是基于太陽能進行可持續(xù)性的充電，從而避免了提供充電或者接入市電的情況。太陽能供電是利用蓄電池和太陽能互補的方式進行供電，通過太陽能控制器來進行互補。在太陽能供電不能滿足供電需求的時候，利用蓄電池進行供電。利用20W的太

30、陽能板，在一定的環(huán)境中，可以滿足設(shè)備的供電要求。蓄電池的規(guī)格是12V電壓，20Ah的規(guī)格，在完全沒有太陽能的情況下，可以支持3*24h的無間斷供電。該供電方式同時提供電壓監(jiān)測功能。具體的實物詳見圖12。圖12 太陽能供電方式的前端設(shè)備實物圖6.3特點1、價格低廉，大規(guī)模部署廉價的PM2.5環(huán)境監(jiān)測設(shè)備每個節(jié)點只需1萬元，即可滿足PM2.5監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸功能，無需國外昂貴的監(jiān)測設(shè)備，和現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測點形成有利互補，對PM2.5數(shù)據(jù)發(fā)布有參考意義。2、云計算海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)架構(gòu)云計算海量數(shù)據(jù)處理平臺，采用先進的云計算處理技術(shù)，對環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)入庫和關(guān)聯(lián)查詢快速響應(yīng)，支持自動容錯和動態(tài)擴展，具有實時

31、性、高可靠性、可伸縮性、高性價比等特點。 3、擴容性PM2.5監(jiān)測前端設(shè)備可以根據(jù)需求進行增加設(shè)備，擴展整個系統(tǒng)的覆蓋面積，但是不需要繼續(xù)復(fù)雜的操作，可以動態(tài)的增加PM2.5測試的節(jié)點，并能自動組網(wǎng)，具有很強的擴容性。4、實時性測定速度快，自動化程度高。測試方法決定了測試的實時性，采集時間實現(xiàn)秒級響應(yīng)，且采集時間可以任意設(shè)定，采集的數(shù)據(jù)實時入庫，可實時查詢。5、采集數(shù)據(jù)的準確性采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過精確的校準，且靈敏度很高，和環(huán)保部分發(fā)布的PM2.5數(shù)據(jù)及趨勢接近，數(shù)據(jù)真實有效。實時采集的數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測站發(fā)布PM2.5數(shù)據(jù)對比圖詳見圖13。圖13 PM2.5數(shù)據(jù)對比圖綜合上述，PM2.5環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架

32、構(gòu)云計算海量數(shù)據(jù)處理平臺，存儲本區(qū)域海量數(shù)據(jù)，積累長期監(jiān)測資料，為研究環(huán)境容量、實施總量控制、目標管理、預(yù)測預(yù)報環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境治理提供數(shù)據(jù)。PM2.5云監(jiān)測系統(tǒng)后端方案7.1. 概述PM2.5云監(jiān)測平臺系統(tǒng)，是基于PM2.5測試的輔助測試。主要是反映局部區(qū)域的相關(guān)參考值，通過先進的云計算技術(shù)數(shù)據(jù)立方的PM2.5監(jiān)測平臺系統(tǒng)分析和處理PM2.5數(shù)據(jù)從而和宏觀上反映城市的整體的空氣質(zhì)量的監(jiān)測站點的監(jiān)測方式形成互補。1.1背景由于分散在城市周圍需要大量的PM2.5監(jiān)控點（100-10000個）需要實時的并發(fā)上傳大量PM2.5數(shù)據(jù)，以及需要存儲和處理海量的PM2.5的歷史數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)的結(jié)局方案顯然難

33、以滿足需求據(jù)存儲和分析處理數(shù)據(jù)的需要。PM2.5云監(jiān)測平臺會產(chǎn)生極其海量的數(shù)據(jù)。假如一個城市部署了5000個監(jiān)測點，每個點每5秒上報一次數(shù)據(jù)，則一天下來，會產(chǎn)生8.64億條記錄，一年就會產(chǎn)生3153.6億條記錄，十年就會產(chǎn)生3萬億條記錄。從趨勢分析角度看，長期保存歷史數(shù)據(jù)是必要的。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫無法支撐如此之多的數(shù)據(jù)量，必須使用云計算數(shù)據(jù)庫。而目前的開源云計算數(shù)據(jù)庫均無法在哪些龐大的數(shù)據(jù)集上做到實時處理，運用的cStor云存儲系統(tǒng)和數(shù)據(jù)立方就成了必要的選擇。1.存儲層：使用公司的cStor云存儲系統(tǒng)。cStor具有極高性價比、超低功耗、高可靠、通用、免維護等優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于有大量數(shù)據(jù)存儲需求的

34、場合。功耗方面，cStor每個節(jié)點幾瓦的功率與業(yè)界典型值200瓦形成了鮮明的對比；存儲方面，每個標準機架的最高容量可達1024TB以上，是國際先進水平的3倍；成本方面，硬件與運營成本均只有同類產(chǎn)品的幾分之一。該產(chǎn)品已成功應(yīng)用于視頻監(jiān)控、智慧交通、數(shù)字地球和動漫制作等多個領(lǐng)域。2.處理層：數(shù)據(jù)立方云計算分布式數(shù)據(jù)庫，即可解決海量數(shù)據(jù)的高速入庫、快速索引和關(guān)聯(lián)查詢等問題，使萬億條記錄級的數(shù)據(jù)查詢能夠秒級處理。數(shù)據(jù)立方是全球第一套能夠處理萬億記錄級別的商用系統(tǒng)，且性能遠超國際先進水平。該技術(shù)在中國移動和國家電網(wǎng)的評測中，較之國外產(chǎn)品呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。目前已經(jīng)開始大規(guī)模使用。2012年11月2日，與I

35、ntel公司聯(lián)合發(fā)布了“Intel-數(shù)據(jù)立方云計算一體機”。圖表1 Intel-數(shù)據(jù)立方云計算一體機1.2意義部署廉價的PM2.5監(jiān)測平臺環(huán)境系統(tǒng)，配合城市現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測站點，準確、及時、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學依據(jù)，并結(jié)合天氣狀況、城市交通、人口密度、工業(yè)產(chǎn)值等元素，進行系統(tǒng)的研究，為保護環(huán)境，改善城市的大氣環(huán)境質(zhì)量改善起到技術(shù)支撐作用。具體可歸納為: (1) 根據(jù)環(huán)境質(zhì)量標準，評價環(huán)境質(zhì)量。 (2) 根據(jù)污染分布情況， HYPERLINK /wiki/ o 追蹤 t _blank 追蹤尋找污染源，為實現(xiàn)監(jiān)督管理、控制污染提供依據(jù)。 (3)

36、 構(gòu)建云計算海量數(shù)據(jù)處理平臺，存儲本區(qū)域海量數(shù)據(jù)，積累長期監(jiān)測資料，為研究環(huán)境容量、實施總量控制、目標管理、預(yù)測預(yù)報環(huán)境質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。 (4) 為保護人類健康、保護環(huán)境、合理使用自然資源、制訂環(huán)境法規(guī)、標準、規(guī)劃等服務(wù)。 7.2. 設(shè)計7.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)總體架構(gòu)PM2.5監(jiān)測平臺是一個處于PM2.5數(shù)據(jù)采集與PM2.5數(shù)據(jù)監(jiān)測應(yīng)用之間的系統(tǒng)。從系統(tǒng)基本組成與構(gòu)架上來看，該共享平臺由以下主要部分組成：歷史數(shù)據(jù)匯總處理系統(tǒng)，實時數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)，PM2.5監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，PM2.5監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖：圖表2 系統(tǒng)總體體系架構(gòu)圖系統(tǒng)架構(gòu)功能PM2.5監(jiān)測平

37、臺云平臺需要提供的主要功能描述如下。（1）實時數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)主要負責全市所有PM2.5監(jiān)測點產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實時存到PM2.5監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)存儲中心。 （2）PM2.5監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)原始PM2.5數(shù)據(jù)，將全部存儲在PM2.5監(jiān)測平臺分布式文件系統(tǒng)，用于存儲海量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了滿足和適應(yīng)數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)特征和查詢處理的不同需求，部分存存儲于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。（3）PM2.5監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用系統(tǒng)PM2.5數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用提供包括實時監(jiān)控空氣質(zhì)量PM2.5，查看歷史記錄和分析數(shù)據(jù)等功能。PM2.5歷史查詢處理時，由于PM2.5數(shù)據(jù)量巨大，需要調(diào)度使用多臺服務(wù)器節(jié)點進行并行處理。（4

38、）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在實際使用中，可能用戶會對某一時間段或者類型的數(shù)據(jù)特別關(guān)心，就可以通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)查詢并導(dǎo)出這部分數(shù)據(jù)以供使用。7.2.2系統(tǒng)可靠性與擴展性系統(tǒng)擴展性數(shù)據(jù)立方既可以在成千上萬的機器上跑，也可以在很小規(guī)模上運行。PM2.5監(jiān)測系統(tǒng)擴展優(yōu)勢：與其它分布式系統(tǒng)相比，使用數(shù)據(jù)立方的好處在于它的水平的可擴展性，在少量結(jié)點上，用數(shù)據(jù)立方處理有限的數(shù)據(jù)時，不能展示數(shù)據(jù)立方的性能，因為開始數(shù)據(jù)立方程序相關(guān)的代價比較高，其它并行/分布程序方式，比如MPI (Message Passing Interface)可能在2臺，4臺或許10多臺計算機上有更好的性能，盡管在少量機器上協(xié)同工作在這種系統(tǒng)上也許

39、會取得更好的性能，但這種為性能所要付出的努力是非線性的增長。用其它分布式框架所寫的程序在從十臺機器的級別到成百上千臺機器需要大量的重構(gòu)工作，這也許要程序重寫幾次，并且其它框的基礎(chǔ)元素會限制應(yīng)用的規(guī)模大小。但是特別設(shè)計的數(shù)據(jù)立方有著水平的可擴展性，一個數(shù)據(jù)立方程序?qū)懲旰?，?0個結(jié)點上運行，如果遷徙到更大的集群上運行，幾乎不需要做什么工作， 數(shù)據(jù)立方平臺會管理數(shù)據(jù)和硬件資源并提供與可用資源成比例的可靠性能。針對PM2.5監(jiān)測平臺系統(tǒng)，在充分運用數(shù)據(jù)立方技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，完全可以做到：1加監(jiān)測點只需要簡單的配置即可連接到PM2.5監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)存儲中心，統(tǒng)一規(guī)范標準，名稱體現(xiàn)PM2.5監(jiān)測平臺監(jiān)測點理位置、PM2.5監(jiān)測平臺監(jiān)測點編號等信息，便于快速檢索，2客戶需要隨時更加存儲設(shè)備和數(shù)據(jù)分析服務(wù)器只需要根據(jù)數(shù)據(jù)立方規(guī)范做簡單修改配置即可。例如如果后續(xù)根據(jù)PM2.5監(jiān)測平臺的存儲數(shù)據(jù)量量增加的情況下可以動態(tài)的添加存儲節(jié)點。查詢速度變慢只需要動態(tài)的添加少量處理節(jié)點。最大程度的節(jié)省客戶成本。3與原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接支持各個版本的數(shù)據(jù)庫對接接入Oracle ，SQLServer， M