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告别尘世美,空气污染监测系统怎么搭,才合理又划算?

作者:王莹时间:2017-07-31来源:电子产品世界

  空气污染就在我们身边

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201707/362412.htm

  空气污染是当下的热门话题。最近网友发明了很多热词:尘世美、公雾源等,指PM2.5,还有一类污染是二氧化碳、一氧化碳、硫化物、甲烷、甲醛、臭氧、一氧化氮、氮氧化物、VOC(挥发性有机化合物)、甲苯、苯等等。这真令人唏嘘:污染就在我们周围,且种类繁多。

  也让人感觉这个世界似乎没有我们的容身之处。是不是能够找到一个地方,那里只有蓝天白云、鸟语花香,或者有这样的场景,与爱人背靠青山、携手终老?

  虽然我们面临这么多的问题,但是我们还是应该有信心,美好的环境还是可以“改造”出来的。

  改造出这样的环境,首先要找到症结所在,而找症结是监测可以做的,也是本文的主题。

  大气环境监测系统的三部分

  通常,大气监测系统由三部分组成:数据的感知层、传输层、应用层。

  感知层的主角是气体和PM2.5,发展趋势主要是小型化、智能化、低功耗、低价格、高集成、高精度度等。

  传输层的作用是把各种采集的数据通过传输协议进行传输,到达数据管理中心平台。主要有三种网络结构,第一种是星状结构,在每一个上都有一个有线或无线模块,这种模式组网比较简单,但弊端就在于整体的运维不好操作。第二种是平面的网状拓扑结构,之间通过自组网的方式形成网络,因为没有固定的节点,所以网络也比较庞大,再通过其中的某个节点把这个网络的数据传输到数据中心平台。第三种拓扑结构是第二种的延伸,一个网络里通常有两个或多个汇聚节点,特点是可扩展性较强,通过布置汇聚节点可以把监测范围不断扩大。

  一般的节点分为两种,一种是自带有传输模块的,也有没有传输模块就要通过智能输出对它们进行信号转换和传输。一般的节点有以下几种功能:支持多种通讯模式,同时可以远程收集数据,与一般的节点相比还有远程部署、远程诊断等等功能。

  软件平台涉及:设备管理、信息发布、数据服务、站点分布,最核心的是数据服务,最基本的功能就是数据的动态实施显示,需要嵌入核心算法和核心模块。

  可见,理想的监控系统需要具备几大优势。

  第一,监控范围广,自愈性强,可以融合常用环境的各种不同类型的,监测项目或监测过程的成本可以大大降低。

  第二,数据的融合技术强,可以捕捉到由单一无法捕捉的潜在危险信号。例如多种气体感测时,当给入不同气体的时候,每种气体的分布点是有规律的,这意味着我们可以用气体去判断目前遇到的是什么气体,而普通的如果上面只有一个敏感层,不管遇到什么,只要是可燃易燃气体都会给出一个响应,这就无法知道目前你遇到的是什么气体。例如VOC(挥发性有机化合物)监测,如果是无害的VOC,诸如香水,就不需要报警。在算法上,通常需要把原始信号转化为三维坐标轴,然后转化到二维空间,因为三维的信号是进行单体信号处理的,所以要经过PCA(主成分分析)算法等数学模型计算。

  第三,预测预报的数据模型。这是监测和预警之间的纽带,可以有效提高预警预报的可靠性和及时性。

  第四,硬件。可以采用模块化设计,内嵌和外嵌模块进行分层处理,以对客户的需求进行自定义设置,也要体现系统有良好的拓展型功能。

  应用案例

  在工厂和城市建设中,大气监测系统的应用很多。例如工业园,环保部门为了监测工业园中企业的排放废气情况,可在园区里建一套基于无线传感网络(WSN)的空气监测系统。这非常有必要,因为工厂靠近居民区时,有时会和当地居民发生冲突,有了这样的大气环境监测,可以为居民提供有说服力的数据。

  监测城市街道上的汽车尾气排放。例如在特定的时间,诸如上下班高峰时间车流量很大,可以布设一些监测点,当污染物即将超标时,交通部门可以在前一个路段把红绿灯的红灯时间调长,避免让更多的车过来。

  大气监测的应用很多,例如建筑工地,管理人员将能够及早发出警示信息,并提高工作效率,同时改善施工环境。在居民生活环境中,可以用于提供关键信息,让房地产购买者、销售方和开发商获得环境空气质量的有效证据。政府也可以提供居民的健身出行建议。

  上述方法的特点一是需要大量布设的节点,可靠的网络和强大的计算。另外,大气监测的内容还要按照客户的需求进行配置,最后都是使系统监测的数据通过云平台进行系统分析和系统诊断来实现气体的全面掌控,以采取相关的措施进行治理。这时,需要在云平台上嵌入很多数学算法,以实现智慧管理,远期或者是临时的预警预报决策。

  基于此,一些公司已经推出了这方面的解决方案。例如不久前,携手英特尔与博世在印度发布了新型空气质量微气候检测系统(MCMS,Micro Climate Monitoring System)。该系统借助和软件来确保空气质量关参数的快速精准测量。

  软件平台的重要性

  MCMS的核心动力来自(Wind River)面向边缘设备生命周期管理的Wind River® Helix Device Cloud、英特尔®物联网平台(Intel® IoT Platform)和强化的端到端安全解决方案。

  据悉,英特尔®物联网平台(Intel® IoT Platform)主要以400MHz 英特尔Quark处理器为基础搭建。

  而软件是Wind River® Helix Device Cloud,是一个运行在设备和云平台之间的预集成技术栈。它不仅是Helix产品线的组成部分之一,也是Intel® IoT Platform的核心部分,可从边缘安全、智能设备管理、网关、网络和云平台等各层面推进物联网的发展。

  那么,为何要用到像风河这样的商业操作系统?因为工业和城市环境监测是B2B(商业-商业)项目,对安全性和可靠性要求高,因此商业软件比较靠谱。

  另外,风河的Helix是一个产品集,把需要的应用全部集成在里面。例如风河有四大类操作系统(OS),风河按照客户的需要进行配置,而不是单独卖给客户某个OS,因此客户不用担心自己该选哪种OS。

  是否商业软件价格很高?实际上,物联网时代带来了新的商业模式,即带来了成本结构变化,使企业的初次使用成本降低,风险降低。例如软件产品的成本没发生变化,但成本结构发生变化。传统方式是一次性购买,未来订阅式会越来越多,即用多少买多少,按照用的时间长短计算费用。这对企业用户来说是一个有利的转变,因为初期投资成本降低了,也降低了风险。

  一些大气监测客户自己开发OS,划算吗?风河的建议是尽量选择现成的商用OS。的确,从产品开发到上市,用户会面临一个普遍的关键选择,产品的开发平台应该怎么选?大气污染监测平台貌似不复杂,自己可以做。风河的经验是,经过和很多国外同行的比较,从成本和机会角度看,若自己开发,团队的建设会花费很多时间,同时养团队需要资金;自由牺牲上市时间。客户应把精力集中在应用上。建议尽量采用商业化平台。在采购时,客户可以到市场上去比较,通常商业化平台之间是可以互通的,最好选择在各个平台之间可以互相替代的,例如Linux平台。在替代的基础上,在性能和成本上进行比较,优中选优。

  风河对中国客户的服务跟得上吗?实际上,风河一直在强调服务。风河有专业服务团队,几乎每年都受到国际专业评审机构的获奖,诸如CRM(客户关系管理)和专业技术支持方面都获过奖,在用户中口碑良好。风河是7天24小时服务,在虚拟的全球网络中。

  小结

  空气污染治理是个世界性的话题,也是一个需要漫长时间解决的课题。寻找到具备合理成本效益的大气污染监测系统,是治理的第一步,也是重要一步。

  很多公司推出了大气污染监测的解决方案,例如风河携手英特尔与博世推出了新型空气质量微气候检测系统。期待今后会有更多的先进而成本合理的商用方案推出,造福我们的生态环境。



关键词: 风河 传感器

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