告別塵世美，空氣污染監(jiān)測系統(tǒng)怎么搭,才合理又劃算？

　　空氣污染就在我們身邊

　　空氣污染是當(dāng)下的熱門話題。最近網(wǎng)友發(fā)明了很多熱詞：塵世美、公霧源等，指PM2.5，還有一類污染是二氧化碳、一氧化碳、硫化物、甲烷、甲醛、臭氧、一氧化氮、氮氧化物、VOC(揮發(fā)性有機化合物)、甲苯、苯等等。這真令人唏噓：污染就在我們周圍，且種類繁多。

　　也讓人感覺這個世界似乎沒有我們的容身之處。是不是能夠找到一個地方，那里只有藍天白云、鳥語花香，或者有這樣的場景，與愛人背靠青山、攜手終老?

　　雖然我們面臨這么多的問題，但是我們還是應(yīng)該有信心，美好的環(huán)境還是可以“改造”出來的。

　　改造出這樣的環(huán)境，首先要找到癥結(jié)所在，而找癥結(jié)是監(jiān)測可以做的，也是本文的主題。

　　大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的三部分

　　通常，大氣監(jiān)測系統(tǒng)由三部分組成：數(shù)據(jù)的感知層、傳輸層、應(yīng)用層。

　　感知層的主角是氣體傳感器和PM2.5傳感器，發(fā)展趨勢主要是小型化、智能化、低功耗、低價格、高集成、高精度度等。

　　傳輸層的作用是把各種傳感器采集的數(shù)據(jù)通過傳輸協(xié)議進行傳輸，到達數(shù)據(jù)管理中心平臺。主要有三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，第一種是星狀結(jié)構(gòu)，在每一個傳感器上都有一個有線或無線模塊，這種模式組網(wǎng)比較簡單，但弊端就在于整體的運維不好操作。第二種是平面的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，傳感器與傳感器之間通過自組網(wǎng)的方式形成網(wǎng)絡(luò)，因為沒有固定的節(jié)點，所以網(wǎng)絡(luò)也比較龐大，再通過其中的某個傳感器節(jié)點把這個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心平臺。第三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是第二種的延伸，一個網(wǎng)絡(luò)里通常有兩個或多個匯聚節(jié)點，特點是可擴展性較強，通過布置匯聚節(jié)點可以把監(jiān)測范圍不斷擴大。

　　一般的傳感器節(jié)點分為兩種，一種是自帶有傳輸模塊的傳感器，也有傳感器沒有傳輸模塊就要通過智能輸出對它們進行信號轉(zhuǎn)換和傳輸。一般的傳感器節(jié)點有以下幾種功能：支持多種通訊模式，同時可以遠程收集數(shù)據(jù)，與一般的傳感器節(jié)點相比還有遠程部署、遠程診斷等等功能。

　　軟件平臺涉及：設(shè)備管理、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)服務(wù)、站點分布，最核心的是數(shù)據(jù)服務(wù)，最基本的功能就是數(shù)據(jù)的動態(tài)實施顯示，需要嵌入核心算法和核心模塊。

　　可見，理想的監(jiān)控系統(tǒng)需要具備幾大優(yōu)勢。

　　第一，監(jiān)控范圍廣，自愈性強，可以融合常用環(huán)境的各種不同類型的傳感器，監(jiān)測項目或監(jiān)測過程的成本可以大大降低。

　　第二，數(shù)據(jù)的融合技術(shù)強，可以捕捉到由單一傳感器無法捕捉的潛在危險信號。例如多種氣體感測時，當(dāng)給入不同氣體的時候，每種氣體的分布點是有規(guī)律的，這意味著我們可以用氣體傳感器去判斷目前遇到的是什么氣體，而普通的傳感器如果上面只有一個敏感層，不管遇到什么,只要是可燃易燃?xì)怏w都會給出一個響應(yīng)，這就無法知道目前你遇到的是什么氣體。例如VOC(揮發(fā)性有機化合物)監(jiān)測，如果是無害的VOC，諸如香水，就不需要報警。在算法上，通常需要把原始信號轉(zhuǎn)化為三維坐標(biāo)軸，然后轉(zhuǎn)化到二維空間，因為三維的信號是進行單體信號處理的，所以要經(jīng)過PCA(主成分分析)算法等數(shù)學(xué)模型計算。

　　第三，預(yù)測預(yù)報的數(shù)據(jù)模型。這是監(jiān)測和預(yù)警之間的紐帶，可以有效提高預(yù)警預(yù)報的可靠性和及時性。

　　第四，硬件?？梢圆捎媚K化設(shè)計，內(nèi)嵌和外嵌模塊進行分層處理，以對客戶的需求進行自定義設(shè)置，也要體現(xiàn)系統(tǒng)有良好的拓展型功能。

　　應(yīng)用案例

　　在工廠和城市建設(shè)中，大氣監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用很多。例如工業(yè)園，環(huán)保部門為了監(jiān)測工業(yè)園中企業(yè)的排放廢氣情況，可在園區(qū)里建一套基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)的空氣監(jiān)測系統(tǒng)。這非常有必要，因為工廠靠近居民區(qū)時，有時會和當(dāng)?shù)鼐用癜l(fā)生沖突，有了這樣的大氣環(huán)境監(jiān)測，可以為居民提供有說服力的數(shù)據(jù)。

　　監(jiān)測城市街道上的汽車尾氣排放。例如在特定的時間，諸如上下班高峰時間車流量很大，可以布設(shè)一些監(jiān)測點，當(dāng)污染物即將超標(biāo)時，交通部門可以在前一個路段把紅綠燈的紅燈時間調(diào)長，避免讓更多的車過來。

　　大氣監(jiān)測的應(yīng)用很多，例如建筑工地，管理人員將能夠及早發(fā)出警示信息，并提高工作效率，同時改善施工環(huán)境。在居民生活環(huán)境中，可以用于提供關(guān)鍵信息，讓房地產(chǎn)購買者、銷售方和開發(fā)商獲得環(huán)境空氣質(zhì)量的有效證據(jù)。政府也可以提供居民的健身出行建議。

　　上述方法的特點一是需要大量布設(shè)的傳感器節(jié)點，可靠的網(wǎng)絡(luò)和強大的計算。另外，大氣監(jiān)測的內(nèi)容還要按照客戶的需求進行配置，最后都是使系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過云平臺進行系統(tǒng)分析和系統(tǒng)診斷來實現(xiàn)氣體的全面掌控，以采取相關(guān)的措施進行治理。這時，需要在云平臺上嵌入很多數(shù)學(xué)算法，以實現(xiàn)智慧管理，遠期或者是臨時的預(yù)警預(yù)報決策。

　　基于此，一些公司已經(jīng)推出了這方面的解決方案。例如不久前，風(fēng)河攜手英特爾與博世在印度發(fā)布了新型空氣質(zhì)量微氣候檢測系統(tǒng)(MCMS，Micro?Climate?Monitoring?System)。該系統(tǒng)借助傳感器和軟件來確?？諝赓|(zhì)量關(guān)參數(shù)的快速精準(zhǔn)測量。

　　軟件平臺的重要性

　　MCMS的核心動力來自風(fēng)河(Wind?River)面向邊緣設(shè)備生命周期管理的Wind?River??Helix?Device?Cloud、英特爾?物聯(lián)網(wǎng)平臺(Intel??IoT?Platform)和強化的端到端安全解決方案。

　　據(jù)悉，英特爾?物聯(lián)網(wǎng)平臺(Intel??IoT?Platform)主要以400MHz?英特爾Quark處理器為基礎(chǔ)搭建。

　　而軟件是Wind?River??Helix?Device?Cloud，是一個運行在設(shè)備和云平臺之間的預(yù)集成技術(shù)棧。它不僅是風(fēng)河Helix產(chǎn)品線的組成部分之一，也是Intel??IoT?Platform的核心部分，可從邊緣安全、智能設(shè)備管理、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)和云平臺等各層面推進物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

　　那么，為何要用到像風(fēng)河這樣的商業(yè)操作系統(tǒng)?因為工業(yè)和城市環(huán)境監(jiān)測是B2B(商業(yè)-商業(yè))項目，對安全性和可靠性要求高，因此商業(yè)軟件比較靠譜。

　　另外，風(fēng)河的Helix是一個產(chǎn)品集，把需要的應(yīng)用全部集成在里面。例如風(fēng)河有四大類操作系統(tǒng)(OS)，風(fēng)河按照客戶的需要進行配置，而不是單獨賣給客戶某個OS，因此客戶不用擔(dān)心自己該選哪種OS。

　　是否商業(yè)軟件價格很高?實際上，物聯(lián)網(wǎng)時代帶來了新的商業(yè)模式，即帶來了成本結(jié)構(gòu)變化，使企業(yè)的初次使用成本降低，風(fēng)險降低。例如軟件產(chǎn)品的成本沒發(fā)生變化，但成本結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。傳統(tǒng)方式是一次性購買，未來訂閱式會越來越多，即用多少買多少，按照用的時間長短計算費用。這對企業(yè)用戶來說是一個有利的轉(zhuǎn)變，因為初期投資成本降低了，也降低了風(fēng)險。

　　一些大氣監(jiān)測客戶自己開發(fā)OS，劃算嗎?風(fēng)河的建議是盡量選擇現(xiàn)成的商用OS。的確，從產(chǎn)品開發(fā)到上市，用戶會面臨一個普遍的關(guān)鍵選擇，產(chǎn)品的開發(fā)平臺應(yīng)該怎么選?大氣污染監(jiān)測平臺貌似不復(fù)雜，自己可以做。風(fēng)河的經(jīng)驗是，經(jīng)過和很多國外同行的比較，從成本和機會角度看，若自己開發(fā)，團隊的建設(shè)會花費很多時間，同時養(yǎng)團隊需要資金;自由犧牲上市時間?？蛻魬?yīng)把精力集中在應(yīng)用上。建議盡量采用商業(yè)化平臺。在采購時，客戶可以到市場上去比較，通常商業(yè)化平臺之間是可以互通的，最好選擇在各個平臺之間可以互相替代的，例如Linux平臺。在替代的基礎(chǔ)上，在性能和成本上進行比較，優(yōu)中選優(yōu)。

　　風(fēng)河對中國客戶的服務(wù)跟得上嗎?實際上，風(fēng)河一直在強調(diào)服務(wù)。風(fēng)河有專業(yè)服務(wù)團隊，幾乎每年都受到國際專業(yè)評審機構(gòu)的獲獎，諸如CRM(客戶關(guān)系管理)和專業(yè)技術(shù)支持方面都獲過獎，在用戶中口碑良好。風(fēng)河是7天24小時服務(wù)，在虛擬的全球網(wǎng)絡(luò)中。

　　小結(jié)

　　空氣污染治理是個世界性的話題，也是一個需要漫長時間解決的課題。尋找到具備合理成本效益的大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)，是治理的第一步，也是重要一步。

　　很多公司推出了大氣污染監(jiān)測的解決方案，例如風(fēng)河攜手英特爾與博世推出了新型空氣質(zhì)量微氣候檢測系統(tǒng)。期待今后會有更多的先進而成本合理的商用方案推出，造福我們的生態(tài)環(huán)境。