陳鳴 朱小曼

摘? ?要：根據(jù)生態(tài)環(huán)境部公布的《2018中國生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示：2018年全國338個(gè)地級(jí)及以上城市中，121個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，217個(gè)城市環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)。本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的工地?fù)P塵監(jiān)控系統(tǒng)。針對(duì)工地?fù)P塵的監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)采集工地?fù)P塵數(shù)據(jù)之后將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)通過通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到部署在云端的系統(tǒng)管理平臺(tái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工地?fù)P塵的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。本系統(tǒng)部署之后能夠有效提升城市工地?fù)P塵管控效率。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)? 工地?fù)P塵? 監(jiān)控

以PM2.5為首要污染物的天數(shù)占重度及以上污染天數(shù)的60.0%，以PM10為首要污染物的占37.2%[1]。通過對(duì)我國多個(gè)城市環(huán)境空氣顆粒物進(jìn)行來源解析發(fā)現(xiàn)，建筑施工揚(yáng)塵是城市揚(yáng)塵污染的重要原因之一[2]。無論我國北方還是南方，PM10和PM2.5的來源中均包括了揚(yáng)塵特別是一些工地?fù)P塵[5-6]。因此，構(gòu)建一套價(jià)格低廉，適于大規(guī)模部署的工地?fù)P塵監(jiān)控系統(tǒng)是非常有必要的。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的工地?fù)P塵監(jiān)控系統(tǒng)主要分為三個(gè)模塊，即數(shù)據(jù)采集模塊（采集節(jié)點(diǎn)）、數(shù)據(jù)傳輸模塊（匯聚節(jié)點(diǎn)）和數(shù)據(jù)管理模塊（管理平臺(tái)）。數(shù)據(jù)采集模塊（采集節(jié)點(diǎn)），負(fù)責(zé)采集工地?fù)P塵數(shù)據(jù)，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行處理并發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn);數(shù)據(jù)傳輸模塊（匯聚節(jié)點(diǎn)）負(fù)責(zé)收集、存儲(chǔ)所有采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

2? 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)主要由顆粒物濃度傳感器、單片機(jī)、單片機(jī)開發(fā)板和Zigbee模塊組成，負(fù)責(zé)揚(yáng)塵數(shù)據(jù)的采集，并將采集得到的信號(hào)進(jìn)行處理后發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。

通過對(duì)比之后，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的傳感器選擇使用DSM501A顆粒物濃度傳感器，在通電之后即刻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過脈沖信號(hào)進(jìn)行輸出。數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)主要由傳感器、stc型號(hào)單片機(jī)、51單片機(jī)最小開發(fā)板和Zigbee模塊組成，連接方式如圖1所示。

3? 數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)傳輸模塊（匯聚節(jié)點(diǎn)）具有收集、存儲(chǔ)所有采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的功能，同時(shí)承擔(dān)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)關(guān)的功能，通過SIM卡模塊將網(wǎng)絡(luò)中采集到的工地?fù)P塵數(shù)據(jù)發(fā)送到部署在云端的服務(wù)器。匯聚節(jié)點(diǎn)主要由stc型號(hào)單片機(jī)、SIM300模塊主要部件和51單片機(jī)最小開發(fā)板組成，連接方式如圖2所示。

4? 數(shù)據(jù)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)據(jù)管理平臺(tái)需求分析

本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)用戶主要分為管理員用戶（系統(tǒng)管理人員）、工地用戶（硬件部署的工地單位）和普通用戶（直接通過設(shè)備訪問平臺(tái)的用戶）三大類。

數(shù)據(jù)管理平臺(tái)主要用于監(jiān)控各個(gè)工地的數(shù)據(jù)情況揚(yáng)塵情況，工地?fù)P塵數(shù)據(jù)通過部署在城市中各個(gè)工地的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)采集并轉(zhuǎn)由匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送至部署在云端的服務(wù)器，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)工地?fù)P塵排放狀況的監(jiān)控和預(yù)警。

對(duì)于工地管理，管理員用戶登錄后可對(duì)揚(yáng)塵系統(tǒng)進(jìn)行管理，添加新的工地、施工單位、監(jiān)管單位、建設(shè)單位和節(jié)點(diǎn)信息，查看各單位工地和節(jié)點(diǎn)的信息等，也可以對(duì)上述信息進(jìn)行增刪改查等基本操作。

對(duì)于工地信息管理，由工地用戶進(jìn)行管理，填寫工地信息，管理用戶進(jìn)行審核及相關(guān)硬件部署。管理員用戶也可以在平臺(tái)上事先手動(dòng)注冊(cè)工地信息，再由工地用戶完善。

對(duì)于工地信息展示，系統(tǒng)將可視化所有納入監(jiān)控的工地信息，相關(guān)界面展示揚(yáng)塵數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)的工地?cái)?shù)目以及狀態(tài)，表格中用顏色區(qū)分不同工地的當(dāng)前狀態(tài)?？梢院Y選只展示同一種狀態(tài)的工地如預(yù)警工地，也可以搜索具體工地，顯示工地的詳細(xì)信息、在地圖中的詳細(xì)位置等。

對(duì)于揚(yáng)塵數(shù)據(jù)信息的可視化，系統(tǒng)通過線型圖的變化可視化一個(gè)工地的歷史揚(yáng)塵情況，方便普通用戶和管理用戶了解這個(gè)工地的揚(yáng)塵數(shù)據(jù)信息。

4.2 數(shù)據(jù)管理平臺(tái)邏輯架構(gòu)

數(shù)據(jù)管理平臺(tái)共分為五個(gè)層次：接入層，用戶通過使用各種設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)該平臺(tái)的訪問;平臺(tái)應(yīng)用層，平臺(tái)提供的功能和相關(guān)的業(yè)務(wù);平臺(tái)整體邏輯架構(gòu)圖如圖3所示。

5? 結(jié)語

本文針對(duì)城市工地?fù)P塵監(jiān)控的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種成本低廉、操作簡單、適合規(guī)?；渴鸬墓さ?fù)P塵監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠靈敏的獲取工地?fù)P塵的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工地?fù)P塵的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。通過部署在云端的系統(tǒng)管理平臺(tái)對(duì)城市工地?fù)P塵進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，可以有效提升工地?fù)P塵的監(jiān)控管理的效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 2018年中國環(huán)境狀況公報(bào)[R].中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部，2018.

[2] 胡敏，唐倩，彭劍飛.我國大氣顆粒物來源及特征分析[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2011，36（5）：15-19.

[3] Chan C K，Yao X.Air pollution in mega cities in China[J].Atmospheric environment，2008，42（1）：1-42.