一种城市扬尘控制数字化监控预警预报系统的制作方法

本发明涉及环境监测技术领域，具体地，涉及一种城市扬尘控制数字化监控预警预报系统。

背景技术：

随着工业的不断发展和环境自身承受能力的相对减弱，近年来雾霾的不断出现、加重，同时随着人们环保意识的不断增强，空气质量变化引起的人们对生存生活环境质量的思考越来越强烈，也越来越受到各级政府及管理部门的重视。近些年来城市规模不断的扩大，工程建设相关产业的迅猛发展，在一定程度上促进经济发展的同时也给周围环境带来了一定污染，扬尘污染作为其中一项污染源，已经进入到行业主管部门的重点监控范围。如何更好的对城市、城镇等区域性的扬尘污染进行相应研究、监测、管理、控制，已经成为相关部门迫切需要解决的社会问题和任务。

然而由于扬尘管理的数字化、信息化、科学化水平不高，无作为执法依据的实时数据、视频、图片资料，人为因素影响大，即便安装视频监控，仍然靠肉眼来界定扬尘程度，因为没有明确的数据指标，使得相关部门不能对施工扬尘污染程度进行有效的评价，在一定程度上给执法部门也带来了困难，加深了扬尘管理工作的被动局面。设计出一套利用物联网、数据无线通讯、数据库、地理信息系统、视频等先进技术，集数据采集、传输、多维数据展示与应用为一体，实现监测目标动态全覆盖的城市扬尘控制数字化监控预警预报系统非常有必要；扬尘监管全面信息化，可为环保、城建、交通、林业、农业、气象等监管部门联合执法提供数字化的监管手段，通过监控平台、易扬尘点位现场设备端、执法者还可采用便携式颗粒物检测仪等抽查测试仪器、车载巡检仪器相结合等。彻底改变目前简单依靠以人工为主的简单被动、防治效率低的管理模式，实现城市(镇)等区域性扬尘防治工作的动态管理。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种城市扬尘控制数字化监控预警预报系统，可以同时对粉尘、噪声、气象、环境进行监测、预警、预报，为城市环境治理提供综合性数据。

本发明采用下述的技术方案：

一种城市扬尘控制数字化监控预警预报系统，包括数据采集终端、实时监控平台、预报系统模块、预警系统模块、数据库、数据分析系统、报表系统模块、决策系统模块，所述实时监控平台与数据采集终端无线网络相连，实时监控平台用于监控数据采集终端获取的数据，所述数据库与实时监控平台通过internet网络相连，数据库用于存储数据，所述数据分析系统用于分析数据库中的数据，所述报表系统模块用于将数据分析系统处理后的数据生成图表形式，所述决策系统模块包括空气质量模型，用于生成空气扬尘对策，所述预报系统模块用于扬尘污染预报，所述预警系统模块用于扬尘污染的预警；

所述数据采集终端包括数据采集模块、图像采集模块、位置信息采集模块、数据采集处理模块、质量控制模块、led显示屏、语音播报模块和电源，所述数据采集模块、图像采集模块、位置信息采集模块、质量控制模块、led显示屏、语音播报模块、电源均与数据采集处理模块相连。

优选的，所述数据库包括第三方影响数据、国标数据、历史数据、排放清单数据库、措施库。

优选的，所述数据采集模块包括扬尘采集模块、噪声传感器、气象五参数监测仪，所述扬尘采集模块、噪声传感器、气象五参数监测仪均与电源相连。

优选的，所述图像采集模块包括球形摄像机、嵌入式硬盘录像机，所述嵌入式硬盘录像机用于记录球形摄像机输出的图像信息，所述位置信息采集模块为gps定位器。

优选的，所述数据采集处理模块是集模拟、信息采集、gprs数据传输于一体的数据采集处理模块，将各传感器、数据采集模块中的电压或电流信号转化为数字信号后传输给实时监控平台。

优选的，所述语音播报模块包括喇叭、语音控制模块，所述喇叭与语音控制模块相连；所述质量控制模块用于提醒用户维护数据采集终端。

本发明的有益效果是：

本发明不仅可以同时对粉尘、噪声、气象、环境进行监测，为城市环境治理提供综合性数据；通过开展不同来源、不同尺度城市扬尘排放数据在线耦合同化技术研究，结合基于全过程排放的城市扬尘定量表征技术、气象监测数据等相关资料，实现城市扬尘监测的信息化和动态化，并能对扬尘进行预警预报。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为本发明的拓扑结构示意图；

图2为本发明的数据采集终端结构示意图；

图3为本发明的扬尘排放地图；

图4为本发明的语音预报系统中扬尘排放地图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种城市扬尘控制数字化监控预警预报系统，包括数据采集终端、实时监控平台、预报系统模块、预警系统模块、数据库、数据分析系统、报表系统模块、决策系统模块，所述实时监控平台包括数据接收模块，实时监控平台与数据采集终端无线网络相连，用于监控数据采集终端获取的数据，所述数据库与实时监控平台通过internet网络相连，数据库用于存储数据，所述数据分析系统用于分析数据库中的数据，所述报表系统模块用于将数据分析系统处理后的数据生成图表形式，展示某一时间段内各站点的数值，起止时间可根据用户选择，统计类别：分钟值、小时均值、日均值、月均值、年均值。所述决策系统模块包括空气质量模型，用于生成空气扬尘对策，所述预报系统模块用于扬尘污染预报，调用空气质量模型模拟的扬尘浓度预报结果，并结合空气质量模型和gprs系统，实现不同网格区域自动预报，当输入初始工地增长条件时，将预报结果图像化，所述预警系统模块用于扬尘污染的预警发布，对扬尘浓度的突变值和超标进行报警，超标报警可反馈到数据采集终端；

所述决策系统模块用于建立扬尘措施数据库，实时监测浓度超标预警时，根据超标浓度值，自动生成对策。嵌入空气质量模型模拟结果，根据预警等级，自动生成控制对策，并显示措施采取后的浓度值。所述质量控制模块用于数据采集终端定时维护提醒，若检测到当地颗粒物浓度一直处于较高状态，则适当缩短维护时间、在维护后需要手动输入维护记录(维护时间，维护仪器)，提醒结束；若在提醒后未输入维护记录，则间隔一段时间再次提醒。可查询维护记录。

所述数据分析系统，用于扬尘颗粒物浓度的对比分析，进行变化趋势分析、空间分布特征分析，并将结果返回到实时监控平台，所述数据库包括颗粒物浓度、气象参数、视频的历史数据信息、国家标准、污染物排放清单数据、gps数据，用于记录现场测量的各种监测记录，数据库采用多台主从关系数据库服务器存储逻辑性较强的数据及计算结果。用以hbase为代表的k/v数据库无限扩展存储基础采集数据。其次要考虑的是数据挖掘技术，根据大气污染数据建模得来的数学模型，转换为可运行的算法，并利用于存储的数据，从中得出更深层次的分析结果。所述实时监控平台包括电脑、显示屏及internet网络，用于对区域内多台数据采集终端的状态进行实时监测、远程控制数据采集终端及监测数据分析处理模块返回的分析数据，当污染源数据变化时，实时监测得到的数据被传回数据库，数据库利用数据分析系统集群化计算技术快速分析出污染变化趋势，并及时预警。所述报表系统模块用于将实时监测的数据、历史数据转换为图表；

所述数据采集终端包括数据采集模块、图像采集模块、位置信息采集模块、数据采集处理模块、质量控制模块、led显示屏、语音播报模块和电源，所述数据采集模块、图像采集模块、位置信息采集模块、质量控制模块、led显示屏、语音播报模块、电源均与数据采集处理模块相连。所述语音播报模块包括喇叭、语音控制模块，所述语音控制模块包括flash芯片、8位单片机，语音信号输出同时包含dac和pwm两种方式。dac输出16bit音频信号，接入功放，音质接近cd音质。pwm按class-ab方式直接输12bitpwm信号，直推0.5-1w/8ω的扬声器。所述电源为移动电源，具体的为锂电池；所述数据采集模块包括扬尘采集模块、噪声传感器、气象五参数监测仪，所述扬尘采集模块、噪声传感器、气象五参数监测仪均与电源相连；所述噪声传感器测量范围为30db-130db，频率范围31.5hz-8khz，输出信号为rs485modbus协议、rs485ascii协议，工作环境温度-30℃-70℃；所述扬尘采集模块包括颗粒物浓度传感器，rs485接口、继电器，采用激光散射原理，即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度收集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线。进而微处理器利用基于米氏(mie)理论的算法，得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物数量。pm2.5测量范围0-500μg/m³，pm10测量范围0-1000μg/m³。所述图像采集模块包括球形摄像机、嵌入式硬盘录像机，所述嵌入式硬盘录像机用于记录球形摄像机输出的图像信息，所述球形摄像机、嵌入式硬盘录像机串联连接，所述嵌入式硬盘录像机的输出端与数据采集处理模块相连，所述位置信息采集模块为gps定位器；所述气象五参数监测仪包括温度传感器、湿度传感器、风向传感器、风速传感器、气压传感器、rs232接口、rs485接口、实时时钟、单片机，所述温度传感器、湿度传感器、风向传感器、风速传感器、气压传感器均与单片机相连。

所述数据传输模块、数据接收模块均采用gsm/sms/gprs/3g/4g网络通信，内置32为arm9微处理器mcu以及硬看门狗及定时器，支持atcommand、短信透传、数据透传、modbusrtu转modbustcp，1路三线制rs485/323串口，波特率:1200-115200bps,内嵌标准的tcp/ip协议栈，支持透明数据传输协议，支持tcp/udp、短信透传、modbusrtu转modbustcp协议。

所述数据采集处理模块是集模拟、信息采集、gprs数据传输于一体的综合性数据处理仪器，其主要利用gprs的internet介入功能，实现数据采集处理模块与实时监控平台之间的无线通信，所采集的数据经内置的嵌入式arm处理器进行处理后，传输给数据传输模块。同时实时监控平台可在远程对数据采集处理模块发出指令，进行参数设置或提取监测数据，从而实现遥控和监测功能，所述数据采集处理模块包括3个rs232、2个rs485接口，包括8路模拟信号输入，2路开关量输入，10个状态指示灯，每个指示灯用于对应的一路传感器，可分别与多个在线监控平台和数据采集模块通信，rs232接口，输入范围0-5v，用于获取设备工作状态，rs485接口支持4ma-12ma电流输入或1v-5v的电压输入。

如图3至图4所示，本发明根据扬尘颗粒物排放的源、路径，获取其活动水平、排放因子等参数，根据城市扬尘在全生命周期不同阶段颗粒物的产生量、损失量和排放量，进行物质流平衡分析，建立基于物质流的城市扬尘全过程排放定量技术；采用测试表征等手段研究城市扬尘颗粒物组分；综合调研、实测数据建立高精度城市扬尘排放清单。借助多维立体观测信息和地面在线监测数据，建立多维观测与大气化学模式的耦合方法，根据不同来源、不同尺度排放数据在线耦合同化技术，从而获取大尺度、高精度的排放清单。本发明集成并优化城市扬尘远程实时数字化监测、实时通讯、信息安全、数据库技术、基于web的客户端技术、java技术、大数据分析与挖掘技术、计算机软件集群化计算技术(即云计算技术)等，建立城市扬尘监控管理数字化平台及预警预报系统。

本发明实现数字化自动监管：实时数据、实时比对分析、实时预警预报，全天候24小时全面监控扬尘污染情况，自动上传到实时监控平台，和国家大气污染管理部门发布的国控数据进行比对，超限值实时预警，结合集成的视频监控和现场指令(如语音播报功能、屏显提示)模块的使用，通过实时监控平台对超标预警单位第一时间做出指令，大幅提高工作效率。通过实时监控平台实现综合信息化管理及在线实时全景查看及历史分析回顾、分析；为清楚界定不同区域扬尘污染的贡献程度提供可靠的数据支持；准确衡量不同监测点位抑尘工作水平，为现场执法或者将来执罚提供详实的依据。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。