告別塵世美，空氣污染監測系統怎么搭,才合理又劃算？

　　空氣污染就在我們身邊

　　空氣污染是當下的熱門(mén)話(huà)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(lèi)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?chē)?，且種類(lèi)繁多。

　　也讓人感覺(jué)這個(gè)世界似乎沒(méi)有我們的容身之處。是不是能夠找到一個(gè)地方，那里只有藍天白云、鳥(niǎo)語(yǔ)花香，或者有這樣的場(chǎng)景，與愛(ài)人背靠青山、攜手終老?

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

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

　　大氣環(huán)境監測系統的三部分

　　通常，大氣監測系統由三部分組成：數據的感知層、傳輸層、應用層。

　　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(jià)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據通過(guò)傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸，到達數據管理中心平臺。主要有三種網(wǎng)絡(luò )結構，第一種是星狀結構，在每一個(gè)傳感器上都有一個(gè)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)模塊，這種模式組網(wǎng)比較簡(jiǎn)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)狀拓撲結構，傳感器與傳感器之間通過(guò)自組網(wǎng)的方式形成網(wǎng)絡(luò )，因為沒(méi)有固定的節點(diǎn)，所以網(wǎng)絡(luò )也比較龐大，再通過(guò)其中的某個(gè)傳感器節點(diǎn)把這個(gè)網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸到數據中心平臺。第三種拓撲結構是第二種的延伸，一個(gè)網(wǎng)絡(luò )里通常有兩個(gè)或多個(gè)匯聚節點(diǎn)，特點(diǎn)是可擴展性較強，通過(guò)布置匯聚節點(diǎn)可以把監測范圍不斷擴大。

　　一般的傳感器節點(diǎn)分為兩種，一種是自帶有傳輸模塊的傳感器，也有傳感器沒(méi)有傳輸模塊就要通過(guò)智能輸出對它們進(jìn)行信號轉換和傳輸。一般的傳感器節點(diǎn)有以下幾種功能：支持多種通訊模式，同時(shí)可以遠程收集數據，與一般的傳感器節點(diǎn)相比還有遠程部署、遠程診斷等等功能。

　　軟件平臺涉及：設備管理、信息發(fā)布、數據服務(wù)、站點(diǎn)分布，最核心的是數據服務(wù)，最基本的功能就是數據的動(dòng)態(tài)實(shí)施顯示，需要嵌入核心算法和核心模塊。

　　可見(jiàn)，理想的監控系統需要具備幾大優(yōu)勢。

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

　　第二，數據的融合技術(shù)強，可以捕捉到由單一傳感器無(wú)法捕捉的潛在危險信號。例如多種氣體感測時(shí)，當給入不同氣體的時(shí)候，每種氣體的分布點(diǎn)是有規律的，這意味著(zhù)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(gè)敏感層，不管遇到什么,只要是可燃易燃氣體都會(huì )給出一個(gè)響應，這就無(wú)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)監測，如果是無(wú)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化為三維坐標軸，然后轉化到二維空間，因為三維的信號是進(jìn)行單體信號處理的，所以要經(jīng)過(guò)PCA(主成分分析)算法等數學(xué)模型計算。

　　第三，預測預報的數據模型。這是監測和預警之間的紐帶，可以有效提高預警預報的可靠性和及時(shí)性。

　　第四，硬件?？梢圆捎媚K化設計，內嵌和外嵌模塊進(jìn)行分層處理，以對客戶(hù)的需求進(jìn)行自定義設置，也要體現系統有良好的拓展型功能。

　　應用案例

　　在工廠(chǎng)和城市建設中，大氣監測系統的應用很多。例如工業(yè)園，環(huán)保部門(mén)為了監測工業(yè)園中企業(yè)的排放廢氣情況，可在園區里建一套基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )(WSN)的空氣監測系統。這非常有必要，因為工廠(chǎng)靠近居民區時(shí)，有時(shí)會(huì )和當地居民發(fā)生沖突，有了這樣的大氣環(huán)境監測，可以為居民提供有說(shuō)服力的數據。

　　監測城市街道上的汽車(chē)尾氣排放。例如在特定的時(shí)間，諸如上下班高峰時(shí)間車(chē)流量很大，可以布設一些監測點(diǎn)，當污染物即將超標時(shí)，交通部門(mén)可以在前一個(gè)路段把紅綠燈的紅燈時(shí)間調長(cháng)，避免讓更多的車(chē)過(guò)來(lái)。

　　大氣監測的應用很多，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(shí)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(mǎi)者、銷(xiāo)售方和開(kāi)發(fā)商獲得環(huán)境空氣質(zhì)量的有效證據。政府也可以提供居民的健身出行建議。

　　上述方法的特點(diǎn)一是需要大量布設的傳感器節點(diǎn)，可靠的網(wǎng)絡(luò )和強大的計算。另外，大氣監測的內容還要按照客戶(hù)的需求進(jìn)行配置，最后都是使系統監測的數據通過(guò)云平臺進(jìn)行系統分析和系統診斷來(lái)實(shí)現氣體的全面掌控，以采取相關(guān)的措施進(jìn)行治理。這時(shí)，需要在云平臺上嵌入很多數學(xué)算法，以實(shí)現智慧管理，遠期或者是臨時(shí)的預警預報決策。

　　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(MCMS，Micro?Climate?Monitoring?System)。該系統借助傳感器和軟件來(lái)確?？諝赓|(zhì)量關(guān)參數的快速精準測量。

　　軟件平臺的重要性

　　MCMS的核心動(dòng)力來(lái)自風(fēng)河(Wind?River)面向邊緣設備生命周期管理的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處理器為基礎搭建。

　　而軟件是Wind?River??Helix?Device?Cloud，是一個(gè)運行在設備和云平臺之間的預集成技術(shù)棧。它不僅是風(fēng)河Helix產(chǎn)品線(xiàn)的組成部分之一，也是Intel??IoT?Platform的核心部分，可從邊緣安全、智能設備管理、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò )和云平臺等各層面推進(jìn)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?因為工業(yè)和城市環(huán)境監測是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(gè)產(chǎn)品集，把需要的應用全部集成在里面。例如風(fēng)河有四大類(lèi)操作系統(OS)，風(fēng)河按照客戶(hù)的需要進(jìn)行配置，而不是單獨賣(mài)給客戶(hù)某個(gè)OS，因此客戶(hù)不用擔心自己該選哪種OS。

　　是否商業(yè)軟件價(jià)格很高?實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代帶來(lái)了新的商業(yè)模式，即帶來(lái)了成本結構變化，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(méi)發(fā)生變化，但成本結構發(fā)生變化。傳統方式是一次性購買(mǎi)，未來(lái)訂閱式會(huì )越來(lái)越多，即用多少買(mǎi)多少，按照用的時(shí)間長(cháng)短計算費用。這對企業(yè)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)有利的轉變，因為初期投資成本降低了，也降低了風(fēng)險。

　　一些大氣監測客戶(hù)自己開(kāi)發(fā)OS，劃算嗎?風(fēng)河的建議是盡量選擇現成的商用OS。的確，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到上市，用戶(hù)會(huì )面臨一個(gè)普遍的關(guān)鍵選擇，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)平臺應該怎么選?大氣污染監測平臺貌似不復雜，自己可以做。風(fēng)河的經(jīng)驗是，經(jīng)過(guò)和很多國外同行的比較，從成本和機會(huì )角度看，若自己開(kāi)發(fā)，團隊的建設會(huì )花費很多時(shí)間，同時(shí)養團隊需要資金;自由犧牲上市時(shí)間?？蛻?hù)應把精力集中在應用上。建議盡量采用商業(yè)化平臺。在采購時(shí)，客戶(hù)可以到市場(chǎng)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(gè)平臺之間可以互相替代的，例如Linux平臺。在替代的基礎上，在性能和成本上進(jìn)行比較，優(yōu)中選優(yōu)。

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

　　小結

　　空氣污染治理是個(gè)世界性的話(huà)題，也是一個(gè)需要漫長(cháng)時(shí)間解決的課題。尋找到具備合理成本效益的大氣污染監測系統，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。期待今后會(huì )有更多的先進(jìn)而成本合理的商用方案推出，造福我們的生態(tài)環(huán)境。