城市空气质量无线监测系统技术方案

1、城市空气质量无线监测系统技术方案目录第一章建设背景2第二章建设范围42.1监测项目42.2空气质量评价点设置数量要求42.3监测点位周围环境与采样口设置的具体要求42.3区域监测范围6第三章设计原则6第四章系统概述84.1系统功能描述84.2系统拓扑图94.2.1系统功能模块示意图94.2.1系统组网示意图9第五章系统详细设计105.1前端设备105.1.1路边空气检测站105.1.1.1应用环境105.1.1.2AQM60 系统简介125.1.1.3功能与规格详述135.1.2无线数据传输单元（DVR ）175.1.2.1设备功能描述175.2监测中心管理系统195.2.1系统功能描述195

2、.2.1.1子站软件功能195.2.1.2中心站软件功能195.2.2系统配置21第六章系统优势22第七章系统投资预算错误!未定义书签。第一章建设背景环境保护是我国的一项基本国策。随着我国环境保护事业的发展，环境管理工作不断深化，信息化已成为提高环境管理与决策水平的重要技术基础。国家环境保护总局明确提出了我国环境信息化建设的奋斗目标，将环境信息化建设作为环境管理能力建设的一项重要工作，积极推进环境信息化建设的发展，为环境管理和决策提供良好的技术服务与支持。环境监测是环境保护工作的重要组成部分，是环境管理的基础和技术支持，而空气质量监测则又是环境监测的一个重要组成部分。我国空气污染的情况相当严重

3、，是全球三大酸雨区之一，改革开放以来，随着社会经济的快速发展，工业化水平的提高，对环境产生的影响越来越大，尤其是在城市集中了大量的工厂、车辆、人口，城市环境承受着巨大压力，空气质量面临新增排放源的威胁。随着生活水平的提高，全社会环保意识的提高，人们对生活环境健康越来越关注，对生活的空气质量越来越关心，对环境信息提供的要求越来越高。空气质量有没有开始恶化， 哪些地方在恶化，恶化程度如何，发展趋势如何，专家关心它，人民关心它，政府更关心它。通过媒体传播公开发布空气质量状况，不仅有利于环保工作的公开透明化，也有助于促进公众环保意识的提高和对环保工作的参与。所以对大气环境的监测与治理是一件刻不容缓的任

4、务，必须进行有效的监控和治理， 国家环境保护总局为贯彻中华人民共和国环境保护法和中华人民共和国大气污染防治法，规范环境空气质量监测工作，制定了环境空气质量监测规范（试行），于二七年一月十九日发布，对涉及环境空气质量检测的有关标准作出了规范要求。我国目前大部分地区依然采用人工采样和实验室分析为主的大气监测手段，这种方式不能及时、准确地监测到污染物的实时排放情况，使得环境管理人员很难在短时间内摸清所有污染区的实际情况，对各种突发性污染源及污染现场，也不能做到即时准确的监测和处理。因此，新型的空气质量检测系统已采用高科技手段完成了技术升级，由传统的手工采样实验室分析发展到自动监测阶段。监测的项目由原

5、来的 SO2、NOx、TSP 逐渐增加了新的项目，如 CO、O3 以及空气中有毒有害的有机物等等。同时，整个监测系统的数据传输平台因为无线通讯技术的迅猛发展而得到更广泛的应用，可以更快、更方便地进行系统前端设备的部署，节省投资并达到高效率的管理和高质量的服务水平。基于无线网络的环境空气自动监测系统，是真实反映环境空气质量动态变化，实现环境空气质量日报、预报的重要技术手段，因此，作为新时期物联网的典型行业应用，无线空气质量自动监测系统在各方需求基础上逐渐开展应用并全面发展起来。第二章建设范围根据国家环保总局颁布的环境空气质量监测规范（试行）标准：2.1监测项目国家环境空气质量监测网监测项目必测项

6、目二氧化硫（SO2） 二氧化氮（NO2）可吸入颗粒物（PM10） 一氧化碳（CO）臭氧（O3）选测项目总悬浮颗粒物（TSP） 铅（Pb氟化物（F）苯并a芘（BaP） 有毒有害有机物2.2空气质量评价点设置数量要求国家环境空气质量评价点设置数量要求口(万人)（km2）1020110-5020-50250-10050-1004100-200100-1506200-300150-20082.3监测点位周围环境与采样口设置的具体要求监测点周围 50 米范围内不应有污染源； 点式监测仪器采样口周围，监测光束附近或开放光程监测仪器发射光源到监测光束接收端之间不能有阻碍环境空气流通的高大建筑物、树木或其他障

7、碍物。从采样口或监测光束到附近最高障碍物之间的水平距离，应为该障碍物与采样口或监测光束高度差的两倍以上； 采样口周围水平面应保证 270以上的捕集空间，如果采样口一边靠近建筑物，采样口周围水平面应有 180以上的自由空间；监测点周围环境状况相对稳定，安全和防火措施有保障；监测点附近无强大的电磁干扰，周围有稳定可靠的电力供应，通信线路容易安装检修；监测点周围应有合适的车辆通道。针对道路交通的污染监控点，其采样口离地面的高度应在 2 5 米范围内； 在建筑物上安装监测仪器时，监测仪器的采样口离建筑物墙壁、屋顶等支撑物表面的距离应大于 1 米； 使用开放光程监测仪器进行空气质量监测时，在监测光束能完

8、全通过的情况下，允许监测光束从日平均机动车流量少于 10,000 辆的道路上空、对监测结果影响不大的小污染源和少量未达到间隔距离要求的树木或建筑物上空穿过，穿过的合计距离，不能超过监测光束总光程长度的 10%； 对于空气质量评价点，应避免车辆尾气或其他污染源直接对监测结果产生干扰，点式仪器采样口与道路之间最小间隔距离应按下表的要求确定：3 00025103 000 6 00030206 000 15 0004530污染监控点的具体设置原则根据监测目的由地方环境保护行政主管部门确定。针对道路交通的污染监控点，采样口距道路边缘距离不得超过 20 米；2.3区域监测范围(根据用户需求和实际情况描述)

9、第三章设计原则我们的基础设计思想：按照客户的实际需求，度身定做最优化的物联网行业应用系统。针对无线空气质量自动监测应用，我们从实际应用的需要作为选择和设计的出发点，从以下几个方面综合分析和评估，提出适合的整体规划方案。（1）系统配合度：本系统工程属于固定资产投资，前、后端设备的系统整合与配合一致，接口的完善、与传输平台的融合等，都是需要实现的重点功能。（2）设备的整体性：在条件许可下，一个系统中尽可能选用同一系列的设备，使产品性能得以充分体现， 从而提高系统的稳定性和使用寿命。（3）专业素质及维修能力：不论产品品质多好，总有出故障的可能，除了在产品的选择要把好关，尽量减少潜在故障发生的可能性，

10、同时需具备专业的售后服务能力。（5）方便用户操作：根据使用环境，选配容易操作的系统，使系统功能得以充分利用。方便容易的操作系统更能满足用户的需要。（6）系统的扩展能力：当今科技日新月异，尤其是电子产品，更新换代率更高。较强的系统扩展功能，可以让用户在需要时，只需增加少量部件即可使系统得以扩展，以提高使用价值。（8）实用的系统设备：根据使用场合选配实用的设备“量体裁衣”，尽量避免选用超过所需功能的设备。（9）设备技术指标的真实性：我们会检验设备技术指标的真实性，只有通过以往种种检验，包含工程使用后，才能向用户推荐。（10）价格因素：在满足需要的前提下，寻求一个合理的投资是很有必要的，满足系统最佳

11、性价比要求是我们力求做到的，但过于压低价格，将不利于用户自身利益保护。第四章系统概述4.1系统功能描述基于无线网络的城市空气质量自动监测系统是以自动监测仪器为采集前端、以无线数据通讯设备为关键节点、以移动运营商数据网络为传输通道、以功能完备的后台监测管理软件为支撑的一体化整合系统。自动监测仪器（空气质量监测站）由传感器节点、空气质量传感器（检测SO2， NOx 等）以及 A/D 转换、数据接口等单元组成，负责自动采样、自动监测区域所部署的传感器节点、监测每点的数据。数据通过接口协议进入无线通讯节点设备 DVR 的独立（DTU）传输通道，由无线通讯数据终端负责将数据传输到监测管理中心。中心接收到

12、相关参数数据，通过后台监测管理系统进行数据汇总、整理和综合分析并转化成详细信息实时在监测终端或大屏幕上进行显示，工作人员可以在监控中心或办公室进行监测，随时得到即时数据报告，实现远端无人值守。宏电城市空气质量无线监测系统功能特点：整合 GPRS/EDGE/TD-SCDMA 通信技术，实时监测城市大气环境数据， 实时进行数据传输，实时控制现场设备的运行状态；实现各类监测数据的接收、显示、统计、自动分析、存储、应用、发布；利用数据库接口功能，在监测管理中心显示终端上直观地生成可视化的计算结果图表；选用先进的开发技术，应用系统操作简便、人机界面友好，适合各层面人员操作使用；具有超前的设计理念，根据环

13、境管理工作的发展和要求，能够随时进行扩充， 并兼容现有应用系统；在网络覆盖面、可靠性、稳定性、实时传输速度、数据传输的准确性及安全性、操作界面、建设投资及系统日常运行费用合理等方面具有良好的体现。4.2系统拓扑图4.2.1系统功能模块示意图4.2.1系统组网示意图第五章系统详细设计5.1前端设备5.1.1路边空气检测站5.1.1.1应用环境环境空气质量自动监测系统是一套自动监测仪器为核心的自动“测-控”系统。空气质量的自动监测系统一般采用湿法和干法两种方式。湿法的测量原理是库仑法和电导法等，需要大量试剂，存在试剂调整和废液处理等问题，操作繁琐，故障率高，维护量大。该法以日本为主，但自 1996

14、 年起，日本在法定的测量方法中增加了干式测量原理，湿法现已处于淘汰阶段。干法基于物理光学测量原理，使样品始终保持在气体状态，没有试剂的损耗，维护量较小。干法以欧美国家为主，代表了目前的发展趋势。干法监测子站主要由样品采集、空气自动分析仪、气象参数传感器、动态自动校准系统、数据采集和传输系统以及条件保证系统等组成。SO2 自动分析仪：基于 SO2 分子接收紫外线（214 nm）能量成为激发态分子，在返回基态时， 发出特征荧光，由光电倍增管将荧光强度信号转换成电信号，通过电压/频率转换成数字信号送给 CPU 进行数据处理。当SO2 浓度较低，激发光程较短且背景为空气时，荧光强度与SO2 浓度成正比

15、。采用空气除烃器可消除多环芳烃（PAHs）对测量的干扰。NOx 自动分析仪：NO 与 O3 发生反应生成激发态的 NO2*，在返回基态时发射特征光，发光强度与 NO 浓度成正比。NO2 不与 O3 发生反应，可通过钼催化还原反应（315） 将 NO2 转换成 NO 后进行测量。如果样气通过钼转换器进入反应管，则测量的是NOx，NOx 与 NO 浓度之差即为 NO2。O3 自动分析仪：利用O3 分子吸收射入中空玻璃管的254 nm 的紫外光，测量样气的出射光强。通过电磁阀的切换，测量涤除 O3 后的标气的出射光强。二者之比遵循比尔-朗伯公式，据此可得到 O3 浓度值。PM10 自动分析仪（射线法

16、）：仪器利用恒流抽气泵进行采样，大气中的悬浮颗粒被吸附在源和盖革计数器之间的滤纸表面，抽气前后盖革计数器计数值的改变反映了滤纸上吸附灰尘的质量， 由此可以得到单位体积空气中悬浮颗粒的浓度。对自动分析仪的自动校准通过动态自动校准系统完成，该系统包括动态自动校准仪、零气发生器、标准气源。5.1.1.2AQM60 系统简介产品名称：AQM60 路边站路边/室内空气质量监测系统AQM 60 是一种模块化设计的、可对大气污染进行高精度、多参数测量的空气质量监测系统，采用气体高敏度半导体技术（GSS 技术），具有体积小、重量轻、设计简洁、安装方便等特点。可以测量的参数有：O3、NO2、CO、CO2、SO2

17、、VOCNMHCH2S 和颗粒物（PM10 和 PM2.5）。支持外部通信接口，通过无线数据通信节点单元可实时将测量数据传送到中心站，并能通过网络浏览器进行远程控制。可根据用户的要求进行模块组配，是一种新型的、低成本的、智能型测量设备。是在街道、室内或工业区执行复杂监测任务的理想工具。 应用范围主要有：交通环境污染物控制道路和隧道污染物监测城市空气质量监测颗粒物和污染源排放监测长期空气质量趋势分析短期大气环境影响评价居民区/学校/医院的环境监测公园/森林环境监测化工厂/电厂/垃圾填埋场/焚烧站/港口/污水处理厂/仓储设施/地下设施的大气监测5.1.1.3功能与规格详述AQM60 空气质量监测仪

18、是一个广泛应用于城市空气质量监测和工业空气排放污染监测的系统，采用不同的气体传感器，可同时对空气中的各种环境污染气体进行监测，并且采用无线数据采集器，将监测到的各种环境气体的浓度数据传输到监测中心，是环境监测部门进行城市空气质量监测的理想设备。系统特点半导体（GSS）气体传感器：具有精度高、寿命长、稳定性好的特点多气体监测：可同时监测多种气体，标准 6 种可根据用户需要进行扩展温度、湿度测量：可监测空气温度/湿度风向风速测量：可进行风速、风向测量实时数据采集：可 24 小时对空气中气体浓度数据进行传输防雨防尘外壳：适合于户外安装（IP42）多种气体监测：根据客户需要，采用不同的气体监测组合传感

19、器具有互换性：模块式结构设计，各种传感器可互换，维护简单方便AQM60 技术参数半导体（GSS）气体传感器模块：臭氧（O3）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（C O）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）、氨气（NH3）、VOC温度、湿度传感器模块：-20 100，0 100%RH 电源模块：输入 100240VAC，输出 12VDC控制模块：微处理控制器（配合 AQM 软件）； PC 或 PLC 下载数据。外壳：尺寸：393342220mm，重 9kg防护等级：IP42、UL94-5V 防火，内装散热风扇材料：增强型玻璃刚和不锈钢安装：户外安装可选项：风速风向传感器、太阳能

20、电池、内部加热器认证：Part15 FCC 标准、T2N61000-6-3:2001、T2N61000-6-1:2001AeroQUAL 公司所开发的AQM V2.0 软件用作AQM60 系统的数据通讯界面， 可以对系统参数进行设置和数据显示，显示方式有趋势曲线和数据表格两种。此软件通过 Java VM1.5 运行，数据库是一个开放的 HSQLDB Java 数据库。可选传感器规格：传感器灵敏度标准量程 最大量程（ppm） （ppm）050010000.5ppm(1000ppm) 0%1ppm 60s-2050595%050010001ppm(100500ppm) 0%1ppm 150s070

21、595%01.0TBATBATBATBATBATBATBA0102510ppm 5ppm 1ppm0.01ppm 60s-2050595%氨气（NH3）一氧化碳（CO） 硫化氢（H2S） 硫化氢（H2S）精度分辨率响应时环境温度 环境湿度间5ppm硫化氢（H2S）臭氧（超0501000.05ppm( 0.1ppm) 10%(0.10.5ppm)0.1ppm 60s -2050 595%低）00.15（O3）0.251ppm 0.005ppm 0.001ppm70s-550595% 0.008ppm（O3）臭氧（低） 00.5020臭氧（高）（O3）臭氧（泄11ppb2510ppb(010ppm

22、) 2ppm (1050ppm) 10%(0.52ppm) 15%(220ppm)0.001ppm 60s-550595%0.01ppm 35s-550595%漏）（O3）05010010ppm 20%0.01ppm 10s-550595% 0.01%二氧化氮（NO2）二氧化氮（NO2） 二氧化硫（SO2） 二氧化硫（SO2）10200.550102001002000.05ppm0.05ppm 0.2ppm 0.5ppm（ 0.2ppm) 0.2ppm) 0.01%（ 0.2ppm) 0.5ppm 10%0500 10ppm0.001ppm 30s -2050 2085%0.001ppm 60

23、s -2050 2085%0.01ppm 60s -2050 595%0.1ppm 60s -2050 595%甲苯（VOC）二氧化碳（CO2） 温度湿度10001ppm( 200ppm)(200500ppm)020002000 3%10ppm 60s050595%20500.01 0.30.01 1s-40120 0100%0100%RH100%1%RH2%RH1%RH 1s-40120 0100% 10%1ppm 60s -2050 595%其它气体向厂家咨询5.1.2 无线数据传输单元（ DVR ）5.1.2.1 设备功能描述H3221-VTDZ 是基于 3G 的无线视频服务器，集视频编

24、码、无线传输为一体。以 3 G 网络（TD-SCDMA）作为传输通道，向下兼容EDGEGPRS 传输速率，特有独立D TU 工作模式，3G、2.75G/2G“双通道”传输。功能特性视频编码，采用H.264 国际标准。支持抓拍，照片以JPG 格式回传至客户端。叠加字幕，在画面中叠加文字，图片，时间等信息，支持中文。云镜控制，可控制云台全方向转动，自动巡航，控制镜头变焦，支持pelco-D/P 协议。支持两路报警输入，支持两路报警输出。支持移动侦测功能，通过客户端设置要监控的区域，若此区域发生变化，则报警。前端存储，最大支持 4GB SD 卡。平台存储，在传输的同时，将视频存储在平台服务器上。多点

25、观看，一路视频可以被多个客户端观看。支持电视墙，可通过电视墙服务器将视频码流转换为模拟信号上电视墙。支持客户端修改视频参数。提供自主研发的RTP 重传功能，有效提高无线网络情况下的视频质量，使得误码率从10%降到3%。针对视频传输特点对 3G 链路进行了优化。自定义平台交互协议。多种自动报警技术。防震设计。预置了对支持TD 和 WCDMA 的演进版本HSDPA 的支持，可使带宽提高到 200kbps 以上。H3221-VTD 主要技术参数：型号视频压缩方式数据传输方式播放分辨率视频帧率视频码率视频输入接口视频输入路数通讯接口报警输入报警输出存储电源功耗工作温度工作湿度尺寸(mm)H3221-V

26、TD H.264TD-SCDMA CIF515 帧可调30kbps120kbps 可调BNC1 路1 个 RJ45 10/100M 以太网口；1 个 RS-232 串口；1 个 RS-485 串口2 路 GPIO2 路 GPIO支持一片 4GB SD 卡DC 12V5W-20 +60 10% 90%163 长 X 109 宽 X 27.3 高5.2监测中心管理系统5.2.1系统功能描述监测管理中心对各个监测站进行控制指挥，各监测站采集各种空气质量参数，两者间的控制信息和监测数据通过系统无线数据传输设备DVR 的 DTU 模块功能完成。监测中心既是各监测站的指挥中心，又是监测站监测数据的汇集、处

27、理和存贮的数据库。各监测站可设置为自动定时向监测中心发送信息，也可设置为平时处于待机状态，在收到监测中心的指令后才开始启动工作，将信息发送给监测中心， 各监测站有数据采集，命令识别，数据发送的功能。5.2.1.1 子站软件功能5.2.1.2中心站软件功能n在线监测和远程控制可以在线查看、查询、获取各种模拟设备和开关的最新数据、状况。并可以实现定时监测。中心控制室可以实时显示各项空气质量参数数据,能够对监测现场设备进行远程启动、设定工作时间、调整工作周期、数据二次查询等远程操作， 并将分析结果和设备运行日志记录于监测管理中心数据中。n报警处理报警有四种：断线报警（包括设备故障报警）、超标报警、开

28、关设备报警和异常情况报警。可以灵活设定报警条件，并和人员的手机、短信绑定，在满足报警条件时，自动发送报警信息。n 短信服务短信服务有：数据传送，可以把监测站的数据发送到指定的手机；短信报警（数据报警，断线报警，开关设备报警，监测仪器报警）；批量配置报警数据；自写短信，自定义短信的内容和发送对象。n 查询统计提供多种条件查询方式和查询结果分类、分项排序、统计最大值、最小值、平均值、汇总值等分析处理功能。提供统计各类监测数据功能并提供查询结果打印。n 分析报表对于监测统计数据按指定的时间段进行列表和图形方式分析，列表分析以表格的方式给出，图形方式通过曲线、柱状和饼状等图形直观的显示。可将各子站的统

29、计日报数据转入年度数据库，以进一步编辑处理，导出为可上报的国家标准要求的数据库文件，如：生成日报、周报、月报、年报等。系统至少提供以下报表并能够按照所见即所得的效果进行打印： 实时监测数据日报表（曲线图），月报表（曲线图），年报表（曲线图） 历史监测数据报表 超标监测数据报表 网络反控日志 试剂报警日志 数据汇总报表 数据历史查询报表 数据分析统计报表（含柱状或饼状图），包括烟气、烟尘、CO、SO2、NOx 浓度分析报表和烟气、烟尘、CO、SO2、NOx 排放总量统计报表、大气自动监测日监测数据分析报表n 数据标记和剔除特定的职能管理部门在审查分析数据的过程中，对于已经确认异常或无效的数 据能够进行手动标记或剔除操作。对于任何的标记或剔除操作，系统自动记忆， 作为日志备查。n系统管理设置系统的一些参数，包括权限管理、常量管理、设备管理、在线列表和监控源类型设置等。n视频数据视频监控系统能实现现场影像的高清晰同步实时传输，在监控中心电视墙等终 端上显示，并通过监控中心网络来实现图像的传输、显示、存储、回放等功能。5.2.2 系统配置宏电城市空气质量无线监测系统监测管理软件为 C/S 架构，标准配置为