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話題。最近網友發明了很多熱詞：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，但是我們還是應該有信心，美好的環境還是可以“改造”出來的。

　　改造出這樣的環境，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據通過傳輸協議進行傳輸，到達數據管理中心平臺。主要有三種網絡結構，第一種是星狀結構，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。第二種是平面的網狀拓撲結構，傳感器與傳感器之間通過自組網的方式形成網絡，因為沒有固定的節點，所以網絡也比較龐大，再通過其中的某個傳感器節點把這個網絡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，一個網絡里通常有兩個或多個匯聚節點，特點是可擴展性較強，通過布置匯聚節點可以把監測范圍不斷擴大。

　　一般的傳感器節點分為兩種，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換和傳輸。一般的傳感器節點有以下幾種功能：支持多種通訊模式，同時可以遠程收集數據，與一般的傳感器節點相比還有遠程部署、遠程診斷等等功能。

　　軟件平臺涉及：設備管理、信息發布、數據服務、站點分布，最核心的是數據服務，最基本的功能就是數據的動態實施顯示，需要嵌入核心算法和核心模塊。

　　可見，理想的監控系統需要具備幾大優勢。

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

　　第二，數據的融合技術強，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，當給入不同氣體的時候，每種氣體的分布點是有規律的，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,只要是可燃易燃氣體都會給出一個響應，這就無法知道目前你遇到的是什么氣體。例如VOC(揮發性有機化合物)監測，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行單體信號處理的，所以要經過PCA(主成分分析)算法等數學模型計算。

　　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性。

　　第四，硬件。可以采用模塊化設計，內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置，也要體現系統有良好的拓展型功能。

　　應用案例

　　在工廠和城市建設中，大氣監測系統的應用很多。例如工業園，環保部門為了監測工業園中企業的排放廢氣情況，可在園區里建一套基于無線傳感網絡(WSN)的空氣監測系統。這非常有必要，因為工廠靠近居民區時，有時會和當地居民發生沖突，有了這樣的大氣環境監測，可以為居民提供有說服力的數據。

　　監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，可以布設一些監測點，當污染物即將超標時，交通部門可以在前一個路段把紅綠燈的紅燈時間調長，避免讓更多的車過來。

　　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出警示信息，并提高工作效率，同時改善施工環境。在居民生活環境中，可以用于提供關鍵信息，讓房地產購買者、銷售方和開發商獲得環境空氣質量的有效證據。政府也可以提供居民的健身出行建議。

　　上述方法的特點一是需要大量布設的傳感器節點，可靠的網絡和強大的計算。另外，大氣監測的內容還要按照客戶的需求進行配置，最后都是使系統監測的數據通過云平臺進行系統分析和系統診斷來實現氣體的全面掌控，以采取相關的措施進行治理。這時，需要在云平臺上嵌入很多數學算法，以實現智慧管理，遠期或者是臨時的預警預報決策。

　　基于此，一些公司已經推出了這方面的解決方案。例如不久前，風河攜手英特爾與博世在印度發布了新型空氣質量微氣候檢測系統(MCMS，Micro?Climate?Monitoring?System)。該系統借助傳感器和軟件來確保空氣質量關參數的快速精準測量。

　　軟件平臺的重要性

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

　　據悉，英特爾?物聯網平臺(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，是一個運行在設備和云平臺之間的預集成技術棧。它不僅是風河Helix產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、智能設備管理、網關、網絡和云平臺等各層面推進物聯網的發展。

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

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

　　是否商業軟件價格很高?實際上，物聯網時代帶來了新的商業模式，即帶來了成本結構變化，使企業的初次使用成本降低，風險降低。例如軟件產品的成本沒發生變化，但成本結構發生變化。傳統方式是一次性購買，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。這對企業用戶來說是一個有利的轉變，因為初期投資成本降低了，也降低了風險。

　　一些大氣監測客戶自己開發OS，劃算嗎?風河的建議是盡量選擇現成的商用OS。的確，從產品開發到上市，用戶會面臨一個普遍的關鍵選擇，產品的開發平臺應該怎么選?大氣污染監測平臺貌似不復雜，自己可以做。風河的經驗是，經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，團隊的建設會花費很多時間，同時養團隊需要資金;自由犧牲上市時間。客戶應把精力集中在應用上。建議盡量采用商業化平臺。在采購時，客戶可以到市場上去比較，通常商業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。在替代的基礎上，在性能和成本上進行比較，優中選優。

　　風河對中國客戶的服務跟得上嗎?實際上，風河一直在強調服務。風河有專業服務團隊，幾乎每年都受到國際專業評審機構的獲獎，諸如CRM(客戶關系管理)和專業技術支持方面都獲過獎，在用戶中口碑良好。風河是7天24小時服務，在虛擬的全球網絡中。

　　小結

　　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，例如風河攜手英特爾與博世推出了新型空氣質量微氣候檢測系統。期待今后會有更多的先進而成本合理的商用方案推出，造福我們的生態環境。