1.Analisi di contesto
(1) Situazione attuale dell'inquinamento
Con il rapido sviluppo dell'industrializzazione e dell'urbanizzazione, il problema dell'inquinamento atmosferico sta diventando sempre più grave. PM2.5. L'eccessiva concentrazione di inquinanti come ozono (O3), anidride solforosa (SO2) e ossidi di azoto (NOx) è diventata un problema globale. Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità, circa il 90% della popolazione mondiale è esposto a condizioni atmosferiche eccessive, con un conseguente aumento significativo dei rischi per la salute, come malattie respiratorie e cardiovascolari. Secondo il rapporto dell'Agenzia Internazionale per l'Energia, oltre 6,5 milioni di persone muoiono ogni anno a causa dell'inquinamento atmosferico in tutto il mondo. Il rapporto prevede che entro il 2040 questo numero salirà a 7,5 milioni. A causa dell'aggravarsi dell'inquinamento atmosferico negli ultimi anni, anche il tasso di incidenza tra le persone sta aumentando di anno in anno, in particolare tra anziani, bambini e donne in gravidanza, la cui resistenza è molto più debole rispetto a quella dei giovani comuni, diventando così le vittime più gravi dell'inquinamento atmosferico. L'inquinamento atmosferico può danneggiare il corpo umano in tre modi: l'inalazione di aria inquinata, il contatto cutaneo con l'aria inquinata e l'ingestione di alimenti contenenti inquinanti atmosferici. Oltre a causare malattie respiratorie e polmonari, può danneggiare anche il sistema cardiovascolare, il fegato, ecc. e, nei casi più gravi, può portare alla morte. I governi di tutto il mondo hanno introdotto rigide politiche di prevenzione e controllo dell'inquinamento atmosferico, come la campagna cinese "Blue Sky Defense Campaign" e il "Clean Air Plan" dell'UE, per promuovere lo sviluppo di tecnologie di monitoraggio ambientale in grado di garantire precisione, intelligenza e tempo reale.
(2) Punti critici tecnici
I metodi di monitoraggio tradizionali si basano su stazioni fisse e campionamento manuale, che presentano problemi quali l'insufficiente accuratezza delle apparecchiature (ad esempio, un errore di monitoraggio del PM2.5 superiore a ± 15%), una copertura limitata (che copre solo le aree urbane centrali), aggiornamenti dei dati ritardati (30 minuti) e costi elevati. Pertanto, vi è un'urgente necessità di una soluzione di monitoraggio dell'ambiente atmosferico intelligente, efficiente, flessibile e scalabile per far fronte a scenari di inquinamento complessi e mutevoli.
2. Breve descrizione del piano
Integrando il monitoraggio dell'ambiente atmosferico con l'architettura IoT, il cloud computing, le reti locali/di comunicazione e altre tecnologie di connessione multi-rete senza interruzioni, è stato creato un sistema intelligente di monitoraggio dell'ambiente atmosferico che svolgerà un ruolo significativo nel monitoraggio quotidiano, nella gestione e nella risposta alle emergenze della qualità atmosferica.
Il sistema di monitoraggio basato sul centro server di cloud computing può ospitare dati di monitoraggio provenienti da decine di migliaia di punti di monitoraggio, formando una piattaforma di monitoraggio regionale per ottenere un monitoraggio e una gestione unificati all'interno della regione.
Basato sull'Internet delle cose e sulla tecnologia dei big data, è stato creato un sistema di monitoraggio integrato per l'analisi della trasmissione della percezione e il processo decisionale per ottenere un monitoraggio in tempo reale, una tracciabilità precisa e un controllo intelligente delle fonti di inquinamento atmosferico, aiutando governi e imprese a raggiungere gli obiettivi di governance ambientale.
3. Architettura complessiva della soluzione
4. Caratteristiche funzionali
(1) Monitoraggio in tempo reale durante tutta la giornata
Raccogli dati caratteristici importanti come polveri (PM2.5, PM10), rumore, meteorologia e qualità dell'aria (SO2, NO2, CO, O3) per comprendere in tempo reale lo stato di sicurezza generale del sito. Vista "Cockpit", che mostra dinamicamente la classificazione dell'indice di inquinamento regionale e la valutazione del rischio per la salute.
(2) Analisi automatica dei dati
Calcola i dati raccolti in base all'algoritmo impostato dall'utente e converte i dati grezzi dei sensori in dati che rappresentano lo stato di sicurezza. Fornisce report intuitivi e mappe dinamiche per supportare il processo decisionale della direzione. Integra una mappa termica dell'inquinamento e un modello di tracciabilità, a supporto dell'analisi multidimensionale dei dati. Combina modelli meteorologici con algoritmi di diffusione dell'inquinamento per individuare rapidamente le fonti di inquinamento.
(3) Avviso di analisi multipla
In caso di situazioni anomale, quali il superamento della soglia o un guasto dell'apparecchiatura, il sistema attiverà il corrispondente meccanismo di allarme a tre livelli e avviserà l'utente tramite SMS, e-mail, ecc. il prima possibile.
(4) Fornire una base di riferimento
L'archiviazione dei dati di monitoraggio fornisce una base analogica per futuri avvisi sulla qualità dell'aria.
(5) Gestione del piano di emergenza
Estrarre i metodi di gestione corrispondenti direttamente dalla libreria dei piani di emergenza, adottare tempestivamente misure quali l'intervento del personale e l'evacuazione e ridurre i danni causati dall'inquinamento ambientale.
5. Visualizzazione della piattaforma
6. Display mobile
7. Apparecchiature e terminali correlati
(1) Portale
1) Supporta molteplici modalità wireless tra cui WIFI, 2G e 4G.
2) Progettazione di applicazioni di livello industriale, con interfacce avanzate come RS232/RS485, CAN, GPIO, ADC, ecc.
3) L'interfaccia della scheda SIM/UIM è dotata di protezione ESD integrata da 15 KV.
4) Ampio ingresso di alimentazione DC5-36V, soddisfa i requisiti di compatibilità elettromagnetica di livello industriale EMC 4, protezione dai fulmini dell'interfaccia dell'antenna e ha superato 1500 ore di test in ambienti difficili ad alta temperatura e alta umidità.
5) Protezione watchdog hardware e software multilivello integrata, rilevamento automatico dei guasti e autoriparazione, che garantisce un funzionamento stabile e affidabile dell'apparecchiatura 24 ore su 24 senza supervisione umana.
6) Adozione di un meccanismo di rilevamento dei collegamenti multilivello. Supporta l'heartbeat del livello PPP, il rilevamento ICMP, il rilevamento del traffico di interfaccia, il rilevamento dei pacchetti heartbeat TCP e altri meccanismi di rilevamento dei collegamenti per rilevare le condizioni dei collegamenti, ottenere il repulling automatico e l'auto-riparazione degli errori e garantire che il dispositivo sia costantemente online.
7) L'interfaccia di alimentazione è dotata di protezione integrata contro l'inversione di fase.
(2) Rilevatore di polvere e parametri meteorologici 6
1) Supporta metodi di alimentazione tramite corrente alternata e solare.
2) Monitoraggio in tempo reale di fattori quali velocità del vento, direzione del vento, precipitazioni, intensità della luce, temperatura e umidità, polvere (PM2.5, PM10), ecc.
3) La struttura complessiva adotta una staffa di rivestimento a spruzzo in acciaio al carbonio e un design antifurto della batteria.
4) Struttura semplice, facile installazione e forte operatività.
5) Grazie al design impermeabile, può funzionare normalmente anche nei giorni di pioggia.
(3) Dispositivo di monitoraggio del rumore
1) Supporta metodi di alimentazione tramite corrente alternata e solare.
2) Progettazione della struttura modulare e incorporata, dimensioni ridotte, prestazioni affidabili.
3) Gamma di frequenza: 20Hz~12,5kHz.
4) Campo di rilevamento: 30-130 dB.
(4) Dispositivo di monitoraggio online della qualità dell'aria
1) Elevata integrazione, nessuna parte mobile, zero usura.
2) Non richiede manutenzione, non è necessaria la calibrazione in loco.
3) La plastica tecnica ASA viene utilizzata per applicazioni esterne, mantenendo il colore costante durante tutto l'anno.
4) CO: 0-10 ppm (± 5% FS), SO2: 0-5 ppm (± 5% FS), NO2: 0-5 ppm (± 5% FS), O3: 0-5 ppm (± 5% FS).
(5) Terminale di monitoraggio mobile montato sul veicolo (opzionale)
1) Mappatura in tempo reale dell'inquinamento,
2) Supporta il posizionamento GPS e il feedback 4G
(6) Sistema di ispezione di veicoli aerei senza pilota (facoltativo)
1) Modulo di rilevamento multigas
2) Telecamera ad alta definizione
3) Durata della batteria ≥ 2 ore
8. Scenari applicativi
Supervisione della rete urbana: implementare una griglia di monitoraggio di 500 m × 500 m per identificare fonti di inquinamento quali polveri di edifici e fumi di ristorazione.
Controllo dei parchi industriali: monitorare la diffusione dell'inquinamento ai confini delle aziende chimiche e siderurgiche per prevenire rischi ambientali.
Controllo dell'inquinamento da traffico: installare stazioni sulle strade principali e analizzare l'impatto dei gas di scarico dei veicoli a motore sulla qualità dell'aria.
Monitoraggio dei cantieri: controllo in tempo reale dell'inquinamento da polvere per garantire una costruzione a regola d'arte.
Monitoraggio delle aree di protezione ecologica: monitoraggio a lungo termine dei cambiamenti nella qualità dell'aria e valutazione dell'efficacia della protezione.