智慧环保云平台建设方案

智慧环保云平台建设方案目录一、背景及意义 (4)二、目标与内容 (4)2.1. 项目目标 (4)2.2主要研发内容 (5)三、思路与方法 (6)3.1总体技术路线 (6)3.1.1业务系统的分析 (6)3.1.2 云存储平台搭建 (7)3.1.3传感器数据分析与处理 (7)3.2 总体技术架构 (7)四、进度安排 (8)五、成果及效益 (10)六、PM2.5云监测系统前端方案 (11)6.1．概述 (11)6.61.1背景 (11)6.1.2意义 (11)6.2．设计 (12)6.2.1 系统架构 (12)6.2.2 传感器 (15)6.2.3 计算 (17)6.2.4 采集部分 (19)6.2.5 通信部分 (20)6.2.6 电源部分 (21)6.3．特点 (22)七、PM2.5云监测系统后端方案 (25)7.1. 概述 (25)1.1背景 (25)1.2意义 (26)7.2. 设计 (27)7.2.1 系统架构 (27)7.2.2系统可靠性与扩展性 (29)7.3．特点 (32)一、背景及意义目前环保局已经拥有包括“阳光政务系统”、“12369 投诉系统”、“排污申报收费系统”、“污染应急指挥控制系统”、“机动车排气监测系统”、“污染源在线监测系统”、“环境空气质量监测系统”、“危险固体废弃物管理系统”、“核与辐射管理系统”在内的多套业务系统，可进行业务审批、意见收集、任务指派、排污申报与收费等各项业务功能。

存在的问题主要是这些系统各自为政，数据无法有效共享与集成，导致同类数据在不同系统中存在冗余和不一致问题，同时这些系统间缺乏统一的数据管理模式，导致数据保存不规范、不完整。

这些数据的冗余、不一致和缺失使得在日常业务工作中，虽然各系统能发挥自己的做用，处理各自业务功能，但各系统中的数据无法进行有效融合，不能支持全局的数据应用、处理和分析功能，导致出现明明有数据可是却无法找到，无法使用的局面。

通过本次项目研究，一方面利用信息网格技术，动态集成现有系统的业务数据，打破各系统间隔阂，解决环保局范围内各系统的数据集成问题，实现全局范围的数据共享、分析与使用。

另一方面，利用云存储和云计算技术，打造一个具有高容量、高可维护性、高性价比、高容错的云平台，支撑海量信息的存储和处理。

二、目标与内容2.1. 项目目标本次课题的研究目标是建立一个集成环保局范围内各在用系统的平台，该平台集成各种环保相关的信息系统的数据库数据、用户投诉数据，以及来至传感器的各种声、光、气、水、温数据。

该平台能在对信息进行分析处理的情况下，利用网络服务器通过电脑、智能手机、平板设备等移动终端提供包括企业信息查询、污染应急指挥控制、污染源在线监控等各类服务，可以形成对信息的全面掌握、实时监测、智能分析、历史积累。

2.2主要研发内容（1）现有信息系统的数据集成对在用的业务系统进行分析，明确需要集成的数据，以及数据间的相互关系后，制定一个统一的数据格式，然后采用信息网格技术实现数据的抽取与集成。

（2）基于物联网技术的信息自动采集与分析利用各类传感器实现环境监测中各种声、光、气、水、温数据的自动采集，并导入到用的分析系统中进行数据分析。

（3）基于云存储的中心数据库的建设在集成业务系统数据和环境监测信息的基础上建设一个基于云存储的、可扩展，具有统一规范数据格式的中心数据库，将各业务系统核心数据抽取到中心数据库进行存储，确保信息的完整和安全可靠。

（4）基于云计算与语义技术的环保数据处理和分析方法利用云计算平台的强大处理能力，结合语义技术进行数据的处理和挖掘，将数据转换为信息；（5）智慧环保云平台的建立在中心数据库上开发建立包括企业信息全寿命管理（即从企业登记开始到企业注销的全程信息管理）、数据精确分析、处置决策、趋势分析等在内的应用，并为其它系统预留数据调用接口，最终建成一个涵盖在用系统数据，支持全局信息管理分析与应用的“智慧环保”系统。

三、思路与方法3.1总体技术路线总体技术路线如图1所示。

可分为三个方面开展。

图1 “智慧环保云”实施技术路线图3.1.1业务系统的分析（1）对在用业务系统的关键流程、关键业务数据、数据间逻辑关系进行分析，确定需要集成的数据为数据集成和建立中心数据库做准备（2）利用信息网格技术实现关键业务数据进行按需提取。

（3）对来自各业务系统的数据进行集成，建立一个面向环保系统的业务数据库。

（4）将传感器数据与业务数据结合，建立中心数据库。

（5）在中心数据库的数据支持下，利用云计算与语义技术进行数据分析，为业务处理、决策提供信息支持。

（6）在中心数据库上开发建立包括企业信息全寿命管理（即从企业登记开始到企业注销的全程信息管理）、数据精确分析、处置决策、趋势分析等在内的应用，并为其它系统预留数据调用接口。

（7）完成“智慧环保云”的部署工作。

3.1.2 云存储平台搭建通过采购存储硬件，在现有的云存储软件的基础上，搭建一套大容量的云存储系统，该系统用于保存业务数据已经运行业务处理平台。

3.1.3传感器数据分析与处理了解目前在用的传感器类型，确定信息接收和分析处理的方法，将传感器数据集成进系统中。

3.2 总体技术架构系统包括三个部分：数据层，中心数据库层及应用层，系统整体架构如图2所示图2 系统体系结构（1）数据层数据层有各业务系统中的关键性业务数据和各类传感器采集的数据组成，它们为整个“智慧环保”系统提供数据来源。

（2）中心数据库层中心数据库层由一个基于云存储的综合数据库构成，在这里对来至数据层的各类数据进行汇总、处理、集成与管理，确保数据的唯一性和确定性，并为上层应用提供数据支持。

（3）应用层应用层包含各类基于全局数据的应用，包括：企业信息的全寿命管理、数据的精确分析、城市物量统计、辅助决策等同时提供一个数据接口，可为其它系统提供按需的数据服务。

四、进度安排五、成果及效益预期成果为是一个集成各种系统的平台，通过网络服务器提供各种信息服务。

集成各种环保相关的信息系统，输入是各种声、光、气、水、温等传感器的数据，各种数据库数据，及用户投诉数据，输出是各种信息服务，通过电脑、移动终端等提供服务。

可以形成全面掌握、实时监测、智能分析、历史积累等能力。

依靠云计算、物联网和信息网格技术，构建“智慧环保云”，做第一家“说得清”的环保管理者，依靠先进技术提升管理水平，在全国做出优质示范。

全面掌握：对各种来源数据进行汇聚，原来散落在不同系统、描述不同内容的局部数据发挥整体作用。

精确分析：可以以某个企业、某个区域、某个时段等作为分析对象，依靠数据的相互印证和补充而实现精确分析。

及时预警：各种物联网传感器、接入系统和人工测量的结果的自动综合可以及时发现环境危险信号，将危险消灭在萌芽状态中。

长效管理：依靠云计算平台的海量存储能力，不断积累历史数据，可以对监测对象和整体环境趋势进行长期的跟踪和分析。

六、PM2.5云监测系统前端方案6.1．概述PM2.5云监测方案，是基于PM2.5测试的辅助测试。

主要是反映局部区域的相关参考值，从而和宏观上反映城市的整体的空气质量的监测站点的监测方式形成互补。

6.61.1背景目前许多城市的环境监测中心站点较少，分布分散，环境监测的数据仅从宏观上反映城市的整体的空气质量，但是不能从微观上反映局部区域、特定区域的空气质量的好坏，这就需要建设更多的环境监测站点，提供更多的实时的环境监测数据。

国外一套PM2.5环境监测系统价格在10万美金，国产价格在10-50万人民币，价格昂贵。

建设更多的环境监测站点需要巨大的资金投入，成本太高。

的PM2.5云监测系统价格大约在1万人民币，非常廉价，能够解决资金投入问题，同时满足一定的测量精度，和现有的空气环境自动监测系统形成互补，为环保部门服务。

目前350米以下都有颗粒污染物，污染程度比较严重，加之信息化工作处于低端水平，以及公众对于PM2.5的关注度不断提升，使得PM2.5的监测重要性日益突出。

廉价的PM2.5环境监测系统与目前的传统监测站点的监测方式形成互补，满足公众环境需求，提升政府形象。

6.1.2意义部署廉价的PM2.5环境监测系统，配合城市现有的环境监测站点，准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据，并结合天气状况、城市交通、人口密度、工业产值等元素，进行系统的研究，为保护环境，改善城市的大气环境质量改善起到技术支撑作用。

具体可归纳为:(1) 根据环境质量标准，评价环境质量。

(2) 根据污染分布情况，追踪寻找污染源，为实现监督管理、控制污染提供依据。

(3) 构建云计算海量数据处理平台，存储本区域海量数据，积累长期监测资料，为研究环境容量、实施总量控制、目标管理、预测预报环境质量提供数据。

(4) 为保护人类健康、保护环境、合理使用自然资源、制订环境法规、标准、规划等服务。

6.2．设计6.2.1 系统架构6.2.1.1总体架构前端设备采集到相关的信息，通过GPRS进行无线数据传输，在有公网IP的服务器上进行数据接收和初步的处理，然后数据存入数据立方进行存储和计算，并且通过WEB服务器进行数据的最后处理和公布。

具体的架构详见图1。

图1 PM2.5云监控平台架构PM2.5前端设备主要是由电源模块、采集模块和通信模块组成，前端内部架构具体详见图1。

实际的PM2.5监测设备详见图2。

图2 前端设备的架构图3 前端设备实物图6.2.1.2部署方式在城市的不同区域布局并有效使用PM2.5的监测系统，从而能够比较全面地掌握城市不同区域，在不同时间段、不同气候特点（包括气温、风向、季节）下的PM2.5 的实时监测数据。

PM2.5环境监测系统环境数据采集设备采用先进的传感器、低功耗单片机技术和网络通讯技术相结合，可提供方便的数据查询方式，直接通过浏览器可以直接访问测试数据。

目前环境监测站的监测设备一般部署在离地面高度20m-25m之间，而的PM2.5环境监测系统环境监测设备根据实际的情况来进行部署。

设备小巧，部署方式灵活，可以部署在电线杆等公共设施上。

详细见图4。

图4 部署在电线杆上前端设备6.2.2 传感器根据如下的需求：1）辅助测试PM2.5值，测试不需要太高的精度，主要是用来辅助PM2.5测试曲线；2）超低低成本的需求；选择的传感器详见图5。

图5 DSM501颗粒传感器传感器的特点：PWM脉宽调制输出采用粒子计数原理可灵敏检测直径1微米以上的粒子内置加热器可实现自动吸入空气小尺寸重量轻易安装使用传感器的原理结构图详见图6.图6 传感器的原理结构图模块内置一个加热器，热引起上升气流使外部空气流进模块内部。

空气通过检测通道，利用光的原理、通过光和透镜以及处理模块来进行检测。

具体的检测方法和通道如图7所示。