一、解决方案介绍

扬尘视频在线监测系统是一个物联网系统，主要由感知层（现场端在线监测设备）、传输层（专用传输网络）、应用层（监控中心）三个部分组成。现场端（感知层）在线监测设备采用天津智易时代科技发展有限公司的ZWIN-YCV06扬尘视频在线监测系统实时采集建筑工地扬尘、噪声、视频、气象、气态污染物等数据，通过专用传输网络将数据传输到后端监测中心服务器，通过后端服务器与软件平台实现远程数据实时查看、历史数据调用、报表打印等功能，并支持手机客户端。

系统集成了物联网、大数据和云计算技术，通过光散射在线监测仪、360球形摄像头、气象四参数采集设备和采集传输等设备，实现了实时、远程、自动监控颗粒物浓度；数据通过采用3G网络传输，可以在智能移动平台、桌面PC机等多终端访问；监控平台还具有多种统计和高浓度报警功能，可广泛应用在散货堆场和码头、混凝土搅拌站以及工厂企业无组织排放的实时监控。

扬尘在线监测系统架构

1、感知层：污染源在线监测仪，包括颗粒物浓度监测仪、气象五参数监测仪、噪声监测仪和视频监控摄像机，对颗粒物浓度、气象参数、噪声和现场视频进行连续自动在线监测；

2、传输层：采用有线、无线、3G等方式传输各种监测数据；

3、应用层：面向不同环保局、建筑工地的客户端系统，实现基于Web的污染源实时数据在线监测、现场图像和视频的监控、污染源超标报警、以及面向不同管理层的各种管理与统计分析。

在线监测信息监控管理平台可支持各种终端平台通过公网访问，实现了基于Web的污染源实时数据在线监测，现场图像和视频的监控(包括对前端云台和摄像机的实时控制)、污染源超标报警、以及面向不同管理层的各种管理与统计分析。

二、扬尘视频在线监测系统介绍

扬尘监测智慧云平台集成物联网、大数据和云计算技术，通过光散射在线监测仪、噪声监测仪、360o球形摄像头、气象四参数采集设备和采集传输等设备，实现实时、远程、自动监测PM2.5、PM10、气象四参数、视频等感知层获取的原始数据，并通过传输网络在云平台上对海量的专业数据进行存储、处理、分析、整理，将结果数据转化成详细信息实时在监测终端或大屏幕进行显示，系统可同时向多个环保业务部门或多级、多个环境监控中心转发原始环境自动监测数据，实现数据的互联共享，形成一个统一协作又各司其职的全方位专项环境保护体系。

面对不同的用户我们提供不同数据服务，在遇到环境污染超标时我们第一时间通过数据和图像取证以及视频取证通知相关部门对该区域进行通告，同时该区域污染排放负责人也能通过现场数据显示第一时间发现该问题并加以改善，实现了建筑工地扬尘污染在线监测、管理一体化，提升了科学管理的效率和能力。

三、系统架构框图

扬尘视频在线监测系统可以将两个及以上工地通过无线路由器连接起来，显示在一个服务器上，方便了运营商的操作与管理。

扬尘视频在线监测系统网络拓扑架构框图，如下图所示：

HUB：集线器。“HUB”是“中心”的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

NVR是(Network Video Recorder即网络硬盘录像机)的缩写。NVR最主要的功能是通过网络接收IPC(网络摄像机)设备传输的数字视频码流， 并进行存储、管理，从而实现网络化带来的分布式架构优势。 简单来说，通过NVR，可以同时观看、浏览、回放、管理、存储多个网络摄像机。摆脱了电脑硬件的牵绊，再也不用面临安装软件的繁琐。

数据传输单元DTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

路由器（Router）又称网关设备（Gateway）是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。因此，路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。

四、核心功能介绍

扬尘视频在线监测系统支持远程视频监控和扬尘在线监测。如下图曹县建筑工程管理局远程视频监控和扬尘在线监测系统（包括大屏幕，服务器机柜，软件平台，硬件设备）：

1.系统登录

输入网址，进入智易时代扬尘在线监测系统平台的登录界面，用户需要输入用户名和密码登录系统，如图所示：

1.1主菜单

扬尘视频在线监测系统主菜单共包含6个功能模块，分别是实时监测、点位管理、数据查询、趋势分析、报警记录、用户管理。

1.1.1实时监测

通过系统首页左侧主菜单可以查看到系统实时监测的数据信息，每一个监测点位均通过粉色的标注点进行了标注，方便标注点位的数据查看，点击粉色标注点位，主菜单旁边会弹出一个数据窗口，显示内容包括扬尘PM10的均值、PM2.5的均值、温度的平均值、湿度的平均值、风速，风向参数记录，实现了实时，远程，自动监控颗粒物浓度以及现场视频、图像的采集、而且还具有视频扬尘叠加功能，如下图所示：

视频扬尘叠加效果图：

1.1.2点位管理

在主菜单栏的第二项是点位管理，在表格的上方是添加点位的选择，可根据需要添加点位，在点位添加完后，需要填入序号，点位编号，点位名称，详细地址，并在启用设备一栏打上对勾启动设备，还可以在地理位置一栏选择查看与变更选项， 导出数据打印时支持选用JPG图片、PDF、EXCEL、WORD文档多种格式，下一栏是添加时间，以及相关操作包括：编辑、删除、预警设置，如图所示。

1.1.3报警记录设置

污染物浓度预警设置，是针对污染物一旦超过某一数值系统会自动给使用者发送预警提示信息，一旦各项监测因子浓度出现异常波动时，系统启动超标报警，当达到预警设置后会发出报警信号，这个报警记录栏就是便于在报警以后查看分析，如图所示：

通过这个报警记录，可以清楚知道发出报警的点位名称，报警时间，以及各个参数的比较，参数包括：数值，限值，倍数，数据清楚明白直观，而且用户数据收集报警记录还可以储存一段时间，在一定时间内随时都可以点开查询，也可以和之前、之后的数据、或者和其他点位做对比。

当用户数据收集达到系统最低要求数量后，后台即可启用数据归类功能，按照折线图形式进行数据分析统计比对功能，如下图：

大数据平台运行过程，在收集够一定量的收据后，建立监测数据三维模型，分析预测未来的环境质量趋势，如下图：

污染源分析全面覆盖污普、环统、排污申报、总量、监察等数据，采用统一标准规范和统一分析方法，准确反映污染源数据和各类数据间的关系，如下图：

1.1.4用户管理

对于不同的角色设置相应权限管理，一个角色关联了一套操作权限。系统共提供了三种操作权限。

系统用户：拥有系统的所有功能操作权限；

管理用户：拥有部分业务相关的功能操作权限；

普通用户：只能进行系统中相关内容的查询操作，实现不同级别操作人员对数据访问范围和数据读写性的严格控制，建立统一用户管理平台实现所有用户的身份管理，包括用户个人身份信息、角色信息、电子邮箱、个人账号和密码。

2.现场实施

2.1建筑工地现场监测

如图所示：

2.1扬尘监测仪现场照片

如图所示：

3.扬尘监测仪内部结构

扬尘监测仪内部结构包括：显示屏、主控板（含SD卡槽、预留串口，还可外接LED显示屏）、温湿度、PM10、DTU、线路转接板（可扩展其他接口）、开关电源、空开（外接220AC）、风扇，如下图所示：

4. 扬尘监测原理

设备使用激光散射法测量扬尘浓度。用精密流量控制的真空泵吸入大气中的测试气体送至传感器测量组件。传感器测量组件是以Gustav Mie粒子光散射理论为基础，结合微光电探测技术而制作的一套完整的空气颗粒分布浓度测量系统。

系统巧妙设计光敏感区作为粒子散射发生的场所，当粒子经过聚焦激光所形成的光敏感区后，粒子散射的光被探测窗口上的微光电探测器收集，微光电探测器把接收的光强度信号快速、准确的转化为等量电压信号，信号的密集度对应于粒子的单位浓度值，通过统计计算这两个数值，即可反映宏观空气颗粒的粒径大小及空间的分布浓度，以达到空气颗粒浓度测量统计的目的。扬尘浓度值进行系数转换后通过数据接口实时输出。利用电子切割器的专利技术同时测量PM10和PM2.5两个参数，测量范围0-1000ug/m3。扬尘监测原理图如下：

近年来，国外的激光在线粒度测量技术发展迅速,因为其具有连续自动取样、抗干扰能力强、实时显示报告、维护简便、可大规模应用、数据有代表性以及高性价比等特点。另外由光能分布反演计算出颗粒粒度分布的可靠准确算法，尤其是对多峰和窄分布颗粒样品的反演，也是国内外关注的热点。国外在用动态光散射粒度仪来测量纳米颗粒方面做了很大的努力并已有产品面世，而国内少数厂家正在研发这一技术。

在这个领域，正在研制和开发更先进的取样和分散装置(PM2.5和PM10同时监测)，提高在线激光粒度仪的测试精度,使在线与离线的测量结果相吻合,提升工业在线安装和应用的安全性及稳定性；可以预计，在线粒度测量与监测的发展将会给相关粉体工业带来巨大的效益和变革，激光在线测试技术将成为颗粒测试领域竞争的焦点并将会被逐步推广和应用。

新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。一个系统的准确性，首先依赖于感知元件的准确，因此可以说，优良的激光散射扬尘监测传感器，是本次项目前端设备关键所在，因此我们的前端监测设备采用的扬尘传感器的核心部件均为进口件。结合智易时代科技发展有限公司专业团队的技术攻关，研发出专用于工地现场进行扬尘监测的扬尘浓度测量传感组件。

智易时代科技发展有限公司扬尘自动在线监测设备主要应用到的技术有：激光技术，微光电探测和微机控制技术。以激光散射技术的空气颗粒测量仪具有多方面的优点：半导体激光使用寿命长，设计结构简单，故能降低系统的制作要求；微光电探测的应用，要求光电探测器的响应度高，线性度好，适合长时间工作的稳定性要好；微机技术控制整个系统协调工作，协调激光的光稳定调制，协调气泵的气流稳定控制，并且通过计算统计显示反映粒子颗粒的浓度，根据温度、湿度等多个气象参数进行扬尘排放浓度的数据修正。系统可同时对小于2.5um（PM2.5），小于10um（PM10）粒径范围的粒子进行分类统计，提供衡量工地扬尘排放环境质量的数字指标。

激光散射法与其他测量方式对比表格如下：

天津智易时代科技发展有限公司的前端监测设备以激光散射法作为技术基础，同时通过与国控点的扬尘数据比对，内置了一套对于温度、湿度、气压的修正模型的算法。通过监测设备内置的温湿度传感器采集现场的温湿度数据，对扬尘排放浓度值进行校准与补偿计算从而形成真实、实时的工地的扬尘监测数据。

经过长时间和大量工地现场的数据对比，天津智易时代科技发展有限公司监测设备与国控点发布的Pm10数据对比误差已控制在20%以内。设备修正后数据与国控点数据对比情况表如下：

5. 射线法颗粒物监测仪

ZWIN-YCB06型β射线分析仪/颗粒物浓度监测仪采用了β射线衰减的原理对粒子进行监测，可以实时监测环境大气中PM2.5、PM10、TSP颗粒物的浓度水平。该仪器长期广泛适用于环境空气颗粒物的浓度监测，如PM10，PM2.5，TSP（选配不同的采样切割头）等，该仪器是目前国内各地使用最成功的一套监测平台系统。

5.1功能特点

Ø 液晶显示分析仪采用5.7"大屏幕液晶显示，全中文菜单。

Ø 数据存储数据存储量可达百万个，数据保存时间长达20年。

Ø 具有自主知识产权的嵌入式计算机和实时操作系统控制运行。

Ø 键盘输入简易按键输入，人机对话模式，操作简便。

Ø 监测仪独特的结构设计，采样与分析在同一通道，避免了走纸造成误差。

Ø 独特的ODH外部动态*点露**控制系统，提高了气溶胶传输效率。

Ø 监测仪能提供各种在线的运行参数，可输出至上位机，也可接受指令运行。

Ø 采用质量流量计测量流量，恒定流量采样，保证了测量精度。

Ø 内部故障自动诊断和报警提示，也可以通过远程诊断并修复错误。

Ø 多种接口输出：模拟输出、电流输出、继电器输出，增强了系统兼容性。

Ø 系统断电后来电自动重新启动，恢复正常工作。

5.2工作原理

颗粒物（PM10/PM2.5）监测仪是根据β射线吸收原理设计的。β射线是一种高速电子流，当它穿透物质后，部分被吸收，导致强度衰减。在一定条件下，其衰减量的大小仅与吸收物质的质量有关，而与吸收物质的其它物化特性（如颗粒物分散度、颜色、光泽、形状等）无关，所以能直接测量大气颗粒物的质量浓度。将强度恒定的β射线源在颗粒物采集前后分别两次穿过清洁滤纸和采集有颗粒物的滤纸，根据两次β射线被吸收的变化量来求得收集在滤纸上的颗粒物的质量。用闪烁计数器作为检测器对β射线通量进行计数，其计数频率的变化可表征β射线强度的变化，测量结果只取决于两次计数的比值和质量吸收系数，与β源的原始强度无关。

五、系统优势

系统基于对城市扬尘污染监控管理的需求而设计，技术特点和优势主要体现在以下三点：

1、监测终端系统系统集成了总悬浮颗粒物、PM10、PM2.5、温度、湿度、风向和风速等多个环境参数，24小时在线连续监测，全天候提供工地的空气质量数据，超过报警值时还能自动启动监控设备，具有多参数、实时性、智能化等特性；

2、通过传感网、无线网、因特网这三大网络传输传输数据，快速便捷地更新实时监测数据；

3、基于云计算的数据中心平台汇集了不同区域、不同时段的监测数据，具有海量存储空间，可进行多维度、多时空的数据统计分析，便于管理部分有序开展工作，同时也为建立工地环境污染控制标准积累数据，以推动对空气污染的长效管理。