智能化環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)研究

徐雨亭 丁意茹

青島益康源職業(yè)安全服務(wù)有限公司 山東青島 266000

智能化環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)旨在提高功能、耐用性、調(diào)試和維護(hù)。數(shù)據(jù)采集核心模塊和后端服務(wù)器收到數(shù)據(jù)后，使用智能分析篩選錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，并在前端界面上顯示有效數(shù)據(jù)。這樣可以確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。

1 智能化環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用

1.1 避免重復(fù)工作

在使用智能化環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之前，所有記錄(最終監(jiān)測(cè)報(bào)告除外)都是手動(dòng)創(chuàng)建的、重復(fù)性的、低效的和容易出錯(cuò)的。智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將采樣人員的采樣記錄輸入到系統(tǒng)中。技術(shù)人員只需查看系統(tǒng)中的樣本數(shù)量和名稱，不需要重新記錄，避免重復(fù)工作，節(jié)省人員和時(shí)間，并提高工作效率[1]。

1.2 節(jié)省數(shù)據(jù)計(jì)算和形成報(bào)告的時(shí)間

在使用系統(tǒng)之前，操作員必須使用計(jì)算機(jī)而不是公式來(lái)計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤很難察覺(jué)，而且計(jì)算非常緩慢且耗時(shí)。采用智能環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，自動(dòng)計(jì)算必要的條件和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確保計(jì)算的準(zhǔn)確性，從而節(jié)省時(shí)間和人力。

過(guò)去，負(fù)責(zé)匯總所有原始記錄數(shù)據(jù)，以編制監(jiān)測(cè)報(bào)告。總結(jié)一個(gè)示例大約需要一段時(shí)間。5 分鐘，可能會(huì)出現(xiàn)格式、字體、日期、單位名稱、數(shù)據(jù)等錯(cuò)誤[2]。智能環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可確定格式、字體等信息，從而最大限度地降低出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 節(jié)省數(shù)據(jù)分析匯總時(shí)間

在使用該系統(tǒng)之前，必須手動(dòng)匯總?cè)甑谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。總結(jié)后，許多分析師需要在不同的條件下處理數(shù)據(jù)的圖形和表，這既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。建立了環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，日常實(shí)驗(yàn)形成了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，以柱形、圓形圖等形式顯示本年度和幾年的水、土壤水、地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。從單個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目到綜合分析，從單個(gè)區(qū)域到多個(gè)領(lǐng)域，從不同角度進(jìn)行比較分析，基于到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的多個(gè)層次鏈接，顯示原始記錄和監(jiān)測(cè)報(bào)告以跟蹤目標(biāo)，從而大大降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人員。

1.4 縮短了報(bào)告?zhèn)鬟f的時(shí)間

大部分污染企業(yè)位于無(wú)人居住和塵土飛揚(yáng)的地區(qū)，交通不便。有時(shí)無(wú)法及時(shí)提交書(shū)面監(jiān)測(cè)報(bào)告，使有關(guān)單位無(wú)法及時(shí)掌握和了解其設(shè)施的影響。一旦材料丟失，就不能再及時(shí)找到了。智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在地理上受到限制。在有互聯(lián)網(wǎng)的地方，只要有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，就可以查詢這些數(shù)據(jù)，并縮短將監(jiān)測(cè)報(bào)告提交給有關(guān)機(jī)構(gòu)的時(shí)間。

2 智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)主程序結(jié)構(gòu)

智能化環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為軟硬件設(shè)計(jì)兩個(gè)領(lǐng)域，也包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和控制三個(gè)領(lǐng)域。每個(gè)部分都使用多個(gè)協(xié)作流程，每個(gè)流程都有一個(gè)任務(wù)，但都是協(xié)作性的。

2.2 數(shù)據(jù)采集流程

數(shù)據(jù)采集主要通過(guò)專(zhuān)用軟件讀取各自傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)，直接用相應(yīng)的儀器緩存數(shù)字信號(hào)，然后等待數(shù)據(jù)傳輸。其中最重要的是通過(guò)相應(yīng)的環(huán)境控制讀取工具接收到的數(shù)字信號(hào)[3]。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸流程

數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程主要是指通過(guò)專(zhuān)門(mén)的FIFO 隊(duì)列提取各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，并按照J(rèn)SON 格式進(jìn)行封裝，然后通過(guò)串口通過(guò)WI-FI 傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程。具體流程如下：使用傳感層傳感器數(shù)據(jù)字節(jié)流-字節(jié)到先進(jìn)先出節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)-放入接收先進(jìn)先出緩沖隊(duì)列-依次從接收緩沖區(qū)讀取字節(jié)-判斷協(xié)議頭相等-讀取整個(gè)頭-檢查頭-讀取數(shù)據(jù)字段-檢查整個(gè)數(shù)據(jù)-將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在特殊結(jié)構(gòu)中-存儲(chǔ)在接收包緩沖隊(duì)列中-從接收包中取出協(xié)議包-判斷包的目標(biāo)地址-刪除響應(yīng)包-發(fā)送響應(yīng)包。

3 系統(tǒng)功能分析與實(shí)現(xiàn)

3.1 溫度智能監(jiān)測(cè)模塊

為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，需要選擇一個(gè)高度精確、可靠、響應(yīng)迅速、節(jié)能的智能傳感器作為數(shù)據(jù)采集裝置[4]。

3.2 濕度智能監(jiān)測(cè)模塊

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境濕度，確定濕度水平，改善含水量和環(huán)境條件。

3.3 煙霧成分智能監(jiān)測(cè)模塊

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的煙氣成分，對(duì)有害氣體進(jìn)行采樣和數(shù)字化分析，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和分析功能，讓用戶掌握大氣中的有害成分，做出相應(yīng)的判斷和決策，為環(huán)境預(yù)警和治理提供依據(jù)。

3.4 灰粉塵智能監(jiān)測(cè)模塊

環(huán)境中粉塵含量是影響空氣質(zhì)量的因素之一，也是造成霧天氣的主要原因之一。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的粉塵，可以準(zhǔn)確地了解對(duì)不同用戶組具有重要意義的危險(xiǎn)物質(zhì)的成分。

3.5 單片機(jī)控制模塊

該模塊是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，每臺(tái)智能采集設(shè)備的硬件和軟件，采集端口的正常運(yùn)行，采集的樣本數(shù)據(jù)的分析，無(wú)線通信模塊的控制和激活，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算完成。對(duì)于單個(gè)設(shè)備，高可靠性、抗干擾性、快速處理和低功耗至關(guān)重要。

3.6 無(wú)線通信模塊

如今GPRS 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、穩(wěn)定可靠，并提供無(wú)線傳輸功能。通道使用完全固定的專(zhuān)有IP 地址進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析計(jì)算終端應(yīng)從GPRS 模塊可以向其發(fā)送數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商處獲取靜態(tài)專(zhuān)有IP 地址[5]。

3.7 數(shù)據(jù)分析處理終端模塊

該模塊是系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵模塊和核心模塊，客戶端操作平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)可以通過(guò)GIS 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。首先，利用GIS 二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)工具開(kāi)發(fā)九江市電子地圖，完成地圖數(shù)字化工作，即開(kāi)發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)；其次，利用C/S 開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)終端的人機(jī)界面，利用集成VB 和GIS 控件進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)電子地圖的操作和管理，從而實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的顯示和分析功能。

4 結(jié)語(yǔ)

智能控制系統(tǒng)是一種常用的環(huán)境監(jiān)測(cè)工具，它取代了傳統(tǒng)的手工操作，對(duì)于有效提高環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量至關(guān)重要。隨著我國(guó)人工智能的發(fā)展，出現(xiàn)了大量人工智能操作系統(tǒng)。這些系統(tǒng)為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了卓越的應(yīng)用價(jià)值，以便更好地突出環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)和核心內(nèi)容，并引起相關(guān)人員的注意。