一、項目背景

1.1. 揚塵形成原因及種類

揚塵是由于地面上的塵土在風力、人為帶動及其他帶動飛揚而進入大氣的開放性污染源，是環境空氣中總懸浮顆粒物的重要組成部分。粉粒體在輸送及加工過程中受到誘導空氣流、室內通風造成的流動空氣及設備運動部件轉動生成的氣流，都會將粉粒體中的微細粉塵首先由粉粒體中分離而飛揚，然后由于室內空氣流動而引起粉塵的擴散，從而完成了從粉塵產生到擴散的過程。

揚塵分為多個種類，主要有道路揚塵、施工揚塵、堆場揚塵等，根據相關介紹揚塵屬于無組織污染源，防治系數較大，是國家環保部十三五規劃的重點課題，因此揚塵治理非常有必要進行，而精細化監控和揚塵管理就成了重中之重。

1.2. 政策解讀

國家政策

國wu院發布《大氣污染防治法行動計劃》十條措施力促空氣質量改善，是當前和今后一個時期全國大氣污染防治工作的行動指南。《行動計劃》確定了十項具體措施，首條既提出綜合整治城市揚塵和餐飲油煙污染。

地方政策

為指導我市揚塵在線監測系統建設，強化精細管理，加強在線監測監控，市環保局組織編制了《揚塵在線監測系統建設及運行技術要求（試行）》，為全市揚塵在線監測系統建設及運行提供。

1.3. 揚塵監測中所面臨的問題

*要做：

1、揚塵造成污染日益嚴重，必須采取相應措施

2、綜合整治，改善空氣質量

*面臨問題：

1、監測設備繁多，選型困難，參數多樣

2、監測標準不同，安裝復雜

3、是否能與監測平臺無縫對接

*如何做：

1、以相關標準為建設基礎

2、多平臺實時監測，保障數據準確性

3、降低成本，zui大化利用已有資源

二、建設方案

長期以來，對于建設工地揚塵帶來的空氣質量監管方面，由于不能得到實時的監測數據，或者收到舉報無法得到與事實相對應的直接數據，一直是令政府監管部門十分困擾的事情。

本方案提供了一種對工地楊塵（空氣中可吸入顆粒物）實時監測而且具有視頻抓拍并存儲功能的解決方案。通過遠程數據監測系統可以對工地區域揚塵進行實時有效的監測管理。項目的全面實施，可將所包含的范圍中所有的建設施工納入監管范圍，真正實現有效管理和標準化執法。

2.1揚塵在線監測系統

揚塵在線監測系統是一個物聯網系統，主要由感知層（現場端在線監測設備）、傳輸層（傳輸網絡）、應用層（監控中心）三個部分組成。

揚塵在線監測系統架構圖如下：

1、感知層：污染源在線監測儀，包括顆粒物濃度監測儀、氣象五參數監測儀、噪聲監測儀和視頻監控攝像機，對顆粒物濃度、氣象參數、噪聲和現場視頻進行連續自動在線監測；

2、傳輸層：采用有線、無線、3G等方式傳輸各種監測數據；

3、應用層：面向不同環保局、建筑工地的客戶端系統，實現基于Web的污染源實時數據在線監測、現場圖像和視頻的監控、污染源超標報警、以及面向不同管理層的各種管理與統計分析。

在線監測信息監控管理平臺可支持各種終端平臺通過公網訪問，實現了基于Web的污染源實時數據在線監測，現場圖像和視頻的監控(包括對前端云臺和攝像機的實時控制)、污染源超標報警、以及面向不同管理層的各種管理與統計分析。

2.2揚塵視頻在線監測系統

揚塵監測智慧云平臺集成物聯網、大數據和云計算技術，通過光散射在線監測儀、氣象參數監測、噪聲監測、紅外球形攝像頭（具有視頻抓拍功能）和數據圖像視頻采集傳輸等設備，實現實時、遠程、自動監測PM2.5、PM10、氣象參數、視頻等感知層獲取的原始數據及視頻記錄，并通過傳輸網絡在云平臺上對海量的專業數據及圖像視頻記錄進行存儲、處理、分析、整理，將結果數據轉化成詳細信息實時在監測終端或大屏幕進行顯示，系統可同時向多個環保業務部門或多級、多個環境監控中心轉發原始環境自動監測數據，實現數據的互聯共享，形成一個統一協作又各司其職的*專項環境保護體系。

面對不同的用戶我們提供不同的數據服務，在遇到環境污染超標時我們*時間通過數據、圖像取證以及視頻抓拍取證通知相關部門對該區域進行督查，同時該區域污染排放負責人也能通過現場數據顯示以及視頻抓拍顯示*時間發現該問題并加以改善，實現了建筑工地揚塵污染在線監測、管理一體化，提升了科學管理的效率和能力。

2.3.揚塵視頻在線監測系統優勢

針對大氣顆粒物污染進行實時監控并無縫對接監控平臺，低成本滿足要求，基于云計算的數據中心平臺匯集不同區域、不同時段的監測數據、視頻記錄，具有海量存儲空間，可進行多維度、跨數據統計與分析，便于管理與維護。

監測終端系統集成多個參數，二十四小時實時在線監測以及視頻抓拍顯示，可進行數據修約，系統數據超標或異常或恒值及時預報預警。

揚塵視頻在線監測系統基于對城市揚塵污染監控管理的需求而設計，技術特點和優勢主要體現在以下四點：

1、監測終端系統集成了總懸浮顆粒物、PM10、PM2.5、溫度、濕度、風向和風速等多個環境參數，24小時在線連續監測，全天候提供工地的空氣質量數據、圖像、視頻記錄，超過報警值時還能自動啟動監控設備，進行視頻抓拍記錄，具有多參數、實時性、智能化等特性；

2、通過傳感網、無線網、因特網這三大網絡傳輸數據，快速便捷地更新實時監測數據；

3、基于云計算的數據中心平臺匯集了不同區域、不同時段的監測數據、視頻記錄，具有海量存儲空間，可進行多維度、多時空的數據統計分析，便于管理部門有序開展工作，同時也為建立工地環境污染控制標準積累數據，以推動對空氣污染的長效管理。

4、視頻優勢：揚塵視頻在線監測儀的優勢就在于其具有實時、自動、智能的抓拍、存儲功能，而且還具有視頻揚塵疊加功能。

三、揚塵視頻在線監測系統架構

現場端（感知層）在線監測設備采用天津智易時代科技發展有限公司的ZWIN-VYC06揚塵視頻在線監測系統實時采集建筑工地揚塵、噪聲、視頻、氣象、氣態污染物等數據，通過傳輸網絡將數據傳輸到后端監測中心服務器，通過后端服務器與軟件平臺實現遠程數據實時查看、歷史數據調用、報表打印等功能，并支持手機客戶端。

系統集成了物聯網、大數據和云計算技術，通過光散射在線監測儀、360^o球形攝像頭、氣象四參數采集設備和采集傳輸等設備，實現了實時、遠程、自動監控顆粒物濃度；數據通過采用3G網絡傳輸，可以在智能移動平臺、桌面PC機等多終端訪問；監控平臺還具有多種統計和高濃度報警功能，可廣泛應用在散貨堆場和碼頭、混凝土攪拌站以及工廠企業無組織排放的實時監控。

揚塵視頻在線監測系統可以將兩個及以上工地通過無線路由器連接起來，顯示在一個服務器上，方便了運營商的操作與管理。

下圖為揚塵視頻在線監測系統網絡拓撲架構框圖：

HUB：集線器。“HUB”是“中心”的意思，集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網絡的傳輸距離，同時把所有節點集中在以它為中心的節點上。

NVR是(Network Video Recorder即網絡硬盤錄像機)的縮寫。NVRzui主要的功能是通過網絡接收IPC(網絡攝像機)設備傳輸的數字視頻碼流， 并進行存儲、管理，從而實現網絡化帶來的分布式架構優勢。 簡單來說，通過NVR，可以同時觀看、瀏覽、回放、管理、存儲多個網絡攝像機。擺脫了電腦硬件的牽絆，再也不用面臨安裝軟件的繁瑣。  

數據傳輸單元DTU (Data Transfer unit)，是專門用于將串口數據轉換為IP數據或將IP數據轉換為串口數據通過無線通信網絡進行傳送的無線終端設備。

路由器（Router）又稱網關設備（Gateway）是用于連接多個邏輯上分開的網絡，所謂邏輯網絡是代表一個單獨的網絡或者一個子網。當數據從一個子網傳輸到另一個子網時，可通過路由器的路由功能來完成。因此，路由器具有判斷網絡地址和選擇IP路徑的功能，它能在多網絡互聯環境中，建立靈活的連接，可用*不同的數據分組和介質訪問方法連接各種子網，路由器只接受源站或其他路由器的信息，屬網絡層的一種互聯設備。

四、云平臺介紹 

揚塵視頻在線監測系統支持遠程視頻監控和揚塵在線監測。如下圖曹縣建筑工程管理局遠程視頻監控和揚塵在線監測系統（包括大屏幕，服務器機柜，軟件平臺，硬件設備）：

4.1系統登錄

輸入，進入智易時代揚塵在線監測系統平臺的登錄界面，用戶需要輸入用戶名和密碼登錄系統，如圖所示：

登陸進入揚塵視頻在線監測系統界面顯示分為兩部分，左側為實時視頻畫面，右側為平臺主頁面，其中主頁面包含6個功能模塊，分別是實時監測、點位管理、數據查詢、趨勢分析、報警記錄、用戶管理。

4.2實時監測

通過系統首頁左側主菜單可以查看到系統實時監測的數據信息，利用GIS地圖位置呈現功能，可結合電子地圖確切的知道每個設備所在位置，通過點擊地圖上的設備圖標可查看設備所配備各項傳感器采集的實時監測因子，包括顆粒物、氣象參數、視頻等，雙擊視頻播放界面可以實現放大或縮小，方便用戶直觀查看區域內所有監測點的部署情況和環境質量狀況，實現了實時，遠程，自動監控顆粒物濃度以及現場視頻、圖像的采集功能，而且還具有視頻揚塵疊加功能。

實時視頻畫面可查看現場實時狀況，如下圖所示：

可以在視頻上疊加點位名稱以及各實時監測的數據記錄，既方便又直觀，如下圖所示：

4.3點位管理

在主菜單欄的第二項功能模塊是點位管理，點開點位管理欄，我們可以看到在表格的上方是添加點位的選擇，可根據需要添加點位，按要求填入序號，點位編號，點位名稱，詳細地址，并在啟用設備一欄打上對勾啟動設備，還可以在地理位置一欄選擇查看與變更選項， 導出數據打印時支持選用JPG圖片、PDF、EXCEL、WORD文檔多種格式，下一欄是添加時間，以及相關操作包括：編輯、刪除、預警設置，如圖所示：

4.4歷史數據查詢

系統提供歷史數據查詢功能，用戶通過設置時間類型、點位名稱、查詢時間選項后，即可查看到所選擇點位的歷史數據信息，包括各項監測因子、數據更新時間等，查詢結果支持選用EXCEL文檔形式導出。

4.5趨勢分析

數據展示支持折線圖、柱狀圖、表格等多種形式，展示的內容為各項監測因子濃度的實時與歷史分鐘值、小時值，方便用戶查看時間段內各項監測因子變化趨勢，同時可以進行監測點位之間的各項參數的對比分析，用戶可以自主設定展示的時間區間，導出打印時支持選用JPG圖片、PDF、EXCEL、WORD文檔多種格式。

4.6報警記錄設置

污染物濃度預警設置，是針對污染物一旦超過某一數值系統會自動給使用者發送預警提示信息，一旦各項監測因子濃度出現異常波動時，系統啟動超標報警，當達到預警設置后會發出報警信號，這個報警記錄欄是便于在報警以后查看分析，如圖所示：

通過報警記錄，可以清楚知道發出報警的點位名稱，報警時間以及各個監測數據的比較，監測數據包括：實時數值、限值以及倍數，查看數據清楚明白直觀，而且用戶數據收集報警記錄還可以儲存一段時間，在一定時間內隨時查詢分析，也可以和之前、之后的數據、或者和其他點位做對比。

4.7用戶管理

對于不同的角色設置相應權限管理，一個角色關聯了一套操作權限。系統共提供了三種操作權限。

系統用戶：擁有系統的所有功能操作權限；

管理用戶：擁有部分業務相關的功能操作權限；

普通用戶：只能進行系統中相關內容的查詢操作。

系統實現不同級別操作人員對數據訪問范圍和數據讀寫性的嚴格控制，建立統一用戶管理平臺實現所有用戶的身份管理，包括用戶個人身份信息、角色信息、電子、個人賬號和密碼。

五、硬件設備

5.1 ZWIN—VYC06揚塵視頻在線監測儀

智易時代科技發展有限公司視頻揚塵自動在線監測設備主要應用到的技術有：激光技術，微光電探測、微機控制技術和視頻抓拍技術。以激光散射技術的空氣顆粒測量儀具有多方面的優點：半導體激光使用壽命長，設計結構簡單，故能降低系統的制作要求；微光電探測的應用，要求光電探測器的響應度高，線性度好，適合長時間工作的穩定性要好；微機技術控制整個系統協調工作，協調激光的光穩定調制，協調氣泵的氣流穩定控制，并且通過計算統計顯示反映粒子顆粒的濃度，根據溫度、濕度等多個氣象參數進行揚塵排放濃度的數據修正。系統可同時對小于2.5um（PM2.5），小于10um（PM10）粒徑范圍的粒子進行分類統計，提供衡量工地揚塵排放環境質量的數字指標。

5.1.1工作原理

揚塵視頻監測儀設備使用激光散射法測量揚塵濃度。用精密流量控制的真空泵吸入大氣中的測試氣體送至傳感器測量組件。傳感器測量組件是以Gustav Mie粒子光散射理論為基礎，結合微光電探測技術而制作的一套完整的空氣顆粒分布濃度測量系統。

揚塵監測原理圖如下：

近年來，國外的激光在線粒度測量技術發展迅速，因為其具有連續自動取樣、抗干擾能力強、實時顯示報告、維護簡便、可大規模應用、數據有代表性以及高性價比等特點。另外由光能分布反演計算出顆粒粒度分布的可靠準確算法，尤其是對多峰和窄分布顆粒樣品的反演，也是國內外關注的熱點。國外在用動態光散射粒度儀來測量納米顆粒方面做了很大的努力并已有產品面世，而國內少數廠家正在研發這一技術。

在這個領域，正在研制和開發更*進的取樣和分散裝置(PM2.5和PM10同時監測)，提高在線激光粒度儀的測試精度，使在線與離線的測量結果相吻合,提升工業在線安裝和應用的安全性及穩定性；可以預計，在線粒度測量與監測的發展將會給相關粉體工業帶來巨大的效益和變革，激光在線測試技術將成為顆粒測試領域競爭的焦點并將會被逐步推廣和應用。

新技術革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。一個系統的準確性，首先依賴于感知元件的準確，因此可以說，優良的激光散射揚塵監測傳感器，是本次項目前端設備關鍵所在，因此我們的前端監測設備采用的揚塵傳感器的核心部件均為進口件。結合智易時代科技發展有限公司專業團隊的技術攻關，研發出于工地現場進行揚塵監測的揚塵濃度測量傳感組件。

5.1.2技術指標

供電方式：市政（220V）供電；

工作環境溫度要求：-20ºC-55ºC；

工作環境濕度要求：15%RH-95%RH；

PM10測量范圍：0~10000µg/m³；

檢出限：20µg/m³；  分辨率：1µg/m³

溫度測量范圍：-20ºC-55ºC，

檢出限：1ºC，  zui小分辨率：±1ºC；

濕度測量范圍：5%~95%RH，

檢出限：1%RH，  zui小分辨率：±1%RH；

風向測量范圍：0~359º，

測量精度：±5º

5.1.3功能特點

1）采用激光散射法對顆粒物濃度進行測量；

2）整點、連續、實時三種采樣模式，而且具有視頻抓拍并存儲的功能；

3）具有標準方法校準及自修正校準組合式校準功能；

4）體積小、重量輕、安裝維護方便，可方便進行點位遷移；

5）具有設備信息管理、數據管理及數據質控功能，方便大批量設備運行管理。

6）監測設備因故障不能正常使用，在軟件平臺中具有自動報警功能，便于管理和維護；

7）具有GPS定位，無線數據傳輸功能；

8）利用擴散式測量技術，避免采樣過程中吸附及材料干擾；

9）具有量程漂移及交叉干擾自修正功能。

5.1.4視頻疊加效果圖

可實時調出監控畫面，既顯示點位名稱，又可在視頻中疊加各項實時監測數據，實現可視化數據管理。

5.1.5內部結構

視頻監控儀內部圖                                              揚塵監測儀內部圖

5.2. β射線法顆粒物監測儀 

ZWIN-BYC06型β射線分析儀/顆粒物濃度監測儀采用了β射線衰減的原理對粒子進行監測，可以實時監測環境大氣中PM2.5、PM10、TSP顆粒物的濃度水平。該儀器長期廣泛適用于環境空氣顆粒物的濃度監測，如PM10，PM2.5，TSP（選配不同的采樣切割頭）等，該儀器是目前國內各地使用zui成功的一套監測平臺系統。

5.2.1工作原理

顆粒物（PM10/PM2.5）監測儀是根據β射線吸收原理設計的。β射線是一種高速電子流，當它穿透物質后，部分被吸收，導致強度衰減。在一定條件下，其衰減量的大小僅與吸收物質的質量有關，而與吸收物質的其它物化特性（如顆粒物分散度、顏色、光澤、形狀等）無關，所以能直接測量大氣顆粒物的質量濃度。將強度恒定的β射線源在顆粒物采集前后分別兩次穿過清潔濾紙和采集有顆粒物的濾紙，根據兩次β射線被吸收的變化量來求得收集在濾紙上的顆粒物的質量。用閃爍計數器作為檢測器對β射線通量進行計數，其計數頻率的變化可表征β射線強度的變化，測量結果只取決于兩次計數的比值和質量吸收系數，與β源的原始強度無關。

射線法顆粒物濃度監測儀 原理框圖

LCD ( Liquid Crystal Display 的簡稱)液晶顯示器。LCD 的構造是在兩片平行的玻璃基板當中放置液晶盒，下基板玻璃上設置TFT(薄膜晶體管)，上基板玻璃上設置彩色濾光片，通過TFT上的信號與電壓改變來控制液晶分子的轉動方向，從而達到控制每個像素點偏振光出射與否而達到顯示目的。

中央處理器（CPU，英語：Central Processing Unit），是電子計算機的主要設備之一，電腦中的核心配件。其功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。電腦中所有操作都由CPU負責讀取指令，對指令譯碼并執行指令的核心部件。

5.2.2功能特點

1）采用β射線吸收原理進行測量，測量結果準確可靠；

2）儀器體積小、內置采樣泵，在戶外運行，無需建設站房；

3）整點、連續、實時三種采樣模式；

4）小時值采樣時間不少于45分鐘，日均值采樣時間不少于20個小時；

5）觸摸液晶顯示分析儀采用5.7寸大屏幕液晶顯示，全中文菜單、Windows圖形界面，操作方便；

6）過程記錄可存儲近期有效的校準或維護過程的歷史信息，含USB接口，方便數據導出；

7）RS232數字輸出，可通過數據采集儀進行計算機遠程通訊，實現遙控監測；

8）具有自動除濕和溫度補償功能；

9）具有自主知識產權的嵌入式計算機和實時操作系統控制運行；

10）*的ODH外部動態露點控制系統，提高了氣溶膠傳輸效率；

11）監測儀*的結構設計，采樣與分析在同一通道，避免了走紙造成誤差；

12）監測儀能提供各種在線的運行參數，可輸出至上位機，也可接受指令運行；

13）采用質量流量計測量流量，恒定流量采樣，保證了測量精度；

14）內部故障自動診斷和報警提示，也可以通過遠程診斷并修復錯誤；

15）系統斷電后來電自動重新啟動，恢復正常工作。

5.2.3技術指標

工作環境溫度要求：-20ºC-55ºC；

工作環境濕度要求：15%RH-95%RH；

zui低檢出限：5µg/m³；

平行性：≤5µg/m³（監測日均值小于70µg/m³），≤7%（監測日均值大于70µg/m³）；

校準膜重復性：±2%校準膜標稱值；

測量范圍：0~10000µg/m³；

采樣流量穩定性（24小時）：±2%；

采樣流量準確度（1小時）：±2%；

空白濾紙重復性：≤1%

5.3對比分析

光散射法與其他測量方式對比表格如下：

天津智易時代科技發展有限公司的前端監測設備以激光散射法作為技術基礎，同時通過與國控點的揚塵數據比對，內置了一套對于溫度、濕度、氣壓的修正模型的算法。通過監測設備內置的溫濕度傳感器采集現場的溫濕度數據，對揚塵排放濃度值進行校準與補償計算從而形成真實、實時的工地的揚塵監測數據。

經過長時間和大量工地現場的數據對比，天津智易時代科技發展有限公司監測設備與國控點發布的PM10數據對比誤差已控制在20%以內。設備修正后數據與國控點數據對比情況表如下：

六、成功案例

建筑工地現場監測

工地揚塵在線監測（β射線顆粒物監測儀）