扬尘监测方案.docx
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扬尘监测方案
扬尘智能监控与处理大数据系统建设方案
2016年7月
一项目概述
一.1背景
随着经济建设和社会建设等快速发展，城市工地也越来越多，环境部门表明，施工现场扬尘是引起空气污染的重要原因之一，为切实改善环境空气质量，推进城市大气污染防治工作，贯彻落实《国务院大气污染防治行动计划》、《建设工程文明施工管理规定》、《大气污染防治行动计划实施方案》、《各地大气污染防治行动计划实施细则的通知》的文件，依据《各市大气质量提升专项整治考核办法》和《各市大气质量提升专项整治巡查办法》的要求，运用物联网技术、视频分析技术、网络传输技术和自动控制技术，建设扬尘智能监控与管理系统，着力解决监管过程中存在的力量不足、手段不多、信息化滞后等问题，实现对大气颗粒物监测的全方位、全天候、自动化，提高对违法超标排放的快速应对能力。
一.2建设必要性
通常把粒径在10微米以下的颗粒物称为PM10，又称为可吸入颗粒物或飘尘。
可吸入颗粒物（PM10）在环境空气中持续的时间很长，对人体健康和大气能见度影响都很大。
一些颗粒物来自污染源的直接排放，比如烟囱与车辆。
另一些则是由环境空气中硫的氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物及其它化合物互相作用形成的细小颗粒物，它们的化学和物理组成依地点、气候、一年中的季节不同而变化很大。
可吸入颗粒物通常来自在未铺沥青、水泥的路面上行使的机动车、材料的破碎碾磨处理过程以及被风扬起的尘土，建设工程施工扬尘管理也是城市扬尘管控的重点。
合智科技结合多年在颗粒物领域及环境监测行业所积累的经验，为用户提供了扬尘智能监控系统建设的整体解决方案，对PM2.5/PM10进行在线式监控，系统自动监督排放单位及时处置，有力地推动了城市环境质量的持续改善，成为政府环境管理的有效工具。
目前国内采用的主流大气颗粒物监测设备以振荡微天平以及β衰减法的设备为主，这两类设备都有一个共性：
传感器响应时间极长，基本上都需要依靠长时间的积分数据来确定颗粒物浓度，对于动态变化范围大、持续时间短的由周边污染源造成的监测数据偏高的问题无能为力。
在对自动空气监测子站的颗粒物（PM2.5及PM10）异常偏高数据进行分析时，需要采用相应时间更快的粒子集合（云）散射类的监测设备，可以准确获得时间分辨率达到秒级的大气颗粒物微分数据。
利用多点高时间分辨率同步监测数据相位分析，可以为现有自动空气检测子站提供周边污染源活动状况提供准确定量数据，同时也是为新建站点进行实测评估的最佳途径。
目前无论是进口还是国产的大气颗粒物在线监测设备，一般属于实验室设备，需要在要求苛刻的环境下工作，其通信模块、数据处理模块也比较复杂，从订货到安装完毕通常需要数月甚至一年的时间，加之设备极其昂贵，无法胜任自动监测子站周边污染源排查以及新站选址实测任务。
合智科技提供全套实测服务，可以在签订合同后数天即完成多个颗粒物监测点的架设与开通工作，在不超过一个星期的时间内即可全面展开PM2.5/PM10的监测工作，根据周边环境污染源的复杂程度，通常需要1至数月即可完全摸清周边污染源的规律。
一.3建设原则
平台需要达到不间断运行、大容量、高稳定性、可靠性。
平台在现有信息化支撑体系的基础上进行建设，建设遵循和坚持高起点、高要求，充分考虑系统的稳定性、可靠性、扩展性、易使用性等，保证平台在国内相应领域内达到技术领先水平。
•统一规划、分步建设的原则
系统的开发采取”总体规划、分步实施”的建设策略，先进行总体规划，然后在总体规划的指导与框架下分步开发建设。
开发人员是站在整体的高度，充分考虑与其它系统以及后继系统之间的信息关联，设计好与相互之间的信息接口，采用标准的数据接口与交互接口，减少各个系统之间的耦合关系，达到系统之间能方便解耦的功能。
系统的软件建设首先是符合标准的，符合技术发展方向的，开放并易于集成的。
各子系统之间有着相当密切的关系，因此平台在进行各子系统的开发过程中遵循“总体分析与设计”，以确保系统的整体性。
•高效的实用性和适用性
实用性是衡量软件质量体系中最重要的指标，是否与业务结合的紧密，是否具有严格的业务针对性，是系统成败的关键因素，因此，我们提交给用户手上的系统都是实用的，解决问题的，是我们对监管工作流进行大量的调研和精简后完善的。
适应性是软件质量体系中重要的指标之一，平台从最开始就以适应于多种运行环境、具有应变能力，以适应未来变化的环境作为开发标准。
•先进性与发展性
平台采用领域模型、流程管理等先进的计算机软件技术，结合全面量化等先进的管理理念，实现全国领先的信息系统，极高的保证系统的先进性和发展性。
•标准化与开放性
在计算机系统总体结构设计中，所有软件产品的选择必须坚持标准化原则，选择符合开放性和国际标准化的产品和技术；平台的数据规范、指标代码体系、接口标准都遵循国家和行业规范要求。
平台在外部边界协议采用国际上开放的标准或技术，例如：
XML、WebService等，充分考虑与其它系统的接口需求，提供开放的数据接口、功能接口。
•安全与保密
平台具有高可靠性，并对使用信息进行严格的权限管理。
在技术上，采用严格的安全与保密措施，确保系统的可靠性、保密性和数据的一致性。
为此，在设计与软件开发中采用安全保密措施。
在软件使用过程中，本软件可以通过统一的用户权限管理系统，采用单点登录等方式，以统一的规划保证系统安全的压力和强度。
•易用性
系统通过统一界面操作风格、友好的用户体验、完善的录入控制、人性化操作设计，使得其中大部分的操作可以通过用户直接操作即可掌握；最后，结合完整、详细的用户手册、在线帮助和完备的培训工作，让信息系统更易使用，更贴近用户，更方便推广实施。
•易维护性
平台具有操作界面友好、方便易掌握、日常维护简单、容易管理，以及支持用户二次开发等功能特点。
平台的部署应集中以便于集中维护，系统自身应提供分权分级的权限管理机制，不同的系统模块可以设置不同级别的数据操作、统计和监控分析权限。
•稳定性
平台采用的技术处于国内先进水平，使系统功能稳定，数据处理更快速，满足平台高并发、大访问量的环境下平台的健壮。
通过减少平台子系统之间的耦合度，使得整个平台即使在产品不断创新和新功能添加的情况下，并对原有功能的修改带来很小的影响。
二总体规划
二.1项目目标
1、实时监控。
实现各建筑施工工地、道路施工、厂矿施工、码头施工等施工现场扬尘实时数据的在线监测，监测频率可达1秒钟1次，监测的数据包括扬尘（PM2.5、PM10）浓度以及现场视频、车辆冲洗等；实现进入各施工现场车辆监控，对未经过冲洗就离开施工现场的车辆进行智能抓拍，抓拍图片实时上传到监管平台提供给管理部门远程查看作为执法依据。
数据通过网络传输，可以在电脑、手机终端上网情况下随时访问，提高工作效率。
2、超标可告警。
现场监控设备一旦监测到浓度超标，可迅速通过信息系统向扬尘污染企业负责人、政府相关职能管理部门发送告警信息。
3、超标可处理。
现场监测设备一旦监测到浓度超标，可迅速通过联动的雾炮对现场进行喷雾处理，达到降尘防污的效果。
3、违规可取证。
现场高清智能抓拍设备抓拍现场的违规情况，如车辆离开没有清洗、作业没有洒水降尘、车辆冒装洒漏、裸地不覆盖等，并通过平台、短信等迅速反馈给扬尘违规企业和政府相关职能管理部门。
4、监管可跟踪。
平台提供了督办流程系统，一旦发起了扬尘管控超标告警、控尘措施违规告警，平台自动启动在线督办流程，实现流程可追踪、证据图像化、数据化的精准闭环管控机制。
二.2项目内容
1、前端扬尘监测点建设。
在施工现场等扬尘产生源头安装扬尘监测设备和雾炮，实现对现场PM2.5、PM10等数据的监测，雾炮和扬尘监测设备实现联动功能，一旦监测数据超标，雾炮可以及时自动进行喷水降尘措施。
2、系统平台硬件建设。
扬尘监测系统的所需要的硬件服务器安装调试；服务器所需要的运行环境如互联网光纤专线、机房。
3、系统平台软件开发。
对前端监测点采集到的数据进行统计分析处理，包括实时数据、历史数据、平均值、报警数据等。
按照客户需求，定制开发业务督办流程。
一旦发起了扬尘管控超标告警、控尘措施违规告警、车辆未冲洗离开施工现场、车辆没有完全冲洗干净等，平台自动启动在线督办流程，实现流程可追踪、证据图像化、数据化的精准闭环管控机制
二.3项目预期效果
通过扬尘智能监控与处理大数据系统建设，预计会达到如下运行效果：
1、控尘措施显著改善
参考我公司相关实施的经验，系统建设完成后，预计控尘措施违规比同期总体下降50%，地面冲洗/施工洒水/车辆冲洗等三大顽症得到有效遏制。
城市施工现场降尘洒水达标率达到90%。
2、扬尘浓度持续降低
项目建成后，与往年同期相比，预计总悬浮颗粒物下降20%，扬尘对空气质量的影响程度大幅减少。
3、工地车辆不冲洗现象得到有效解决
在工地大门安装车辆未冲洗抓拍装置，冲洗槽安装水流量传感器、信号检测装置、未冲洗报警装置等，实现对工地进出车辆冲洗得到实时有效管控。
4、政府监管部门提高工作效率，监管精细化
政府监管部门可以在线实时对各工地现场扬尘数据、车辆冲洗、施工违规等进行检查，工地出现违规及时收到报警信息，在线对违规现场进行报备处理。
3、真正实现联防联控
由政府大气办牵头建设，环保/城乡建委/市政等部门共用平台、共享信息、联合行动、应急联动，大大提升管理效率，现场处置回复率100%。
4、技防能力显著提高
与同期相比，从受理任务来源分析，预计投诉下降60%，巡查下降8%，技防提高50%，企业自报持平，大数据技术在环境管理中初显威力。
三技术方案
三.1系统概述
扬尘传感器采用目前最广泛应用的激光散射法检测技术，数据的采集频率为1秒钟1次，实时监测周围环境中颗粒物（PM2.5和PM10）的浓度变化。
视频监控摄像机采用130万像素网络高清摄像机，采用H.264编码,最高分辨率可达140万像素（1280×1024）,最大可输出30fps实时图像，符合IP67级防尘防水设计,可靠性高。
用户不仅可以通过设备来了解现场环境的扬尘值，还可以通过账号登陆平台通过浏览器来查阅工地扬尘的实时情况、历史数据曲线以及现场视频图像。
三.2
系统架构
三.2.1系统组成
合智扬尘监测系统由前端监测及处理装置，通信传输网络，监管云平台及应用平台等组成。
（1）前端监测及处理装置
负责完成前端数据的采集、分析、处理与上传。
包括PM2.5、PM10等数值监测，监测设备接入报警装置，一旦数值超标触发报警，现场雾炮动作进行降尘处理；智能抓拍设备是对未经冲洗就对离开工地的车辆进行报警抓拍，抓拍图片及时上传到扬尘监测管理云平台作为执法或整改依据，同时在冲水槽安装水流量传感器、信号检测装置等对车辆冲洗全程进行监测记录。
（2）通信传输网络
负责整个系统的信号传输和平台的支撑，包含GPRS、3G、4G、专用网基站、光纤、业务网络等部分。
（3）监管云平台
是整个系统的核心部分，承担着整个系统运行、存储、大数据分析与处理，业务办理等职责，是由合智公司研发支撑，多方单位运用的软件平台。
（4）应用平台
包含客户端、APP等，通过该平台，扬尘监管部门可以实现对各工地现场各项排放量监测数据的查看，业务处理，信息管控等。
三.2.2设计思想
利用传感技术、识别技术、控制技术、通信技术、编程技术、云计算技术等，实现对建筑工地的扬尘管控、数据分析，有效的控制扬尘污染源，实现智慧工地，促进建筑工程施工文明化、监管信息化，切实有效的减轻监管部门的工作负担，为国家建筑行业文明发展做贡献。
三.2.3系统部署
●扬尘监测
●LED显示屏检测值
●车辆冲洗抓拍
●雾炮降尘
三.3系统功能
三.3.1LED显示实时数据
采用监测装备对施工现场PM2.5、PM10等数值浓度进行监测，一方面显示到LED屏上，另一方面上传到扬尘监管云平台作为数据分析依据。
数据图默认为折线图，可点击切换为柱状图。
点击图片保存，整张数据会以jpg图片格式保存到电脑上。
三.3.2大数据分析
扬尘监测系统云平台可以对排放量监测数据进行存储测算，并对历史数值进行智能分析，可以对各个工地违规情况、违规内容、违规次数、处罚办法等做系统的记录显示，作为对文明工地和文明施工单位的评定依据。
分为折线图和柱状数据显示图，用可视化效果展现数据，各数据之间不存在联系，点击每个数据可单独显示，从而方便用户查看。
历史数据
可以查看不同监测点点，不同时间段内的历史数据。
可将数据导出成excel表格形式。
统计报表
显示各个监测点点不同时间段的3种PM数据平均值。
以柱状图和折线图显示。
数据图片依然可以保存下来。
三.3.3自动抓拍
采用高清智能抓拍设备和信号检测装置，智能抓拍现场的违规情况，如对离开现场未冲洗或冲洗不干净的车辆进行抓拍、作业有没有洒水降尘等实时反馈给相关政府相关监管部门和施工现场违规企业，监管部门可对责任方进行处罚，施工现场管理方可根据报警信息及时要求车辆返回冲洗或对违规车辆进行处理。
三.3.4雾炮喷水降尘
工地扬尘监测浓度超标时，安装于施工现场的喷炮可自动进行喷水降尘，形成喷水降尘记录上传至扬尘监管平台，监管部门可以以此来判断工地扬尘是否超标、有没有进行喷水降尘处理等。
三.3.5数据远程调看、业务办理
扬尘监管部门可以远程利用客户端、APP等进入平台对各项扬尘监测数据、车辆冲洗情况进行查看，发现违规排放的施工单位可以在线对相关责任方进行处罚或通知整改。
三.4工作原理
●扬尘监测
当设备通电时，扬尘传感器模块和GPRSDTU开始工作，扬尘传感器就会通过白色软管把空气中0.3-10微米的悬浮颗粒物吸进设备的激光腔体，激光散射的原理是当激光照射到通过检测位置的颗粒物时会产生微弱的光散射，在特定方向上的光散射波形与颗粒直径有关，通过不同粒径的波形分类统计及换算公式可以得到不同粒径的实时颗粒物的数量浓度，按照标定方法得到跟官方单位统一的质量浓度，从而可以测得的工地周边的扬尘数值，并且能实时的把数据通过GPRSDTU传到后台服务器，显示出实时数据和历史曲线，到达监测工地扬尘的效果。
●雾炮喷水
当现场的扬尘监测设备监测到施工现场扬尘排放超标时，数据采集设备会发送一个开关量信号传达给雾炮，雾炮根据传送信息及时响应，对施工现场进行喷水降尘，降低施工现场的扬尘浓度。
扬尘超标和雾炮启动都会形成相应的数值上传到扬尘监管云平台。
●车辆冲洗
当车辆离开施工现场时，智能抓拍设备会对车辆有没有进入冲水槽冲洗作出识别，当车辆直接驶离现场时，智能抓拍设备会对车辆进行抓拍，图片实时上传到扬尘监管平台并形成报警信息和过程记录，扬尘监管部门和施工单位根据报警信息进行相应的处罚或整改操作；当车辆进入冲水槽时，水流量传感器和信号检测设备会对车辆冲洗时间进行监测，当车辆冲洗时间过短而导致冲洗不干净时也会形成一个报警信息上传到扬尘监管平台，作为监管部门扬尘控制监管依据。
三.5技术性能
扬尘传感器性能：
尺寸
（L*W*H）192*120*80cm
工作环境
T:
-20℃-65℃H：
0-85%
电源
220AC1.5A
设备精度：
3ug/m³
输出信号：
TTL电平输出
量程：
0-999ug/m³
配置方式
上位机设置软件，串口指令，短信指令
功率
100W
标准
GSM/GPRS
速率
14.4Kbps-57.6Kbps
最大发射功率
GSM900class4（2W），DCS1800class1（1W）
网络接收缓存
30K字节
网络协议
ARP\IP\UDP\TCP\ETHERNET
SIM卡：
1.8V/3V
缓存收发
1K字节
安规认证
CE，FCC
天线接口:
50欧姆/SMA-K（阴头）
智能抓拍设备性能：
名称130万1/3"CMOSICR日夜型筒型网络摄像机
摄像机
传感器类型1/3"ProgressiveScanCMOS
最小照度彩色:
0.01Lux@（F1.2,AGCON）；0LuxwithIR
快门1秒至1/100,000秒
镜头8-32mm@F1.4,水平视场角27.8°-9.1°;*************，水平视场角98.4°-30.2°
自动光圈DC驱动
日夜转换模式ICR红外滤片式
宽动态范围数字宽动态
背光补偿支持，可选择区域
数字降噪3D数字降噪
慢快门支持
压缩标准
视频压缩标准H.264/MJPEG
H.264编码类型BaseLineProfile/MainProfile
压缩输出码率32Kbps~8Mbps
音频压缩标准G.711/G.722.1/G.726/MP2L2
音频压缩码率64Kbps（G.711）/16Kbps（G.722.1）/16Kbps（G.726）/32-128Kbps（MP2L2）
图像
最大图像尺寸1280×1024
帧率50Hz:
25fps（1280×1024,1280×960,1280×720）；
60Hz:
30fps（1280×1024,1280×960,1280×720）
第三码流分辨率与帧率独立于主码流设置，最高支持：
50Hz:
1fps（1280×960）
60Hz:
1fps（1280×960）
图像设置走廊模式,饱和度,亮度,对比度,锐度通过客户端或者浏览器可调
走廊模式支持
背光补偿支持,可选择区域
透雾支持
图片叠加支持BMP24位图像叠加,可选择区域
日夜转换方式自动,定时,报警触发
感兴趣区域ROI支持双码流分别设置4个固定区域或动态跟踪
网络功能
存储功能支持MicroSD/SDHC/SDXC卡（128G）断网本地存储,NAS（NFS,SMB/CIFS均支持）
接口协议ONVIF,PSIA,CGI,ISAPI,GB28181
智能报警场景变更侦测,区域入侵侦测,音频异常侦测,虚焦侦测,移动侦测,人脸侦测,动态分析,遮挡报警,网线断,IP地址冲突,存储器满,存储器错
支持协议TCP/IP,ICMP,HTTP,HTTPS,FTP,DHCP,DNS,DDNS,RTP,RTSP,RTCP,
PPPoE,NTP,UPnP,SMTP,SNMP,IGMP,802.1X,QoS,IPv6,Bonjour
通用功能一键恢复,防闪烁,三码流,心跳,镜像,密码保护,视频遮盖,水印技术,
匿名访问,IP地址过滤
接口
通讯接口1个RJ4510M/100M自适应以太网口
音频
环境噪声过滤支持
一般规范
工作温度和湿度-30℃~60℃,湿度小于95%（无凝结）；
电源供应DC12V/PoE（802.3at）
功耗15WMAX
防护等级IP67
尺寸（mm）206.5×103.9×100
三.6产品特点
扬尘采集装置外壳为工业级防雨塑料外壳，并且有通风口，可以保证箱体内部的热量及时散出来，保证里面各个模块的长期稳定工作。
数据准确：
激光检测，稳定、一致性好；u
响应快速：
场景变换响应时间小于10秒；
便于集成：
串口输出（或IO口输出可定制），自带风扇；
分辨率高：
分辨颗粒最小直径达0.3微米
四建设模式
四.1企业自建
前端监测点：
前端扬尘监测设备，费用套餐自选1+2+3
1
车辆冲洗设备
1.1智能抓拍设备
包含智能抓拍摄像机、传感器、信号检测装置等
套
1
2
扬尘监控及处理设备
1.1扬尘监测一体机
包含扬尘传感器（PM2.5PM10）、摄像机（720P高清枪机）、立杆、蓄电池、传输模块、交换机、电源配件等
台
1
1.2带LED屏显示扬尘监测设备
扬尘传感器、LED屏、传输模块等
台
1
1.3小型扬尘监测设备
扬尘传感器、传输模块等
台
1
1.4扬尘-雾炮联动器
雾炮、数据采集器、传输模块等
套
3
网络传输
2.1数据卡
流量需求：
300M/月
年
1
2.2监测点光纤
8M带宽,1年使用费
年
1
4
安装调试费
项
1
后台系统：
1.企业直接免费使用合智云平台
2.企业自备服务器免费使用合智管理系统软件
四.2购买服务
系统建设由合智科技投资，包括平台软件开发、维护；平台服务器等硬件采购、安装、调试、维护；前端扬尘监测设备的硬件采购、安装、运维。
3年内平台软件硬件、监测点硬件所有权属于合智公司，政府在服务期内享有使用权。
3年后，前端监测设备所有权归企业，平台软硬件所有权归政府。
前端监测设备租用费：
序号
设备
单位
押金（元）
月服务费（元）
数量
服务期限（月）
小计（元）
1
扬尘监测一体机
台
2
带LED屏显示扬尘监测设备
台
3
小型扬尘监测设备
台
4
扬尘-联动雾炮
套
5
智能抓拍设备
套
合计（元）
大写：
小写：
初装费：
元/套/次（服务期限<6个月，全额收取初装费；6个月≤服务期限<12个月，收取初装费的50%；服务期限≥12个月，免收初装费）
后台系统：
政府管理后台租用
元/月
企业后台费用
合智免费提供
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