【正文】 空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)云計(jì)算平臺(tái)解決方案修改記錄日期版本修改要點(diǎn)修改者注釋初始版本注：版本升級(jí)時(shí)，要注明原因，和主要的更改內(nèi)容。目錄目錄 3空氣質(zhì)量前端方案 41．概述 4 4 42．設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)架構(gòu) 5 5 6 傳感器 7 計(jì)算 9 采集部分 10 通信部分 11 電源部分 12 12 133．特點(diǎn) 13空氣質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)方案1．概述南京云創(chuàng)存儲(chǔ)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)方案，是基于云計(jì)算的大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)，前端通過(guò)特征因子監(jiān)測(cè)設(shè)備和空氣質(zhì)量?jī)商妆O(jiān)測(cè)設(shè)備可以監(jiān)測(cè)大氣污染中的空氣質(zhì)量,pm10, SO2,NO2等大氣中污染因子。通過(guò)海量數(shù)據(jù)的科學(xué)數(shù)據(jù)分析對(duì)比得到主要的反映局部區(qū)域的相關(guān)參考值，從而和宏觀上反映城市的整體的空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)方式形成互補(bǔ)。目前許多城市的環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站點(diǎn)較少，分布分散，環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)僅從宏觀上反映城市的整體的空氣質(zhì)量，但是不能從微觀上反映局部區(qū)域、特定區(qū)域的空氣質(zhì)量的好壞，這就需要建設(shè)更多的環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，提供更多的實(shí)時(shí)的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。國(guó)外一套空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器價(jià)格在10萬(wàn)美金，國(guó)產(chǎn)價(jià)格在10萬(wàn)人民幣，價(jià)格昂貴。建設(shè)更多的環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)需要巨大的資金投入，成本太高。而廉價(jià)的空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)價(jià)格大約在1萬(wàn)人民幣，能夠解決資金投入問題，同時(shí)滿足一定的測(cè)量精度，和現(xiàn)有的空氣環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)形成互補(bǔ)，為環(huán)保部門服務(wù)。目前350米以下都有顆粒污染物，污染程度比較嚴(yán)重，加之信息化工作處于低端水平，以及公眾對(duì)于空氣質(zhì)量的關(guān)注度不斷提升，使得空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)重要性日益突出。廉價(jià)的空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與目前的傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)方式形成互補(bǔ)，滿足公眾環(huán)境需求，提升政府形象。部署空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，配合城市現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)，并結(jié)合天氣狀況、城市交通、人口密度、工業(yè)產(chǎn)值等元素，進(jìn)行系統(tǒng)的研究，為保護(hù)環(huán)境，改善城市的大氣環(huán)境質(zhì)量改善起到技術(shù)支撐作用。具體可歸納為: (1) 根據(jù)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量。 (2) 根據(jù)污染分布情況，追蹤尋找污染源，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)督管理、控制污染提供依據(jù)。 (3) 構(gòu)建云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，存儲(chǔ)本區(qū)域海量數(shù)據(jù)，積累長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料，為研究環(huán)境容量、實(shí)施總量控制、目標(biāo)管理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。 (4) 為保護(hù)人類健康、保護(hù)環(huán)境、合理使用自然資源、制訂環(huán)境法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃等服務(wù)。針對(duì)本次工程的實(shí)際情況,充分考慮環(huán)保局環(huán)境監(jiān)測(cè)云平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)的建設(shè)發(fā)展需求，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)一管理、高效應(yīng)用、平滑擴(kuò)展為目標(biāo)，以“先進(jìn)、安全、成熟、開放、經(jīng)濟(jì)”為總體設(shè)計(jì)原則。先進(jìn)性原則在系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)時(shí)采用業(yè)界先進(jìn)的方案和技術(shù)，以確保一定時(shí)間內(nèi)不落后。選擇實(shí)用性強(qiáng)產(chǎn)品，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既可滿足當(dāng)前的需要又可實(shí)現(xiàn)今后系統(tǒng)發(fā)展平滑擴(kuò)展。安全性原則數(shù)據(jù)是業(yè)務(wù)系統(tǒng)核心應(yīng)用的最終保障，不但要保證整套系統(tǒng)能夠7X24運(yùn)行，而且存儲(chǔ)系統(tǒng)必須有高可用性，以保證應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的隨時(shí)存取。同時(shí)配置安全的備份系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行更加安全的數(shù)據(jù)保護(hù)，降低人為操作失誤或病毒襲擊給系統(tǒng)造成的數(shù)據(jù)丟失。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮數(shù)據(jù)高可靠存儲(chǔ)，采用高度可靠的軟硬件容錯(cuò)設(shè)計(jì)，進(jìn)行有效的安全訪問控制，實(shí)現(xiàn)故障屏蔽、自動(dòng)冗余重建等智能化安全可靠措施，提供統(tǒng)一的系統(tǒng)管理和監(jiān)控平臺(tái)，進(jìn)行有效的故障定位、預(yù)警。成熟性原則為確保整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，軟件平臺(tái)將使用先進(jìn)、完善、易于管理和穩(wěn)定可靠的云存儲(chǔ)資源管理系統(tǒng)，對(duì)于與應(yīng)用的集成接口，提供統(tǒng)一的通用穩(wěn)定訪問接口。開放性原則系統(tǒng)建設(shè)具有開放性的標(biāo)準(zhǔn)體系，提供開放的應(yīng)用API編程接口，提供人性化的應(yīng)用和管理界面，以滿足用戶需求。遵循規(guī)范的通用接口標(biāo)準(zhǔn)，使全系統(tǒng)中的硬件、通信、軟件、操作平臺(tái)之間的互聯(lián)共享。充分考慮系統(tǒng)的升級(jí)和維護(hù)問題，維護(hù)采用在線式的，即在系統(tǒng)不停止工作的情況下，可以更換單元備件。系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)操作由系統(tǒng)管理員即可完成。經(jīng)濟(jì)性原則現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量較大，且數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)速度較快。因此在建設(shè)系統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)時(shí)，應(yīng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度考慮，建設(shè)一個(gè)長(zhǎng)期的存儲(chǔ)架構(gòu)，除了可以應(yīng)對(duì)存儲(chǔ)硬件設(shè)備的升級(jí)速度外，還必須考慮到對(duì)前期存儲(chǔ)設(shè)備的投資保護(hù)，在保證不斷提供功能和性能提高的同時(shí)，存儲(chǔ)架構(gòu)在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。結(jié)合先進(jìn)的云平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，根據(jù)本次項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際容量需求設(shè)計(jì)，同時(shí)充分考慮應(yīng)用發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可彈性在線平滑升級(jí)。通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)在較廉價(jià)普通服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)高度容錯(cuò)，同時(shí)能夠在較低冗余度的情況下實(shí)現(xiàn)高度可靠容錯(cuò)，大大節(jié)約和降低系統(tǒng)建設(shè)的硬件成本。價(jià)格低廉，大規(guī)模部署空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備只有國(guó)際通用的幾分之一，即可滿足空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸功能，無(wú)需國(guó)外昂貴的監(jiān)測(cè)設(shè)備，和現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)形成有利互補(bǔ)，對(duì)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)發(fā)布有參考意義。 云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理技術(shù) 架構(gòu)云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，采用先進(jìn)的云計(jì)算處理技術(shù)，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)入庫(kù)和關(guān)聯(lián)查詢快速響應(yīng)，支持自動(dòng)容錯(cuò)和動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，具有實(shí)時(shí)性、高可靠性、可伸縮性、高性價(jià)比等特點(diǎn)。 空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)前端設(shè)備可以根據(jù)需求進(jìn)行增加設(shè)備，擴(kuò)展整個(gè)系統(tǒng)的覆蓋面積，但是不需要繼續(xù)復(fù)雜的操作，可以動(dòng)態(tài)的增加空氣質(zhì)量測(cè)試的節(jié)點(diǎn)，并能自動(dòng)組網(wǎng)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)容性。測(cè)定速度快，自動(dòng)化程度高。測(cè)試方法決定了測(cè)試的實(shí)時(shí)性，采集時(shí)間實(shí)現(xiàn)秒級(jí)響應(yīng)，且采集時(shí)間可以任意設(shè)定，采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)入庫(kù)，可實(shí)時(shí)查詢。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)精確的校準(zhǔn)，且靈敏度很高，和環(huán)保部分發(fā)布的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)及趨勢(shì)接近，數(shù)據(jù)真實(shí)有效。2．系統(tǒng)設(shè)計(jì)前端設(shè)備采集到相關(guān)的信息，通過(guò)GPRS進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，在有公網(wǎng)IP的服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和初步的處理，然后數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)立方進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算，并且通過(guò)WEB服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的最后處理和公布，通過(guò)web頁(yè)面和移動(dòng)終端可以實(shí)時(shí)的查看pm25實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。具體的系統(tǒng)總體架構(gòu)詳見下圖。圖1空氣質(zhì)量云監(jiān)控平臺(tái)總體架構(gòu)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)云平臺(tái)需要提供的主要功能描述如下。（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫(kù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫(kù)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)全市所有空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的各類空氣因子數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存到空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心。（2）空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)原始空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，將全部存儲(chǔ)在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)分布式文件系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)海量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了滿足和適應(yīng)數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)特征和查詢處理的不同需求，部分存存儲(chǔ)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中。（3）空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用系統(tǒng)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用提供包括實(shí)時(shí)監(jiān)控空氣質(zhì)量空氣質(zhì)量，查看歷史記錄和分析數(shù)據(jù)等功能?？諝赓|(zhì)量歷史查詢處理時(shí)，由于空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)量巨大，需要調(diào)度使用多臺(tái)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行并行處理。（4）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在實(shí)際使用中，可能用戶會(huì)對(duì)某一時(shí)間段或者類型的數(shù)據(jù)特別關(guān)心，就可以通過(guò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)查詢并導(dǎo)出這部分?jǐn)?shù)據(jù)以供使用。，國(guó)內(nèi)最多50m,Corssbow 為150m. 而我們?cè)诠?jié)點(diǎn)間無(wú)阻擋時(shí)理論距離為30000m, 有阻擋為500～1000m, 具有極高的性價(jià)比. 2. 能耗低，國(guó)外同類產(chǎn)品發(fā)射電流消耗為20mA, 。3. 節(jié)點(diǎn)數(shù)多，囯外一般150個(gè), 我們可以256個(gè), 還可擴(kuò)充至1000個(gè)以上.4. 系統(tǒng)精度高，比同類產(chǎn)品高一個(gè)數(shù)量級(jí)；5. 安全系數(shù)高，由于我們提供了數(shù)據(jù)完整性的檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用了＂AES128”,即具有高度的保密性。6. 系統(tǒng)可靠性高，由于我們采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通訊業(yè)務(wù)與留了專業(yè)時(shí)隙，避免了發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突，而且節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)自由路由的方式進(jìn)行傳輸，從而保證了信息的可靠性；，我們針對(duì)時(shí)延敏感的運(yùn)用做了優(yōu)化，通訊時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延非常短。1. 監(jiān)視和記錄傳感器的測(cè)試數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄下所有不同傳感器的測(cè)試數(shù)據(jù)并保留在系統(tǒng)的服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。服務(wù)器自帶網(wǎng)站服務(wù)?？梢砸跃W(wǎng)頁(yè)的形式提供監(jiān)視結(jié)果。2. 實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳達(dá)和報(bào)警單個(gè)的傳感器的數(shù)據(jù)可用來(lái)設(shè)成觸發(fā)點(diǎn)來(lái)觸發(fā)手機(jī)短信的發(fā)送，的發(fā)送。3. 隨插隨用的傳感器和結(jié)點(diǎn)每一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)可以插入多個(gè)不同種類的傳感器，只要傳感器的接口是標(biāo)準(zhǔn)的ESB (Environmental Sensor Bus) ，無(wú)需任何改動(dòng)，插入即可使用。4. 網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)張性只要加結(jié)點(diǎn)，網(wǎng)