大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 技術(shù)解決方案

一、背景

說(shuō)起分布式大氣檢測(cè)儀（采用圣凱安大氣監(jiān)測(cè)傳感器），雖然它在市場(chǎng)上只是一個(gè)新面孔，可在咱們圣凱安科技的產(chǎn)品體系里卻已經(jīng)算是老前輩了，公司在這方面的技術(shù)儲(chǔ)備早就有了，三年前也誕生了雛形產(chǎn)品，只是當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)定位不夠清晰，所以市場(chǎng)開(kāi)發(fā)就一直處于停滯狀態(tài)。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，市場(chǎng)需求更加明顯，產(chǎn)品推廣計(jì)劃就再次被提上了日程。就在這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，深圳市圣凱安科技總經(jīng)理的李警，隱隱約約感覺(jué)到這是一個(gè)發(fā)展方向，同時(shí)也是考驗(yàn)自己綜合能力的一次機(jī)遇，就開(kāi)始了最初的市場(chǎng)摸索。

當(dāng)時(shí)的大氣監(jiān)測(cè)項(xiàng)目部，說(shuō)是一個(gè)部門，實(shí)際上就李警一個(gè)人，他親自帶著雛形產(chǎn)品到高新區(qū)環(huán)保局咨詢后，發(fā)現(xiàn)這個(gè)產(chǎn)品只能監(jiān)測(cè)PM2.5、Pm10，根本就滿足不了市場(chǎng)需求。為了研發(fā)出產(chǎn)銷對(duì)路的產(chǎn)品，公司決定組建了臨時(shí)協(xié)同小組，由大氣監(jiān)測(cè)項(xiàng)目部聯(lián)合智慧城市板塊、智慧安全板塊以及研究院等單位共同對(duì)硬件設(shè)備和軟件平臺(tái)進(jìn)行重新規(guī)劃設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)研發(fā)人員兩個(gè)月的技術(shù)攻關(guān)，前前后后經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次升級(jí)和改良，共推出了兩個(gè)版本的樣品，最終才有了咱們現(xiàn)在稱之為“小型空氣站”的二代產(chǎn)品。這款新品不僅完全滿足了市場(chǎng)需求，可以檢測(cè)PM2.5、PM10、一氧化碳、臭氧、二氧化硫、氮氧化物6項(xiàng)空氣參數(shù)，而且還具備便攜性強(qiáng)、性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)，非常適合多點(diǎn)布位。以前在一個(gè)區(qū)只能建立一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)卻代表整個(gè)區(qū)，現(xiàn)在通過(guò)多點(diǎn)布位能夠監(jiān)測(cè)整個(gè)面，還能通過(guò)數(shù)據(jù)分析迅速確認(rèn)污染源的類型、位置等信息，為后期治理提供了高度精確的決策性依據(jù)。

這款產(chǎn)品一經(jīng)推出就獲得了高新區(qū)環(huán)保局的高度認(rèn)可，并在4天時(shí)間內(nèi)完成了14臺(tái)小型空氣站的多點(diǎn)布位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高新區(qū)全區(qū)大氣質(zhì)量的網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)。隨后又相繼在全國(guó)范圍內(nèi)完成了近70臺(tái)小型空氣站的多點(diǎn)布位，總監(jiān)測(cè)面積達(dá)到了200多平方公里。

其實(shí)，李警并不是第一個(gè)吃螃蟹的人，在他之前已經(jīng)有人嘗試過(guò)這款產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣工作，但都沒(méi)有堅(jiān)持下來(lái)，可為什么只有他把這個(gè)事情做成了呢？同樣缺錢少人，他有什么秘密武器嗎？是的，團(tuán)隊(duì)就是他的秘密武器。為了加快項(xiàng)目進(jìn)度，借助多年積累的經(jīng)驗(yàn)，自己親自負(fù)責(zé)商務(wù)洽談工作，他又向智慧城市、智慧安全、研究院、企管部等單位尋求幫助，得到了各單位的大力支持，人手不夠的大難題也迎刃而解。

隨著高新區(qū)環(huán)保局這個(gè)項(xiàng)目的順利交付，產(chǎn)品的市場(chǎng)定位更加明確了，服務(wù)對(duì)象就鎖定環(huán)保局，針對(duì)環(huán)保局的需求對(duì)口開(kāi)發(fā)，這樣產(chǎn)品功能與客戶需求也就更加契合了。客戶需求搞清楚了，產(chǎn)品適銷對(duì)路了，就沒(méi)有做不好的事情，借著團(tuán)隊(duì)高漲的士氣，大家又一鼓作氣拿下了其他市區(qū)的項(xiàng)目，并開(kāi)始在重點(diǎn)工業(yè)城市進(jìn)行大范圍推廣，市場(chǎng)越做越大。

至此，大氣監(jiān)測(cè)項(xiàng)目部終于完成了從最初的“雛形產(chǎn)品沒(méi)有市場(chǎng)”到現(xiàn)在的“二代新品供不應(yīng)求”的華麗轉(zhuǎn)身，這背后是整個(gè)團(tuán)隊(duì)兢兢業(yè)業(yè)、勤勤懇懇地付出，尤其是工程師們放下身段、親臨一線的高境界低姿態(tài)，為項(xiàng)目落地立下了汗馬功勞。項(xiàng)目后期的安裝工作需要聘請(qǐng)工人來(lái)完成，為了節(jié)省開(kāi)支，李警就帶著技術(shù)人員親自上陣。八月份正是天氣最熱的時(shí)候，他們幾乎每天都在烈日下奔波，因?yàn)樵O(shè)備的安裝高度必須在5-12米之間，所以他們不是跑東跑西協(xié)調(diào)設(shè)備的最佳安裝位置，就是扛著200多斤的設(shè)備和輔料跑上跑下。那段時(shí)間磕磕碰碰都是家常便飯，甚至累得感冒發(fā)燒了也都扛著。

在2016年大氣監(jiān)測(cè)平臺(tái)項(xiàng)目榮獲了“科技創(chuàng)新獎(jiǎng)”，“立足市場(chǎng)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品”的創(chuàng)新模式打破了之前“立足產(chǎn)品謀求市場(chǎng)”的傳統(tǒng)思維，將市場(chǎng)需求迅速轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品方案并在第一時(shí)間推向市場(chǎng)。

隨著團(tuán)隊(duì)成員的陸續(xù)加入，大氣監(jiān)測(cè)項(xiàng)目部不斷發(fā)展和壯大起來(lái)。

2016年，圣凱安科技推出一套完整的氣體檢測(cè)軟件系統(tǒng)（無(wú)人機(jī)氣體檢測(cè)系統(tǒng)）將大氣監(jiān)測(cè)傳感器與無(wú)人機(jī)相結(jié)合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)如今無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)作為繼航空、航天遙感后的第3代遙感技術(shù)：具有立體監(jiān)測(cè)、響應(yīng)速度快、監(jiān)測(cè)范圍廣、地形干擾小等優(yōu)點(diǎn), 是今后進(jìn)行大氣突發(fā)事件污染源識(shí)別和濃度監(jiān)測(cè)的重要發(fā)展方向之一。

二、無(wú)人機(jī)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀

無(wú)人機(jī)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀（SKA/WRJ-8）是圣凱安科技專為無(wú)人機(jī)氣體檢測(cè)系統(tǒng)而專門設(shè)計(jì)的一款產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)參數(shù)包括：SO2，NO2，O3，CO以及可顆粒物PM2.5和PM10等，并實(shí)時(shí)傳輸回地面顯示無(wú)人機(jī)飛行所在環(huán)境的檢測(cè)數(shù)據(jù)及生成對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)曲線。同時(shí)通過(guò)配置圣凱安科技高精度、體積小、重量輕的智能型7NE系列氣體傳感器可擴(kuò)展檢測(cè)NH3，HCN，HCL及甲烷/非甲烷碳?xì)浠衔铩?/span>VOC等幾百種氣體參數(shù)，可完美搭載在無(wú)人機(jī)上進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)無(wú)人機(jī)飛行不會(huì)造成影響。

無(wú)人機(jī)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀（SKA/WRJ-8）主要包含幾部分：采樣單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)分析單元等；采樣單元監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)傳或GPRS傳輸單元傳送至地面顯示平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)管理及圖表生成。

詳細(xì)參數(shù)：

●適用：多旋翼無(wú)人機(jī)、固定翼無(wú)人機(jī)；

●檢測(cè)氣體：PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO、O3、VOC等可靈活替換（具體請(qǐng)聯(lián)系圣凱安售前）；

●檢測(cè)原理：電化學(xué)、激光以及紅外原理；

●重量：950克（標(biāo)準(zhǔn)7參數(shù)） ；

●尺寸：220×145×60mm；

●供電：12-24V；

●數(shù)據(jù)傳輸方式：GPRS /數(shù)傳；

●工作環(huán)境溫度：(-30~+60)℃；

●工作環(huán)境濕度：(15 ~ 95)% RH 無(wú)凝露 ；

●設(shè)備壽命：氣體器件壽命2年

產(chǎn)品特點(diǎn)

●軟件兼容多種無(wú)人機(jī)制造商包括大疆所有系列（歡迎訂制）

●上百種氣體傳感器可以隨時(shí)更換，系統(tǒng)帶有自動(dòng)識(shí)別功能

●外殼防水、防風(fēng)、防塵、防撞擊設(shè)計(jì)

●實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并生成對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)曲線

●可查看歷史實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并同時(shí)生成曲線分析圖，列表和圖表樣式顯示歷史數(shù)據(jù)，方便對(duì)比查看

●同時(shí)顯示經(jīng)緯度、高度、溫度、濕度、PM1、PM2.5、PM10、上百種氣體實(shí)時(shí)濃度值。

●檢測(cè)精度可達(dá)到ppb級(jí)。

●實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)到地面端，也可以通過(guò)GPRS實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器。

●自動(dòng)采樣分析高精度分析儀器；
●具有良好的抗干擾能力 ，數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)換算為標(biāo)態(tài)濃度；
●各項(xiàng)資料自動(dòng)傳輸、遠(yuǎn)程自動(dòng)和手動(dòng)控制、故障診斷及報(bào)警等基本功能。

三、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

這套系統(tǒng)主要包括無(wú)人飛行器、NE sensor氣體檢測(cè)、數(shù)傳/GPRS、地面站/服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理軟件等構(gòu)成。主要的作用于檢測(cè)大氣空氣質(zhì)量AQI與應(yīng)急檢測(cè)有毒有害氣體，其精度可以達(dá)到1PPB。改變了傳統(tǒng)固定點(diǎn)的檢測(cè)使得氣體檢測(cè)變得靈活、快速、準(zhǔn)確、方便。

2 氣體濃度數(shù)據(jù)采集的軟件實(shí)現(xiàn)

氣體檢測(cè)這塊有著成千上萬(wàn)種氣體種類、量程、精度等。我司為了簡(jiǎn)化用戶的操作與成本。我司特設(shè)計(jì)一套7NE系列的傳感器。有著一整套完整的軟件信息系統(tǒng)，把所有可以檢測(cè)到的氣體種類我們有效的劃分開(kāi)實(shí)現(xiàn)全部智能化的識(shí)別系統(tǒng)?？蛻艨梢愿鶕?jù)不同的檢測(cè)場(chǎng)景搭配不同的傳感器；使得無(wú)人機(jī)氣體檢測(cè)非常靈活不受荷載的影響。數(shù)據(jù)采集主要如下圖所示。

3傳輸協(xié)議

根據(jù)7NE系列氣體傳感器的通訊方式可以采用模擬電壓、模擬電流、TTL、RS485，我司的采用的是RS485、TTL兩組通訊方式。

串口波特率9600，校驗(yàn)位無(wú)，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位；數(shù)值為Hex

四、無(wú)人機(jī)飛行控制器臺(tái)

地面接收系統(tǒng)的軟件Green Ear是專門設(shè)計(jì)的可用于上述監(jiān)測(cè)檢測(cè)數(shù)據(jù)接收、解碼、顯示、處理、報(bào)告并向云端上傳的專用軟件，它與通用飛控軟件Mission Planner相結(jié)合，在獲取飛行路徑規(guī)劃及飛行器飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加我司的氣體檢測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)濃度值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析融合，并支持多探測(cè)器同步數(shù)據(jù)回傳和處理功能。

數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，主要功能應(yīng)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查詢、區(qū)域的GPS經(jīng)緯度、時(shí)間等信息同步傳回地面接收系統(tǒng)。

(1)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示

平臺(tái)可對(duì)各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。將空氣質(zhì)量氣體傳感器數(shù)據(jù)、有毒氣體應(yīng)急監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯入到統(tǒng)一平臺(tái)，統(tǒng)一管理，綜合展示。氣體傳感器數(shù)據(jù)以不同顏色代表不同污染級(jí)別。

以下為最近1小時(shí)內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

(2)歷史數(shù)據(jù)查詢

將各點(diǎn)位的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析，例如日變化分析、時(shí)間序列分析等，幫助采購(gòu)方節(jié)約手動(dòng)分析時(shí)間成本，同時(shí)還能夠幫助采購(gòu)方了解基本污染狀況。

(3)區(qū)域污染概率分析

通過(guò)計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)，各區(qū)域污染超標(biāo)的累積概率，能夠得到經(jīng)常發(fā)生污染的區(qū)域，即為超標(biāo)重點(diǎn)區(qū)域，也可能為潛在污染源，管理者可根據(jù)分析結(jié)果對(duì)此類區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)管。

(4)污染排名統(tǒng)計(jì)

實(shí)時(shí)排名分析讓采購(gòu)方掌握最新的污染動(dòng)態(tài)，歷史排名分析可以幫助采購(gòu)方查找重點(diǎn)污染區(qū)域。

五、空氣質(zhì)量網(wǎng)格化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

空氣質(zhì)量網(wǎng)格化在線監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)解決方案，平臺(tái)數(shù)據(jù)中心可提供所屬地區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集傳輸、實(shí)時(shí)監(jiān)控空氣環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)查詢及報(bào)表統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)自動(dòng)預(yù)警、環(huán)保信息綜合分析、數(shù)據(jù)歸集和排名反饋等，為環(huán)保的研究提供信息資源和手段，為環(huán)保業(yè)務(wù)管理提供統(tǒng)一的管理平臺(tái)。

分布式大氣污染物復(fù)合監(jiān)測(cè)器

深圳市圣凱安科技有限公司網(wǎng)格化空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)綜合解決方案針對(duì)城市、農(nóng)村、居民區(qū)、工業(yè)園區(qū)，工地等存在有組織和無(wú)組織污染排放源的區(qū)域，進(jìn)行全面、精準(zhǔn)“網(wǎng)格化布點(diǎn)”，將目標(biāo)區(qū)域均勻劃分為若干網(wǎng)格點(diǎn)，綜合固定監(jiān)測(cè)和移動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，形成精細(xì)的覆蓋整個(gè)區(qū)域的感知物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)控多種污染物的濃度水平和分布規(guī)律，通過(guò)環(huán)保云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)計(jì)算挖掘，確定區(qū)域空氣污染的主要成因和來(lái)源，并為預(yù)測(cè)預(yù)警、溯源及靶向治理等環(huán)保決策提供精準(zhǔn)的大數(shù)據(jù)支持。

該方案采用三層架構(gòu)體系，即感知層、傳輸支撐層、應(yīng)用層。數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)格化感知設(shè)備采集后，通過(guò)傳輸支撐層網(wǎng)絡(luò)上傳到環(huán)保云計(jì)算平臺(tái)，提供軟硬件支撐環(huán)境和數(shù)據(jù)模型，在應(yīng)用層上，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)格化監(jiān)控和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的業(yè)務(wù)管理。

深圳市圣凱安科技有限公司網(wǎng)格化空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)層在環(huán)保數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，充分利用大數(shù)據(jù)和環(huán)保云平臺(tái)等技術(shù)，綜合成熟的數(shù)據(jù)模型及算法，在實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)功能的同時(shí)，為相關(guān)職能部門提供空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)警、污染突發(fā)事件溯源及處置等決策支持。

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經(jīng)過(guò)多次的自主研發(fā)，圣凱安科技無(wú)人機(jī)氣體檢測(cè)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于黨政機(jī)關(guān)、環(huán)保、電信、水利、交通、公安等行業(yè)，為客戶創(chuàng)造了良好的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

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