智慧实现,更加容易!
天津智易时代科技发展有限公司 | 扬尘在线监测系统
智慧实现,更加容易!公司是由南开大学博士团队创办的专门从事软件开发、计算机系统集成的高科技公司。公司现有环保(大气水质土壤质量)监测网格化管理系统、智慧消防水源管理系统、智能一卡通等成熟产品,致力于物联网大数据平台的构建,为智慧城市建设贡献力量。
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扬尘在线监测系统

09 一 扬尘在线监测系统

一、背景介绍

1.1项目背景

根据国家环保部监测数据,目前一些大中城市的雾霾天气较为严重,尤其是在京津冀、长三角、珠三角最为严重。监测表明,这些地区每年出现霾的天数在100天以上,个别城市甚至超过200天。空气污染严重的深层次原因是我国快速工业化、城镇化过程中所积累环境问题的显现,高耗能、高排放、重污染、产能过剩、布局不合理、能源消耗过大和以煤为主的能源结构持续强化,城市机动车保有量的快速增长,污染排放量的大幅增加,建筑工地遍地开花,污染控制力度不够,主要的大气污染排放总量远远超过了环境容量等多种原因。其中,因建筑施工产生的扬尘污染,已经成为影响城市空气质量的主要原因之一。

建筑工地扬尘污染是建筑施工过程中排放的无组织颗粒物污染,既包括施工工地内部各种施工环节造成的一次扬尘,也包括因施工运输车辆粘带泥土以及建筑材料逸散在工地外部道路上所造成的二次交通扬尘。长期以来,对于建设工地扬尘带来的空气质量监管方面,由于不能得到实时的监测数据,或者收到举报无法得到与事实相对应的直接数据,一直是令政府监管部门十分困扰的事情。

根据北京市环保部门的监测和分析,扬尘污染约占PM2.5来源的15.8%。南京的六类主要污染源中,扬尘的比例最大,达37.28%。由于建筑工地扬尘的排放高度一般较低,并且往往集中在人口密集的城市地区,因此建筑工地扬尘对空气质量的影响日益受到关注。

为了有效监控建筑工地扬尘污染,接受市民的监督和投诉,共建绿色环保建筑工地,有必要进行建设工程扬尘污染自动监控系统的研究和开发。

本方案提供了一种对工地杨尘噪声等(空气中可吸入颗粒物)实时监测的解决方案。通过远程数据监测系统可以对工地区域扬尘进行实时有效的监测管理。项目的全面实施,可将全市范围所有的建设施工纳入监管范围,真正实现有效管理和标准化执法。

1.2工地管理现状及存在问题

  • 质量管理人员少监管力不从心

工程监管存在点多面广、监管人员数量严重匮乏的现象。目前对工程项目施工过程中质量安全监管的手段基本上采取深入施工现场进行实地抽查、抽测、验收的方式。存在劳动强度大、危险性高、耗时耗力的缺点。

  • 环境恶劣监管手段单一管理效率低下

现场使用人工方法进行肉眼观察检查,质量安全监管存在自然环境恶劣、效率低下的问题。

  • 实时、多级管理难以实现,可追溯性差

现有的管理手段、企业管理人员无法实时掌控工地现场质量安全与扬尘污染情况。监督管理工作复杂,结果受人为因素影响较大,常常无法客观公正反应现场扬尘的实际情况,可追溯性差。

1.3建设依据

符合国家标准:GB3095-2012环境空气质量标准

二、建设方案

2.1系统概况

在我们生活周围,存在众多的污染源,造成大气环境恶劣,PM2.5急剧上升,主要的污染源来源于工业粉尘、燃煤、机动车尾气、扬尘等几方面,其中扬尘就占据污染源的28%,是当前大气污染的主要因素之一。

扬尘也分为多个种类,主要有道路扬尘、施工扬尘、堆场扬尘等,而且根据相关介绍扬尘属于无组织污染源,防治系数较大,是国家环保部十三五规划的重点课题,因此扬尘治疗是很有必要的,而精细化监控和管理扬尘就成了突破口,因此“24小时在线扬尘监测系统”应运而生。

“24小时在线扬尘监测系统”是天津智易时代科技发展有限公司为改善空气质量自助研发的24小时户外扬尘监控的一个终端设备。本设备实现多维一体化,除了可以实现扬尘监控以外,还可以测风速、风向、温湿光、二氧化碳、PM2.5、PM10等环境数据。该监控系统主要由扬尘监控终端、视频采集终端、数据监测及传输、服务器、监控管理软件、手机客户端等组成。

2.2功能特点

系统由颗粒物在线监测仪、数据采集和传输系统、视频监控系统、后台数据处理系统及信息监控管理平台共四部分组成。系统集成了物联网、大数据和云计算技术,通过光散射在线监测仪、360球形摄像头、气象五参数采集设备和采集传输等设备,实现了实时、远程、自动监控颗粒物浓度;数据通过采用3G网络传输,可以在智能移动平台、桌面PC机等多终端访问;监控平台还具有多种统计和高浓度报警功能,可广泛应用在散货堆场和码头、混凝土搅拌站以及工厂企业无组织排放的实时监控。

系统组成如下图所示:

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1、感知层:污染源在线监测仪,包括颗粒物浓度监测仪、气象五参数监测仪、噪声监测仪和视频监控摄像机,对颗粒物浓度、气象参数、噪声和现场视频进行连续自动在线监测;

2、传输层:采用有线、无线、3G等方式传输各种监测数据;

3、平台层:数据服务云平台,依托在建工地扬尘与噪声监测平台的数据,进行系统分析、提供跨区域、全时间、多层次的数据挖掘和对比,为科学治理雾霾提供数据支撑;

4、应用层:面向不同环保局、建筑工地的客户端系统,实现基于Web的污染源实时数据在线监测、现场图像和视频的监控、污染源超标报警、以及面向不同管理层的各种管理与统计分析。

在线监测信息监控管理平台可支持各种终端平台通过公网访问,实现了基于Web的污染源实时数据在线监测,现场图像和视频的监控(包括对前端云台和摄像机的实时控制)、污染源超标报警、以及面向不同管理层的各种管理与统计分析。

2.3产品信息

该系统应用广泛,不管是技术先进的城市、还是数字化媒体行业、高速旋转的信息化城市、建筑工地还是物联网等等都可以使用该系统。该系统主要用在工业园区、施工工地、城绿化、生活娱乐场所的扬尘监控。

扬尘在线检测仪:

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产品特点:

1、配置40mm滤膜在线采样器;

3、具有可更换粒子切割器PM10、PM5、PM2.5、PM1.0及TSP供选择;

4、检测灵敏度:0.01mg/m3;0.001mg/m3

5、重复性误差:±2%;

6、测量精度:±10%;

7、测量范围:0.01~100 mg/m3;0.001~10 mg/m3

8、设计了恒流控制器,确保采样流量恒定,切割曲线的正确;

9、具有内装光学标准散板,确保仪器高稳定性;

10、具有特别的保护气幕,避免了粉尘对仪器核心部件—光学系统的污染,确保仪器可靠性;

11、可支持二次开发。

三、数据管理平台

1、实时前端数据采集与显示;

2、专业GIS地理信息监控与管理,独立GIS引擎,兼容百度/谷歌地图;

3、多种报表功能,简化用户人工统计,优化工作流程,支持多层次地图显示及信息管理;

4、支持设备集中管理远程配置、升级;

5、支持多种终端和操作系统,满足客户移动办公要求;(Windows / IOS / Android);

6、支持系统级别分布式部署,媒体转发服务器可分布式部署,负载均衡。

四、平台软件主要功能

4.1      电子地图位置呈现功能

可结合电子地图确切的知道每个设备所在位置,通过点击电子地图上的设备图标就可以查看设备所带各项传感器采集的实时监测因子,包括颗粒物、气象参数、视频等,双击视频播放界面可以实现放大或缩小,方便用户直观查看区域内所有监测点的部署情况和环境质量状况。

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4.2      监测因子图形展示

数据展示支持折线图、柱状图、表格等多种形式,展示的内容为各项监测因子浓度的实时与历史分钟值、小时值,方便用户查看时间段内各项监测因子变化趋势,同时可以进行监测点位之间的各项参数的对比分析,用户可以自主设定展示的时间区间,导出打印时支持选用JPG图片、PDF、EXCEL、WORD文档多种格式。

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4.3      历史数据查询

系统提供历史数据查询功能,用户通过设置时间类型、站点、查询时间选项后,即可查看到所选择站点的历史数据信息,包括各项监测因子、数据更新时间等,查询结果支持选用EXCEL文档形式导出。

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4.4      站点管理

用户在此模块可以实现监测点位信息的增、改、查、删等基本操作,点位信息包括监测点位名称、地址、经纬度、站点ID、所在区域名称等内容,实现点位信息的动态管理,区域与编号为锁定状态,可自行配置名称、经纬度、排名、公开、掉线预警等选项。

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4.5      设备监控

系统可以实现实时监视在线监测仪器是否正常工作,数据上传是否正常,从而清楚设备的运行状况及运行进度,当前端数据采集设备或仪器出现故障时,系统自动提供报警信息方便站点负责人及时知晓,并采取相应的解决措施,保证系统的正常、稳定运行。

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4.6      短信配置

此功能可以查看短信配置详情,添加条目可以新增加短信推送人员信息和发送内容,编辑选项可对接收短信用户推送内容进行管理操作,配置的信息内容包括预警信息、日报、状态预警、掉线预警,完成设置以后,列表中人员可以收到短信信息。

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4.7      污染物浓度预警

一旦各项监测因子浓度出现异常波动时,系统启动超标报警。此功能中分数据上下限与预警上下限,数据上下限为数据有效性判定标准值,超过界限的则被判定为无效。预警上下限为当监测因子不在设定值范围内一定时间之后,则会发送预警短信。

选择站点便捷,将预警上下限设定临界值,即可使用预警功能(0为默认)。

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4.8      用户管理

对于不同的角色设置相应权限管理,一个角色关联了一套操作权限。系统共提供了三种操作权限。

系统用户:拥有系统的所有功能操作权限;

管理用户:拥有部分业务相关的功能操作权限;

普通用户:只能进行系统中相关内容的查询操作,实现不同级别操作人员对数据访问范围和数据读写性的严格控制,建立统一用户管理平台实现所有用户的身份管理,包括用户个人身份信息、角色信息、电子邮箱、个人账号和密码。

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五、系统优势

系统基于对城市扬尘污染监控管理的需求而设计,技术特点和优势主要体现在以下三点:

1、监测终端系统系统集成了总悬浮颗粒物、PM10、PM2.5、温度、湿度、风向和风速等多个环境参数,24小时在线连续监测,全天候提供工地的空气质量数据,超过报警值时还能自动启动监控设备,具有多参数、实时性、智能化等特性;

2、通过传感网、无线网、因特网这三大网络传输传输数据,快速便捷地更新实时监测数据;

3、基于云计算的数据中心平台汇集了不同区域、不同时段的监测数据,具有海量存储空间,可进行多维度、多时空的数据统计分析,便于管理部分有序开展工作,同时也为建立工地环境污染控制标准积累数据,以推动对空气污染的长效管理。

六、项目效益

“24小时在线扬尘监测系统”实现了建筑工地扬尘污染在线监测、管理一体化,提升了科学管理的效率和能力。该系统对掌握扬尘污染现状的真实状况,以及采取控尘措施的效果具有权威性。

在绿色工地创建和文明施工测评中,该系统可用定量化的数据反映工地现场扬尘污染治理的水平,是各地“清洁空气计划”的重要组成部分,也有望成为建设智慧环保的有效抓手,为大气环境治理作出贡献。

附录:

一、ZWIN—YC06光散射法颗粒物自动监测仪

1.1监测系统

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ZWIN—YC06扬尘在线监测终端,是集成颗粒物在线监测仪、噪声监测仪、气象参数传感器、数据采集板及信息平台等技术为一体的开放式污染源在线监测终端,主要应用于建筑扬尘、沙石场、堆煤场、秸秆焚烧等无组织烟尘污染源排放及居民区、商业区、道路交通、施工区域等的环境空气质量的在线实时的自动监控。

监控终端与数据平台可构成监测系统。终端集成了大气颗粒物浓度监测、温湿度及风速风向监测、噪声监测、污染物超标视频抓拍;数据平台是一个互联网架构的网络化平台,终端所得数据均能通过有线或无线网络及时传递到数据平台便于管控,平台还具有对数据的报警处理、记录、查询、统计、报表输出等多种功能。

粉尘传感器具有颗粒物浓度连续监测、定时采样以及粉尘浓度超标报警等多种功能。仪器内置鞘气保护气路,防止光学终端受到污染,配合自校功能,测量稳定可靠。

1.2配置参数

名称 规格/明细
设备 多功能箱 防雨、防尘、防雷、散热保温

供电、信号处理、GPRS传输

不锈钢底材喷涂(防锈),户外安装

颗粒物防风防雨采样头

可定制丝印

颗粒物传感器 检测原理:光散射原理

粒径通道:PM2.5、PM10、TSP

检测范围:0~40mg/m3

分辨率:0.1ug/m3

环境噪声传感器 测量范围:25-130dBA;频率计权:A

采样速率:48k/s高速采样

风速、风向传感器 量程:0-45m/s;分辨率:0.1m/s;

准确度:±0.3m/s;启动风速:≤0.5m/s

量程:0-360o;分辨率:1℃;

准确度:±3℃;启动风速:≤0.5m/s

大气温湿度传感器 量程:-45~125℃;分辨率:0.1℃;

准确度:±0.3℃

量程:0~100RH;分辨率:0.1%RH

准确度:±2%RH

摄像 尺寸:7寸;像素:130W;

信噪比:大于50dB;

聚焦:37倍(普通输出)

4G传输功能
系统平台 基础软件系统 数据监测基本功能(实时监测、查询等,非平台)

1.3扬尘监测单元

设备使用激光散射法测量扬尘浓度。用精密流量控制的真空泵吸入大气中的测试气体送至传感器测量组件。传感器测量组件是以GustavMie粒子光散射理论为基础,结合微光电探测技术而制作的一套完整的空气颗粒分布浓度测量系统。

系统巧妙设计光敏感区作为粒子散射发生的场所,当粒子经过聚焦激光所形成的光敏感区后,粒子散射的光被探测窗口上的微光电探测器收集,微光电探测器把接收的光强度信号快速、准确的转化为等量电压信号,信号的密集度对应于粒子的单位浓度值,扬尘浓度值进行系数转换后通过数据接口实时输出。利用电子切割器的专利技术同时测量pm10和pm2.5两个参数。扬尘传感器的核心部件均为进口件,测量范围0-10000ug/m3

1.4噪声监测单元

噪声监测仪是一种能把工业噪声、生活噪声和交通噪声等,按人耳听觉特性近似地测定其噪声级的仪器。噪声级是指用声级计测得的并经过听感修正的声压 级(dB)或响度级(phon)。根据噪声监测仪在标准条件下测量1000Hz纯音所表现的精度,60年代国际上把噪声监测仪分为两类,一类叫精密噪声监测仪,一类叫普通。我国也采用这种方法。本噪声监测仪由传声器、放大器、衰减器、计权网络、AD 采集、变送输出、报警控制电路和电源等组成。

符合规范 《环境噪声自动监测系统技术要求(暂行)》、GB/T20441.4测量传感器第四部分
测量范围 30-130dB
频率范围 20-12.5kHz
最大误差 0.5dB
自身噪声 小于35dB
线性工作范围 不小于100dB
频率计权 A(计权)
时间计权 快(F)
统计分 具Leq、L90、L50、L10功能,同时区分日、昼、夜以及小时平均值;
设备自带现场存储功能 不间断Flash存储4天
视频叠加 支持视频叠加功能,将数据实时叠加至视频监控画面
报表打印 数据通过3G 传输至平台,自动生成各类报表,支持在线及下载数据(下载后数据为 Excel 标准模板)数据打印
采样率 10Hz
通讯设置 通过网口在线设置服务器通讯地址
数据接口 电源接口、网口(RJ45)、多功能接口(五个拓展外部传感器接口)、RS485 接口
超标录音 超标自动录音(时间15秒/次)并实时上传数据至服务器平台,服务器断电期间支持现场 Flash 存储15次,通电后数据自动上传至服务器
重启 设备异常自动重启
断电保护功能 可选蓄电池及太阳能供电(时间长短可按需配置)
防护等级 IP67
外壳材质 铝合金外壳,防风、防雨、防鸟、防雷
防腐 防腐设计,适用于工厂、工地、道路灯各种恶劣环境
校准 具备自动校准同时及手动校准功能
电源 220V 市电
工作温度 -20℃~60℃

1.5气象监测单元

我司整套设备具备风速、风向、温度、湿度、大气压等环境参数的监测,为 扬尘和噪声监测数据的后期分析提供气象参数保障;特别是通过风向对扬尘的运 动趋势做科学预测和报警;在不同的气象条件下,对扬尘、噪声监测数据做科学 的修正。

报警处置:夏季天气炎热,若空气中湿度小于下限阀值则自动开启喷淋系统增加空气湿度,防治扬尘产生;

 

气象 参数

温度:测量范围:-40~60℃;精度:±0.2℃;
湿度:测量范围:0~100%;精度:±3%;
风速:测量范围:0~32. 4 m/s;精度:±1m/s;
风向:测量范围:16 个方向(360 度);精度:±5%;
大气压:测量范围:300~1100mbar(即 30~110Kpa);精度:15 位;

1.6视频监控单元

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ZWIN—YC06扬尘在线监测终端在国内率先采用平台式管理方式为核心的视频监控系统,采用专用视频压缩芯片,图像清晰,图像采用自主优化 H.264图像压缩方式,视频压缩效率高。标准分辨率1280*720像素,最高达 1920*1080像素,并可自定义。带有音频接口,支持音视频同时传输监控。

a)可将噪声、扬尘、PM10、PM2.5 数据叠加至视频画面,使中心的监控系统能够实时监控图像信息与噪声、扬尘、PM10 和PM2.5 数据,可实现定时图片和超标图片抓拍功能。

b)通过选中设备查看与其对应的摄像头视频图像,带云台的设备可以控制摄像机 云台进行查看位置自由调整。

1.7LED显示屏

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设备配备有LED显示屏,便于现场实施掌握和了解环境质量状况,可以选择单色、双色、三色、全彩,尺寸可定制,普通版的参数性能如下:

显示屏:760*380mm2,加框820*440mm2

像素:160*80

点阵:F3.75

1.8设备外观和支架

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设备采用高强度铝型材制作,结构牢固可靠;支架采用高强度防腐蚀不锈钢制作,全部结构模块化,便于搬运和安装;

由于设备户外安装,完善考虑避雷、防雨等措施,设备按照高度2-3米,设备安装周围敷设防护栏,防止人为破坏;

二、ZWIN-BYC06β射线颗粒物(PM10)自动监测仪

2.1监测系统

β

 

ZWIN-BYC06型β射线分析仪/颗粒物浓度监测仪采用了β射线衰减的原理对粒子进行监测,可以实时监测环境大气中PM2.5、PM10、TSP颗粒物的浓度水平。该仪器长期广泛适用于环境空气颗粒物的浓度监测,如PM10,PM2.5,TSP(选配不同的采样切割头)等,该仪器是目前国内各地使用最成功的一套监测平台系统。

2.2功能特点

  • 液晶显示分析仪采用7″大屏幕液晶显示,全中文菜单。
  • 数据存储数据存储量可达百万个,数据保存时间长达20年。
  • 具有自主知识产权的嵌入式计算机和实时操作系统控制运行。
  • 键盘输入简易按键输入,人机对话模式,操作简便。
  • 监测仪独特的结构设计,采样与分析在同一通道,避免了走纸造成误差。
  • 独特的ODH外部动态露点控制系统,提高了气溶胶传输效率。
  • 监测仪能提供各种在线的运行参数,可输出至上位机,也可接受指令运行。
  • 采用质量流量计测量流量,恒定流量采样,保证了测量精度。
  • 内部故障自动诊断和报警提示,也可以通过远程诊断并修复错误。
  • 多种接口输出:模拟输出、电流输出、继电器输出,增强了系统兼容性。
  • 系统断电后来电自动重新启动,恢复正常工作。

2.3工作原理

颗粒物(PM10/PM2.5)监测仪是根据β射线吸收原理设计的。β射线是一种高速电子流,当它穿透物质后,部分被吸收,导致强度衰减。在一定条件下,其衰减量的大小仅与吸收物质的质量有关,而与吸收物质的其它物化特性(如颗粒物分散度、颜色、光泽、形状等)无关,所以能直接测量大气颗粒物的质量浓度。将强度恒定的β射线源在颗粒物采集前后分别两次穿过清洁滤纸和采集有颗粒物的滤纸,根据两次β射线被吸收的变化量来求得收集在滤纸上的颗粒物的质量。用闪烁计数器作为检测器对β射线通量进行计数,其计数频率的变化可表征β射线强度的变化,测量结果只取决于两次计数的比值和质量吸收系数,与β源的原始强度无关。

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射线法颗粒物浓度监测仪 原理框图

2.4技术指标

  • 测量范围:(0-1.0)mg/m3、(0-10)mg/m3可选
  • 最低检测限:≤005mg/m3(小时值)
  • 校准膜重现性:≤2%标准值
  • 仪器平行性:≤±7%或5μg/m3
  • 采样流量偏差:7LPM±3%
  • 计时误差:<0.1%
  • 整机噪声:≤65dB
  • 准确度:±5%
  • 阻力:>10kPa
  • 工作温度:0-40℃
  • 工作电源:AC220V±10%,50Hz±1Hz
  • 信号输出:RS232/RS485
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