基于物联网的工地扬尘监控系统的设计与实现
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作者:陈鸣 朱小曼
摘 要：根据生态环境部公布的《2018中国生态环境状况公报》显示：2018年全国338个地级及以上城市中，121个城市环境空气质量达标，217个城市环境空气质量超标。本文设计和实现了一套基于物联网的工地扬尘监控系统。针对工地扬尘的监控，数据采集节点采集工地扬尘数据之后将数据发送到汇聚节点，汇聚节点通过通信网络将数据发送到部署在云端的系统管理平台，进而实现工地扬尘的实时监控和管理。本系统部署之后能够有效提升城市工地扬尘管控效率。
关键词：物联网 工地扬尘 监控
以PM2.5为首要污染物的天数占重度及以上污染天数的60.0%，以PM10为首要污染物的占37.2%[1]。通过对我国多个城市环境空气颗粒物进行来源解析发现，建筑施工扬尘是城市扬尘污染的重要原因之一[2]。无论我国北方还是南方，PM10和PM2.5的来源中均包括了扬尘特别是一些工地扬尘[5-6]。因此，构建一套价格低廉，适于大规模部署的工地扬尘监控系统是非常有必要的。
1 系统总体设计
本文设计的工地扬尘监控系统主要分为三个模块，即数据采集模块（采集节点）、数据传输模块（汇聚节点）和数据管理模块（管理平台）。数据采集模块（采集节点），负责采集工地扬尘数据，对采集的信号进行处理并发送到汇聚节点;数据传输模块（汇聚节点）负责收集、存储所有采集节点的数据。
2 数据采集模块设计
数据采集节点主要由颗粒物浓度传感器、单片机、单片机开发板和Zigbee模块组成，负责扬尘数据的采集，并将采集得到的信号进行处理后发送到汇聚节点。
通过对比之后，本系统数据采集节点的传感器选择使用DSM501A颗粒物浓度传感器，在通电之后即刻进行数据采集，并通过脉冲信号进行输出。数据采集节点主要由传感器、stc型號单片机、51单片机最小开发板和Zigbee模块组成，连接方式如图1所示。
3 数据传输模块设计
数据传输模块（汇聚节点）具有收集、存储所有采集节点数据的功能，同时承担整个物联网中网关的功能，通过SIM卡模块将网络中采集到的工地扬尘数据发送到部署在云端的服务器。汇聚节点主要由stc型号单片机、SIM300模块主要部件和51单片机最小开发板组成，连接方式如图2所示。
4 数据管理平台设计
4.1 数据管理平台需求分析
本文设计的监控系统的数据管理平台用户主要分为管理员用户（系统管理人员）、工地用户（硬件部署的工地单位）和普通用户（直接通过设备访问平台的用户）三大类。
数据管理平台主要用于监控各个工地的数据情况扬尘情况，工地扬尘数据通过部署在城市中各个工地的数据采集节点采集并转由汇聚节点发送至部署在云端的服务器，最终实现对工地扬尘排放状况的监控和预警。
对于工地管理，管理员用户登录后可对扬尘系统进行管理，添加新的工地、施工单位、监管单位、建设单位和节点信息，查看各单位工地和节点的信息等，也可以对上述信息进行增删改查等基本操作。
对于工地信息管理，由工地用户进行管理，填写工地信息，管理用户进行审核及相关硬件部署。管理员用户也可以在平台上事先手动注册工地信息，再由工地用户完善。
对于工地信息展示，系统将可视化所有纳入监控的工地信息，相关界面展示扬尘数据达标的工地数目以及状态，表格中用颜色区分不同工地的当前状态。可以筛选只展示同一种状态的工地如预警工地，也可以搜索具体工地，显示工地的详细信息、在地图中的详细位置等。
对于扬尘数据信息的可视化，系统通过线型图的变化可视化一个工地的历史扬尘情况，方便普通用户和管理用户了解这个工地的扬尘数据信息。
4.2 数据管理平台逻辑架构
数据管理平台共分为五个层次：接入层，用户通过使用各种设备实现对该平台的访问;平台应用层，平台提供的功能和相关的业务;平台整体逻辑架构图如图3所示。
5 结语
本文针对城市工地扬尘监控的实际需求，设计和实现了一种成本低廉、操作简单、适合规模化部署的工地扬尘监控系统。该系统能够灵敏的获取工地扬尘的实时数据，实现对工地扬尘的实时监控和预警。通过部署在云端的系统管理平台对城市工地扬尘进行实时管理，可以有效提升工地扬尘的监控管理的效率。
参考文献
[1] 2018年中国环境状况公报[R].中华人民共和国生态环境部，2018.
[2] 胡敏，唐倩，彭剑飞.我国大气颗粒物来源及特征分析[J].环境与可持续发展，2011，36（5）：15-19.
[3] Chan C K，Yao X.Air pollution in mega cities in China[J].Atmospheric environment，2008，42（1）：1-42.
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