环境监测一体化视频采集系统.docx

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环境监测一体化视频采集系统

城市空气质量无线监测系统

技术白皮书

第一章背景

环境保护是我国的一项基本国策。

随着我国环境保护事业的发展，环境管理工作不断深化，信息化已成为提高环境管理与决策水平的重要技术基础。

国家环境保护总局明确提出环境信息化建设作为环境管理能力建设的一项重要工作。

环境监测是环境保护工作的重要组成部分，是环境管理的基础和技术支持，而空气质量监测则又是环境监测的一个重要组成部分。

我国空气污染的情况相当严重，是全球三大酸雨区之一，改革开放以来，随着社会经济的快速发展，工业化水平的提高，对环境产生的影响越来越大，尤其是在城市集中了大量的工厂、车辆、人口，城市环境承受着巨大压力，空气质量面临新增排放源的威胁。

随着生活水平的提高，全社会环保意识的提高，人们对生活环境健康越来越关注，对生活的空气质量越来越关心，对环境信息提供的要求越来越高。

空气质量有没有开始恶化，哪些地方在恶化，恶化程度如何，发展趋势如何，专家关心它，人民关心它，政府更关心它。

因此，北京致生联发信息技术股份有限公司集企业科研力量开发出新型的空气质量检测系统“城市空气质量无线监测系统”，该系统已采用物联网高科技手段完成由传统单一环境数据的采集集成视频采集手段，使得现场采集更直观和可靠，同时采用无线在线传输技术，可以更快、更方便地进行系统前端设备的部署，节省投资并达到高效率的管理和高质量的服务水平。

后台处理系统真实反映环境空气质量动态变化，实现环境空气质量日报、预报的重要技术手段，为治理环境提供可靠、连续的数据，供政府决策部门使用。

第二章系统设计原则

我们的基础设计思想：

按照客户的实际需求，度身定做最优化的物联网行业应用系统。

针对无线空气质量自动监测应用，我们从实际应用的需要作为选择和设计的出发点，从以下几个方面综合分析和评估，提出适合的整体规划方案。

（1）系统配合度：

本系统工程属于固定资产投资，前、后端设备的系统整合与配合一致，接口的完善、与传输平台的融合等，都是需要实现的重点功能。

（2）设备的整体性：

在条件许可下，一个系统中尽可能选用同一系列的设备，使产品性能得以充分体现，从而提高系统的稳定性和使用寿命。

（3）专业素质及维修能力：

不论产品品质多好，总有出故障的可能，除了在产品的选择要把好关，尽量减少潜在故障发生的可能性，同时需具备专业的售后服务能力。

（4）方便用户操作：

根据使用环境，选配容易操作的系统，使系统功能得以充分利用。

方便容易的操作系统更能满足用户的需要。

（5）系统的扩展能力：

当今科技日新月异，尤其是电子产品，更新换代率更高。

较强的系统扩展功能，可以让用户在需要时，只需增加少量部件即可使系统得以扩展，以提高使用价值。

（6）实用的系统设备：

根据使用场合选配实用的设备“量体裁衣”，尽量避免选用超过所需功能的设备。

（7）设备技术指标的真实性：

我们会检验设备技术指标的真实性，只有通过以往种种检验，包含工程使用后，才能向用户推荐。

（8）价格因素：

在满足需要的前提下，寻求一个合理的投资是很有必要的，满足系统最佳性价比要求是我们力求做到的，但过于压低价格，将不利于用户自身利益保护。

第三章系统概述

3.1系统功能描述

“城市空气质量无线监测系统”以自动监测仪器为采集前端、以无线数据通讯设备为关键节点、以移动运营商数据网络为传输通道、以功能完备的后台监测管理软件为支撑的一体化整合系统。

自动感应器由空气质量传感器（颗粒物检测等）、温湿度传感器、视频采集以及A/D转换、数据接口等单元组成，负责自动采样、自动监测区域所部署的传感器节点、监测每点的数据。

数据通过接口协议进入无线通讯节点设备传输通道，由无线通讯数据终端负责将数据传输到监测管理中心。

中心接收到相关参数数据，通过后台监测管理系统进行数据汇总、整理和综合分析并转化成详细信息实时在监测终端或大屏幕上进行显示，工作人员可以在监控中心或办公室进行监测，随时得到即时数据报告，实现远端无人值守。

系统功能特点：

Ø整合3G/4G/Wifi通信技术，实时监测城市大气环境数据，实时进行数据传输，实时控制现场设备的运行状态；

Ø实现各类监测数据的接收、显示、统计、自动分析、存储、应用、发布；

Ø利用数据库接口功能，在监测管理中心显示终端上直观地生成可视化的计算结果图表；

Ø选用先进的开发技术，应用系统操作简便、人机界面友好，适合各层面人员操作使用；

Ø具有超前的设计理念，根据环境管理工作的发展和要求，能够随时进行扩充，并兼容现有应用系统；

Ø在网络覆盖面、可靠性、稳定性、实时传输速度、数据传输的准确性及安全性、操作界面、建设投资及系统日常运行费用合理等方面具有良好的体现。

3.2系统拓扑图

3.2.1系统功能模块示意图

3.2.2系统组网示意图

第四章系统详细介绍

4.1前端采集设备

环境空气质量自动监测系统是一套环境参数感应器为核心的自动监测系统。

颗粒物传感器、温湿度传感器、图像传感器等。

（1）温湿度传感器：

该传感器与图像传感器集成在一起，温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。

温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。

技术参数：

空气湿度：

范围0～100%

精度：

±5%

分辨率1%

空气温度：

范围-30～70℃

精度±0.2℃

分辨率1℃

信号输出方式：

0～2.0V或4～20mA

响应时间：

<1S

测量稳定时间：

1S

工作温度范围：

-35℃～75℃

（2）粉尘传感器

粉尘浓度传感器外观轻巧，性能优越。

集成于摄像头内。

它集探测系统、控制系统、电源系统、采样系统、单片机系统为一体，装有先进的数字传感器，将采样和测量功能一起完成，可以在线监测粉尘浓度，并同步显示测量数据。

传感器具有开关量输出功能，当粉尘浓度超过设定的报警值时可输出开关量报警信号。

该传感器体积小，重量轻，精度高，测量准确，操作简单，安全可靠。

该传感器无需使用滤膜，具有防水、防雾功能，与网络连接，监控中心技术人员可以实时在画面上粉尘数据，24小时监测。

技术指标：

　　测量范围：

0.01mg/m3～1000mg/m3

　　相对误差：

≤±15%

　　相对误差：

≤±2.5%

　　工作电压Ue：

12V～19VDC（本安电源）

　　工作电流Ie：

≤200mA

　　环境条件：

　　工作温度：

-20℃～70℃

　　相对湿度：

≤98%（25℃时）

（3）摄像头

采用高性能的SONYCCD，支持自动白平衡功能，色彩还原度高，图像逼真；支持ICR红外滤片式自动切换，自动彩转黑功能，实现昼夜监控；支持OSD菜单控制，适合客户自定义设置；支持自动电子增益功能，亮度自适应；支持背焦调节方式；适用于金融、超市、电信、政府、学校、机场、工厂、酒店等要求高清画质的场所。

图像传感器

1/3"SONYCCD

视频制式

PAL

有效像素

PAL:

752（H）×582（V）

440Kpixels

分辨率

彩色540TVL，黑白600TVL

最低照度

彩色：

0.05Lux/F1.2

黑白：

0.01Lux/F1.2

日夜转换模式

ICR红外滤片自动切换

同步方式

内同步/电源同步

视频输出

1Vp-p（75欧姆/BNC）

信噪比

大于50dB

菜单控制

镜头类型

手动/直流/视频

自动增益

关/高/中/低

背光补偿

背光区域可设，背光强度可设

曝光设定

曝光设定/增益

白平衡

自动白平衡/自动跟踪/手动

日夜模式

自动/外部触发/黑白/彩色

视频设置

镜像/伽马/视频信号/锐度/饱和度/清晰度/亮度/正负片

高级设置

防闪烁/内同步/坏点检测/屏蔽区域/RS485/制造信息

语言

中文/英文

通讯接口

RS-485

工作温度

-10ºC~+60ºC

电源

DC12V±10%

功耗

5WMax

尺寸（mm）

129×68×66mm

重量

700g

（4）无线数据传输单元

该单元是基于3G的无线视频服务器，集视频编码、无线传输为一体。

以3G网络作为传输通道。

 指 标

规格描述

DSP芯片

TMS320DM6446

PCI芯片

P17C8512AMA

PCI规范

兼容PCI2.2规范

视频压缩标准

H.264/MPEG4

视频输入

1-5路PAL/NTSC复合视频信号，BNC（电平1.0Vp-p，阻抗75Ω）

支持制式

PAL/NTSC

编码分辨率

D1/HalfD1/2CIF/CIF/QCIF

预览分辨率

D1/CIF/QCIF

帧率

PAL制：

25F/S、NTSC制：

30F/S

输出码率

230kbps

语音压缩标准

G．711A-law

语音采样率

8bit/8KHz或16bit/8KHz

语音输出码率

16Kbps

网络接口

1个RJ4510M/100M自适应以太网口

云台控制

1个RS485接口

通讯接口

1个RS232接口

工作电压范围

5V±10%、3.3V±10%

工作环境温度 

 -5℃～60℃

功耗

<3W

4.2监测中心管理系统

4.2.1系统功能描述

监测管理中心对各个监测点进行控制指挥，各监测点采集各种空气质量等参数，两者间的控制信息和监测数据通过系统无线数据传输设备数据传输模块功能完成。

监测中心既是各监测站的指挥中心，又是监测站监测数据的汇集、处理和存贮的数据库。

各监测点可设置为自动定时向监测中心发送图像和信息，也可设置为平时处于待机状态，在收到监测中心的指令后才开始启动工作，将信息发送给监测中心，各监测点有数据采集，命令识别，数据发送的功能。

4.2.2子站软件功能

⏹监测项目由用户设置组态，适应不同的子站配置。

⏹可对一次仪表输出模拟信号采集，并进行A/D转换。

⏹可通过RS232、RS485口直接采集带通讯功能的一次仪表的数据。

⏹可通过数据通讯接口与中心站远程联系，实现数据传输及控制。

⏹采集数据可用图形动态显示，以分钟平均值为基本数据，自动生成数据文件。

⏹可查阅任意一日的原始数据，统计小时平均值及污染指数，生成日报、周报、月报、年报等，并可打印输出。

⏹可将任意一日的原始数据和统计小时均值以文本文件导出。

⏹可以控制一次仪表的调零。

⏹可主动呼叫向远程发送任意一日任意时段的数据。

4.2.3中心站软件功能

⏹在线监测和远程控制

可以在线查看、查询、获取各种模拟设备和开关的最新数据、状况。

并可以实现定时监测。

中心控制室可以实时显示各项空气质量参数数据,能够对监测现场设备进行远程启动、设定工作时间、调整工作周期、数据二次查询等远程操作，并将分析结果和设备运行日志记录于监测管理中心数据中。

⏹报警处理

报警有四种：

断线报警（包括设备故障报警）、超标报警、开关设备报警和异常情况报警。

可以灵活设定报警条件，并和人员的手机、短信绑定，在满足报警条件时，自动发送报警信息。

⏹短信服务

短信服务有：

数据传送，可以把监测站的数据发送到指定的手机；短信报警（数据报警，断线报警，开关设备报警，监测仪器报警）；批量配置报警数据；自写短信，自定义短信的内容和发送对象。

⏹查询统计

提供多种条件查询方式和查询结果分类、分项排序、统计最大值、最小值、平均值、汇总值等分析处理功能。

提供统计各类监测数据功能并提供查询结果打印。

⏹分析报表 

对于监测统计数据按指定的时间段进行列表和图形方式分析，列表分析以表格的方式给出，图形方式通过曲线、柱状和饼状等图形直观的显示。

可将各子站的统计日报数据转入年度数据库，以进一步编辑处理，导出为可上报的国家标准要求的数据库文件，如：

生成日报、周报、月报、年报等。

系统至少提供以下报表并能够按照所见即所得的效果进行打印：

◎实时监测数据日报表（曲线图），月报表（曲线图），年报表（曲线图）

◎历史监测数据报表

◎超标监测数据报表

◎网络反控日志

◎试剂报警日志

◎数据汇总报表

◎数据历史查询报表

◎数据分析统计报表（含柱状或饼状图）大气自动监测日监测数据分析报表

⏹数据标记和剔除

特定的职能管理部门在审查分析数据的过程中，对于已经确认异常或无效的数据能够进行手动标记或剔除操作。

对于任何的标记或剔除操作，系统自动记忆，作为日志备查。

⏹系统管理

设置系统的一些参数，包括权限管理、常量管理、设备管理、在线列表和监控源类型设置等。

⏹视频数据

视频监控系统能实现现场影像的高清晰同步实时传输，在监控中心电视墙等终端上显示，并通过监控中心网络来实现图像的传输、显示、存储、回放等功能。

4.2.4系统配置

城市空气质量无线监测系统监测管理软件为C/S架构，根据本项目实际情况已能满足需求。

监测管理中心可以利用已有视频监控中心网络接入和显示系统，只需配备相应数据、通信服务器及操作终端即可满足硬件设备要求，系统可快速部署并投入使用。

第五章系统优势

作为物联网在环保行业的典型应用之一，“城市空气质量无线监测系统”在环境在线监测中的优点极为明显：

Ø广泛的应用：

无线数据传输系统可以无缝地与网络连接，从而保证环境监测人员不受时间和地点的限制。

将监测控制中心系统装在笔记本电脑上,可以实现对环境监测子站数据的移动接受和处理；

Ø运行费用低：

环境在线监测系统要求每天24小时运行,高额的通讯费会增大监测成本，无线通讯系统只有产生通信流量时才计费，按照用户数据传输流量来计费的方式，计费更加科学合理；而且费用低廉,非常适合在线监测的要求；

Ø性能稳定：

环境在线监测系统要求数据传输稳定,不能有数据传输延误和断传现象，无线数据传输系统激活后，永远保持在线，不存在掉线问题，同时由于3G的传输速率基本可以保障，极少会出现数据传输延误现象；

Ø安全性强：

环境在线监测数据的使用和发布有严格的规定,在线监测数的安全是数据传输中必须重视的问题，无线通讯系统在使用前,需要预先设定IP地址,使用时会向预先设定IP地址发送数据,可以避免他人的恶意获取；

Ø数据完整：

环境在线监测子站分析仪器全天运行得到的监测数据的数量较大,同时相关技术规范也要求每日气态污染物不少于18个有效小时平均值,保证数据完整性非常重要,不能丢失数据。

Ø

“城市空气质量无线监测系统软件平台”为公司独立自主开发，立足于实际应用需求，功能模块设计合理，极大限度减少对操作系统的要求，几乎不依赖于其它应用软件的支持，运行环境要求低，易于安装使用和维护，长期测试稳定运行。