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顺应对环保和空气质量相关产业的发展需求,2012年12月6日,全球产品检测和认证第三方机构美国UL广州南沙检测服务中心正式启动其室内空气质量服务(Indoor Air Quality,简称IAQ),进一步兑现其为“建立一个更安全的世界”的承诺。
源头控制是最佳解决方案
UL认为源头控制是减少室内空气污染的最佳解决方案,即首先不要让可能造成污染的产品或材料进入室内。UL室内空气服务针对会产生有害化学物质的产品及材料,采用世界上最严格的室内空气质量标准之一的GREENGUARD标准,从其产品的选材至生产等一系列环节进行检测分析,针对可能产生的化学排放问题形成一套完整的检测方案,确保室内产品化学排放的安全性。值得一提的是,作为UL室内空气质量服务中重要的一部分,GREENGUARD认证项目已具备全球权威性与公信力,获得UL GREENGUARD认证的产品得到全球多地企业、政府部门、机构等的认可,在为制造商向市场传递其产品可持续性的信息、满足绿色高端市场的市场准入规则的同时,为消费者创造更为健康的环境。
推动制造商提高“绿色价值”
UL在中国的室内空气质量服务主要针对中国市场提供本土化服务,其中包括产品化学物质释放测试及分析,室内空气质量测试以及咨询服务等。UL利用环境检测舱,对家用电器、电子产品、家具、建筑材料等产品中的挥发性有机化合物(VOC)、醛类、邻苯二甲酸酯等污染物的来源与含量进行检测与评估,助力中国制造商控制源头以减少污染。通过对75000多种不同行业的产品进行化学物质排放检测研究,UL能够确认释放到空气中的12000多种挥发性有机化合物。
关键词:空气质量监测;完整性;PM2.5;PM10
中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2013)19-4555-04
空气是一种重要的公共资源。近年来,随着公众环保意识的逐步增强,以及雾霾天气的增多,空气质量已成为一项全民关注的民生话题。特别是被称为“灰霾元凶”的空气污染物PM2.5 (又称“可入肺颗粒物”),更是受到公众广泛、持续的关注。
2012年底,多个城市正式对外PM2.5空气质量因子的监测信息,公众可以通过网络在线查看实时和历史空气质量监测信息,包括臭氧、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、PM10及PM2.5六种污染物监测信息。那么,为了使市民能够及时了解空气污染物监测信息,就需要多方面考虑,确保监测数据的完整、准确。
1 系统组成
每个城市空气质量监测站点一般有多个,站点选址考虑的重点是代表性,有学校、医院、工厂,也有一些设在人口密集的地区,以真实反映城市的环境状况。在这些站点中,要有一个基准站点、一个国控站点。
监控站点需要分布在市区各个方位,站点的位置比较分散,站点附近环境一般比较复杂,因此使用环保专网,将各个站点连接到城市环保局监控中心。系统采用C/S架构模式,从底层逐级向上分为现场机、传输网络和上位机三个层次。上位机通过传输网络与现场机交换数据、发起和应答指令。空气质量在线监测系统架构[2]如图1所示。
1.1 现场机
安装在空气质量监控现场,用于监控、检测空气质量状况并完成与上位机的数据通讯传输。包括前端监控仪器(六种污染物监测因子的检测设备、风速与风向检测设备)、视频监控设备、UPS、数据采集传输设备、无线传输设备等,简称现场机。
数据采集仪器从前端监控仪器得到检测数据,打包加密之后上传给上位机。上传方式分为两种:通过环保专网(有线)传输和CDMA(无线)传输。其中有线传输是常用方式,如果有线传输存在故障,启用备用的无线传输方式。
监控现场还装备有视频监控设备,方便工作人员获取监控现场的视频信号,并且方便调试人员远程读取前端监控仪器的数据,与上位机的数据进行比对、调试。
1.2 传输网络
包括环保专网(有线)和CDMA(无线)两种方式。环保专网是常用传输网络,CDMA是备用传输网络。其中国控的监控站点,还要将监控数据通过CDMA传输方式上传到环保部。
1.3 上位机
安装在环保局监控中心,可以通过传输线路与现场机连接,对其发出查询和控制指令。包括应用服务器、数据库服务器、数据库备份服务器、WEB服务器、监控客户端等,简称上位机。
应用服务器负责与上位机通信、解密数据包并将数据写入到数据库或磁盘文件中;数据库服务器中保存有监测数据以及基本的配置信息;WEB服务器主要功能是提供网上监控信息浏览、查询;监控客户端可以实时查看接收到的监控数据和调试数据,并可获取现场视频信号。
2 通信协议
2.1 协议层次
本系统的数据传输通信协议对应于ISO/OSI定义的7层协议的应用层,在基于不同传输网络的现场机与上位机之间提供交互通讯。
应用层依赖于所选用的传输网络,在选定的传输网络上进行应用层的数据通讯,在基础传输层已经建立的基础上,整个应用层的协议和具体的传输网络无关。通信协议结构如图2所示。
2.2 协议数据结构
所有的通讯包都是由ACSII码字符组成(CRC校验码除外)。数据包分为包头、数据段长度、数据段、CRC校验部分、包尾。其中数据段又分为指令和数据两种模式,指令模式是上位机发送给现场机的通讯包、数据模式是现场机发送给上位机的通讯包[3]。协议数据结构如图3所示。
3 数据完整性
对数据完整性来说,危险常常来自一些简单的软件设计考虑不周、人为的错误判断或设备出错等导致的数据丢失、损坏。而数据完整性的目的就是保证计算机系统,或计算机网络系统上的信息处于一种完整和未受损坏的状态。这意味着数据不会由于有意或无意的事件而被改变或丢失。数据完整性的丧失意味着发生了导致数据被丢失或被改变的事情。为此,首先应检查导致数据完整性被破坏的原因,以便采用适当的方法予以解决,从而提高数据完整性的程度。
针对空气质量监控系统,影响数据完整性的因素有很多种,大致可分为现场机方面、传输网络方面、上位机方面、通信协议设计等影响因素。这不但要在技术方面进行消除,在监控系统的制度建设方面也要尽量考虑到数据完整性问题。
3.1 现场机的数据完整性
3.1.1 监控现场断电
监控现场因故断电,短时间内可以使用UPS继续供电。当现场设备检测到供电系统转换为UPS供电后,能够向监控中心发送断电报警,因为监控站点都是在市区内,距离较近,环保部门要求系统维护人员在断电4小时内必须到达监控现场。因各种原因导致长时间断电的监控站点要通报批评。
3.1.2 前端仪器故障
系统发出前端仪器故障报警,系统维护人员在断电4小时内必须到达监控现场,解决故障。
3.1.3 采集传输仪器故障
数据会保存在前端仪器内部,采集传输仪器故障排除之后,系统自动将保存在前端仪器内部的检测数据补传到监控中心[4]。
3.2 传输网络的数据完整性
3.2.1 环保专网故障
当系统检测到环保专网出现故障,无法正常传输数据时,系统自动将通信模式切换到CDMA无线网络,这样能够使监控数据及时传送到监控中心。环保专网故障消除后再切换回来。
3.2.2 环保专网和CDMA网络均出现故障
当环保专网和CDMA网络均出现故障,现场机的采集传输仪器将监测数据暂时保存在本地的小型数据库中,并标记为未传送状态。一旦检测到环保专网和CDMA网络任一网络正常[5],就将本地数据库中未传递的数据发送到监控中心,发送成功的数据从本地数据库中删除。
3.3 上位机的数据完整性
3.3.1 应用服务器故障
应用服务器故障包括:应用服务器死机、应用服务器软件不能正常工作、连接应用服务器的环保局内部网络故障、应用服务器断电等情况。应用服务器出现故障之后,现场机就无法与监控中心通讯,现场机的采集传输仪器将监测数据暂时保存在本地的小型数据库中,应用服务器故障排除后,现场机将本地数据库中未传递的数据发送到监控中心。
3.3.2 数据库服务器故障
数据库服务器发生故障时,应用服务器将写入数据源指向备份数据库服务器,并将接收到的数据保存在备份数据库服务器中。WEB服务器的数据源也要指向备份数据库服务器。当数据库服务器故障排除之后,将备份数据库服务器中的数据同步到数据库服务器,同步完成之后,将应用服务器的写入数据源和WEB服务器的数据源都指向数据库服务器。
3.3.3 数据库及备份数据库服务器均出现故障
两个数据库都出现故障时,应用服务器将接收到检测数据写入到本地的磁盘文件中,这些磁盘文件要遵循一定的命名格式和磁盘保存路径格式,并要对写入数据进行加密。数据库故障排除之后,将磁盘文件记录的数据导入到两个数据库中。
3.4 通信协议的数据完整性
3.4.1 CRC校验
应用服务器接收到现场机上传的监测数据后,首先进行CRC校验,校验通过并成功写入到数据库中后,向现场机发送上传成功回应;如果没有通过CRC校验,发送上传失败回应,请求重发数据。
3.4.2 超时重发机制
现场机发送的数据在规定的时间未收到回应,认为超时。超时后重发,重发规定次数后仍未收到回应认为通讯不可用,通讯结束,将本次未发送的检测数据保存在现场机本地数据库中。超时时间可以根据具体的通讯方式自定义,无线传输模式时,超时时间定义的较长。超时重发次数可以根据具体的通讯方式和任务自定义。
3.4.3 网络连接重发机制
当现场机成功连接到上位机,将本地数据库保存的未成功上传的数据重新发送到上位机,可以设置每隔几秒发送一条以前未上传成功的数据,避免同时发送造成的网络拥塞。重发数据发送成功后,现场机将其从本地数据库中删除本条数据。
3.4.4 远程提取机制
上位机可以根据需要,从通过现场机远程提取未上传成功的监测数据。
4 结论
本文分析了影响空气质量监测数据完整性的因素,并通过制度建立和计算机技术两方面探索解决方法。目前郑州市空气质量监控系统已经部分使用的本文提出的解决方案,实践证明,该方案能够较好的解决监控系统数据完整性问题,具有良好的实用性。但是本方案不能很好的解决前端仪器故障产生的数据丢失问题,后续要针对此问题进行深入研究。通过该系统的研究实现,为其他环保监控系统(辐射监控系统、污染源监控系统、固体废物监控系统等)提供了很好的参考思路。
参考文献:
[1] 叶红梅.大气监测方法对测定值的影响及评价[J].滁州学院学报,2004(3).
[2] 苗付友.大气监测网络通信系统设计与实现[J].环境监测管理与技术,1999(5).
[3] 环境保护行业标准HJ/T212[Z].国家环保部,2005.
1系统工作原理
1.1系统结构图
本文设计的空气质量检测系统实现全天候、自动化、主动获取空气质量信息。本文的空气质量检测仪原理框图如图1所示,采用上下位机相结合的设计方式,下位机由传感器模块、数据处理模块(CC253X芯片)、数据传送模块等部分构成;上位机由测控计算机、通讯模块构成。由微处理器通过传感器模块采集空气质量相关数据并通过zigbee模块传输至测控计算机,测控计算机完成对空气质量数据的处理分析,为管理人员提供做出判断或决策的依据。从而实现对特定区域内空气质量实时监测。
1.2ZigBee技术简介
ZigBee无线传感器网络是由许多传感器以自组织方式构成的无线网络,它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和ZigBee技术,可广泛应用于工业监测、安全系统、环境监测和军事等领域。ZigBee技术是一种低速率、低功耗、低复杂度、低成本的双向无线通信网络技术。
2系统电路设计
本文无线收发模块采用芯片CC2530。CC2530是用于2.4-GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的片上系统(SoC)解决方案。以较低的总的材料成本建立网络节点。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能,业界标准的增强型8051CPU,系统内可编程闪存,8-KBRAM和其它强大的功能。充分考虑到应用环境,结合CC2530具有不同的运行模式,使得它尤其适应超低功耗要求的系统。如图2所示。
3系统软件设计
3.1CC2530芯片的软件设计
设计中CC2530单片机程序的编写环境为IAREW8051V8.1集成开发环境,使用C语言编写,使程序移植和调用方便、灵活,能最大程度的提高系统程序的可靠性和稳定性。由主程序,AD数据转换,通讯三个模块组成。数据的采集要求每秒采用一次,采用定时中断的方式执行数据的采集,将采集的数据经过AD转换后通过串行数据通信发送给ZigBee芯片。
3.2应用程序设计
空气质量检测系统上位机部分是采用Microsoft公司的VC++6.0进行开发,以Zigbee通信方式实现空气质量数据(温度、湿度、PM2.5、PM10等参数)的存储与和读取。根据实际需求,应用程序份为用户界面和数据管理两部分。管理人员可以通过用户界面实时、直观的了解检测区域内相关信息,可对检测区域的空气质量安全的进行评估与决策,数据管理部分将所有数据以及分析状况进行储存,方便用户随时查询。检测系统软件界面如图3所示。
4结论
4月20日,佛吉亚借第十届上海国际车展举办之际,了全新的品牌标识及品牌主张――“智行合一”,并围绕这一主张下面的“创赢绿动未来”和“智享车上生活”两大核心领域,展示了多项创新解决方案与产品,如Intuition概念座舱、Parrot Automotive 展示器、第二代智能座椅Active WellnessTM 2.0、未来复合材料、ASDSTM(氨的固态存储和输送系统)等。
同日,佛吉亚集团首席执行官柯瑞达(Patrick Koller)、佛吉亚绿动智行系统中国区总裁江永玮出席了新闻会,就佛吉亚新更名的“绿动智行系统”、“智行合一”的全新品牌主张、目前在华的业务情况,以及未来的技术变革等进行了详尽的介绍。
坚持两大创新解决方案
据了解,今年2月,为迎接汽车行业的发展新趋势,推动业务的长期增长,佛吉亚排放控制技术系统(FECT: Faurecia Emissions Control Technologies)正式更名为“佛吉亚绿动智行系统”(FCM: Faurecia Clean Mobility)。
江永玮介绍,从“排放控制技术系统”改名为“绿动智能系统”,对于佛吉亚来说代表了更高标准的要求和目标――不再仅仅局限于控制排放,而是要求更清洁、更绿色甚至零排放。
在新的品牌主张“智行合一”之后,佛吉亚未来将以“创赢绿动未来”和“智享车上生活”两大核心为主导,不断深化在空气质量解决方案、热能和能量管理以及轻量化,人机交互、驾乘舒适以及汽车安全等方面技术水平,以应对汽车产业越来越严格的排放法规和智能网联化的发展大势。到2025年,这两大创新解决方案将有望实现650亿欧元的销售规模。
在“创赢绿动未来”方面,佛吉亚强调的是运用空气质量解决方案、热能管理、轻量化技术,以提升燃油经济性和空气质量。
“例如采用涡轮压缩发动机来实现发动机的小型化,以降低油耗;例如采用能量回收技术来回收余热,用于提供座舱供暖,或用于发电;例如使用汽油颗粒物捕捉器来捕捉汽车运行过程中排放的废物颗粒;例如借用氢燃料罐自行发电。上述解决方案不仅适用于乘用车市场、商用车市场、公路环境和非公路环境,甚至可以应用到汽车行业以外的其他领域,例如船舶、建筑施工,以及电力系统。”江永玮进一步介绍道。
另外,佛吉亚正在全力推行的轻量化技术也是能够有效减少二氧化碳排放的方法之一――将热固性树脂、热塑性树脂等复合材料或碳纤维材料运用在汽车零部件上,为整车减重降耗。
另一方面,“智享车上生活”则重点关注人机交互技术及互联互通与信息娱乐解决方案。其中后者主要由佛吉亚最近收购的Parrot Automotive主导实施,包括开发全面的能够让驾驶者的智能设备(如手机屏幕)完全镜像到汽车系统中的应用,以实现车机互联。
“关于这一方面,佛吉亚目前在欧洲已经有专门的团队从事相关研究,在上海、硅谷、横滨等地也将很快启动,最终佛吉亚将凭借这四个团队的研发以及与与终端消费和主机厂合作,来完成这项任务。”柯瑞达表示,除此以外,对于最高级别的自动驾驶佛吉亚也在进行相关的研究,目前已经实现了在特定环境中的完全自动化,预测到2021年将进入驾驶者可随时接管汽车的阶段,到2030年,市场在售的50%的车辆将具备四级自动驾驶水平。不过柯瑞达也认为,要达到完全的自动驾驶,在短期内还不太可能。
深化本土企业合作
1994年,佛吉亚以排放控制系统部门(后更名为绿动智行部门)为先导登陆中国市场,迄今为止已经深耕超过20年。据柯瑞达介绍,佛吉亚在中国的发展可以大致分为几个阶段:第一个阶段(2010年前)只是做生产化、工业化工作;第二阶段(2010年~2014年)逐步加大在中国市场的研发投入,扩建技术中心,增设研发设施;第三阶段(2014年开始)是加速发展阶段,佛吉亚开始不断加强与中国主机厂的合作。到如今,佛吉亚在中国已经建立起了包括1.6万名员工、遍布22个城市的44个工厂、4个全球研发中心、1000名工程师在内的强大阵容。
说到佛吉亚与自主品牌主机厂的合作,不得不提到东风和长安。目前,佛吉亚与东风的合作范围已经涉及到了佛吉亚全部的业务板块,计划将在2020年达到15亿欧元的销售总额;而与长安,佛吉亚也在进一步深化双方之间的战略合作,销售总额有望在2020年达到10亿欧元。这是佛吉亚与自主品牌主机厂范围内最大的两家合作方。除此以外,长城、吉利、一汽轿车、宝沃、重庆长鹏、山东银轮等自主品牌主机厂与零部件企业也与佛吉亚有着密切的合作。
外形:浓缩的精华
在这个瞬息万变的时代,小巧的事物似乎变得越来越受待见,你看汽车界的MINI Cooper;平板界的iPad mini;宠物界的小型犬,这些小巧的事物显得格外吸引人。而小米空净2给人的第一眼感觉也是充满吸引力的,它不到一只手臂的高度几乎和1个台式机的机箱差不多高,也就是说把它放在桌上不会显得突兀,放在桌下也不会显得拥挤,至于小米空净2的占地面积依然是不到1张A4纸的大小。小米空净2的重量控制在4.8kg(含滤芯),也就是说小米空净2单手拿起是没有什么问题的,不过没有便于抓取的把手处是个遗憾,好在空气净化器这种电器不用随时移动。小米空净2的配色上采用了哑光白色,这样的表面处理主要是可以防止刮花,还可以防止指纹收集,整个4周的面板都留有三分之一的空白,左右两面对称设计,前面板右上角有3个模式指示灯和图标,背部面板则是滤芯仓门、粉尘传感器、灯光开关以及电源接口,顶部面板则是净化后的出风口、电源键、Wi-Fi指示灯。
功能:五脏皆俱全
拆开小米空净2的包装后,我们发现怎么就只有1个机身呀?连电源线都没有看见,更别说遥控器和其它配件,抱着疑问打开滤芯仓门后才发现电源线藏在里面了,真是藏的够深的。插上电源后,主机会发出一阵蜂鸣声,表示已经通电,此刻只需按下顶部的电源键开机即可,多次按压电源键可以起到运行模式切换的功能,默认有AUTO、睡眠、最爱3种模式。初步体验,睡眠模式下的噪音是最小的,仅在30db左右,非常适合在夜晚睡眠时刻开启,而且还可以通过灯光开关在亮起、弱光、熄灭3个档位上选择,从而拒绝噪音和杂光对睡眠的干扰。使用后才发现,小米空净2前面板底部藏有一枚LED指示灯,这枚LED灯是用来显示当前空气质量的,有绿橙红3种显示,分别对应优良差。