城市新区运行监测关键技术
——清华同衡牵头完成的国家“十二五”科技支撑计划关键技术系列介绍(06)
导 读
2019年1月17日,清华同衡牵头完成的“十二五”国家科技支撑计划“智慧生态新区运行监测及数据可视化应用关键技术与应用示范”通过验收。本课题针对新区运行管理阶段,构建的生态城区运行监测管理平台,突破了区域级运行数据实时监测难题,为有效应对城市发展过程中“信息孤岛”严重、异构系统之间不能互通、信息不能共享、公共信息透明度不够等问题提供了新的方法和思路。
课题团队基于扎实的物联网技术研究、硬件研发和指标体系研究,创新性地构建了面向两江新区运行监测的数据采集、管理和应用体系,并以生态环境质量监测为示范进行实践探索,在城市建成区、城市新区、乡镇街道等不同区域对监测点位布设的研究,真正实现了城市生态指标的科学选取、在线监测、考核管理,可以广泛应用于类似区域的物联网环境监测体系建设。
01
基于案例和对比分析的理论方法研究
课题组对各类物联网环境监测数据获取方法进行了详细的案例和优劣势对比分析,主要包含成本、可行性和可靠性等方面。项目研究数据的获取方式主要有以下这几方面的因素:采集方式、布设位置、供电方式、数据传输方式。环境监测设备的数据采集方式,主要分为分体式采集和一体式采集。设备布设位置方面,有建筑物墙面和路灯灯杆科工选择。供电方式上,分为市电电源供电及可充电电池供电。数据传输方式方面,常用的包括有线网络、WIFI、手机GPRS网络。
▲各类方法的优缺点比较
02
重点聚焦区域级低碳生态监测指标体系
本课题以智慧生态新区建设关键指标体系为基础,结合新区生态环境管理和监测实际情况,确定了本课题数据采集需求,具体包括15个大气环境监测项:PM2.5浓度、PM10浓度、CO2浓度、SO2浓度、NO2浓度、CO浓度、O3浓度、VOC、温度、湿度、风速、风向、光照度、气压、噪声。
03
创新性研发物联网环境质量传感器设备
大气检测系统包含十余个传感器模块。分别是温湿度采集模块、光照度采集模块、气压检测模块、二氧化碳气体检测模块、颗粒物(PM2.5、PM10)浓度检测模块、有机挥发气体(VOC)检测模块、一氧化碳检测模块、二氧化硫检测模块、臭氧检测模块、噪声检测模块、风向检测模块、风速检测模块等。
▲系统架构图
本课题研究的传感器设备最大亮点在于“分体式采集一体式安装”的理念。物理量和化学量以及噪音的分体式采集,减少了系统故障率,提高了采样频率和测量稳定性,一体式安装则减少了维护成本,使得设备的在线监测与预警功能得到最好体现。化学量采集为延长各传感器的寿命设计了单独的采集板,通过泵定期抽取过滤过的空气减少了对化学传感器的污染。化学量板,物理板和噪音板主要负责数据采集,主板则负责数据传输,使得采集跟传输分开,保证了快速的采样频率和提高了测量稳定性。
同时,该设备在安装方向、定位查询、电源管理等方面也进行了创新设计。其中安装方向创新设计的CESMS系统集成了先进的方向自适应技术,通过该技术可自动校正风向传感器的安装方向,使得设备安装的适应性更强。在安装位置定位查询方面具有GPS定位功能,且云端集成了地图显示功能,可以在云端地图直接查询到设备的安装位置和状态信息。在电源的设计方面,采用市电和备用电源双重供电方式,且两种供电方式自由切换,不会造成设备因电源切换而重启。
04
结语
本项目作为国内首个大规模多区域的城市大气环境物联网监测项目,从硬件设计到安装实施,在多个方面对这一体系的搭建进行了研究与探索。项目从物联网环境监测数据的获取方法入手,对各类方法进行了总结。其中设备采集方式、布设位置等方面的对比,可以为今后类似项目的研究提供参考依据。项目在城市建成区、城市新区、乡镇街道等不同区域对监测点位布设的研究,可以有效的指导今后类似区域的物联网环境监测体系建设。项目研发的物联网环境质量传感器,作为这样大规模监测体系的基础,其在数据采集、数据传输等软硬件端的诸多全新设计与尝试,进行了全面的应用性探索和创新。
项-目-信-息
▲ 项目名称:“十二五”国家科技支撑计划“城市新区一体化管理与服务关键技术研究与应用示范” (2015BAJ04B00)
▲ 课题名称:智慧生态新区运行监测及数据可视化应用关键技术与应用示范(2015BAJ04B03)
▲ 项目牵头单位:
北京清华同衡规划设计研究院有限公司
▲ 课题承担及参与单位:
重庆两江新区龙兴工业园建设投资有限公司
▲ 完成时间:2018年6月
相关链接
同衡创新 | 国家“十二五”科技支撑计划关键技术系列介绍①
同衡创新 | 国家“十二五”科技支撑计划关键技术系列介绍②
同衡创新 | 国家“十二五”科技支撑计划关键技术系列介绍③
同衡创新 | 国家“十二五”科技支撑计划关键技术系列介绍④
同衡创新 | 国家“十二五”科技支撑计划关键技术系列介绍⑤
本系列文章由清华同衡 技术创新中心、林波荣工作室、生态城市研究所、智慧城市研究所完成