馮毅琨,白玉鵬,侯志松

（1.鄭州大學(xué)軟件與應(yīng)用科技學(xué)院,河南 鄭州 450002; 2.河南科技學(xué)院信息工程學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003）

大氣環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注.對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),是有效解決大氣環(huán)境問(wèn)題的前提.20 世紀(jì)60 年代初,歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方面,開(kāi)展了深入研究[1].英國(guó)森歌公司研制開(kāi)發(fā)的Ambirak 空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng),主要由計(jì)算機(jī)控制分析、全面故障診斷、信息記錄等模塊組成,能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境質(zhì)量[2].我國(guó)的大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作起步較晚,但在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院相關(guān)科研人員研發(fā)了可以對(duì)大氣環(huán)境信息進(jìn)行采集、處理和儲(chǔ)存的TRM- ZS生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng),檢測(cè)效率得到了顯著提高[3].中國(guó)科技大學(xué)利用互聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù),采用B/S 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式,研制了遠(yuǎn)程水環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng),能夠有效監(jiān)測(cè)河水的污染問(wèn)題[4].

對(duì)于大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)問(wèn)題,雖然國(guó)內(nèi)外在多方面進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì),但仍然存在一些關(guān)鍵問(wèn)題亟待解決,主要表現(xiàn)在：一是現(xiàn)有的大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng),仍多采用有線(xiàn)通信方式,布線(xiàn)繁瑣、成本較高,對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)不太適應(yīng)；二是現(xiàn)在使用的監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備,往往體積較大,搬運(yùn)不便,環(huán)境適應(yīng)性較差.因此,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),有效融入大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的網(wǎng)絡(luò)化、智能化,是大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)研究的方向.

本系統(tǒng)采用MQTT 協(xié)議安全有效的發(fā)布/ 訂閱方式,以配置的方式管理環(huán)境數(shù)據(jù)采集傳感器與網(wǎng)關(guān)設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系,簡(jiǎn)化了硬件安裝部署難度,降低了硬件成本和人力投入；網(wǎng)關(guān)設(shè)備采用基于5G 的無(wú)線(xiàn)傳輸模式,可實(shí)時(shí)上報(bào)環(huán)境數(shù)據(jù),解決了傳統(tǒng)大氣環(huán)境數(shù)據(jù)采集時(shí)效性差的問(wèn)題.通過(guò)本系統(tǒng),環(huán)境管理單位可實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地掌握大氣環(huán)境參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì),及時(shí)地制定應(yīng)對(duì)策略,有效地進(jìn)行環(huán)境治理.

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)的目標(biāo),就是要實(shí)時(shí)采集區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù),并建立相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)庫(kù),統(tǒng)計(jì)、處理、分析并自動(dòng)繪制大氣環(huán)境情況圖形等,供大氣環(huán)境綜合治理者參考,本研究基于消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（Message Queuing Telemetry Transport, MQTT）協(xié)議[5],通過(guò)在目標(biāo)區(qū)域布設(shè)射頻識(shí)別源、全球定位系統(tǒng)、傳感器等各類(lèi)信息傳感設(shè)備,實(shí)時(shí)、精確地采集溫度、濕度、PM2.5 數(shù)值等大氣環(huán)境信息,并按照約定的協(xié)議,將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái),上傳采集的大氣環(huán)境數(shù)據(jù)信息至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和信息交換,從而智能化監(jiān)測(cè)區(qū)域大氣環(huán)境變化情況,為針對(duì)性地監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境、治理大氣污染提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ).

因此,系統(tǒng)的設(shè)計(jì),采用無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network, WSN）為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái),由感知層、傳輸層、平臺(tái)層和應(yīng)用層等核心組成.大氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)整體框架如圖1 所示.

圖1 大氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)框架Fig. 1 The framework of atmospheric quality monitoring system

1.1 結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)大氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備快速組網(wǎng),本系統(tǒng)采用感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的三層體系架構(gòu).由無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備、數(shù)據(jù)通信服務(wù)器和數(shù)據(jù)展示平臺(tái)等組成,完成從數(shù)據(jù)采集、跨網(wǎng)段傳遞、存儲(chǔ)、處理及結(jié)果反饋的過(guò)程[6-9].無(wú)線(xiàn)傳感器控制設(shè)備在某個(gè)區(qū)域獲取溫度、適度和二氧化碳等大氣環(huán)境參數(shù)之后,通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò),傳送至數(shù)據(jù)通信服務(wù)器,數(shù)據(jù)通信服務(wù)器將數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)展示平臺(tái),數(shù)據(jù)展示平臺(tái)對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,并從不同視角動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前大氣環(huán)境信息.大氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示.

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig. 2 The structure of system architecture

1.1.1 無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò) 與傳統(tǒng)的有線(xiàn)大氣質(zhì)量信息獲取相比,無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)具有低成本、低功耗、性能可靠等優(yōu)點(diǎn).在本系統(tǒng)中,無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)是大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中感知層的部分,設(shè)置有可以感知外界環(huán)境的傳感器構(gòu)成的若干個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn),依靠這些節(jié)點(diǎn),通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式,進(jìn)行大氣環(huán)境質(zhì)量信息的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理和傳輸,并最終傳送給大氣監(jiān)測(cè)者.在大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,無(wú)線(xiàn)傳感器是系統(tǒng)的觸手,主要用來(lái)獲取大氣環(huán)境信息.

1.1.2 數(shù)據(jù)通信服務(wù)器 數(shù)據(jù)通信服務(wù)器協(xié)調(diào)大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的傳輸層和平臺(tái)層,將物聯(lián)網(wǎng)中的無(wú)線(xiàn)傳感器接入到網(wǎng)絡(luò),為數(shù)據(jù)的傳輸提供一種可靠的通信方式；同時(shí),把無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)獲取到的大氣質(zhì)量信息進(jìn)行整合,并存放在系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)中；最后匯聚各無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)獲取到的數(shù)據(jù)并傳輸至數(shù)據(jù)展示平臺(tái),為其他應(yīng)用層的數(shù)據(jù)構(gòu)建相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)視圖.

1.1.3 數(shù)據(jù)展示平臺(tái) 數(shù)據(jù)展示平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層上的相關(guān)功能需求.平臺(tái)在收集各類(lèi)相關(guān)數(shù)據(jù)后,按照用戶(hù)需求,將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的各項(xiàng)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、處理和分析,并給出數(shù)據(jù)分析結(jié)果.用戶(hù)可以通過(guò)大氣環(huán)境動(dòng)態(tài)分析,為監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境質(zhì)量和大氣污染治理提供便捷可靠的數(shù)據(jù)支撐.同時(shí),展示平臺(tái)還能夠預(yù)留深度學(xué)習(xí)接口,對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練,形成大氣環(huán)境預(yù)測(cè)模型,滿(mǎn)足預(yù)測(cè)的、認(rèn)知的或復(fù)雜的分析業(yè)務(wù)邏輯,為系統(tǒng)平臺(tái)向人工智能過(guò)渡提供特定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ).

1.2 技術(shù)框架

智能網(wǎng)關(guān)主要負(fù)責(zé)獲取無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)境數(shù)據(jù),同時(shí)實(shí)現(xiàn)與廣域網(wǎng)的鏈接.在本系統(tǒng)中,智能網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸主要由MQTT 協(xié)議實(shí)現(xiàn).MQTT 是由一種基于輕量級(jí)代理的發(fā)布/ 訂閱模式的消息傳輸協(xié)議,核心功能運(yùn)行于TCP 協(xié)議棧上,從而實(shí)現(xiàn)了有序、可靠和雙向連接的數(shù)據(jù)傳輸方式,其工作原理如圖3 所示.在本系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)通信服務(wù)器的搭建主要由一種安全智能且基于消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸?shù)南⑼扑拖到y(tǒng)來(lái)完成,這樣的系統(tǒng)可以充分滿(mǎn)足用戶(hù)的功能定制,增強(qiáng)安全機(jī)制.

圖3 MQTT 協(xié)議工作原理Fig. 3 Operating principle of the MQTT protocol

MQTT 服務(wù)由消息代理服務(wù)器和客戶(hù)端組成.客戶(hù)端與代理服務(wù)器之間采用MQTT 協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息交換.為應(yīng)對(duì)消息傳遞的多種模式,該協(xié)議定義了三種角色,分別是消息代理服務(wù)器、訂閱者和發(fā)布者.消息代理服務(wù)器使用RabbitMQ 應(yīng)用中間件,該中間件是一款開(kāi)源消息代理軟件,完整地實(shí)現(xiàn)了MQTT 協(xié)議,并提供編程工具箱,使設(shè)備與設(shè)備之間的通信變得更加簡(jiǎn)單.消息代理服務(wù)器端包含以下幾種功能：①管理主題：用戶(hù)通過(guò)身份信息驗(yàn)證后,按照主題接收消息,同時(shí)允許其他用戶(hù)合法訂閱該主題；②管理用戶(hù)：同時(shí)接收訂閱者和發(fā)布者的身份注冊(cè)并加以管理和維護(hù)；③管理消息：按照配置方式儲(chǔ)存發(fā)布者發(fā)布的消息,然后將消息轉(zhuǎn)發(fā)給合法并有需求的訂閱者,訂閱者在完成注冊(cè)后,提交所要訂閱的主題,通過(guò)消息代理服務(wù)器的身份確認(rèn)后即可接收該主題的相關(guān)消息.

1.3 系統(tǒng)功能模塊

本系統(tǒng)主要包括3 個(gè)方面：①用戶(hù)管理、角色管理、權(quán)限管理等系統(tǒng)管理模塊,主要用于添加系統(tǒng)用戶(hù),為用戶(hù)分配特定的權(quán)限,保障用戶(hù)的安全訪(fǎng)問(wèn)；②包括設(shè)備管理、規(guī)則管理等業(yè)務(wù)管理模塊,主要用于配置傳感器網(wǎng)絡(luò),配置傳感器數(shù)據(jù)規(guī)則等；③包括數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模塊,用于查詢(xún)傳感器獲得的數(shù)據(jù),并以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行展示.按照模塊對(duì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)進(jìn)行劃分,大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理端功能結(jié)構(gòu)如圖4 所示.

圖4 系統(tǒng)功能Fig. 4 The functions of atmospheric quality monitoring system

管理端功能根據(jù)使用權(quán)限分為普通用戶(hù)和管理員兩類(lèi)：①用戶(hù)前臺(tái)主要是查看大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)和展示的數(shù)據(jù)、查看當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)的展示圖,或者查看某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)；②管理員用戶(hù)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的配置、用戶(hù)管理以及權(quán)限分配；負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理,包括用戶(hù)管理、角色管理、權(quán)限管理、設(shè)備管理、區(qū)域管理和設(shè)備配置等關(guān)鍵模塊,其中數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊和普通用戶(hù)相近.

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)和大氣污染情況綜合治理的模塊實(shí)現(xiàn)采用Python 語(yǔ)言[10]、Flask 開(kāi)源技術(shù)框架和MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)；以消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議作為核心通信協(xié)議；硬件平臺(tái)使用基于Linux 的樹(shù)莓派[11],保證系統(tǒng)的效率和安全性[12-13].

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)采用開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL.系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表包括用戶(hù)、角色、權(quán)限、設(shè)備和傳感器數(shù)據(jù)等.其中,設(shè)備相關(guān)的表有設(shè)備類(lèi)型表、采集數(shù)據(jù)表等；采集數(shù)據(jù)表可分為溫度、濕度和PM2.5 等.系統(tǒng)主要的數(shù)據(jù)庫(kù)表見(jiàn)表1、表2、和表3.

表1 設(shè)備類(lèi)型表Tab.1 Device type table and its columns

表2 設(shè)備表Tab.2 Device table and its columns

表3 傳感器數(shù)據(jù)表Tab.3 Sensor data table and its columns

2.2 數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)發(fā)

本系統(tǒng)采用樹(shù)莓派作為無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)；操作系統(tǒng)采用Ubuntu Linux.網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過(guò)UART 接口讀取傳感器數(shù)據(jù),進(jìn)而根據(jù)不同傳感器協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換[14-15],將獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯總至大氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái).無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式如下：

（1）數(shù)據(jù)采集功能實(shí)現(xiàn)步驟

步驟1：導(dǎo)入GPIO 模塊；

步驟2：將GPIO 引腳設(shè)置為BOARD 模式；

步驟3：設(shè)置GPIO 引腳通道作為輸入；

步驟4：設(shè)置初始化為高電平；

步驟5：軟件實(shí)現(xiàn)上/ 下拉；

步驟6：邊緣檢測(cè)，該函數(shù)是對(duì)一個(gè)引腳進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)；

步驟7：清除資源并退出.

（2）數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上報(bào)數(shù)據(jù),系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)后,根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行處理,并保存到相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表中.使用Python 編寫(xiě)程序進(jìn)行測(cè)試MQTT 的發(fā)布和訂閱功能,步驟如下

步驟1：安裝MQTT 模塊,并導(dǎo)入到編寫(xiě)的Python 程序中創(chuàng)建實(shí)例；

步驟2：連接MQTT 代理服務(wù)器,MQTT 服務(wù)器部署在系統(tǒng)的阿里云服務(wù)器（也可以是任何支持公網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)的服務(wù)器）上,在本機(jī)上編寫(xiě)Python 程序進(jìn)行測(cè)試即可；

步驟3：通過(guò)publish 函數(shù)發(fā)布信息,指出采集數(shù)據(jù)類(lèi)型；

步驟4：通過(guò)subscribe 函數(shù)訂閱主題,完成傳感器數(shù)據(jù)的接收,同一個(gè)主題沒(méi)有發(fā)布信息的時(shí)候等候消息；

步驟5：信息處理,數(shù)據(jù)成功獲取后,根據(jù)系統(tǒng)配置的數(shù)據(jù)規(guī)則,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,將獲取的大氣環(huán)境信息存儲(chǔ)在系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)中,并傳遞給數(shù)據(jù)展示平臺(tái).

2.3 管理平臺(tái)

大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由系統(tǒng)管理、組織結(jié)構(gòu)、設(shè)備信息和數(shù)據(jù)管理與展示四個(gè)模塊組成.

系統(tǒng)管理模塊實(shí)現(xiàn)了基于角色的權(quán)限管理功能,負(fù)責(zé)系統(tǒng)權(quán)限管理與分配、對(duì)人員進(jìn)行權(quán)限和數(shù)據(jù)分配,指定特定人員的職責(zé).

組織結(jié)構(gòu)模塊實(shí)現(xiàn)人員的管理,主要負(fù)責(zé)組織內(nèi)部門(mén)和人員的管理；以及項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理.

設(shè)備信息模塊負(fù)責(zé)管理設(shè)備類(lèi)型信息、傳感器類(lèi)型,以及數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與傳感器之間的映射關(guān)系.

數(shù)據(jù)管理與展示模塊實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的規(guī)則轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ),并按照指定查詢(xún)條件以圖、表等可視化方式進(jìn)行直觀展示.

系統(tǒng)平臺(tái)采用Flask 框架實(shí)現(xiàn).在應(yīng)用過(guò)程中,首先,根據(jù)組織內(nèi)人員結(jié)構(gòu),合理劃分人員權(quán)限；管理人員登錄系統(tǒng)后,按照傳感器設(shè)備和網(wǎng)關(guān)設(shè)備部署情況,配置設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和數(shù)據(jù)上報(bào)規(guī)則；設(shè)備啟動(dòng)后,將按照指定的數(shù)據(jù)上傳規(guī)則,定時(shí)上報(bào)環(huán)境數(shù)據(jù)；平臺(tái)接收原始數(shù)據(jù),并將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為真實(shí)有效的環(huán)境參數(shù),最終以圖表的方式直觀展示.

3 系統(tǒng)驗(yàn)證測(cè)試

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),需要在設(shè)備管理模塊中配置設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系和數(shù)據(jù)上報(bào)規(guī)則.在該模塊中,用戶(hù)可查看當(dāng)前系統(tǒng)的設(shè)備列表,管理配置設(shè)備,從指定設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)等.在設(shè)備管理界面點(diǎn)擊“新增”按鈕,可以添加傳感器控制設(shè)備,如圖5 所示.系統(tǒng)調(diào)試成功后,連接對(duì)應(yīng)的傳感器.傳感器通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)按照指定的規(guī)則上報(bào)傳感器數(shù)據(jù),系統(tǒng)平臺(tái)收到數(shù)據(jù)后,根據(jù)配置的數(shù)據(jù)規(guī)則進(jìn)行轉(zhuǎn)換,將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為真實(shí)數(shù)據(jù),并保存至數(shù)據(jù)庫(kù)中.

圖5 設(shè)備列表Fig.5 The device list

系統(tǒng)獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)以結(jié)構(gòu)化的方式保存在MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)中,查看不便.為了清晰地展示大氣環(huán)境參數(shù)的變化情況,本文將數(shù)據(jù)以折線(xiàn)圖的方式動(dòng)態(tài)展示,直觀的顯示環(huán)境的變化情況.在數(shù)據(jù)管理模塊中,在相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)上點(diǎn)擊“圖表展示”,即可打開(kāi)該參數(shù)的可視化數(shù)據(jù)展示圖.

以安裝在新鄉(xiāng)某區(qū)域的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)為例,該節(jié)點(diǎn)部署了一個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備和三個(gè)數(shù)據(jù)采集傳感器,傳感器為溫度傳感器、濕度傳感器和PM2.5 傳感器.系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后,在數(shù)據(jù)管理模塊中,分別打開(kāi)數(shù)據(jù)圖表,可獲得三類(lèi)環(huán)境參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)的變化圖,如圖6 所示.

圖6 PM2.5 和溫濕度歷史數(shù)據(jù)展示Fig.6 PM2.5 and temperature and humidity historical data display diagram

展示圖真實(shí)直觀地顯示了近7 d 的環(huán)境變換趨勢(shì)和對(duì)照關(guān)系.因此,通過(guò)在某個(gè)區(qū)域部署環(huán)境數(shù)據(jù)采集傳感器和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備,能夠?qū)⑿枰^測(cè)區(qū)域的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)平臺(tái)并自動(dòng)統(tǒng)計(jì),進(jìn)而將環(huán)境數(shù)據(jù)顯示為圖表形式,為大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)治理大氣環(huán)境提供依據(jù).

4 小結(jié)

本文采用MQTT 協(xié)議,通過(guò)基于樹(shù)莓派的無(wú)線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān),設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了基于MQTT 協(xié)議的大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)區(qū)域大氣質(zhì)量的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸,進(jìn)而采用基于Python 的Flask開(kāi)源架構(gòu)開(kāi)發(fā)了基于Web 的數(shù)據(jù)展示和分析平臺(tái),在一定程度上解決了當(dāng)前大氣監(jiān)測(cè)中存在的一些問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了大氣環(huán)境質(zhì)量的無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)和分析,為大氣污染綜合治理及開(kāi)發(fā)大氣環(huán)境的智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了參考.