1. Análisis de antecedentes
(1) Situación actual de la contaminación
Con el rápido desarrollo de la industrialización y la urbanización, el problema de la contaminación del aire se está volviendo cada vez más grave. PM2.5, la concentración excesiva de contaminantes como el ozono (O3), el dióxido de azufre (SO₂) y los óxidos de nitrógeno (NOx) se ha convertido en un problema global. Según la Organización Mundial de la Salud, alrededor del 90% de la población mundial está expuesta a condiciones atmosféricas excesivas, lo que lleva a un aumento significativo en los riesgos para la salud, como las enfermedades respiratorias y cardiovasculares. Según el informe de la Agencia Internacional de Energía, más de 6,5 millones de personas mueren por la contaminación del aire en todo el mundo cada año. El informe predice que para 2040, esta cifra aumentará a 7,5 millones. Debido al agravamiento de la contaminación del aire en los últimos años, la tasa de incidencia de las personas también está aumentando año tras año, especialmente algunas personas mayores, niños y mujeres embarazadas, cuya resistencia es mucho más débil que la de los jóvenes comunes, por lo que también se han convertido en las víctimas más graves de la contaminación del aire. La contaminación atmosférica puede dañar el cuerpo humano de tres maneras: la inhalación, el contacto de la piel con aire contaminado y la ingestión de alimentos contaminados. Además de causar enfermedades respiratorias y pulmonares, también puede dañar el sistema cardiovascular, el hígado, etc., y en casos graves, puede ser mortal. Gobiernos de todo el mundo han implementado políticas estrictas de prevención y control de la contaminación atmosférica, como la Campaña de Defensa del Cielo Azul de China y el Plan de Aire Limpio de la UE, para promover el desarrollo de la tecnología de monitoreo ambiental con precisión, inteligencia y en tiempo real.
(2) Problemas técnicos
Los métodos tradicionales de monitoreo se basan en estaciones fijas y muestreo manual, lo cual presenta problemas como la precisión insuficiente de los equipos (como un error de monitoreo de PM2.5 superior a ±15%), cobertura limitada (solo cubre áreas centrales urbanas), actualizaciones de datos tardías (¡30 minutos!) y altos costos. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de una solución inteligente de monitoreo atmosférico eficiente, flexible y escalable para afrontar escenarios de contaminación complejos y cambiantes.
2. Breve descripción del plan
Al integrar el monitoreo del ambiente atmosférico con la arquitectura de IoT, la computación en la nube, la red de área local/red de comunicación y otras tecnologías de conexión perfecta de múltiples redes, se establece un sistema inteligente de monitoreo del ambiente atmosférico que desempeña un papel importante en el monitoreo diario, la gestión y la respuesta a emergencias de la calidad atmosférica.
El sistema de monitoreo basado en el centro de servidores de computación en la nube puede albergar datos de monitoreo de decenas de miles de puntos de monitoreo, formando una plataforma de monitoreo regional para lograr un monitoreo y gestión unificados dentro de la región.
Basado en la Internet de las cosas y la tecnología de big data, se construyó un sistema de monitoreo integrado de toma de decisiones mediante análisis de transmisión de percepción para lograr un monitoreo en tiempo real, una trazabilidad precisa y un control inteligente de las fuentes de contaminación del aire, ayudando a los gobiernos y las empresas a alcanzar sus objetivos de gobernanza ambiental.
3. Arquitectura general de la solución
4. Características funcionales
(1) Monitoreo en tiempo real durante todo el día
Recopile datos característicos importantes, como polvo (PM2.5, PM10), ruido, meteorología y calidad del aire (SO₂, NO₂, CO, O₃) para comprender en tiempo real el estado general de seguridad del sitio. Vista de cabina, que muestra dinámicamente la clasificación regional del índice de contaminación y la evaluación de riesgos para la salud.
(2) Análisis automático de datos
Calcule los datos recopilados según el algoritmo definido por el usuario y convierta los datos brutos del sensor en datos que representan el estado de seguridad. Proporcione informes de datos intuitivos y mapas dinámicos para facilitar la toma de decisiones de gestión. Mapa de calor de contaminación integrado y modelo de trazabilidad, que facilita el análisis de datos multidimensionales. Combine modelos meteorológicos con algoritmos de difusión de la contaminación para localizar rápidamente las fuentes de contaminación.
(3) Advertencia de análisis múltiple
En caso de situaciones anormales como superar el umbral o falla del equipo, el sistema activará el mecanismo de alarma de tres niveles correspondiente y notificará al usuario en forma de SMS, correo electrónico, etc. lo antes posible.
(4) Proporcionar una base de referencia
El almacenamiento de datos de monitoreo proporciona una base analogía para futuras alertas sobre la calidad del aire.
(5) Manejo del plan de emergencia
Extraiga directamente de la biblioteca de planes de emergencia los métodos de manejo correspondientes, tome rápidamente medidas como intervención y evacuación de personal y reduzca el daño causado por la contaminación ambiental.
5. Visualización de la plataforma
6. Pantalla móvil
7. Equipos y terminales relacionados
(1) Puerta de enlace
1) Admite múltiples modos inalámbricos, incluidos WIFI, 2G y 4G.
2) Diseño de aplicación de grado industrial, con interfaces enriquecidas como RS232/RS485, CAN, GPIO, ADC, etc.
3) La interfaz de la tarjeta SIM/UIM tiene protección ESD de 15 KV incorporada.
4) Diseño de entrada de fuente de alimentación amplia DC5-36V, cumple con los requisitos de compatibilidad electromagnética de nivel industrial 4 de EMC, protección contra rayos de interfaz de antena y ha pasado 1500 horas de pruebas en entornos hostiles de alta temperatura y alta humedad.
5) Protección de vigilancia de software y hardware de múltiples niveles incorporada, autodetección de fallas y autorreparación, lo que garantiza un funcionamiento estable y confiable del equipo las 24 horas del día sin supervisión humana.
6) Adopción de un mecanismo de detección de enlaces multicapa. Admite latidos de la capa PPP, detección ICMP, detección de tráfico de interfaz, detección de paquetes de latidos TCP y otros mecanismos de detección de enlaces para detectar las condiciones del enlace, lograr la retracción automática y la autorreparación de fallos, y garantizar que el dispositivo esté siempre en línea.
7) La interfaz de alimentación tiene protección de fase inversa incorporada.
(2) 6 parámetros meteorológicos y detector de polvo
1) Admite métodos de suministro de energía solar y CA.
2) Monitoreo en tiempo real de factores como velocidad del viento, dirección del viento, precipitaciones, intensidad de la luz, temperatura y humedad, polvo (PM2.5, PM10), etc.
3) La estructura general adopta un soporte con revestimiento de pulverización de acero al carbono y un diseño antirrobo de batería.
4) Estructura simple, fácil instalación y fuerte operatividad.
5) Adoptando un diseño resistente al agua, puede funcionar normalmente incluso en días lluviosos.
(3) Dispositivo de monitoreo de ruido
1) Admite métodos de suministro de energía solar y CA.
2) Diseño de estructura integrada y modular, tamaño pequeño, rendimiento confiable.
3) Rango de frecuencia: 20 Hz ~ 12,5 kHz.
4) Rango de detección: 30-130dB.
(4) Dispositivo de monitoreo en línea de la calidad del aire
1) Alta integración, sin partes móviles, cero desgaste.
2) No necesita mantenimiento, no necesita calibración in situ.
3) El plástico de ingeniería ASA se utiliza para aplicaciones exteriores con un color constante durante todo el año.
4) CO: 0-10 ppm (± 5 % fondo de escala), SO2: 0-5 ppm (± 5 % fondo de escala), NO2: 0-5 ppm (± 5 % fondo de escala), O3: 0-5 ppm (± 5 % fondo de escala).
(5) Terminal de monitoreo móvil montado en vehículo (opcional)
1) Mapeo en tiempo real de la contaminación,
2) Admite posicionamiento GPS y retroalimentación 4G
(6) Sistema de inspección de vehículos aéreos no tripulados (opcional)
1) Módulo de detección de múltiples gases
2) Cámara de alta definición
3) Duración de la batería ≥ 2 horas
8. Escenarios de aplicación
Supervisión de la red urbana: Implementar una red de monitoreo de 500 m × 500 m para identificar fuentes de contaminación, como polvo de construcción y humos de restaurantes.
Control de parques industriales: Vigilar la propagación de la contaminación en los límites de las empresas químicas y siderúrgicas para prevenir riesgos ambientales.
Control de la contaminación del tráfico: Instalar estaciones en las carreteras principales y analizar el impacto de los gases de escape de los vehículos de motor en la calidad del aire.
Monitoreo de sitios de construcción: Control en tiempo real de la contaminación por polvo para garantizar una construcción civilizada.
Monitoreo de áreas de protección ecológica: seguimiento a largo plazo de los cambios en la calidad del aire y evaluación de la efectividad de la protección.