交通環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)接口研究論文
摘要：隨著環(huán)境污染的加重，機(jī)動(dòng)車尾氣對環(huán)境的影響備受關(guān)注。為了對環(huán)境污染狀況及原因進(jìn)行探究，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的交通環(huán)境監(jiān)測平臺。在高速公路兩旁建立交通環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測路邊站，實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、轉(zhuǎn)儲(chǔ)和審核，與環(huán)保部門的污染標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，獲得實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測情況。該平臺首次應(yīng)用動(dòng)態(tài)協(xié)議表支持不同硬件公司的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)解析，監(jiān)測污染情況，探究污染原因，為進(jìn)一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持。
關(guān)鍵詞：環(huán)境污染；環(huán)境監(jiān)測；數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)解析
引言
建設(shè)交通環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)接口，通過對數(shù)據(jù)接收、解析、轉(zhuǎn)儲(chǔ)和審核，可以有效掌握交通運(yùn)輸環(huán)境中的空氣質(zhì)量和水質(zhì)狀況。環(huán)境監(jiān)測工作發(fā)展經(jīng)歷了典型污染事故調(diào)查監(jiān)測、污染源監(jiān)督性監(jiān)測和環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測３個(gè)階段［１］。應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地理信息技術(shù)等建立完善而先進(jìn)的數(shù)字化環(huán)境監(jiān)控體系，是交通環(huán)境監(jiān)控工作建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容和發(fā)展趨勢［２］。我國把物聯(lián)網(wǎng)確定為國家科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對空氣、水質(zhì)、噪音等環(huán)境因子的采集和處理，建設(shè)一個(gè)集智能感知、智能處理、綜合管理為一體的交通環(huán)境綜合信息管理平臺，已經(jīng)成為我國交通行業(yè)環(huán)境保護(hù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的典型應(yīng)用。
１系統(tǒng)設(shè)計(jì)
環(huán)境在線監(jiān)測數(shù)據(jù)交互是交通環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)交通環(huán)境實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的有效手段。本系統(tǒng)在合適的點(diǎn)位安裝各種智能監(jiān)測儀器設(shè)備和數(shù)據(jù)采集傳輸儀。交通環(huán)境監(jiān)測平臺融合交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)等多個(gè)部門，采集水質(zhì)、空氣、噪聲等各方面監(jiān)測因子組成一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)，監(jiān)測范圍覆蓋水質(zhì)、空氣質(zhì)量、噪聲、生態(tài)環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域，通過無線傳輸或有線傳輸方式與交通環(huán)境監(jiān)控中心的通信服務(wù)器相連接，傳輸通訊包。通訊包主要由包頭、數(shù)據(jù)段長度、數(shù)據(jù)段、ＣＲＣ（循環(huán)冗余碼校驗(yàn)）以及包尾組成。其中數(shù)據(jù)段包含請求編號、系統(tǒng)編號、命令編號、設(shè)備唯一標(biāo)準(zhǔn)、密碼標(biāo)志位等，通訊包組成如圖１所示。采集設(shè)備將通訊包實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，并進(jìn)行解析轉(zhuǎn)儲(chǔ)和審核，為交通環(huán)境監(jiān)控中心各種應(yīng)用軟件提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該平臺提供人工錄入數(shù)據(jù)接口，并由監(jiān)測中心完成對數(shù)據(jù)的采集、處理、分析與發(fā)布。圖１通信包組成通過建立交通環(huán)境信息監(jiān)測數(shù)據(jù)中間件接口，實(shí)現(xiàn)對各站點(diǎn)實(shí)時(shí)的水質(zhì)和空氣質(zhì)量監(jiān)測，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、環(huán)境信息統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)共享功能。
２系統(tǒng)接收端數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理部分主要指對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、解析、轉(zhuǎn)儲(chǔ)和審核。通過各硬件廠商提供的數(shù)據(jù)對接接口與下位機(jī)進(jìn)行交互（其中包括采集數(shù)據(jù)接收、丟失數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反補(bǔ)），根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對已接收數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)解析并保存，后臺系統(tǒng)對通訊包的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和分析，并將分析結(jié)果以接口形式共享到云平臺。
�。玻睌�(shù)據(jù)采集該平臺中數(shù)據(jù)采集分為自動(dòng)采集和人工采集兩種方式。自動(dòng)采集是指數(shù)據(jù)采集器通過相關(guān)通信鏈路，按照一定的時(shí)間間隔對各監(jiān)測站點(diǎn)的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。經(jīng)過數(shù)據(jù)驗(yàn)證后，通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫里。人工采集是智能分析儀器在網(wǎng)絡(luò)中斷不能運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，經(jīng)采樣送往交通環(huán)境監(jiān)測中心實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)分析后，通過手工方式錄入到系統(tǒng)中［３］。
�。玻矓�(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)接收技術(shù)主要通過數(shù)據(jù)接收軟件實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)接收軟件對上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，把報(bào)文的主要信息內(nèi)容插入到數(shù)據(jù)庫視圖中。數(shù)據(jù)接收軟件基于Ｓｏｃｋｅｔ通信技術(shù)接收數(shù)據(jù)報(bào)文，解析后得到原始數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到臨時(shí)數(shù)據(jù)庫。Ｓｏｃｋｅｔ是對ＴＣＰ／ＵＤＰ協(xié)議的封裝，調(diào)用接口（ＡＰＩ），通過Ｓｏｃｋｅｔ可以方便地使用ＴＣＰ／ＵＤＰ協(xié)議。ＴＣＰ是面向連接的可靠傳輸協(xié)議，通信前建立三次握手，握手成功后再進(jìn)行通信。ＵＤＰ是直連，沒有重傳和確認(rèn)機(jī)制，實(shí)時(shí)性要求較高。Ｊａｖａ編程語言提供了許多可以集成網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)的類庫，本文采用基于ＪＡＶＡＮＩＯ的ＡｐａｃｈｅＭＩＮＡ框架。ＭＩＮＡ是一個(gè)開發(fā)高性能和高可伸縮性網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序框架，底層用ＪＡＶＡＮＩＯ實(shí)現(xiàn)，無阻塞異步傳輸，可以處理并發(fā)量大的數(shù)據(jù)傳輸。Ｍｉｎａ提供了事件驅(qū)動(dòng)、異步操作的編程模型，通過過濾器鏈（ＦｉｌｔｅｒＣｈａｉｎ）實(shí)現(xiàn)高擴(kuò)展性，同時(shí)提供協(xié)議框架，對應(yīng)用層來說編程更方便［４］。
�。玻硵�(shù)據(jù)分析該平臺具有動(dòng)態(tài)協(xié)議，支持不同公司的硬件采集協(xié)議，數(shù)據(jù)協(xié)議表對上位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和解析。數(shù)據(jù)打包發(fā)送給平臺，通過預(yù)先制定好的編碼與解碼方式對數(shù)據(jù)包進(jìn)行拆分，通過觸發(fā)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分１５秒數(shù)據(jù)、１０分鐘數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)和月數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，并對打包來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，獲取標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議包中的有效數(shù)據(jù)。接收后的數(shù)據(jù)需標(biāo)記數(shù)據(jù)狀態(tài)，為以后數(shù)據(jù)審核、補(bǔ)遺或統(tǒng)計(jì)提供依據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果分析可根據(jù)車流量的變化情況給予實(shí)時(shí)高效準(zhǔn)確的分析，再通過環(huán)境污染標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較和判斷。數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)分為基本信息管理類表、空氣監(jiān)測信息類表、水質(zhì)監(jiān)測信息類表、噪聲監(jiān)測信息類表和交通環(huán)境數(shù)據(jù)中心類表。數(shù)據(jù)分析包括對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對和運(yùn)算，其中對單值數(shù)據(jù)與均值等進(jìn)行比較，查看單值與均值是否處于常態(tài)，數(shù)據(jù)是否符合監(jiān)測結(jié)果的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。運(yùn)用公式對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，如污染物的濃度、超標(biāo)率等，通過后臺計(jì)算得出科學(xué)精確的分析結(jié)果，找出環(huán)境要素的變化特點(diǎn)及相互聯(lián)系。如果出現(xiàn)單值或均值等數(shù)據(jù)異常情況，則進(jìn)入審核和補(bǔ)采流程，對數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)。
２．４數(shù)據(jù)審核審核具有兩個(gè)功能：①對缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充；②對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行審核并重新置入數(shù)據(jù)。被監(jiān)測到的數(shù)據(jù)首先儲(chǔ)存到原始數(shù)據(jù)庫中，然后傳入數(shù)據(jù)中心，進(jìn)入數(shù)據(jù)中心的.數(shù)據(jù)必須進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性審核。如果有數(shù)據(jù)缺失則進(jìn)行補(bǔ)采，如果儀器數(shù)據(jù)也缺失則進(jìn)行算法補(bǔ)遺，補(bǔ)全后的數(shù)據(jù)保存在原始數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)可對網(wǎng)絡(luò)異常情況下丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)采，通過前端平臺發(fā)送數(shù)據(jù)補(bǔ)采指令，從下位機(jī)重新補(bǔ)采歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，補(bǔ)采的數(shù)據(jù)仍需進(jìn)行審核。補(bǔ)采后數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上。審核過程如圖３所示。設(shè)置審核條件，結(jié)合數(shù)據(jù)狀態(tài)標(biāo)記對數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，并對審核后的數(shù)據(jù)分故障數(shù)據(jù)、標(biāo)定數(shù)據(jù)、超標(biāo)數(shù)據(jù)、異常數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)注。如果發(fā)現(xiàn)單值或均值異常數(shù)據(jù)，則也在此進(jìn)行補(bǔ)采，補(bǔ)采后的數(shù)據(jù)再次進(jìn)入數(shù)據(jù)分析過程，進(jìn)而保證為交通環(huán)境監(jiān)控中心提供完整準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
３結(jié)語
隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展，對于交通環(huán)境保護(hù)的要求越來越高。基于物聯(lián)網(wǎng)的交通環(huán)境數(shù)據(jù)接收平臺是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的智能應(yīng)用。該平臺可以準(zhǔn)確接收和分析硬件設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，與環(huán)保部門的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，得出污染程度，進(jìn)行環(huán)境治理。基于物聯(lián)網(wǎng)的交通運(yùn)輸環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映高速公路的環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及各類污染源排污達(dá)標(biāo)情況，有效提高污染控制、超標(biāo)處理的執(zhí)行效率，提高了環(huán)境監(jiān)測水平，為環(huán)境管理、規(guī)劃編制、污染防治提供了數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐。
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