走航監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 監(jiān)測必要性

隨著城市化進程的不斷加速推進，城市環(huán)境質(zhì)量問題愈發(fā)顯得突出和緊迫。空氣中的污染物濃度持續(xù)升高，粉塵顆粒物超標現(xiàn)象屢見不鮮，噪聲污染問題也日益嚴重，水質(zhì)污染更是頻頻發(fā)生。這些環(huán)境問題不僅直接影響到廣大市民的身體健康，導致呼吸道疾病、心血管疾病等健康問題的增加，同時也對城市的長期可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴峻的威脅，阻礙了經(jīng)濟社會的和諧發(fā)展。

通過對城市各個區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量進行實時、動態(tài)的走航監(jiān)測，精準捕捉空氣質(zhì)量、道路積塵負荷、水質(zhì)、噪聲等各項環(huán)境指標的變化情況。通過高科技手段及時發(fā)現(xiàn)污染源頭，精準定位污染源的具體位置和擴散范圍，為環(huán)境管理部門和決策層提供了科學、準確的數(shù)據(jù)支持。

與此同時，走航監(jiān)測系統(tǒng)還能對已采取環(huán)境治理措施的城市區(qū)域進行客觀、全面的評估，分析各項措施的實際治理效果，判斷其是否達到了預期的治理目標。基于這些評估結(jié)果，相關(guān)部門可以及時調(diào)整和優(yōu)化環(huán)境治理策略，確保治理措施的科學性和有效性。該系統(tǒng)在指導城市環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)改善方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，有助于逐步提升城市的整體環(huán)境水平，營造更加宜居的城市環(huán)境。

1.2 系統(tǒng)整體概述

通過走航監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)的實時采集、智能分析與動態(tài)預警。突破傳統(tǒng)人工采樣、定點監(jiān)測的局限。通過搭載多種環(huán)境監(jiān)測傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、無線傳輸模塊、高清攝像頭、邊緣計算模塊及 GPS 定位設備的一體化集成。實現(xiàn)對環(huán)境空氣質(zhì)量的 “實時采集 - 快速分析 - 精準定位 - 動態(tài)溯源” 全流程管理。該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r捕捉空氣中的各類污染物濃度數(shù)據(jù)，還能通過高清攝像頭記錄環(huán)境狀況，結(jié)合GPS定位設備精確標記數(shù)據(jù)采集的地理位置。邊緣計算模塊的應用，使得大量數(shù)據(jù)能夠在本地進行初步處理和分析，大大提高了數(shù)據(jù)處理效率和響應速度。無線傳輸模塊則確保了數(shù)據(jù)的實時上傳至云端，便于遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，為環(huán)境管理提供了及時、準確的信息支持。

1.3 系統(tǒng)組成部分

1.3.1 道路積塵負荷傳感器

道路積塵負荷傳感器采用先進的激光散射法技術(shù)，能夠精確感知并測量道路表面的積塵量。通過對道路表面的積塵進行實時監(jiān)測，將積塵的物理量轉(zhuǎn)化為電信號或數(shù)字信號，從而準確反映道路積塵的負荷情況。

1.3.2 氣象傳感器

通過氣象傳感器，實時監(jiān)測環(huán)境的風速、風向、溫度、濕度、大氣壓氣象參數(shù)。通過對氣象數(shù)據(jù)的收集和分析，可以深入了解氣象因素與道路積塵負荷、環(huán)境空氣質(zhì)量污染程度之間的影響關(guān)系。

1.3.3 多參數(shù)氣體傳感器

通過高精度的監(jiān)測氣體傳感器，實時監(jiān)測環(huán)境空氣質(zhì)量中PM2.5、PM10、NO?、SO?、CO、O?等氣體污染濃度數(shù)據(jù)。通過對空氣質(zhì)量污染濃度的精準測量，及時發(fā)現(xiàn)潛在的環(huán)境污染問題。

1.3.4 高清攝像頭

實時拍攝走航道路的圖像畫面，記錄道路積塵狀況、車輛行駛情況以及周邊環(huán)境狀況等信息。通過對高清攝像頭拍攝的圖像進行分析，可以直觀地觀察到道路積塵的分布區(qū)域、積塵的厚度變化以及是否存在特殊的積塵源等情況。此外，高清攝像頭還可以用于監(jiān)測道路清潔作業(yè)的效果，為評估清潔工作的質(zhì)量提供可視化的依據(jù)。

1.3.5 采樣系統(tǒng)

在走航監(jiān)測過程中，全面精準的采集各項環(huán)境空氣質(zhì)量的參數(shù)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準確性和完整性，為環(huán)境監(jiān)測和治理提供堅實的數(shù)據(jù)依據(jù)支撐。

1.3.6 定位系統(tǒng)

定位系統(tǒng)采用高精度的衛(wèi)星定位技術(shù)，能夠準確的確定監(jiān)測設備的地理位置。通過實時獲取監(jiān)測點的經(jīng)緯度信息，將道路積塵負荷數(shù)據(jù)與具體的地理位置進行關(guān)聯(lián)，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)具有明確的空間屬性。

1.3.7 操作平板終端

工作人員可以通過平板終端實時查看道路積塵負荷數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)以及攝像頭拍攝的圖像等信息。同時，還可以在平板終端上進行各種操作，如設置監(jiān)測參數(shù)、啟動或停止采樣系統(tǒng)、查看歷史數(shù)據(jù)記錄等。操作平板終端為工作人員提供了一個便捷、直觀的操作界面。

1.3.8 數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)傳輸模塊負責將各個傳感器和設備采集到的數(shù)據(jù)快速、穩(wěn)定地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。支持多種數(shù)據(jù)傳輸方式4G、5G、Wi-Fi等。可以根據(jù)不同的應用場景和需求，選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸方式，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠及時、準確地進行傳輸。

1.3.9 供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)是保障走航監(jiān)測系統(tǒng)正常運行的重要基礎。為系統(tǒng)中的各個設備提供穩(wěn)定的電力供應，確保監(jiān)測傳感器、高清攝像頭、采樣系統(tǒng)等設備模塊能夠持續(xù)穩(wěn)定地運行。

1.3.10 數(shù)據(jù)處理單元

將實時接收的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行深度的處理和分析，能夠?qū)Ψe塵負荷數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、氣體數(shù)據(jù)、視頻圖像數(shù)據(jù)等進行整合分析，通過建立科學的數(shù)學模型和算法，計算出準確的道路積塵負荷指標。

1.4 系統(tǒng)功能特點

1.4.1 多參數(shù)同步監(jiān)測

根據(jù)實際走航監(jiān)測需求，可以通過搭載多種監(jiān)測傳感器，實現(xiàn)對道路積塵負荷、氣象狀況、環(huán)境空氣污染、有害氣體濃度等多項參數(shù)進行同步、實時監(jiān)測。通過多參數(shù)同步監(jiān)測的方式，能夠全面、準確地獲取道路環(huán)境信息，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和決策提供豐富、可靠的數(shù)據(jù)基礎。

1.4.2 數(shù)據(jù)可視化，趨勢更清晰

云端平臺支持 “軌跡回放 + 濃度曲線” 同步展示，在 GIS 地圖上回放走航巡檢車輛行駛軌跡，同時疊加對應時段的污染物濃度變化曲線，直觀呈現(xiàn) “某路段、某時間點” 的污染峰值，便于分析污染與交通流量、周邊污染源的關(guān)聯(lián)關(guān)系。可以生成 “空氣質(zhì)量月報”，包含 “各氣體污染物月均濃度、超標天數(shù)、污染時段分布” 等指標。

1.4.3 數(shù)據(jù)共享，管理更協(xié)同

支持與城市環(huán)境監(jiān)測站數(shù)據(jù)互通：將走航監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至市級環(huán)境監(jiān)測平臺，與固定站數(shù)據(jù)進行比對校準，提升整體監(jiān)測網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)精度。可與交通管理平臺聯(lián)動：當監(jiān)測到某路段 NO?濃度持續(xù)超標（超過國家二級標準 1.5 倍）時，自動推送預警信息至交通部門，建議啟動高排放車輛臨時限行措施，實現(xiàn) “環(huán)保 - 交通” 跨部門協(xié)同管理。

1.4.4 輕量化部署，適配性更強

整體采用模塊化設計，可快速安裝在環(huán)衛(wèi)車、市政巡查車、公交車等各類車輛上，無需對車輛進行大規(guī)模改裝。同時支持多種供電方式，可接入車輛點煙器電源（12V/24V），也可配備可充電式鋰電池（續(xù)航≥8 小時），適配無固定電源的臨時巡檢車輛，靈活滿足不同場景的監(jiān)測應用需求。

1.4.5 低功耗設計，運維更便捷

采用邊緣計算本地化處理策略，僅將超標數(shù)據(jù)與關(guān)鍵圖像上傳至云端，減少數(shù)據(jù)傳輸量，降低 4G/5G 流量消耗。通過云端平臺可實時查看傳感器工作狀態(tài)，若出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移，可遠程發(fā)送校準指令（無需現(xiàn)場拆機），滿足精度要求，大幅降低運維成本。

AI視覺識別監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 整體設計架構(gòu)

2.1.1 感知層

通過在車輛行駛過程中利用高清攝像頭實時捕獲路面圖像信息，并將圖像信息實時傳輸至AI視覺算法盒子終端。內(nèi)置的先進識別算法會接收到的圖像信息數(shù)據(jù)進行精準的識別分析和處理，AI視覺算法盒子能夠生成結(jié)構(gòu)化程度極高的數(shù)據(jù)輸出，便于后續(xù)系統(tǒng)的進一步處理和應用。

2.1.2 傳輸層

利用4G/5G無線網(wǎng)絡的高效傳輸能力，實現(xiàn)邊緣計算層與云端計算層之間的數(shù)據(jù)交互。確保在數(shù)據(jù)傳輸過程中即使出現(xiàn)中斷也能無縫續(xù)傳，而且能夠保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中的完整性，防止任何數(shù)據(jù)丟失的情況發(fā)生。這樣的設計大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性，為用戶提供了更加流暢和無縫的數(shù)據(jù)交互體驗。

2.1.3 云端層

包括AI模型訓練平臺、數(shù)據(jù)管理平臺以及應用展示平臺。AI模型訓練平臺專注于算法的迭代與優(yōu)化，通過持續(xù)的訓練和調(diào)整，不斷提升模型的性能和準確性。數(shù)據(jù)管理平臺則負責數(shù)據(jù)的存儲與分析，確保數(shù)據(jù)的完整性和可用性，同時提供高效的數(shù)據(jù)處理能力，支持大規(guī)模數(shù)據(jù)的快速檢索和分析。應用展示平臺則將訓練和分析的結(jié)果以直觀、可視化的方式呈現(xiàn)出來，便于用戶理解和應用，從而更好地把握AI模型的實際效果和應用價值。