交通環(huán)境監測數據接口研究論文

　　摘要：隨著(zhù)環(huán)境污染的加重，機動(dòng)車(chē)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，設計了基于物聯(lián)網(wǎng)的交通環(huán)境監測平臺。在高速公路兩旁建立交通環(huán)境質(zhì)量監測路邊站，實(shí)時(shí)接收數據并進(jìn)行數據解析、轉儲和審核，與環(huán)保部門(mén)的污染標準進(jìn)行比對，獲得實(shí)時(shí)環(huán)境監測情況。該平臺首次應用動(dòng)態(tài)協(xié)議表支持不同硬件公司的數據傳輸和數據解析，監測污染情況，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)數據支持。

　　關(guān)鍵詞：環(huán)境污染；環(huán)境監測；數據傳輸；數據解析

　　引言

　　建設交通環(huán)境監測數據接口，通過(guò)對數據接收、解析、轉儲和審核，可以有效掌握交通運輸環(huán)境中的空氣質(zhì)量和水質(zhì)狀況。環(huán)境監測工作發(fā)展經(jīng)歷了典型污染事故調查監測、污染源監督性監測和環(huán)境質(zhì)量監測３個(gè)階段［１］。應用自動(dòng)控制技術(shù)、數據通訊技術(shù)、數據庫技術(shù)、地理信息技術(shù)等建立完善而先進(jìn)的數字化環(huán)境監控體系，是交通環(huán)境監控工作建設的一項重要內容和發(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)展戰略規劃。結合物聯(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)境保護與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結合的典型應用。

　　１系統設計

　　環(huán)境在線(xiàn)監測數據交互是交通環(huán)境監測系統中的重要環(huán)節，是實(shí)現交通環(huán)境實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監測的有效手段。本系統在合適的點(diǎn)位安裝各種智能監測儀器設備和數據采集傳輸儀。交通環(huán)境監測平臺融合交通運輸、環(huán)境保護等多個(gè)部門(mén)，采集水質(zhì)、空氣、噪聲等各方面監測因子組成一個(gè)復合系統，監測范圍覆蓋水質(zhì)、空氣質(zhì)量、噪聲、生態(tài)環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸或有線(xiàn)傳輸方式與交通環(huán)境監控中心的通信服務(wù)器相連接，傳輸通訊包。通訊包主要由包頭、數據段長(cháng)度、數據段、ＣＲＣ（循環(huán)冗余碼校驗）以及包尾組成。其中數據段包含請求編號、系統編號、命令編號、設備唯一標準、密碼標志位等，通訊包組成如圖１所示。采集設備將通訊包實(shí)時(shí)傳輸到監控中心，存儲在數據庫服務(wù)器上，并進(jìn)行解析轉儲和審核，為交通環(huán)境監控中心各種應用軟件提供基礎數據。該平臺提供人工錄入數據接口，并由監測中心完成對數據的采集、處理、分析與發(fā)布。圖１通信包組成通過(guò)建立交通環(huán)境信息監測數據中間件接口，實(shí)現對各站點(diǎn)實(shí)時(shí)的水質(zhì)和空氣質(zhì)量監測，完成實(shí)時(shí)數據采集、存儲、環(huán)境信息統計分析和數據共享功能。

　　２系統接收端數據處理

　　數據處理部分主要指對采集的數據進(jìn)行接收、解析、轉儲和審核。通過(guò)各硬件廠(chǎng)商提供的數據對接接口與下位機進(jìn)行交互（其中包括采集數據接收、丟失數據實(shí)時(shí)反補），根據數據傳輸協(xié)議對已接收數據進(jìn)行實(shí)時(shí)解析并保存，后臺系統對通訊包的有效數據進(jìn)行保存和分析，并將分析結果以接口形式共享到云平臺。

　�。玻�１數據采集該平臺中數據采集分為自動(dòng)采集和人工采集兩種方式。自動(dòng)采集是指數據采集器通過(guò)相關(guān)通信鏈路，按照一定的時(shí)間間隔對各監測站點(diǎn)的環(huán)境質(zhì)量數據進(jìn)行采集。經(jīng)過(guò)數據驗證后，通過(guò)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )傳送到系統數據庫里。人工采集是智能分析儀器在網(wǎng)絡(luò )中斷不能運轉情況下，經(jīng)采樣送往交通環(huán)境監測中心實(shí)驗室試驗分析后，通過(guò)手工方式錄入到系統中［３］。

　�。玻�２數據接收數據接收技術(shù)主要通過(guò)數據接收軟件實(shí)現。數據接收軟件對上報數據進(jìn)行處理，把報文的主要信息內容插入到數據庫視圖中。數據接收軟件基于Ｓｏｃｋｅｔ通信技術(shù)接收數據報文，解析后得到原始數據，并將數據存儲到臨時(shí)數據庫。Ｓｏｃｋｅｔ是對ＴＣＰ／ＵＤＰ協(xié)議的封裝，調用接口（ＡＰＩ），通過(guò)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(méi)有重傳和確認機制，實(shí)時(shí)性要求較高。Ｊａｖａ編程語(yǔ)言提供了許多可以集成網(wǎng)絡(luò )編程技術(shù)的類(lèi)庫，本文采用基于ＪＡＶＡＮＩＯ的ＡｐａｃｈｅＭＩＮＡ框架。ＭＩＮＡ是一個(gè)開(kāi)發(fā)高性能和高可伸縮性網(wǎng)絡(luò )應用程序框架，底層用ＪＡＶＡＮＩＯ實(shí)現，無(wú)阻塞異步傳輸，可以處理并發(fā)量大的數據傳輸。Ｍｉｎａ提供了事件驅動(dòng)、異步操作的編程模型，通過(guò)過(guò)濾器鏈（ＦｉｌｔｅｒＣｈａｉｎ）實(shí)現高擴展性，同時(shí)提供協(xié)議框架，對應用層來(lái)說(shuō)編程更方便［４］。

　�。玻�３數據分析該平臺具有動(dòng)態(tài)協(xié)議，支持不同公司的硬件采集協(xié)議，數據協(xié)議表對上位機采集到的數據進(jìn)行傳輸和解析。數據打包發(fā)送給平臺，通過(guò)預先制定好的編碼與解碼方式對數據包進(jìn)行拆分，通過(guò)觸發(fā)對數據進(jìn)行處理，分１５秒數據、１０分鐘數據、日數據和月數據存儲在相應的數據表中，并對打包來(lái)的數據進(jìn)行解析，獲取標準協(xié)議包中的有效數據。接收后的數據需標記數據狀態(tài)，為以后數據審核、補遺或統計提供依據。采集到的數據結果分析可根據車(chē)流量的變化情況給予實(shí)時(shí)高效準確的分析，再通過(guò)環(huán)境污染標準進(jìn)行比較和判斷。數據設計分為基本信息管理類(lèi)表、空氣監測信息類(lèi)表、水質(zhì)監測信息類(lèi)表、噪聲監測信息類(lèi)表和交通環(huán)境數據中心類(lèi)表。數據分析包括對采集到的數據進(jìn)行比對和運算，其中對單值數據與均值等進(jìn)行比較，查看單值與均值是否處于常態(tài)，數據是否符合監測結果的動(dòng)態(tài)變化規律。運用公式對數據進(jìn)行運算，如污染物的濃度、超標率等，通過(guò)后臺計算得出科學(xué)精確的分析結果，找出環(huán)境要素的變化特點(diǎn)及相互聯(lián)系。如果出現單值或均值等數據異常情況，則進(jìn)入審核和補采流程，對數據進(jìn)行修復。

　�。玻�４數據審核審核具有兩個(gè)功能：①對缺失數據進(jìn)行補充；②對異常數據進(jìn)行審核并重新置入數據。被監測到的數據首先儲存到原始數據庫中，然后傳入數據中心，進(jìn)入數據中心的數據必須進(jìn)行數據有效性審核。如果有數據缺失則進(jìn)行補采，如果儀器數據也缺失則進(jìn)行算法補遺，補全后的數據保存在原始數據庫。系統可對網(wǎng)絡(luò )異常情況下丟失的數據進(jìn)行補采，通過(guò)前端平臺發(fā)送數據補采指令，從下位機重新補采歷史監測數據，補采的數據仍需進(jìn)行審核。補采后數據實(shí)時(shí)傳輸到監控中心，并存儲在數據庫服務(wù)器上。審核過(guò)程如圖３所示。設置審核條件，結合數據狀態(tài)標記對數據進(jìn)行審核，并對審核后的數據分故障數據、標定數據、超標數據、異常數據進(jìn)行標注。如果發(fā)現單值或均值異常數據，則也在此進(jìn)行補采，補采后的數據再次進(jìn)入數據分析過(guò)程，進(jìn)而保證為交通環(huán)境監控中心提供完整準確的基礎數據。

　　３結語(yǔ)

　　隨著(zhù)交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展，對于交通環(huán)境保護的要求越來(lái)越高�；�于物聯(lián)網(wǎng)的交通環(huán)境數據接收平臺是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的智能應用。該平臺可以準確接收和分析硬件設備傳輸的數據，與環(huán)保部門(mén)的標準進(jìn)行比對，得出污染程度，進(jìn)行環(huán)境治理�；�于物聯(lián)網(wǎng)的交通運輸環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )可準確、及時(shí)、全面地反映高速公路的環(huán)境質(zhì)量現狀及各類(lèi)污染源排污達標情況，有效提高污染控制、超標處理的執行效率，提高了環(huán)境監測水平，為環(huán)境管理、規劃編制、污染防治提供了數據與技術(shù)支撐。

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