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交通環(huán)境監(jiān)測數據接口研究論文
摘要：隨著環(huán)境污染的加重，機動車尾氣對環(huán)境的影響備受關注。為了對環(huán)境污染狀況及原因進行探究，設計了基于物聯(lián)網的交通環(huán)境監(jiān)測平臺。在高速公路兩旁建立交通環(huán)境質量監(jiān)測路邊站，實時接收數據并進行數據解析、轉儲和審核，與環(huán)保部門的污染標準進行比對，獲得實時環(huán)境監(jiān)測情況。該平臺首次應用動態(tài)協(xié)議表支持不同硬件公司的數據傳輸和數據解析，監(jiān)測污染情況，探究污染原因，為進一步改善環(huán)境空氣質量提供科學數據支持。
關鍵詞：環(huán)境污染；環(huán)境監(jiān)測；數據傳輸；數據解析
引言
建設交通環(huán)境監(jiān)測數據接口，通過對數據接收、解析、轉儲和審核，可以有效掌握交通運輸環(huán)境中的空氣質量和水質狀況。環(huán)境監(jiān)測工作發(fā)展經歷了典型污染事故調查監(jiān)測、污染源監(jiān)督性監(jiān)測和環(huán)境質量監(jiān)測３個階段［１］。應用自動控制技術、數據通訊技術、數據庫技術、地理信息技術等建立完善而先進的數字化環(huán)境監(jiān)控體系，是交通環(huán)境監(jiān)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)網確定為國家科研和產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。結合物聯(lián)網技術對空氣、水質、噪音等環(huán)境因子的采集和處理，建設一個集智能感知、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，已經成為我國交通行業(yè)環(huán)境保護與物聯(lián)網技術相結合的典型應用。
１系統(tǒng)設計
環(huán)境在線監(jiān)測數據交互是交通環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，是實現交通環(huán)境實時動態(tài)監(jiān)測的有效手段。本系統(tǒng)在合適的點位安裝各種智能監(jiān)測儀器設備和數據采集傳輸儀。交通環(huán)境監(jiān)測平臺融合交通運輸、環(huán)境保護等多個部門，采集水質、空氣、噪聲等各方面監(jiān)測因子組成一個復合系統(tǒng)，監(jiān)測范圍覆蓋水質、空氣質量、噪聲、生態(tài)環(huán)境等多個領域，通過無線傳輸或有線傳輸方式與交通環(huán)境監(jiān)控中心的通信服務器相連接，傳輸通訊包。通訊包主要由包頭、數據段長度、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(tǒng)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時傳輸到監(jiān)控中心，存儲在數據庫服務器上，并進行解析轉儲和審核，為交通環(huán)境監(jiān)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(jiān)測中心完成對數據的采集、處理、分析與發(fā)布。圖１通信包組成通過建立交通環(huán)境信息監(jiān)測數據中間件接口，實現對各站點實時的水質和空氣質量監(jiān)測，完成實時數據采集、存儲、環(huán)境信息統(tǒng)計分析和數據共享功能。
２系統(tǒng)接收端數據處理
數據處理部分主要指對采集的數據進行接收、解析、轉儲和審核。通過各硬件廠商提供的數據對接接口與下位機進行交互（其中包括采集數據接收、丟失數據實時反補），根據數據傳輸協(xié)議對已接收數據進行實時解析并保存，后臺系統(tǒng)對通訊包的有效數據進行保存和分析，并將分析結果以接口形式共享到云平臺。
２．１數據采集該平臺中數據采集分為自動采集和人工采集兩種方式。自動采集是指數據采集器通過相關通信鏈路，按照一定的時間間隔對各監(jiān)測站點的環(huán)境質量數據進行采集。經過數據驗證后，通過數據傳輸網絡傳送到系統(tǒng)數據庫里。人工采集是智能分析儀器在網絡中斷不能運轉情況下，經采樣送往交通環(huán)境監(jiān)測中心實驗室試驗分析后，通過手工方式錄入到系統(tǒng)中［３］。
２．２數據接收數據接收技術主要通過數據接收軟件實現。數據接收軟件對上報數據進行處理，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通信技術接收數據報文，解析后得到原始數據，并將數據存儲到臨時數據庫。Ｓｏｃｋｅｔ是對ＴＣＰ／ＵＤＰ協(xié)議的封裝，調用接口（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，握手成功后再進行通信。ＵＤＰ是直連，沒有重傳和確認機制，實時性要求較高。Ｊａｖａ編程語言提供了許多可以集成網絡編程技術的類庫，本文采用基于ＪＡＶＡＮＩＯ的ＡｐａｃｈｅＭＩＮＡ框架。ＭＩＮＡ是一個開發(fā)高性能和高可伸縮性網絡應用程序框架，底層用ＪＡＶＡＮＩＯ實現，無阻塞異步傳輸，可以處理并發(fā)量大的數據傳輸。Ｍｉｎａ提供了事件驅動、異步操作的編程模型，通過過濾器鏈（ＦｉｌｔｅｒＣｈａｉｎ）實現高擴展性，同時提供協(xié)議框架，對應用層來說編程更方便［４］。
２．３數據分析該平臺具有動態(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行傳輸和解析。數據打包發(fā)送給平臺，通過預先制定好的編碼與解碼方式對數據包進行拆分，通過觸發(fā)對數據進行處理，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，并對打包來的數據進行解析，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(tǒng)計提供依據。采集到的數據結果分析可根據車流量的變化情況給予實時高效準確的分析，再通過環(huán)境污染標準進行比較和判斷。數據設計分為基本信息管理類表、空氣監(jiān)測信息類表、水質監(jiān)測信息類表、噪聲監(jiān)測信息類表和交通環(huán)境數據中心類表。數據分析包括對采集到的數據進行比對和運算，其中對單值數據與均值等進行比較，查看單值與均值是否處于常態(tài)，數據是否符合監(jiān)測結果的動態(tài)變化規(guī)律。運用公式對數據進行運算，如污染物的濃度、超標率等，通過后臺計算得出科學精確的分析結果，找出環(huán)境要素的變化特點及相互聯(lián)系。如果出現單值或均值等數據異常情況，則進入審核和補采流程，對數據進行修復。
２．４數據審核審核具有兩個功能：①對缺失數據進行補充；②對異常數據進行審核并重新置入數據。被監(jiān)測到的數據首先儲存到原始數據庫中，然后傳入數據中心，進入數據中心的數據必須進行數據有效性審核。如果有數據缺失則進行補采，如果儀器數據也缺失則進行算法補遺，補全后的數據保存在原始數據庫。系統(tǒng)可對網絡異常情況下丟失的數據進行補采，通過前端平臺發(fā)送數據補采指令，從下位機重新補采歷史監(jiān)測數據，補采的數據仍需進行審核。補采后數據實時傳輸到監(jiān)控中心，并存儲在數據庫服務器上。審核過程如圖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、異常數據進行標注。如果發(fā)現單值或均值異常數據，則也在此進行補采，補采后的數據再次進入數據分析過程，進而保證為交通環(huán)境監(jiān)控中心提供完整準確的基礎數據。
３結語
隨著交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展，對于交通環(huán)境保護的要求越來越高。基于物聯(lián)網的交通環(huán)境數據接收平臺是物聯(lián)網技術在環(huán)保領域的智能應用。該平臺可以準確接收和分析硬件設備傳輸的數據，與環(huán)保部門的標準進行比對，得出污染程度，進行環(huán)境治理。基于物聯(lián)網的交通運輸環(huán)境監(jiān)測網絡可準確、及時、全面地反映高速公路的環(huán)境質量現狀及各類污染源排污達標情況，有效提高污染控制、超標處理的執(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、污染防治提供了數據與技術支撐。
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