摘要：随着环境污染的加重，机动车尾气对环境的影响备受关注。为了对环境污染状况及原因进行探究，设计了基于物联网的交通环境监测平台。在高速公路两旁建立交通环境质量监测路边站，实时接收数据并进行数据解析、转储和审核，与环保部门的污染标准进行比对，获得实时环境监测情况。该平台首次应用动态协议表支持不同硬件公司的数据传输和数据解析，监测污染情况，探究污染原因，为进一步改善环境空气质量提供科学数据支持。
关键词：环境污染；环境监测；数据传输；数据解析
引言
建设交通环境监测数据接口，通过对数据接收、解析、转储和审核，可以有效掌握交通运输环境中的空气质量和水质状况。环境监测工作发展经历了典型污染事故调查监测、污染源监督性监测和环境质量监测３个阶段［１］。应用自动控制技术、数据通讯技术、数据库技术、地理信息技术等建立完善而先进的数字化环境监控体系，是交通环境监控工作建设的一项重要内容和发展趋势［２］。我国把物联网确定为国家科研和产业发展战略规划。结合物联网技术对空气、水质、噪音等环境因子的采集和处理，建设一个集智能感知、智能处理、综合管理为一体的交通环境综合信息管理平台，已经成为我国交通行业环境保护与物联网技术相结合的典型应用。
１系统设计
环境在线监测数据交互是交通环境监测系统中的重要环节，是实现交通环境实时动态监测的有效手段。本系统在合适的点位安装各种智能监测仪器设备和数据采集传输仪。交通环境监测平台融合交通运输、环境保护等多个部门，采集水质、空气、噪声等各方面监测因子组成一个复合系统，监测范围覆盖水质、空气质量、噪声、生态环境等多个领域，通过无线传输或有线传输方式与交通环境监控中心的通信服务器相连接，传输通讯包。通讯包主要由包头、数据段长度、数据段、ＣＲＣ（循环冗余码校验）以及包尾组成。其中数据段包含请求编号、系统编号、命令编号、设备唯一标准、密码标志位等，通讯包组成如图１所示。采集设备将通讯包实时传输到监控中心，存储在数据库服务器上，并进行解析转储和审核，为交通环境监控中心各种应用软件提供基础数据。该平台提供人工录入数据接口，并由监测中心完成对数据的采集、处理、分析与发布。图１通信包组成通过建立交通环境信息监测数据中间件接口，实现对各站点实时的水质和空气质量监测，完成实时数据采集、存储、环境信息统计分析和数据共享功能。
２系统接收端数据处理
数据处理部分主要指对采集的数据进行接收、解析、转储和审核。通过各硬件厂商提供的数据对接接口与下位机进行交互（其中包括采集数据接收、丢失数据实时反补），根据数据传输协议对已接收数据进行实时解析并保存，后台系统对通讯包的有效数据进行保存和分析，并将分析结果以接口形式共享到云平台，如图２所示。２．１数据采集该平台中数据采集分为自动采集和人工采集两种方式。自动采集是指数据采集器通过相关通信链路，按照一定的时间间隔对各监测站点的环境质量数据进行采集。经过数据验证后，通过数据传输网络传送到系统数据库里。人工采集是智能分析仪器在网络中断不能运转情况下，经采样送往交通环境监测中心实验室试验分析后，通过手工方式录入到系统中［３］。２．２数据接收数据接收技术主要通过数据接收软件实现。数据接收软件对上报数据进行处理，把报文的主要信息内容插入到数据库视图中。数据接收软件基于Ｓｏｃｋｅｔ通信技术接收数据报文，解析后得到原始数据，并将数据存储到临时数据库。Ｓｏｃｋｅｔ是对ＴＣＰ／ＵＤＰ协议的封装，调用接口（ＡＰＩ），通过Ｓｏｃｋｅｔ可以方便地使用ＴＣＰ／ＵＤＰ协议。ＴＣＰ是面向连接的可靠传输协议，通信前建立三次握手，握手成功后再进行通信。ＵＤＰ是直连，没有重传和确认机制，实时性要求较高。Ｊａｖａ编程语言提供了许多可以集成网络编程技术的类库，本文采用基于ＪＡＶＡＮＩＯ的ＡｐａｃｈｅＭＩＮＡ框架。ＭＩＮＡ是一个开发高性能和高可伸缩性网络应用程序框架，底层用ＪＡＶＡＮＩＯ实现，无阻塞异步传输，可以处理并发量大的数据传输。Ｍｉｎａ提供了事件驱动、异步操作的编程模型，通过过滤器链（ＦｉｌｔｅｒＣｈａｉｎ）实现高扩展性，同时提供协议框架，对应用层来说编程更方便［４］。２．３数据分析该平台具有动态协议，支持不同公司的硬件采集协议，数据协议表对上位机采集到的数据进行传输和解析。数据打包发送给平台，通过预先制定好的编码与解码方式对数据包进行拆分，通过触发对数据进行处理，分１５秒数据、１０分钟数据、日数据和月数据存储在相应的数据表中，并对打包来的数据进行解析，获取标准协议包中的有效数据。接收后的数据需标记数据状态，为以后数据审核、补遗或统计提供依据。采集到的数据结果分析可根据车流量的变化情况给予实时高效准确的分析，再通过环境污染标准进行比较和判断。数据设计分为基本信息管理类表、空气监测信息类表、水质监测信息类表、噪声监测信息类表和交通环境数据中心类表。数据分析包括对采集到的数据进行比对和运算，其中对单值数据与均值等进行比较，查看单值与均值是否处于常态，数据是否符合监测结果的动态变化规律。运用公式对数据进行运算，如污染物的浓度、超标率等，通过后台计算得出科学精确的分析结果，找出环境要素的变化特点及相互联系。如果出现单值或均值等数据异常情况，则进入审核和补采流程，对数据进行修复。２．４数据审核审核具有两个功能：①对缺失数据进行补充；②对异常数据进行审核并重新置入数据。被监测到的数据首先储存到原始数据库中，然后传入数据中心，进入数据中心的数据必须进行数据有效性审核。如果有数据缺失则进行补采，如果仪器数据也缺失则进行算法补遗，补全后的数据保存在原始数据库。系统可对网络异常情况下丢失的数据进行补采，通过前端平台发送数据补采指令，从下位机重新补采历史监测数据，补采的数据仍需进行审核。补采后数据实时传输到监控中心，并存储在数据库服务器上。审核过程如图３所示。设置审核条件，结合数据状态标记对数据进行审核，并对审核后的数据分故障数据、标定数据、超标数据、异常数据进行标注。如果发现单值或均值异常数据，则也在此进行补采，补采后的数据再次进入数据分析过程，进而保证为交通环境监控中心提供完整准确的基础数据。
３结语
随着交通运输业的迅速发展，对于交通环境保护的要求越来越高。基于物联网的交通环境数据接收平台是物联网技术在环保领域的智能应用。该平台可以准确接收和分析硬件设备传输的数据，与环保部门的标准进行比对，得出污染程度，进行环境治理。基于物联网的交通运输环境监测网络可准确、及时、全面地反映高速公路的环境质量现状及各类污染源排污达标情况，有效提高污染控制、超标处理的执行效率，提高了环境监测水平，为环境管理、规划编制、污染防治提供了数据与技术支撑。
作者：张延华 顾汝梅 单位：沈阳化工大学信息工程学院
