حلول مراقبة البيئة الجوية

1. تحليل الخلفية

(1) الوضع الحالي للتلوث

مع التطور السريع للتصنيع والتحضر، أصبحت مشكلة تلوث الهواء حادة بشكل متزايد. PM2.5، أصبح التركيز المفرط للملوثات مثل الأوزون (O3) وثاني أكسيد الكبريت (لذا₂) وأكاسيد النيتروجين (أكاسيد النيتروجين) مشكلة عالمية. وفقًا لمنظمة الصحة العالمية، يتعرض حوالي 90٪ من سكان العالم لظروف هواء مفرطة، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في المخاطر الصحية مثل أمراض الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية. وفقًا لتقرير وكالة الطاقة الدولية، يموت أكثر من 6.5 مليون شخص بسبب تلوث الهواء في جميع أنحاء العالم كل عام. ويتوقع التقرير أنه بحلول عام 2040، سيرتفع هذا العدد إلى 7.5 مليون. بسبب تفاقم تلوث الهواء في السنوات الأخيرة، يتزايد معدل الإصابة بالأشخاص أيضًا عامًا بعد عام، وخاصة بعض كبار السن والأطفال والنساء الحوامل، الذين تكون مقاومتهم أضعف بكثير من مقاومة الشباب العاديين، لذلك أصبحوا أيضًا أخطر ضحايا تلوث الهواء. هناك ثلاث طرق يُلحق بها تلوث الهواء الضرر بجسم الإنسان، وهي استنشاق الهواء الملوث، وملامسة الجلد له، وتناول أطعمة تحتوي على ملوثات هوائية. فبالإضافة إلى التسبب بأمراض الجهاز التنفسي والرئة، يُمكن أن يُلحق أيضًا الضرر بالجهاز القلبي الوعائي والكبد، وغيرها، وفي الحالات الشديدة، قد يُودي بحياة الإنسان. وقد وضعت حكومات العالم سياسات صارمة للوقاية من تلوث الهواء ومكافحته، مثل حملة "السماء الزرقاء" الصينية، و"خطة الهواء النظيف" للاتحاد الأوروبي، وذلك لتعزيز تطوير تقنيات الرصد البيئي نحو الرصد الفوري الدقيق والذكي.

(2) نقاط الألم الفنية

تعتمد أساليب الرصد التقليدية على محطات ثابتة وأخذ عينات يدويًا، مما يُسبب مشاكل مثل عدم دقة المعدات (مثل خطأ رصد PM2.5 الذي يتجاوز ± 15%)، ومحدودية التغطية (تغطية المناطق الحضرية فقط)، وتأخر تحديث البيانات (30 دقيقة فقط)، وارتفاع التكاليف. لذلك، ثمة حاجة مُلحة إلى حل ذكي فعال ومرن وقابل للتطوير لرصد البيئة الجوية، للتعامل مع سيناريوهات التلوث المعقدة والمتغيرة.

2. وصف موجز للخطة

من خلال دمج مراقبة البيئة الجوية مع بنية إنترنت الأشياء والحوسبة السحابية والشبكة المحلية/شبكة الاتصالات وتقنيات الاتصال السلس متعددة الشبكات الأخرى، تم إنشاء نظام ذكي لمراقبة البيئة الجوية ليلعب دورًا مهمًا في المراقبة اليومية والإدارة والاستجابة لحالات الطوارئ لجودة الغلاف الجوي.

يمكن لنظام المراقبة الذي يعتمد على مركز خادم الحوسبة السحابية استيعاب بيانات المراقبة من عشرات الآلاف من نقاط المراقبة، مما يشكل منصة مراقبة إقليمية لتحقيق المراقبة والإدارة الموحدة داخل المنطقة.

استناداً إلى إنترنت الأشياء وتكنولوجيا البيانات الضخمة، تم بناء نظام مراقبة متكامل لتحليل انتقال الإدراك واتخاذ القرارات لتحقيق المراقبة في الوقت الفعلي، والتتبع الدقيق، والتحكم الذكي في مصادر تلوث الهواء، مما يساعد الحكومات والشركات على تحقيق أهداف الحوكمة البيئية.

3. الهيكل العام للحل

4. الميزات الوظيفية

(1) مراقبة في الوقت الحقيقي طوال اليوم

جمع بيانات الخصائص المهمة، مثل الغبار (PM2.5 وPM10)، والضوضاء، والأرصاد الجوية، وجودة الهواء (ثاني أكسيد الكبريت، وثاني أكسيد النيتروجين، وأول أكسيد الكربون، والأوزون) لفهم حالة السلامة العامة للموقع في الوقت الفعلي. عرض قمرة القيادة، يعرض ديناميكيًا تصنيف مؤشر التلوث الإقليمي وتقييم المخاطر الصحية.

(2) تحليل البيانات التلقائي

حساب البيانات المُجمعة وفقًا للخوارزمية التي يُحددها المستخدم، وتحويل بيانات الاستشعار الخام إلى بيانات تُمثل حالة السلامة. توفير تقارير بيانات سهلة الاستخدام وخرائط ديناميكية للمساعدة في اتخاذ القرارات الإدارية. خريطة حرارية مُتكاملة للتلوث ونموذج تتبع، يدعم تحليل البيانات متعدد الأبعاد. دمج النماذج الجوية مع خوارزميات انتشار التلوث لتحديد مصادر التلوث بسرعة.

(3) تحذير التحليل المتعدد

في حالة حدوث مواقف غير طبيعية مثل تجاوز الحد الأقصى أو فشل المعدات، سيقوم النظام بتشغيل آلية الإنذار ذات المستويات الثلاثة المقابلة وإخطار المستخدم في شكل رسالة نصية قصيرة أو بريد إلكتروني وما إلى ذلك في أقرب وقت ممكن.

(4) توفير أساس مرجعي

ويوفر تخزين بيانات المراقبة أساسًا قياسيًا للتحذيرات المستقبلية بشأن جودة الهواء.

(5) التعامل مع خطة الطوارئ

استخراج طرق التعامل المناسبة مباشرة من مكتبة خطة الطوارئ، واتخاذ التدابير اللازمة على الفور مثل تدخل الأفراد والإخلاء، والحد من الأضرار الناجمة عن التلوث البيئي.

5. عرض المنصة

6. شاشة الهاتف المحمول

7. المعدات والمحطات ذات الصلة

(1) بوابة

1) يدعم أوضاع لاسلكية متعددة بما في ذلك واي فاي، و2G، و4G.

2) تصميم تطبيق صناعي، مع واجهات غنية مثل RS232/RS485، يستطيع، منفذ الإدخال والإخراج العام (GPIO)، محول تناظري إلى رقمي، إلخ.

3) تحتوي واجهة بطاقة شريحة SIM/الاتحاد الدولي للرياضة على حماية التفريغ الكهروستاتيكي مدمجة بقوة 15 كيلو فولت.

4) تصميم مدخل إمداد طاقة واسع دي سي 5-36V، يلبي متطلبات التوافق الكهرومغناطيسي للمستوى الصناعي 4 التوافق الكهرومغناطيسي، وحماية واجهة الهوائي من الصواعق، وقد اجتاز 1500 ساعة من اختبار البيئة القاسية في درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية.

5) تم تصميم الحماية من خلال برامج وأجهزة متعددة المستويات، واكتشاف الأخطاء وإصلاحها ذاتيًا، مما يضمن التشغيل المستقر والموثوق به للمعدات على مدار 24 ساعة في اليوم دون إشراف بشري.

٦) اعتماد آلية كشف روابط متعددة الطبقات. تدعم هذه الآلية نبضات طبقة حزب الشعب الباكستاني، وكشف اللجنة الدولية لمكافحة الفساد، وكشف حركة مرور الواجهة، وكشف حزم نبضات بروتوكول التحكم في الإرسال، وغيرها من آليات كشف الروابط، للكشف عن حالات الروابط، وتحقيق إعادة السحب التلقائي والإصلاح الذاتي للأخطاء، وضمان اتصال دائم بالجهاز.

7) تحتوي واجهة الطاقة على حماية مدمجة للمرحلة العكسية.

(2) 6 معلمات الأرصاد الجوية وكاشف الغبار

1) دعم طرق إمداد الطاقة بالتيار المتردد والطاقة الشمسية.

2) مراقبة العوامل في الوقت الحقيقي مثل سرعة الرياح واتجاهها وهطول الأمطار وشدة الضوء ودرجة الحرارة والرطوبة والغبار (PM2.5، PM10)، وما إلى ذلك.

3) يعتمد الهيكل العام على قوس طلاء الرش المصنوع من الفولاذ الكربوني وتصميم مضاد للسرقة للبطارية.

4) هيكل بسيط، تركيب سهل، وقابلية تشغيل قوية.

5) يعتمد تصميمًا مقاومًا للماء، ويمكنه العمل كالمعتاد حتى في الأيام الممطرة.

(3) جهاز مراقبة الضوضاء

1) دعم طرق إمداد الطاقة بالتيار المتردد والطاقة الشمسية.

2) تصميم هيكل مدمج و معياري، حجم صغير، أداء موثوق.

3) نطاق التردد: 20 هرتز ~ 12.5 كيلو هرتز.

4) نطاق الكشف: 30-130 ديسيبل.

(4) جهاز مراقبة جودة الهواء عبر الإنترنت

1) تكامل عالي، لا أجزاء متحركة، تآكل صفر.

2) خالية من الصيانة، ولا حاجة للمعايرة في الموقع.

3) يتم استخدام البلاستيك الهندسي جمعية علماء الفلك الأمريكية (ASA) في التطبيقات الخارجية مع الحفاظ على لونه ثابتًا طوال العام.

4) أول أكسيد الكربون: 0-10 جزء في المليون (± 5% ف س)، ثاني أكسيد الكبريت: 0-5 جزء في المليون (± 5% ف س)، ثاني أكسيد النيتروجين: 0-5 جزء في المليون (± 5% ف س)، O3: 0-5 جزء في المليون (± 5% ف س).

(5) محطة مراقبة متنقلة مثبتة على مركبة (اختياري)

1) رسم خرائط التلوث في الوقت الحقيقي،

2) دعم تحديد المواقع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وردود الفعل 4G

(6) نظام فحص الطائرات بدون طيار (اختياري)

1) وحدة الكشف عن الغازات المتعددة

2) كاميرا عالية الدقة

3) عمر البطارية ≥ 2 ساعة

8. سيناريوهات التطبيق

الإشراف على الشبكة الحضرية: نشر شبكة مراقبة بحجم 500 متر × 500 متر لتحديد مصادر التلوث مثل غبار المباني وأبخرة المطاعم.

مراقبة المناطق الصناعية: مراقبة انتشار التلوث على حدود المؤسسات الكيميائية والصلب للوقاية من المخاطر البيئية.

مكافحة تلوث المرور: إنشاء محطات على الطرق الرئيسية وتحليل تأثير عوادم السيارات على جودة الهواء.

مراقبة موقع البناء: التحكم في تلوث الغبار في الوقت الحقيقي لضمان البناء الحضاري.

مراقبة المناطق المحمية بيئيًا: تتبع التغيرات في جودة الهواء على المدى الطويل وتقييم فعالية الحماية.