摘要：隨着環境污染的加重，機動車尾氣對環境的影響備受關注。爲了對環境污染狀況及原因進行探究，設計了基於物聯網的交通環境監測平臺。在高速公路兩旁建立交通環境質量監測路邊站，實時接收數據並進行數據解析、轉儲和審覈，與環保部門的污染標準進行比對，獲得實時環境監測情況。該平臺首次應用動態協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，爲進一步改善環境空氣質量提供科學數據支持。
關鍵詞：環境污染；環境監測；數據傳輸；數據解析
引言
建設交通環境監測數據接口，通過對數據接收、解析、轉儲和審覈，可以有效掌握交通運輸環境中的空氣質量和水質狀況。環境監測工作發展經歷了典型污染事故調查監測、污染源監督性監測和環境質量監測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境監控體系，是交通環境監控工作建設的一項重要內容和發展趨勢［２］。我國把物聯網確定爲國家科研和產業發展戰略規劃。結合物聯網技術對空氣、水質、噪音等環境因子的採集和處理，建設一個集智能感知、智能處理、綜合管理爲一體的交通環境綜合信息管理平臺，已經成爲我國交通行業環境保護與物聯網技術相結合的典型應用。
１系統設計
環境在線監測數據交互是交通環境監測系統中的重要環節，是實現交通環境實時動態監測的有效手段。本系統在合適的點位安裝各種智能監測儀器設備和數據採集傳輸儀。交通環境監測平臺融合交通運輸、環境保護等多個部門，採集水質、空氣、噪聲等各方面監測因子組成一個複合系統，監測範圍覆蓋水質、空氣質量、噪聲、生態環境等多個領域，通過無線傳輸或有線傳輸方式與交通環境監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（循環冗餘碼校驗）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、密碼標誌位等，通訊包組成如圖１所示。採集設備將通訊包實時傳輸到監控中心，存儲在數據庫服務器上，並進行解析轉儲和審覈，爲交通環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，並由監測中心完成對數據的採集、處理、分析與發佈。圖１通信包組成通過建立交通環境信息監測數據中間件接口，實現對各站點實時的水質和空氣質量監測，完成實時數據採集、存儲、環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採集的數據進行接收、解析、轉儲和審覈。通過各硬件廠商提供的數據對接接口與下位機進行交互（其中包括採集數據接收、丟失數據實時反補），根據數據傳輸協議對已接收數據進行實時解析並保存，後臺系統對通訊包的有效數據進行保存和分析，並將分析結果以接口形式共享到雲平臺。
２．１數據採集該平臺中數據採集分爲自動採集和人工採集兩種方式。自動採集是指數據採集器通過相關通信鏈路，按照一定的時間間隔對各監測站點的環境質量數據進行採集。經過數據驗證後，通過數據傳輸網絡傳送到系統數據庫裏。人工採集是智能分析儀器在網絡中斷不能運轉情況下，經採樣送往交通環境監測中心實驗室試驗分析後，通過手工方式錄入到系統中［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。數據接收軟件基於Ｓｏｃｋｅｔ通信技術接收數據報文，解析後得到原始數據，並將數據存儲到臨時數據庫。Ｓｏｃｋｅｔ是對ＴＣＰ／ＵＤＰ協議的封裝，調用接口（ＡＰＩ），通過Ｓｏｃｋｅｔ可以方便地使用ＴＣＰ／ＵＤＰ協議。ＴＣＰ是面向連接的可靠傳輸協議，通信前建立三次握手，握手成功後再進行通信。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，本文采用基於ＪＡＶＡＮＩＯ的ＡｐａｃｈｅＭＩＮＡ框架。ＭＩＮＡ是一個開發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，可以處理併發量大的數據傳輸。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協議，支持不同公司的硬件採集協議，數據協議表對上位機採集到的數據進行傳輸和解析。數據打包發送給平臺，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，並對打包來的數據進行解析，獲取標準協議包中的有效數據。接收後的數據需標記數據狀態，爲以後數據審覈、補遺或統計提供依據。採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，再通過環境污染標準進行比較和判斷。數據設計分爲基本信息管理類表、空氣監測信息類表、水質監測信息類表、噪聲監測信息類表和交通環境數據中心類表。數據分析包括對採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於常態，數據是否符合監測結果的動態變化規律。運用公式對數據進行運算，如污染物的濃度、超標率等，通過後臺計算得出科學精確的分析結果，找出環境要素的變化特點及相互聯繫。如果出現單值或均值等數據異常情況，則進入審覈和補採流程，對數據進行修復。
２．４數據審覈審覈具有兩個功能：①對缺失數據進行補充；②對異常數據進行審覈並重新置入數據。被監測到的數據首先儲存到原始數據庫中，然後傳入數據中心，進入數據中心的.數據必須進行數據有效性審覈。如果有數據缺失則進行補採，如果儀器數據也缺失則進行算法補遺，補全後的數據保存在原始數據庫。系統可對網絡異常情況下丟失的數據進行補採，通過前端平臺發送數據補採指令，從下位機重新補採歷史監測數據，補採的數據仍需進行審覈。補採後數據實時傳輸到監控中心，並存儲在數據庫服務器上。審覈過程如圖３所示。設置審覈條件，結合數據狀態標記對數據進行審覈，並對審覈後的數據分故障數據、標定數據、超標數據、異常數據進行標註。如果發現單值或均值異常數據，則也在此進行補採，補採後的數據再次進入數據分析過程，進而保證爲交通環境監控中心提供完整準確的基礎數據。
３結語
隨着交通運輸業的迅速發展，對於交通環境保護的要求越來越高。基於物聯網的交通環境數據接收平臺是物聯網技術在環保領域的智能應用。該平臺可以準確接收和分析硬件設備傳輸的數據，與環保部門的標準進行比對，得出污染程度，進行環境治理。基於物聯網的交通運輸環境監測網絡可準確、及時、全面地反映高速公路的環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、超標處理的執行效率，提高了環境監測水平，爲環境管理、規劃編制、污染防治提供了數據與技術支撐。