物联网大气预测预警大学生创新创业计划书

大学生创新创业训练计划

项目申报表

推 荐 学 校

西安邮电大学 基于物联网的大气质量预

项 目 名 称 测预警系统 项 目 类 型

创新训练项目

项 目 负 责 人 申 报 日 期

2014-5-27

陕西省教育厅 制

项目名称 基于物联网的大气质量预测预警系统 项目类型 项目实施时间 （ √ ）创新训练项目 （ ）创业训练项目 （ ）创业实践项目 起始时间： 2014年 3月 完成时间： 2015年 5月所在院系 /专业 通工1109 通工1103 通工1204 信工1201 通工1103 姓名 年级 叶收斌 大三 刘虓 岳鹏 大三 大二 大二 学校 通工 通工 通工 信工 通工 联系电话 1300 E-mail 申请人或申请团队主持人 成 员 吴磊 姓名 年龄 梁小强 大二 研究方向 行政职务/专业技术职务 指导教师 主要成果 一、项目实施的目的、意义 本项目通过建设物联网大气质量预测预警信息发布系统，通过对大气各项指标的获取，利用数据挖掘和时间序列等技术，经过推理模型的预演，对区域内环境空气质量进行连续的分析、实时的显示、准确的预测、快速的预报，主要包括PM2.5、PM10、CO、SO2、NOx、O3、总悬浮颗粒物等空气污染物及AQI指数，全面监测区域内空气环境质量并对可能出现的污染天气进行预测和预报，及时发现环境空气污染并进行污染物的溯源追因，系统以物联网架构建设，信息数据被实时采集、传输，汇集到数据中心，通过核心业务平台，形成对环境空气质量的实时监测、预报、发布、追因体系，同时，为总量减排、污染物总量控制、环境评价、高污染企业新建和关停及其他关联部门的应用提供数据依据。 党的“十八大”报告将生态文明建设提升到与经济建设、政治建设、文化建设、社会建设并列的战略高度，明确提出要要“大力推进生态文明建设，坚持节约资源和保护环境的基本国策，从源头上扭转生态环境恶化趋势，为人民创造良好生产生活环境，为全球生态安全作出贡献”，“以解决损害群众健康突出环境问题为重点，强化水、大气、土壤等污染防治”，而环境保护是生态文明建设的主阵地，是建设美丽中国的着力点，通过建设大气质量预测预警信息发布系统，推进环境保护与经济发展协调融合，对实际、有效推动 “十八大”精神的贯彻落实，有着非常重要的意义。 建设大气质量预测预警信息发布系统是先进的环境预警体系的有力支撑。一是提高了快速反应能力。当发生空气污染事件或预测空气污染等级偏高时，环境保护部门能够以最快的速度及时对企业的排放行为进行纠正、制止和查处；二是提高了公众对于环境空气质量的监督力度。通过在线数据的获取，实时发布空气质量状况，公众可以随时对环境空气质量状况进行查询监督；三是提高辅助决策和应急指挥能力。通过大气环境质量的实时监测、及时预报、统计分析和污染追因，能够为各级领导进行分析判断、科学决策，以及提高环境监察部门处置突发性污染事故的效能起到积极作用，并通过大气环境预警最大限度降低污染事故的危害。 建设大气质量预测预警信息发布系统是生活环境污染物治理、总量控制的重要决策支持。治理必先预警，预警必先预测，在预测结构的基础上出现预警信息，从而达到高效的治理效果。因此，对于空气环境质量的实时监测和对未来情况的预报，为环境保护部门实施污染源治理、实施总量控制、建设项目环境评价和重污染源的新建和关停提供数据支撑。 建设大气质量预测预警信息发布系统是环境管理工作实现综合化、科学化的现实需要。目前，环保部门监管的企业越来越多，仍然沿用传统的监管模式已经无法再适应目前发展状况，必然要求环保部门依靠高科技的信息技术，实现环境监管工作信息化，通过大气质量自动监测预报发布工作的开展，切实推进环境保护工作信息化进程，实现对空气污染的控制，由抽查控制变为全面监测、由被动处理变为主动预警，通过对大气质量监测数据生成分析，大大提高环境保护工作效能，为推进环境保护工作信息化奠定了基础，使环境管理工作真正作到网络化、自动化和实时化。 二、项目研究内容和拟解决的关键问题 本项研究的主要内容是： （1）数据采集系统：采用物联网技术，通过气象、环监等部门的大气监测设备/站获取气象数据、水文数据、地理数据、污染数据等信息，并将有效数据完整、实时、连续的发送至数据中心。 （2）数据中心：分为处理层和存储层，采用云计算技术对监测数据进行统一管理，分布存储，为核心业务平台提供数据接口和高速缓存接口，同时确保数据安全。 （3）核心业务平台：包括业务层和功能层，对大气实时监测数据进行统计分析，结合气象、水文、地理等多方面指标，进行空气质量的推理模型预演，形成数据报表和预测信息，并将这些信息发送至信息发布系统。 （4）信息发布系统：是面向政府和公众两个角度研发的信息公布平台，主要用于发布实时大气质量数据和未来大气质量预测曲线，可运行在PC机、手持终端等智能设备，主要以网站和GIS方式展现给用户。 该项研究的关键问题是：核心业务平台。 核心业务平台的主要功能是提供大气质量预测核心业务服务，主要包括：大气预测预警核心算法（推理预测模型）、后端平台系统、污染源排放清单系统、空气污染来源追因系统、重污染天气决策支持系统、可视化业务会商系统以及公共信息服务系统等。 预测指标包括：CO、SO2、NO2、O3、PM10、PM2.5，能够较准确预测未来1天至5天内的城市不同区域的环境空气质量，并根据时间推进自动进行误差修正，其预测准确率达到70%以上；能够追溯城市空气质量下降的原因。 三、项目研究与实施的基础条件 1．本项研究需要对环境进行监测，需要多种环境监测传感设备，满足大气质量预测预警信息发布系统的终端数据信息采集。 2．本项研究是需要物联网通讯的，所以需要物联网通讯设备，满足大气质量预测预警信息发布系统的信息数据向管理中心端安全传输。 3.本项目前期开发了针对不同环境应用的系列监控系统软件，形成了大气质量预测预警信息发布系统的应用系统支撑。 4.本项目前期针对环保管理部门对大气质量及预测预警信息发布的需求，共同研发了环境信息资源共享平台和现场数据采集系统，以此为基础建设了环保物联网监控中心，为大气质量预测预警信息发布系统的研发和信息集成应用奠定了基础。 四、项目实施方案 研发基于物联网技术的大气质量预测预警信息发布系统，对区域内大气环境质量在线数据进行监测、采集，通过建立时间序列推理预测模型，实现大气各项指标的统计分析和运算，对空气状况进行实时发布，对未来空气质量进行预测，并根据各地方气象、水文、地理因素的不同，自动调整和修正预测参数和预测结果，应用物联网技术、大数据挖掘技术、时间序列推演技术，实现对大气环境质量的实时发布、准确预测和快速预警，为环境保护工作提供数据支持，推动环境管理模式的重大转变。 ⑴核心业务平台 ①大气预测预警核心算法 依据监测数据，推算未来大气质量，支持预测模型的导入、参数调节、预测结果调节等。 ②后端平台系统 为整个系统提供web service服务，连接监测数据、核心算法、前端大气质量发布系统——web和android端。 ③污染源排放清单系统 提供污染源排放清单导入、编辑、动态更新、统计、分析及数值预报支撑功能。 ④空气污染来源追因系统 建设数值预报污染源追因、遥感监测反演、后向轨迹和方位贡献分析功能，提供空气污染来源追因服务。 ⑤重污染天气决策支持系统 建设重污染天气条件下的应急决策、分析、处置、评估、归档、模拟服务。 ⑥可视化业务会商系统 建设可管理的空气质量预报业务值班管理系统，同时满足与各协同会商单位、各地市环保单位的业务会商需求。 ⑦公共信息服务系统 提供多种形式的环境质量预报预警发布途径及其管理功能，包括户外显示屏发布、政务网站发布、智能手机发布、微信服务平台、媒体专题产品发布。 ⑵信息发布系统 支持Web、Android移动终端等多种形式的实时监测数据和预测数据查询、统计分析功能，包括报表、折线图、饼图、直方图等，查询数据包括浓度均值、超标率均值、空气质量级别等，支持分析报表打印功能。 ①实时数据发布 对当日空气质量指数（AQI）进行实时发布，包括AQI等级、首要污染物、主要污染物直方图、健康贴士等信息。 ②未来趋势曲线 将预测的未来1至5天内的空气质量指数以折现图、主要污染物数据列表等形式进行展示。 ③GIS站点地图 基于GIS的环境空气质量情况发布，包括GIS底图加载、全国省份信息、城市信息、AQI实时报、AQI历史报、各主要污染物实时监测数据列表，其中，各城市AQI指数等级以颜色标识，点击进入查看详细信息。 ④数据列表、分析报表导出 可以将各污染物监测数据列表、分析数据报表、未来趋势走向图等信息导出为Word或Excel文件。