“綠水青山，就是金山銀山”，隨著我國加強(qiáng)立法，大力投入環(huán)境治理，大家已經(jīng)明顯感覺到身邊的大氣環(huán)境在不斷改善，那么除了國家氣象局的城市級監(jiān)測數(shù)據(jù)外，我們身邊的微環(huán)境究竟是什么樣子的呢？接下來的進(jìn)一步環(huán)保努力，又應(yīng)該在什么位置呢？
創(chuàng)新互聯(lián)建站提供高防主機(jī)、云服務(wù)器、香港服務(wù)器、眉山聯(lián)通機(jī)房等
為了跟蹤小區(qū)級的微環(huán)境質(zhì)量，騰訊內(nèi)部發(fā)起了一個(gè)實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目： 細(xì)粒度的分布式大氣監(jiān)測。此系統(tǒng)完全基于騰訊云搭建，組成部分包含： 騰訊云-云數(shù)據(jù)庫、騰訊云-騰訊云圖、騰訊云-物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺、 TencentOS tiny、 騰訊云-API網(wǎng)關(guān)、 騰訊云-云函數(shù)，以及配套的 NUCLEO LoRa 開發(fā)套件、攀藤 PMS7003 顆粒物傳感器等。
我們早期設(shè)定的目標(biāo)，是在目標(biāo)小區(qū)部署終端，并以15秒的監(jiān)測頻率，記錄、追蹤空氣質(zhì)量的波動，將跟蹤粒度，由大環(huán)境監(jiān)測細(xì)化到微環(huán)境監(jiān)測，實(shí)時(shí)監(jiān)測如吸煙、廚房油煙對空氣質(zhì)量的影響。
但在原型系統(tǒng)上線后，僅在5個(gè)種子節(jié)點(diǎn)的情況下，我們意外的追蹤到了大環(huán)境污染氣團(tuán)在深圳的移動過程。接下來，將分兩個(gè)部分進(jìn)行介紹，分別是“系統(tǒng)簡介與追蹤分析”及“系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)”，詳細(xì)的系統(tǒng)各組成部分的技術(shù)拆解說明，將在后續(xù)陸續(xù)放出。
先看一下系統(tǒng)的數(shù)據(jù)界面。
包含三個(gè)頁面：
- 帶有地理位置展示的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)展示；
- 90分鐘歷史數(shù)據(jù)；
- 30天歷史數(shù)據(jù)。
原型系統(tǒng)終端：擁有5個(gè)種子節(jié)點(diǎn)，均放置于志愿者家中的露天陽臺上，直接監(jiān)測生活環(huán)境數(shù)據(jù)。具體分布地點(diǎn)位于：
- 001:南山區(qū) - (前海:西南部)
- 002:南山區(qū) - (前海:東北部)
- 003:南山區(qū) - (后海:海岸城)
- 004:寶安區(qū) - (寶安:西部)
- 005:寶安區(qū) - (寶安:東部)
注: 005節(jié)點(diǎn)選擇了廚房外的陽臺，用于局部真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)的突出展示（吸煙、油煙等），所以后續(xù)展示數(shù)據(jù)中，短期波動比較大。
短期污染氣團(tuán)移動的情況，出現(xiàn)過多次，這里針對一次典型的事件分析，來看一下具體情況的分析過程，事件時(shí)間是 2020年4月3日 星期五。
（1）系統(tǒng)數(shù)據(jù)
實(shí)時(shí)監(jiān)測頁面
由此截圖可知，西側(cè)的寶安、南山前海的空氣質(zhì)量尚可，但東側(cè)的后海等地已經(jīng)出現(xiàn)了讀數(shù)升高的情況。是內(nèi)源問題嗎？還是數(shù)據(jù)異常？
接下來看一下90分鐘數(shù)據(jù)
由兩個(gè)先后時(shí)間的截圖可以明顯發(fā)現(xiàn)，這是一個(gè)外部顆粒物氣團(tuán)，且有一個(gè)明顯的移動過程：
- 西側(cè)的1、4節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測指標(biāo)首先上升，首先下降；
- 東側(cè)的2、3、5節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測指標(biāo)延后上升，延后下降。
初步判斷：污染源是由外部進(jìn)入深圳，是一個(gè)自西向東的移動過程。
由于我們的節(jié)點(diǎn)較少，未覆蓋深圳以外地區(qū)，所以接下來我們使用了中國氣象局及 http:// （第三方數(shù)據(jù)，可信度未知，這里僅做參考）的數(shù)據(jù)，進(jìn)行對比，及外源性分析。
（2）公開數(shù)據(jù)
先看一下國家氣象局深圳南油監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
國家氣象局?jǐn)?shù)據(jù)，每小時(shí)更新一次，每次一個(gè)數(shù)據(jù)指標(biāo)，就指標(biāo)來看，監(jiān)測數(shù)據(jù)確實(shí)存在一個(gè)上升過程，并在16點(diǎn)進(jìn)入告警狀態(tài)。
也就是說，指標(biāo)上升是真實(shí)存在的。
再看一下 http:// 的數(shù)據(jù)。（第三方參考數(shù)據(jù)，不對其可信度負(fù)責(zé)，可信數(shù)據(jù)請關(guān)注國家氣象局?jǐn)?shù)據(jù)）
http:// 雖然也是以小時(shí)為頻率更新數(shù)據(jù)，但提供了地理維度的數(shù)據(jù)展示效果。從圖中可以看到，順德、中山出現(xiàn)了更高的監(jiān)測指標(biāo)，結(jié)合我們自己系統(tǒng)的污染源移動數(shù)據(jù)，初步的推斷是： 也許順德、中山首先受到了影響，且污染氣團(tuán)進(jìn)一步越過珠江，到達(dá)了深圳。
但順德、中山位于深圳的西北方和西方，為什么我們的系統(tǒng)監(jiān)測看，似乎僅僅是西方傳播源呢？為了進(jìn)一步了解這個(gè)問題，我們接下來看一下地理情況及路徑分析。
（3）污染來源與路徑分析
先來看一下三地的地形情況
可以發(fā)現(xiàn)，有幾座山嶺隔開了西北方向的直達(dá)路徑，且由于珠江入海口的海拔，提供了一個(gè)允裕的傳遞通道。
我們假設(shè)有兩個(gè)傳播方向，猜測一下傳播效果：
a) 西北方擴(kuò)散而來
由于多個(gè)山嶺的阻隔，比較難以快速到達(dá)，反而會在中山一帶聚集，形成一個(gè)位于西方的滯留點(diǎn)。
b) 西方擴(kuò)散而來
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橫跨珠江，自西向東，通道順暢，理論上是具備條件的。
也就是說，無論污染氣團(tuán)是西北方傳播過來，還是西方傳播過來，都將產(chǎn)生我們系統(tǒng)中監(jiān)測的數(shù)據(jù)效果。我們的監(jiān)測系統(tǒng)，是真實(shí)有效的。
注：本實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目，僅僅是驗(yàn)證技術(shù)可行性，相關(guān)論述僅為模擬性推理，不代表實(shí)際情況。
接下來，說明一下系統(tǒng)的組成，以及架構(gòu)原理。
本系統(tǒng)的核心部分，完全由騰訊云相關(guān)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，并配合騰訊云兼容產(chǎn)品，共同搭建了系統(tǒng)。下圖介紹了架構(gòu)組成及使用的云產(chǎn)品。
（1）監(jiān)測節(jié)點(diǎn)
監(jiān)測節(jié)點(diǎn)由三個(gè)部分組成：
- 固件：軟件層，使用TencentOS Tiny，可以使用加密通信方式，對接騰訊云物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺。
- 主控板：硬件層，使用兼容TencentOS Tiny的硬件產(chǎn)品，搭載固件，讀取傳感器，上報(bào)數(shù)據(jù)至騰訊云。
- 傳感器：硬件層，此處使用了比較常見的攀藤傳感器，用于監(jiān)測數(shù)據(jù)。
（2）本地網(wǎng)關(guān)
網(wǎng)關(guān)分為兩類，用于不同環(huán)境的接入，監(jiān)測節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)關(guān)接入網(wǎng)絡(luò)，并與騰訊云通信：
- LoRa網(wǎng)關(guān)：支持LoRa協(xié)議終端的接入，單網(wǎng)關(guān)支持1km~10km的覆蓋能力。由于是長距通信能力，所以在無法使用網(wǎng)關(guān)時(shí)，也可使用低軌衛(wèi)星接入。
- WiFi網(wǎng)關(guān)：支持WiFi協(xié)議終端的接入，用于家庭環(huán)境的接入。
（1）物聯(lián)網(wǎng)接入層
使用 騰訊云-物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺，實(shí)現(xiàn)終端加密接入騰訊云，具備多產(chǎn)品管理、多協(xié)議接入、數(shù)據(jù)解析、基礎(chǔ)存儲、狀態(tài)監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)核心能力。
本項(xiàng)目中將復(fù)雜的邏輯處理，轉(zhuǎn)交其它云產(chǎn)品承接，使用了物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺的轉(zhuǎn)推功能，將數(shù)據(jù)傳遞到應(yīng)用接入模塊。
（2）應(yīng)用接入層
使用 騰訊云-API網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)快速的REST服務(wù)接口，全面PaaS化的接入服務(wù)，后端銜接邏輯層，負(fù)擔(dān)監(jiān)測數(shù)據(jù)格式化、展示數(shù)據(jù)復(fù)合化的出入口功能。
（3）邏輯層
使用 騰訊云-云函數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)、定時(shí)的邏輯處理。有三種應(yīng)用：
- 實(shí)時(shí)入庫：將API網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)，經(jīng)拆解、分析、入數(shù)據(jù)庫。
- 定時(shí)分析：使用自帶的定期任務(wù)能力，按小時(shí)、天等時(shí)間，對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析。
- 實(shí)時(shí)查詢：基于嚴(yán)格鑒權(quán)，向展示層提供展示數(shù)據(jù)。使展示數(shù)據(jù)有更好的緩存、與復(fù)雜數(shù)據(jù)組合能力。
（4）存儲層
使用 騰訊云-云數(shù)據(jù)庫，基于云數(shù)據(jù)庫的高性能與高穩(wěn)定性，且當(dāng)前種子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)較少的情況，直接使用數(shù)據(jù)庫記錄數(shù)據(jù)。
（5）展示層
使用 騰訊云-騰訊云圖，利用云圖強(qiáng)大的地圖、視效、多接口兼容能力，快速搭建豐富的展示效果。
在展示頁中，所有的地圖數(shù)據(jù)均為實(shí)時(shí)繪制，通過 騰訊云-API網(wǎng)關(guān) 和 騰訊云-云函數(shù) 這兩個(gè)產(chǎn)品配合提供的接口數(shù)據(jù)，按指定經(jīng)緯度展示數(shù)據(jù)效果。云圖自帶的2D、3D省市區(qū)展示效果，將應(yīng)用在本項(xiàng)目的后續(xù)功能中。
由于項(xiàng)目架構(gòu)點(diǎn)多，且受限于篇幅原因，本文僅展示了實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目的核心效果與架構(gòu)概述，具體每個(gè)模塊的技術(shù)實(shí)現(xiàn)與處理細(xì)節(jié)，將在后續(xù)文章中，逐個(gè)展開說明。 關(guān)于本項(xiàng)目如何應(yīng)用騰訊云數(shù)據(jù)庫及騰訊云圖，也將出單篇詳細(xì)解讀，請大家關(guān)注后續(xù)文章。
注：本項(xiàng)目為實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目，相關(guān)數(shù)據(jù)與推論均為簡單分析。準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)值，還請關(guān)注國家氣象局?jǐn)?shù)據(jù)。
[1] 騰訊云-物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺： https:// ct/iotexplorer https:// entOS-tiny https:// ct/apigateway https:// ct/scf https:// ct/cdb https:// ct/tcv
高樹磊騰訊云高級生態(tài)產(chǎn)品經(jīng)理
高樹磊，騰訊云高級生態(tài)產(chǎn)品經(jīng)理，2015年加入騰訊，歷任騰訊云基礎(chǔ)產(chǎn)品經(jīng)理及生態(tài)產(chǎn)品經(jīng)理，擁有9項(xiàng)國家專利，現(xiàn)負(fù)責(zé)騰訊生態(tài)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定。
迎接重生，微盟數(shù)據(jù)庫全面上云紀(jì)實(shí)
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