劉文鹍

摘 要：目前我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)企業(yè)多以中小型企業(yè)為主，相比于大型企業(yè)，中小型企業(yè)技術(shù)儲(chǔ)備不足、研發(fā)力量薄弱等問(wèn)題突出。同時(shí)在行業(yè)整體技術(shù)升級(jí)階段，中小型企業(yè)還將面臨開發(fā)新產(chǎn)品而導(dǎo)致研發(fā)成本上升等問(wèn)題出現(xiàn)。針對(duì)以上問(wèn)題，文中闡述了基于模塊化開發(fā)的智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)，首先將完整的產(chǎn)品研發(fā)分解為多個(gè)模塊化功能組件，之后通過(guò)模塊不同的組合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能。在保證產(chǎn)品功能的前提下，盡可能降低成本，提高研發(fā)效率，充分滿足產(chǎn)品的可定制化與可重構(gòu)性，以減輕中小型企業(yè)的研發(fā)支出及產(chǎn)品交付壓力。

關(guān)鍵詞：模塊化;平臺(tái)化;環(huán)境監(jiān)測(cè);研發(fā)平臺(tái);x86工控機(jī);中小型企業(yè)

中圖分類號(hào)：TP273;X831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2020）03-00-04

0 引 言

隨著工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，各類工業(yè)產(chǎn)品的升級(jí)換代遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于以往。面對(duì)市場(chǎng)和客戶新的需要以及不斷上漲的成本壓力，環(huán)境監(jiān)測(cè)行業(yè)中傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)思路及產(chǎn)品維護(hù)方法已無(wú)法滿足當(dāng)下的需求。很多企業(yè)需要具有可以靈活升級(jí)，并可以給客戶提供定制化方案的產(chǎn)品研發(fā)平臺(tái)。同時(shí)，該研發(fā)平臺(tái)還需要兼具研發(fā)周期短和生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，而模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)便很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

1 智能檢測(cè)平臺(tái)的模塊化設(shè)計(jì)思路

模塊化的理念最早由大眾公司提出，并應(yīng)用于汽車工業(yè)[1]。模塊化設(shè)計(jì)可以把某一款產(chǎn)品分解成一系列功能模塊，再采用類似搭積木的手法，通過(guò)模塊間不同的選擇和組合構(gòu)成不同產(chǎn)品以滿足市場(chǎng)和客戶需求。

在模塊化設(shè)計(jì)思路下，可以將完整的產(chǎn)品視為由一個(gè)核心功能模塊與多個(gè)子功能模塊構(gòu)成。各功能模塊只需滿足各自固定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)外接口即可（功能模塊可以對(duì)外采購(gòu)或使用上一代產(chǎn)品的功能模塊），無(wú)需對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行重新研發(fā)和生產(chǎn)。從根本上改變了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模式，使得研發(fā)部門能夠更加輕松地完成研發(fā)和調(diào)試工作，將產(chǎn)品的功能和技術(shù)都提升至同期較高水平[2]。產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)遇到問(wèn)題時(shí)只需更換存在故障的模塊，無(wú)需對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行替換，對(duì)于產(chǎn)品的維修亦如此。當(dāng)對(duì)該研發(fā)平臺(tái)的核心模塊、核心技術(shù)以及工藝技術(shù)進(jìn)行升級(jí)和替換時(shí)，又可以產(chǎn)生新一代研發(fā)平臺(tái)[3]。在這種思路下，無(wú)論是產(chǎn)品的定制化升級(jí)還是換代升級(jí)，都不需要對(duì)整個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行重新研發(fā)，只需針對(duì)某一部分模塊和技術(shù)進(jìn)行升級(jí)和換代即可。

本文闡述的智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)依靠上述模塊化設(shè)計(jì)理念，通過(guò)多種獨(dú)立的功能模塊，在統(tǒng)一的接口和架構(gòu)下進(jìn)行有機(jī)整合，有效解決了產(chǎn)品研發(fā)中面臨的成本上升及研發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。

為了理清相關(guān)結(jié)構(gòu)和內(nèi)在邏輯關(guān)系，本文定義了以下概念，相關(guān)結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系如圖1所示。

（1）研發(fā)平臺(tái)：指由一個(gè)核心模塊外加多個(gè)子功能模塊組合而成的整體，其中既包含硬件也包含軟件。研發(fā)平臺(tái)具有完整的功能與一定的可拓展性，可通過(guò)對(duì)其中子功能模塊的調(diào)整來(lái)衍生出可滿足不同需求的產(chǎn)品。

（2）功能模塊：是從研發(fā)平臺(tái)中分解出的一個(gè)功能部件，本身也是一個(gè)具有獨(dú)立功能的產(chǎn)品。功能模塊具有通用性，可匹配研發(fā)平臺(tái)的軟件或是硬件接口，可自主研發(fā)或?qū)ν獠少?gòu)。

（3）核心模塊：一個(gè)研發(fā)平臺(tái)中只有一個(gè)核心模塊（個(gè)別情況也可能有雙核心或多核心），其中包含企業(yè)的核心技術(shù)與核心競(jìng)爭(zhēng)力。與普通模塊不同，核心模塊一般不輕易改動(dòng)。核心模塊的更換意味著研發(fā)平臺(tái)的升級(jí)和換代，但新核心模塊應(yīng)保留一定的向下兼容性，即部分現(xiàn)有的功能模塊仍能夠被新的核心模塊兼容。

模塊化設(shè)計(jì)思路具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）降低整套產(chǎn)品的復(fù)雜性，提高通用性;

（2）各功能模塊之間相對(duì)獨(dú)立，不干擾相互之間的采購(gòu)或研發(fā)進(jìn)度;

（3）大大縮短研發(fā)周期并降低研發(fā)成本;

（4）產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能清晰，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和升級(jí);

（5）降低研發(fā)新產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)。

2 研發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 研發(fā)平臺(tái)結(jié)構(gòu)及工作原理

智能環(huán)境監(jiān)測(cè)的研發(fā)平臺(tái)主要包含主控模塊、供電模塊、PM2.5/PM10監(jiān)測(cè)模塊、LED顯示模塊、氣象五參數(shù)模塊、噪聲模塊、攝像頭模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊等。其中主控模塊用于控制其他模塊，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)做本地處理。PM2.5/PM10監(jiān)測(cè)模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)空氣中的顆粒物，適用于大氣污染及工地?fù)P塵等監(jiān)測(cè)場(chǎng)景，可根據(jù)不同的需求配置PM2.5或PM10監(jiān)測(cè)設(shè)備。攝像頭模塊為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供圖像信息，并在污染報(bào)警時(shí)抓拍現(xiàn)場(chǎng)畫面用于執(zhí)法取證。所有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最終都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)模塊傳送到后臺(tái)服務(wù)器，通過(guò)后臺(tái)服務(wù)器向相關(guān)部門發(fā)送污染報(bào)警信息。擁有權(quán)限的操作員既可以查看后臺(tái)數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)服務(wù)器后臺(tái)調(diào)整數(shù)據(jù)上傳間隔和攝像頭角度等。外部用戶可隨時(shí)通過(guò)手機(jī)、平板電腦或筆記本電腦查看最新的現(xiàn)場(chǎng)情況。除此之外，研發(fā)平臺(tái)還要預(yù)留一些硬件接口，以便后期增加新功能。所有的硬件模塊都可以通過(guò)自由組合以適應(yīng)不同行業(yè)的需求，軟件和后臺(tái)也可以通過(guò)功能的增減和不同權(quán)限的設(shè)置來(lái)為客戶提供定制化服務(wù)。結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 主控模塊

主控模塊是研發(fā)平臺(tái)的核心，它既要承擔(dān)控制其他模塊的任務(wù)（發(fā)送相關(guān)操作指令），還必須存儲(chǔ)和處理本地?cái)?shù)據(jù)。工業(yè)控制中常用的幾種控制模塊是PLC、單片機(jī)、ARM架構(gòu)的工控機(jī)和x86架構(gòu)的工控機(jī)。PLC簡(jiǎn)單易用、可靠性高，但價(jià)格較高，且數(shù)據(jù)處理能力弱，不適合應(yīng)用在該智能監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。16位和32位單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、價(jià)格便宜，但處理能力較弱、代碼的開發(fā)周期長(zhǎng)并對(duì)開發(fā)人員有較高的要求。ARM架構(gòu)屬于功能較強(qiáng)的單片機(jī)，一般工業(yè)產(chǎn)品中Cortex-A8架構(gòu)和Cortex-A9架構(gòu)較為常見。這類工控機(jī)處理能力比普通單片機(jī)強(qiáng)，并且易于拓展，但是只能夠運(yùn)行Linux或Android系統(tǒng)。相較之下，雖然x86架構(gòu)的工控機(jī)價(jià)格最高，但通用性好，既可以運(yùn)行Windows系統(tǒng)，也可以運(yùn)行Linux系統(tǒng)，且數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、工業(yè)接口豐富，易于后期研發(fā)新功能，主控模塊無(wú)需頻繁升級(jí)。

本文選用研華公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的ARK-1124C超緊湊型工控機(jī)。該工控機(jī)外形小巧、尺寸合適，采用Intel Celeron N3350雙核處理器（x86架構(gòu)）、內(nèi)存最大支持8 GB、4個(gè)工業(yè)串口（可設(shè)置RS 232或是RS 485）、USB接口和以太網(wǎng)接口，可以根據(jù)項(xiàng)目需求選擇Windows或Linux系統(tǒng)，完全可以滿足監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的需求。此外，ARK-1124C采用無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，自帶看門狗計(jì)時(shí)器，可靠性和穩(wěn)定性均有保障。

2.2.2 供電模塊

供電模塊選用開關(guān)電源供電。開關(guān)電源具有高效率、高可靠性、體積小以及防浪涌和防雷電等特性[4]，能將外部的220 V交流電壓（AC）轉(zhuǎn)化為5 V，12 V，24 V等適合電子設(shè)備工作的直流電壓（DC）。在不同的項(xiàng)目中，開關(guān)電源型號(hào)的選擇需根據(jù)項(xiàng)目中所有模塊的功率之和，及各自的工作電壓作為參考。

2.2.3 PM2.5/PM10監(jiān)測(cè)模塊

Thermo Scientific（賽默飛世爾）的ADR-1500揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)儀采用光濁度技術(shù)，具有精度高、響應(yīng)速度快、靈敏度高等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)還配置了加熱器，可以有效抑制濕度增加后帶來(lái)的誤差，進(jìn)一步提升設(shè)備在不同環(huán)境下的通用性，同時(shí)也節(jié)約了這一部分自主研發(fā)的成本，適用于多種復(fù)雜揚(yáng)塵場(chǎng)景的監(jiān)測(cè)。ADR-1500根據(jù)不同的項(xiàng)目可選擇USB，RS 232或無(wú)線傳輸?shù)韧ㄐ欧绞脚c主控模塊連接，通過(guò)不同的設(shè)置分別測(cè)量PM10或PM2.5數(shù)據(jù)。

對(duì)于有些需要大規(guī)模布點(diǎn)，但對(duì)精度要求又不高的項(xiàng)目而言，可以考慮更換較為便宜的揚(yáng)塵監(jiān)測(cè)儀，以降低成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2.4 LED顯示模塊

LED顯示模塊采用LED電子屏，用于顯示實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。對(duì)于固定位置安裝的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，選擇尺寸較大的LED電子屏，以同時(shí)顯示所有現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)。對(duì)于需要移動(dòng)監(jiān)測(cè)的點(diǎn)，則選用小尺寸LED電子屏，便于安裝，數(shù)據(jù)信息采用屏幕滾動(dòng)的方式顯示。

2.2.5 氣象五參數(shù)模塊

氣象五參數(shù)常見于環(huán)保領(lǐng)域的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。氣象五參數(shù)分別為溫度、濕度、大氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向。其中溫度和濕度監(jiān)測(cè)可以集成在一個(gè)傳感器中;風(fēng)速和風(fēng)向傳感器直接安裝在戶外;溫濕度傳感器和大氣壓傳感器需放置在百葉箱內(nèi)。氣象五參數(shù)模塊選用RS 485接口，數(shù)據(jù)采集協(xié)議使用Modbus協(xié)議。所有的氣象五參數(shù)設(shè)備可共用一個(gè)接口與主控模塊相連接，高效、簡(jiǎn)潔且節(jié)約成本。

2.2.6 噪聲模塊

噪聲模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的噪聲污染，并及時(shí)向主控模塊發(fā)送信息，為城管和環(huán)保部門的執(zhí)法提供依據(jù)。本文采用萬(wàn)勝通的WST60M型工程噪音計(jì)模塊，通過(guò)RS 232串口連接主控模塊。

2.2.7 網(wǎng)絡(luò)模塊

網(wǎng)絡(luò)模塊選用力必拓公司設(shè)計(jì)研發(fā)的T260S工業(yè)級(jí)無(wú)線路由器。T260S結(jié)構(gòu)小巧便于安裝，支持目前主流的3G/4G網(wǎng)絡(luò)，可用于不同的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于某些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的區(qū)域，可以使用網(wǎng)絡(luò)模塊自帶的10/100M以太網(wǎng)口連接外網(wǎng)。但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)線架設(shè)超過(guò)50 m的情況則需要增加POE供電模塊。此外，T260S還有WiFi無(wú)線接口，可以在現(xiàn)場(chǎng)組建無(wú)線局域網(wǎng)，既方便現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作，又能拓展其他帶有WiFi功能的模塊。

2.2.8 攝像頭模塊

攝像頭選用?？低曉O(shè)計(jì)生產(chǎn)的DS-2DE5230W和DS-2DE4220IW-D/GLT系列攝像頭。DS-2DE5230W安裝方便，無(wú)需繁瑣的綜合布線。攝像頭既可以直接通過(guò)以太網(wǎng)口連接到工控機(jī)，也可以接在路由器的局域網(wǎng)中。該設(shè)備內(nèi)置云臺(tái)，操作人員通過(guò)相關(guān)指令可以控制攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)選擇合適的監(jiān)控角度。在需要多個(gè)攝像頭的現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于離主機(jī)較遠(yuǎn)且無(wú)法連接網(wǎng)線的地方，采用選裝4G模塊的DS-2DE4220IW-D/GLT系列攝像頭，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)直接通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)向后臺(tái)服務(wù)器傳輸。

2.2.9 拓展功能

ARK-1124C型工控機(jī)硬件接口豐富，后期可以根據(jù)客戶的需求增加設(shè)備開箱報(bào)警和GPS定位等功能，也可以通過(guò)連接電磁閥或繼電器來(lái)控制更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。T260S工業(yè)級(jí)無(wú)線路由器自帶的WiFi可以在信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)組建無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)[5]。建筑工地里的一些大型設(shè)備如洗輪機(jī)和霧炮機(jī)均無(wú)遙控功能，只能手動(dòng)控制，因此通過(guò)對(duì)這些設(shè)備加裝工業(yè)級(jí)WiFi電磁閥，便能將這些設(shè)備歸入自建無(wú)線局域網(wǎng)中，然后遠(yuǎn)程控制洗輪機(jī)和霧炮機(jī)的開關(guān)。

2.2.10 低成本方案

某些企業(yè)已有將單片機(jī)作為核心模塊的研發(fā)平臺(tái)，但核心模塊數(shù)據(jù)處理能力弱，無(wú)法處理圖像信息和本地?cái)?shù)據(jù)。這些平臺(tái)通過(guò)增加DS-2DE4220IW-D/GLT系列攝像頭作為附加模塊，使用4G網(wǎng)絡(luò)與后臺(tái)服務(wù)器相連，將現(xiàn)場(chǎng)的圖像抓拍和攝像頭角度調(diào)整都交由后臺(tái)服務(wù)器控制，并將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)服務(wù)器。由基于單片機(jī)的監(jiān)測(cè)模塊和4G攝像頭模塊組成的研發(fā)平臺(tái)雖然功能有限，但成本低，適合密集布點(diǎn)的監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 系統(tǒng)的選擇

研華ARK-1124C超緊湊型工控機(jī)采用x86架構(gòu)，既可以運(yùn)行Linux系統(tǒng)也可以運(yùn)行Windows系統(tǒng)。本文選用Windows Embedded Standard 7（WES7）—微軟針對(duì)工業(yè)控制領(lǐng)域推出的專用版本。相比Linux系統(tǒng)，Windows系統(tǒng)的研發(fā)門檻低，無(wú)論出廠前調(diào)試或現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)都更加方便。雖然使用Windows系統(tǒng)需要向微軟支付一定的費(fèi)用，但在后期的開發(fā)中也可以獲得微軟的技術(shù)支持[6]。此舉雖然增加了設(shè)備成本，但降低了研發(fā)成本，大大提高了研發(fā)效率。對(duì)于有一定技術(shù)積累的公司則可以根據(jù)自身情況選擇Linux系統(tǒng)。

2.3.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件具有數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)上傳、報(bào)警抓拍、后臺(tái)推送等功能，匯總的信息與后臺(tái)服務(wù)器相連。后臺(tái)采用

B/S結(jié)構(gòu)，將核心模塊集中到服務(wù)器上，使用瀏覽器通過(guò)Web Server對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)。后臺(tái)服務(wù)器可以設(shè)置各模塊的數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間，也可以通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件向各模塊發(fā)送最高優(yōu)先級(jí)的指令，如緊急數(shù)據(jù)上傳、攝像頭角度調(diào)整

等[7]。當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件正常運(yùn)行時(shí)，采集到的數(shù)據(jù)定時(shí)向后臺(tái)服務(wù)器傳輸，一旦現(xiàn)場(chǎng)的污染值超標(biāo)，后臺(tái)服務(wù)器向本地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件發(fā)送拍照指令，將采集到的圖像信息立即上傳至后臺(tái)服務(wù)器，然后向相關(guān)人員或執(zhí)法監(jiān)督部門報(bào)警。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到的圖像信息會(huì)作為執(zhí)法依據(jù)，一并向執(zhí)法監(jiān)督部門發(fā)送。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件工作流程如圖3所示。

2.3.3 自動(dòng)重啟設(shè)置

為了保障監(jiān)測(cè)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，采取以下措施：

（1）在工控機(jī)的BIOS中設(shè)置上電自動(dòng)重啟，以防止現(xiàn)場(chǎng)斷電而導(dǎo)致設(shè)備停機(jī);

（2）在硬盤中分別設(shè)置系統(tǒng)盤和數(shù)據(jù)盤，需要本地保存和處理的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)盤中，系統(tǒng)盤只安裝操作系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)軟件，并且監(jiān)測(cè)軟件設(shè)置為開機(jī)自動(dòng)啟動(dòng);

（3）為了避免系統(tǒng)冗余文件的累積，設(shè)定系統(tǒng)每天定時(shí)重啟，并且系統(tǒng)盤重啟后自動(dòng)還原。

ARK-1124C型工控機(jī)自帶看門狗功能?？撮T狗是一種計(jì)數(shù)器，可由軟件設(shè)置不同的間隔時(shí)間。在系統(tǒng)正常工作時(shí)，會(huì)定時(shí)清零看門狗計(jì)數(shù)器（“喂狗”）。反之，計(jì)數(shù)器溢出（超過(guò)設(shè)置的間隔時(shí)間），產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)使系統(tǒng)重啟。通過(guò)這種機(jī)制可以在程序運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)使系統(tǒng)強(qiáng)制重啟。

2.4 智能化

2.4.1 大數(shù)據(jù)智能

目前各行各業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)都在朝著智能化的方向發(fā)展。在環(huán)境監(jiān)測(cè)行業(yè)中，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息日趨完善。大數(shù)據(jù)智能可以進(jìn)一步深化并利用已有信息。實(shí)現(xiàn)方法：通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的挖掘和比對(duì)，尋找數(shù)據(jù)與突發(fā)事件之間的因果關(guān)系及內(nèi)在邏輯，并在反復(fù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上形成相應(yīng)的仿真模型，并利用模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和綜合分析，以對(duì)突發(fā)污染事件做出預(yù)警，并對(duì)事件的發(fā)展趨勢(shì)做出科學(xué)、合理的推斷[8]?？梢源藶橐罁?jù)，為問(wèn)題的解決提供機(jī)器決策或輔助決策。

2.4.2 移動(dòng)端的數(shù)據(jù)查看和操作

微信小程序等可以輕松的在手機(jī)或平板電腦上查看現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并在出現(xiàn)污染的第一時(shí)間收到后臺(tái)推送的報(bào)警信息。在移動(dòng)端上還可以操作部分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如洗輪機(jī)和霧炮機(jī)。建筑工地需要對(duì)進(jìn)出的渣土車進(jìn)行清洗，駕駛員無(wú)需下車即可在手機(jī)上操作，完成對(duì)洗輪機(jī)和霧炮機(jī)車輛的清洗工作。這樣操作即便捷又安全，同時(shí)后臺(tái)的操作記錄還能用來(lái)核實(shí)渣土車是否按規(guī)定進(jìn)行清洗。

2.4.3 車輛識(shí)別

監(jiān)測(cè)平臺(tái)除監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境數(shù)據(jù)外，還需要監(jiān)測(cè)和記錄現(xiàn)場(chǎng)的車輛進(jìn)出和停放情況。針對(duì)車輛的識(shí)別，采用邊緣檢測(cè)算法及Hough直線檢測(cè)算法將攝像頭監(jiān)測(cè)場(chǎng)景中的車位分割，然后依據(jù)檢測(cè)的車位線來(lái)精確定位車位的具體位置[9]。識(shí)別系統(tǒng)工作時(shí)首先進(jìn)行圖像采集，然后進(jìn)行圖像預(yù)處理，之后進(jìn)入特征提取和判斷階段。如果判斷有車輛占用，在向后臺(tái)發(fā)送該車位位置信息后，此次車位檢測(cè)流程結(jié)束;如果判斷無(wú)車輛占用，則結(jié)束流程。無(wú)論是否檢測(cè)到車位占用信息，結(jié)束后系統(tǒng)將進(jìn)入圖像采集階段，開始新流程。車位檢測(cè)流程如圖4所示。

2.5 展望

針對(duì)本文中的車位識(shí)別，后期可以選用目前較為成熟的車牌算法，將車牌的識(shí)別也一起應(yīng)用到車輛識(shí)別檢測(cè)中。在確定有車輛后，進(jìn)一步識(shí)別出車輛的車牌信息，進(jìn)而對(duì)每一個(gè)時(shí)段進(jìn)出的車輛做到精確定位和記錄。對(duì)于渣土車等需要清洗的車輛更可以對(duì)比清洗前后的照片來(lái)判斷清洗效果以及號(hào)牌和車身標(biāo)識(shí)等是否清晰。

在加入人臉識(shí)別功能之后，可以讓現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員在工作時(shí)遠(yuǎn)程打卡。設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)入工作區(qū)域后，后臺(tái)截取上傳圖片中的面部特征信息并與公司內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)做比對(duì)，以識(shí)別對(duì)應(yīng)的工作人員。同時(shí)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)的可疑人員，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)也可記錄備案。

基于x86架構(gòu)+Windows Embedded Standard 7系統(tǒng)的組合不僅功能強(qiáng)大且通用性好、研發(fā)門檻低，今后還可以在環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)的基礎(chǔ)上加入污染治理設(shè)備，如引入定時(shí)清洗和排污控制設(shè)備等，通過(guò)主控模塊控制，將監(jiān)測(cè)和治理管控集于一體。

3 平臺(tái)測(cè)試

模塊化研發(fā)平臺(tái)測(cè)試部分的主要內(nèi)容是對(duì)各模塊功能的測(cè)試，效果分別如圖5和圖6所示。氣象五參數(shù)及噪聲監(jiān)測(cè)儀等均正常工作，攝像頭也可向后臺(tái)傳送現(xiàn)場(chǎng)圖像信息，并通過(guò)后臺(tái)切換不同的攝像頭。本次測(cè)試中包括移動(dòng)端數(shù)據(jù)的查看和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，而這也恰恰是后續(xù)項(xiàng)目的拓展方向。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了基于模塊化研發(fā)的智能環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)，其設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢(shì)在于降低了研發(fā)費(fèi)用、縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，同時(shí)還能保證產(chǎn)品質(zhì)量。為了適應(yīng)技術(shù)的不斷發(fā)展，中小型企業(yè)對(duì)于產(chǎn)品研發(fā)需要具有新的認(rèn)知，即每一個(gè)產(chǎn)品都可以拆分為多個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊都是一個(gè)可獨(dú)立運(yùn)作的子系統(tǒng)[10]，不同模塊之間的選擇與組合可以組成不同的產(chǎn)品。不光研發(fā)部門，企業(yè)的管理層也要有相應(yīng)的認(rèn)知，對(duì)項(xiàng)目和采購(gòu)采用扁平化管理，以便充分利用公司內(nèi)部資源，提高效率，為企業(yè)降低風(fēng)險(xiǎn)與成本。一個(gè)成熟的研發(fā)平臺(tái)既可滿足現(xiàn)階段的需求，也易于今后新功能的拓展和產(chǎn)品的升級(jí)換代。

參 考 文 獻(xiàn)

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