鵝廠這波青年用“云”監測云

引言

“綠水青山，就是金山銀山”，隨著我國加強立法，大力投入環境治理，大家已經明顯感覺到身邊的大氣環境在不斷改善，那么除了國家氣象局的城市級監測數據外，我們身邊的微環境究竟是什么樣子的呢？接下來的進一步環保努力，又應該在什么位置呢？

為了跟蹤小區級的微環境質量，騰訊內部發起了一個實驗性項目： 細粒度的分布式大氣監測。此系統完全基于騰訊云搭建，組成部分包含： 騰訊云-云數據庫、騰訊云-騰訊云圖、騰訊云-物聯網開發平臺、 TencentOS tiny、 騰訊云-API網關、 騰訊云-云函數，以及配套的 NUCLEO LoRa 開發套件、攀藤 PMS7003 顆粒物傳感器等。

我們早期設定的目標，是在目標小區部署終端，并以15秒的監測頻率，記錄、追蹤空氣質量的波動，將跟蹤粒度，由大環境監測細化到微環境監測，實時監測如吸煙、廚房油煙對空氣質量的影響。

但在原型系統上線后，僅在5個種子節點的情況下，我們意外的追蹤到了大環境污染氣團在深圳的移動過程。接下來，將分兩個部分進行介紹，分別是“系統簡介與追蹤分析”及“系統技術架構”，詳細的系統各組成部分的技術拆解說明，將在后續陸續放出。

一、系統簡介與追蹤分析

1.系統數據界面

先看一下系統的數據界面。

包含三個頁面：

- 帶有地理位置展示的實時監測數據展示；

- 90分鐘歷史數據；

- 30天歷史數據。

2. 監測節點分布

原型系統終端：擁有5個種子節點，均放置于志愿者家中的露天陽臺上，直接監測生活環境數據。具體分布地點位于：

- 001:南山區 - (前海:西南部)

- 002:南山區 - (前海:東北部)

- 003:南山區 - (后海:海岸城)

- 004:寶安區 - (寶安:西部)

- 005:寶安區 - (寶安:東部)

注: 005節點選擇了廚房外的陽臺，用于局部真實環境數據的突出展示（吸煙、油煙等），所以后續展示數據中，短期波動比較大。

3. 追蹤數據與分析

短期污染氣團移動的情況，出現過多次，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，事件時間是 2020年4月3日 星期五。

（1）系統數據

實時監測頁面

由此截圖可知，西側的寶安、南山前海的空氣質量尚可，但東側的后海等地已經出現了讀數升高的情況。是內源問題嗎？還是數據異常？

接下來看一下90分鐘數據

由兩個先后時間的截圖可以明顯發現，這是一個外部顆粒物氣團，且有一個明顯的移動過程：

- 西側的1、4節點，監測指標首先上升，首先下降；

- 東側的2、3、5節點，監測指標延后上升，延后下降。

初步判斷：污染源是由外部進入深圳，是一個自西向東的移動過程。

由于我們的節點較少，未覆蓋深圳以外地區，所以接下來我們使用了中國氣象局及 http:// （第三方數據，可信度未知，這里僅做參考）的數據，進行對比，及外源性分析。

（2）公開數據

先看一下國家氣象局深圳南油監測點的數據。

國家氣象局數據，每小時更新一次，每次一個數據指標，就指標來看，監測數據確實存在一個上升過程，并在16點進入告警狀態。

也就是說，指標上升是真實存在的。

再看一下  http://  的數據。（第三方參考數據，不對其可信度負責，可信數據請關注國家氣象局數據）

http://  雖然也是以小時為頻率更新數據，但提供了地理維度的數據展示效果。從圖中可以看到，順德、中山出現了更高的監測指標，結合我們自己系統的污染源移動數據，初步的推斷是： 也許順德、中山首先受到了影響，且污染氣團進一步越過珠江，到達了深圳。

但順德、中山位于深圳的西北方和西方，為什么我們的系統監測看，似乎僅僅是西方傳播源呢？為了進一步了解這個問題，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

可以發現，有幾座山嶺隔開了西北方向的直達路徑，且由于珠江入海口的海拔，提供了一個允裕的傳遞通道。

我們假設有兩個傳播方向，猜測一下傳播效果：

a) 西北方擴散而來

由于多個山嶺的阻隔，比較難以快速到達，反而會在中山一帶聚集，形成一個位于西方的滯留點。

b) 西方擴散而來

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，無論污染氣團是西北方傳播過來，還是西方傳播過來，都將產生我們系統中監測的數據效果。我們的監測系統，是真實有效的。

注：本實驗性項目，僅僅是驗證技術可行性，相關論述僅為模擬性推理，不代表實際情況。

二、系統技術架構

接下來，說明一下系統的組成，以及架構原理。

1. 系統架構圖

本系統的核心部分，完全由騰訊云相關產品實現，并配合騰訊云兼容產品，共同搭建了系統。下圖介紹了架構組成及使用的云產品。

2. 終端模塊與功能

（1）監測節點

監測節點由三個部分組成：

- 固件：軟件層，使用TencentOS Tiny，可以使用加密通信方式，對接騰訊云物聯網開發平臺。

- 主控板：硬件層，使用兼容TencentOS Tiny的硬件產品，搭載固件，讀取傳感器，上報數據至騰訊云。

- 傳感器：硬件層，此處使用了比較常見的攀藤傳感器，用于監測數據。

（2）本地網關

網關分為兩類，用于不同環境的接入，監測節點通過網關接入網絡，并與騰訊云通信：

- LoRa網關：支持LoRa協議終端的接入，單網關支持1km~10km的覆蓋能力。由于是長距通信能力，所以在無法使用網關時，也可使用低軌衛星接入。

- WiFi網關：支持WiFi協議終端的接入，用于家庭環境的接入。

3. 云端模塊與功能

（1）物聯網接入層

使用  騰訊云-物聯網開發平臺，實現終端加密接入騰訊云，具備多產品管理、多協議接入、數據解析、基礎存儲、狀態監測等物聯網核心能力。

本項目中將復雜的邏輯處理，轉交其它云產品承接，使用了物聯網開發平臺的轉推功能，將數據傳遞到應用接入模塊。

（2）應用接入層

使用  騰訊云-API網關，實現快速的REST服務接口，全面PaaS化的接入服務，后端銜接邏輯層，負擔監測數據格式化、展示數據復合化的出入口功能。

（3）邏輯層

使用  騰訊云-云函數，進行實時、定時的邏輯處理。有三種應用：

- 實時入庫：將API網關轉發的數據，經拆解、分析、入數據庫。

- 定時分析：使用自帶的定期任務能力，按小時、天等時間，對數據進行匯總分析。

- 實時查詢：基于嚴格鑒權，向展示層提供展示數據。使展示數據有更好的緩存、與復雜數據組合能力。

（4）存儲層

使用  騰訊云-云數據庫，基于云數據庫的高性能與高穩定性，且當前種子節點數據較少的情況，直接使用數據庫記錄數據。

（5）展示層

使用  騰訊云-騰訊云圖，利用云圖強大的地圖、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，所有的地圖數據均為實時繪制，通過 騰訊云-API網關 和 騰訊云-云函數 這兩個產品配合提供的接口數據，按指定經緯度展示數據效果。云圖自帶的2D、3D省市區展示效果，將應用在本項目的后續功能中。

三、結語

由于項目架構點多，且受限于篇幅原因，本文僅展示了實驗性項目的核心效果與架構概述，具體每個模塊的技術實現與處理細節，將在后續文章中，逐個展開說明。 關于本項目如何應用騰訊云數據庫及騰訊云圖，也將出單篇詳細解讀，請大家關注后續文章。

注：本項目為實驗性項目，相關數據與推論均為簡單分析。準確的監測數據值，還請關注國家氣象局數據。

參考資料：

[1] 騰訊云-物聯網開發平臺： https:// ct/iotexplorer https:// entOS-tiny https:// ct/apigateway https:// ct/scf https:// ct/cdb https:// ct/tcv

作者簡介

高樹磊騰訊云高級生態產品經理

高樹磊，騰訊云高級生態產品經理，2015年加入騰訊，歷任騰訊云基礎產品經理及生態產品經理，擁有9項國家專利，現負責騰訊生態聯合實驗室建設及相關標準制定。

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