空氣質(zhì)量監(jiān)測子系統(tǒng)

 

方

案

書

 

 

 

 

無錫市智控科技有限公司

2022年3月

 

目  錄

一、 系統(tǒng)概述

二、 系統(tǒng)功能框圖設(shè)計

三、 傳感器類型

四、 數(shù)據(jù)處理與分析

五、 數(shù)據(jù)傳輸與設(shè)備

六、 數(shù)據(jù)顯示及預(yù)警

七、 用戶管理

一、 系統(tǒng)概述

醫(yī)院是一個特殊的社會環(huán)境，是傳染源密集的場所，病人呼吸的空氣中和接觸物上都會有大量致病菌存在，這也是造成醫(yī)院感染特別是外源性感染的重要原因之一。因此經(jīng)常定期對醫(yī)院不同環(huán)境中空氣質(zhì)量進行監(jiān)測，并及時采取對策是預(yù)防和控制醫(yī)院的感染一個重要環(huán)節(jié)。

醫(yī)院空氣質(zhì)量實時環(huán)境監(jiān)測的目的在于什么？答案毋庸置疑，醫(yī)療執(zhí)業(yè)人員必須要了解醫(yī)院室內(nèi)環(huán)境感染因素狀況，以更好的促進醫(yī)療安全，和保障醫(yī)院病患與醫(yī)務(wù)工作者的健康。研究表明,醫(yī)院感染的發(fā)生取決于宿主、病原體和環(huán)境之間的復(fù)雜相互作用關(guān)系,而醫(yī)院環(huán)境空氣作為環(huán)境的重要組成部分,是主要的傳播和傳染源之一，目前40余種法定傳染病中有近35%可以通過空氣傳播,占據(jù)傳播途徑的首位。因此醫(yī)院室內(nèi)空氣監(jiān)測顯得更有意義。

 

二、 系統(tǒng)功能框圖設(shè)計

三、 傳感器類型

醫(yī)院內(nèi)需要監(jiān)測的內(nèi)容包括：

（1）空氣總揮發(fā)性有機化合物VOC; (全域范圍內(nèi)使用)

（2）空氣污染顆粒物，一般以直徑小于或等于2.5μm的顆粒物為計數(shù)單位，簡稱PM2.5; (全域范圍內(nèi)使用)

（3）甲醛 ；(病理化驗等局部范圍內(nèi)使用)

（4）二甲苯；(病理化驗等局部范圍內(nèi)使用)

（5）溫濕度；(全域范圍內(nèi)使用)

（6）微壓差；(全域范圍內(nèi)使用，負(fù)壓區(qū)必備)

（7）露點溫度；（恒溫恒濕區(qū)域范圍內(nèi)使用）

（8）氣溶膠顆粒；（傳染區(qū)域內(nèi)使用）

（9）硫化氫；（解剖等區(qū)域內(nèi)使用）

（10）氨氣；（解剖等區(qū)域內(nèi)使用）

特殊用途的監(jiān)測內(nèi)容未在上列出。

四、 數(shù)據(jù)處理與分析

空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的監(jiān)測是通過傳感器系統(tǒng)。收集的數(shù)據(jù)可通過監(jiān)控設(shè)備轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息，提供空氣質(zhì)量指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以在傳感器系統(tǒng)控制的區(qū)域內(nèi)進行實時保存。將統(tǒng)計數(shù)據(jù)與環(huán)境指數(shù)相比較，能夠評估并控制污染源，從而實現(xiàn)去除空氣中有害物質(zhì)并提高環(huán)境質(zhì)量的目的。

空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)處理技術(shù)有很多種方法，其中包括機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析，以及人工智能等等。目前，監(jiān)測系統(tǒng)中借助深度學(xué)習(xí)的設(shè)備日益普及。深度學(xué)習(xí)是一種基于機器學(xué)習(xí)的******人工智能技術(shù)，可以通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)進行處理、可視化和分析。深度學(xué)習(xí)對于標(biāo)記數(shù)據(jù)的分析結(jié)果比較穩(wěn)定，在深度學(xué)習(xí)技術(shù)的幫助下，研究者可以對污染物濃度和風(fēng)力方向等數(shù)據(jù)進行深入的探索。

空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)測方法是指以時間為自變量的統(tǒng)計模型，它可以通過對歷史數(shù)據(jù)進行分析和建模，來預(yù)測未來空氣質(zhì)量變化。時間序列模型的關(guān)鍵是時間序列的平穩(wěn)性和自相關(guān)性。平穩(wěn)時間序列是指各個時刻的均值、方差及協(xié)方差等都不隨時間變化，自相關(guān)性則是指時間序列中不同時刻的變量值之間的相關(guān)性。ARIMA模型是一種常用的時間序列預(yù)測方法，它是自回歸移動平均模型的一個組合，適用于各種類型的時間序列數(shù)據(jù)。

五、 數(shù)據(jù)傳輸與設(shè)備

空氣質(zhì)量監(jiān)測子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸有二個部分組成：

******部分是傳感器與智能網(wǎng)關(guān)之間的鏈路通訊；

傳感器作為末端信號采集設(shè)備，提供模擬量或者通訊輸出功能，常用的信號包括0-10V模擬量，4-20mA模擬量，modbus RTU@RS485通訊接口，modbus TCP通訊接口，IoT物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通訊接口等。

智能網(wǎng)關(guān)的作用：

1、 是將整個監(jiān)測區(qū)域根據(jù)不同的功能，劃分成不同的物理隔離網(wǎng)絡(luò)；

2、 它通過標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議與傳感器進行通訊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集，量程換算等功能；

3、 提供級聯(lián)端口，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)分析與處理模塊；

4、 提供day級別的數(shù)據(jù)緩存功能，防止數(shù)據(jù)丟失；

5、 通訊鏈路轉(zhuǎn)換，經(jīng)過智能網(wǎng)關(guān)后，所有數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議的數(shù)據(jù)流，帶寬擴充為千兆，數(shù)據(jù)交換速度大大增加；

6、 自組網(wǎng)功能，在布線不方便的區(qū)域，還提供了專用信道負(fù)責(zé)組網(wǎng)優(yōu)化，實現(xiàn)輕量級的數(shù)據(jù)傳輸；

第二部分是智能網(wǎng)關(guān)與空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)處理平臺的鏈路通訊；

這部分網(wǎng)絡(luò)由數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，數(shù)據(jù)算力服務(wù)器，千兆/萬兆以太網(wǎng)交換機，路由器、防火墻、云平臺等設(shè)備組成。

數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器負(fù)責(zé)raw數(shù)據(jù)存儲，保存時間由用戶自定義；

算力服務(wù)器提供大數(shù)據(jù)模型分析，預(yù)測結(jié)果；

以太網(wǎng)交換機、路由器、防火墻組合在一起構(gòu)成了整個系統(tǒng)的安全網(wǎng)絡(luò)，防止數(shù)據(jù)泄露；

云平臺根據(jù)權(quán)限負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分發(fā)給不同的目標(biāo)群體，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)布；

六、 數(shù)據(jù)顯示及預(yù)警

1、 區(qū)域數(shù)據(jù)顯示

醫(yī)院一般根據(jù)科室功能劃分區(qū)域數(shù)據(jù)顯示，通過醫(yī)院內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，在終端pc上可以登錄空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)權(quán)限查看對應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)，在科室的公共區(qū)域，設(shè)置多媒體顯示終端，實時對所有人員公布控制質(zhì)量參數(shù)。如達到預(yù)警設(shè)定條件，無論是終端pc還是多媒體顯示終端，都能及時顯示預(yù)警內(nèi)容。

2、 云平臺數(shù)據(jù)發(fā)布

通過手機APP終端登錄空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，即可實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享，及時獲取信息，手機App終端也能******時間收到預(yù)警信息。

七、 用戶管理

用戶管理模塊主要用于對系統(tǒng)用戶的管理，包括用戶的注冊、登錄、權(quán)限分配等功能。這一模塊可以確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，防止未經(jīng)授權(quán)的用戶訪問系統(tǒng)。