空气质量监测子系统

 

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2022年3月

 

目  录

一、 系统概述

二、 系统功能框图设计

三、 传感器类型

四、 数据处理与分析

五、 数据传输与设备

六、 数据显示及预警

七、 用户管理

一、 系统概述

医院是一个特殊的社会环境，是传染源密集的场所，病人呼吸的空气中和接触物上都会有大量致病菌存在，这也是造成医院感染特别是外源性感染的重要原因之一。因此经常定期对医院不同环境中空气质量进行监测，并及时采取对策是预防和控制医院的感染一个重要环节。

医院空气质量实时环境监测的目的在于什么？答案毋庸置疑，医疗执业人员必须要了解医院室内环境感染因素状况，以更好的促进医疗安全，和保障医院病患与医务工作者的健康。研究表明,医院感染的发生取决于宿主、病原体和环境之间的复杂相互作用关系,而医院环境空气作为环境的重要组成部分,是主要的传播和传染源之一，目前40余种法定传染病中有近35%可以通过空气传播,占据传播途径的首位。因此医院室内空气监测显得更有意义。

 

二、 系统功能框图设计

三、 传感器类型

医院内需要监测的内容包括：

（1）空气总挥发性有机化合物VOC; (全域范围内使用)

（2）空气污染颗粒物，一般以直径小于或等于2.5μm的颗粒物为计数单位，简称PM2.5; (全域范围内使用)

（3）甲醛 ；(病理化验等局部范围内使用)

（4）二甲苯；(病理化验等局部范围内使用)

（5）温湿度；(全域范围内使用)

（6）微压差；(全域范围内使用，负压区必备)

（7）露点温度；（恒温恒湿区域范围内使用）

（8）气溶胶颗粒；（传染区域内使用）

（9）硫化氢；（解剖等区域内使用）

（10）氨气；（解剖等区域内使用）

特殊用途的监测内容未在上列出。

四、 数据处理与分析

空气质量数据的监测是通过传感器系统。收集的数据可通过监控设备转化为数据信息，提供空气质量指数标准，可以在传感器系统控制的区域内进行实时保存。将统计数据与环境指数相比较，能够评估并控制污染源，从而实现去除空气中有害物质并提高环境质量的目的。

空气质量数据处理技术有很多种方法，其中包括机器学习、深度学习、数据挖掘、数据分析，以及人工智能等等。目前，监测系统中借助深度学习的设备日益普及。深度学习是一种基于机器学习的******人工智能技术，可以通过贝叶斯网络和神经网络结构对数据进行处理、可视化和分析。深度学习对于标记数据的分析结果比较稳定，在深度学习技术的帮助下，研究者可以对污染物浓度和风力方向等数据进行深入的探索。

空气质量监测数据的预测方法是指以时间为自变量的统计模型，它可以通过对历史数据进行分析和建模，来预测未来空气质量变化。时间序列模型的关键是时间序列的平稳性和自相关性。平稳时间序列是指各个时刻的均值、方差及协方差等都不随时间变化，自相关性则是指时间序列中不同时刻的变量值之间的相关性。ARIMA模型是一种常用的时间序列预测方法，它是自回归移动平均模型的一个组合，适用于各种类型的时间序列数据。

五、 数据传输与设备

空气质量监测子系统的数据传输有二个部分组成：

******部分是传感器与智能网关之间的链路通讯；

传感器作为末端信号采集设备，提供模拟量或者通讯输出功能，常用的信号包括0-10V模拟量，4-20mA模拟量，modbus RTU@RS485通讯接口，modbus TCP通讯接口，IoT物联网设备通讯接口等。

智能网关的作用：

1、 是将整个监测区域根据不同的功能，划分成不同的物理隔离网络；

2、 它通过标准总线协议与传感器进行通讯，负责数据收集，量程换算等功能；

3、 提供级联端口，将数据转发给数据分析与处理模块；

4、 提供day级别的数据缓存功能，防止数据丢失；

5、 通讯链路转换，经过智能网关后，所有数据均转换为标准以太网协议的数据流，带宽扩充为千兆，数据交换速度大大增加；

6、 自组网功能，在布线不方便的区域，还提供了专用信道负责组网优化，实现轻量级的数据传输；

第二部分是智能网关与空气质量监测系统处理平台的链路通讯；

这部分网络由数据存储服务器，数据算力服务器，千兆/万兆以太网交换机，路由器、防火墙、云平台等设备组成。

数据存储服务器负责raw数据存储，保存时间由用户自定义；

算力服务器提供大数据模型分析，预测结果；

以太网交换机、路由器、防火墙组合在一起构成了整个系统的安全网络，防止数据泄露；

云平台根据权限负责将数据分发给不同的目标群体，实现数据的发布；

六、 数据显示及预警

1、 区域数据显示

医院一般根据科室功能划分区域数据显示，通过医院内部网络，在终端pc上可以登录空气质量监测系统，根据权限查看对应的数据参数，在科室的公共区域，设置多媒体显示终端，实时对所有人员公布控制质量参数。如达到预警设定条件，无论是终端pc还是多媒体显示终端，都能及时显示预警内容。

2、 云平台数据发布

通过手机APP终端登录空气质量监测系统，即可实现远程数据共享，及时获取信息，手机App终端也能******时间收到预警信息。

七、 用户管理

用户管理模块主要用于对系统用户的管理，包括用户的注册、登录、权限分配等功能。这一模块可以确保系统的安全性和稳定性，防止未经授权的用户访问系统。