基于边缘计算的施工大气污染物快速感知与应急管理

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当前建筑行业正迎来从高速发展向高质量发展的转型契机,在倡导节能减排和绿色施工的背景下,施工现场的大气污染物监测系统建设也在不断推进,面对突发事件和重大灾害事件的应急管理能力也不断得到重视和检验,但在某些方面仍然存在一些问题。在对大气污染物的监测上,目前的监测手段和内容需要在新的技术条件下不断完善,新的监测技术和数据处理方法需要进一步向可视化、集成化、智能化方向发展,为施工大气污染物的监测和预测提供新的感知方法和判定方式;在信息的集成和管理上,传统的施工建设过程中对于现场环境监测的管理力量较为薄弱,尽管各类监测设备不断投入使用,仍然难以达到污染快速感知和有效治理的目标,加上智慧工地建设下各种终端感知设备在施工现场大量布设,目前的信息集成和管理方式难以满足实际环境治理需求,缺乏一个统一的平台将各类信息进行集成管理;在大气污染物的监测预警和应急管理上,施工环境监测过程中缺乏有效的预测能力和应急管理能力,不能较早地发现并处理隐患,施工现场的应急管理工作与智慧监测系统结合深度不够,缺乏科学的应急管理策略和预案,难以对建筑工程施工应急管理水平产生实质性提高。为了提高施工环境下大气污染物快速感知能力和面对突发性污染事件应急管理水平,本文将边缘计算技术、BIM技术及IoT技术用于施工大气污染物监测与应急管理平台的建设中,对于新技术应用、信息集成管理、预测和应急管理协同等方面进行研究。本文首先分析了近年来边缘计算、BIM与IoT技术的应用背景,并通过文献综述对边缘计算与BIM和环境监测相结合的国内外研究进行分析,发现边缘计算技术在施工大气污染物监测场景中的应用可能具有较大优势。结合BIM与IoT技术的特点,本文提出了基于边缘计算的施工大气污染物快速感知与应急管理的研究。本文以施工大气污染物监测指标的确定为切入点,通过查询污染物排放相关标准规范并参考相关研究成果,首先确定了监测相关参数和要求,选定了在IoT体系中的基础层的主要设备,并建立了基于有限感知范围的分布式传感网络;而后基于信息交互标准——IFC标准对施工大气污染物监测信息进行扩展与融合,实现监测信息的可视化显示。在对施工大气污染物监测系统建立过程中,通过对感知层和边缘层进行硬件设计、软件设计和通信协议设计等工作,构建了云-边-端一体化的物联网系统;同时针对感知设备类型复杂的特点,对边缘计算功能进行了开发,实现了边缘网关多协议接入和转换、数据预处理、规则计算等功能,提升了系统快速感知能力;最后,建立了两种预测模型对监测指标进行预测,提高了监测系统的预警能力,为施工大气污染应急管理工作提供指导;将监测系统整合到施工大气污染应急管理平台中,通过各模块之间的信息协同,实现对突发大气污染事件的应急管理。本研究将边缘计算技术应用到施工大气污染物的监测过程中,提高了监测系统的快速感知能力,并通过数据挖掘技术对监测指标走势进行预测,为施工条件下大气污染物的预测预警与应急管理提供了新思路和工具,为工程项目的施工环境评价、应急管理等工作提供新的技术路径,具有重要实践意义。
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