智慧路灯杆建设中的空气质量传感器原理与技术

在我国多个城市的智慧路灯灯杆上,都会集成PM2.5传感器、PM10传感器等空气质量传感器。其实,从专业角度看,并没有空气质量传感器这一叫法。但从需求角度理解的话,却显得非常合理。

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  得益于物联网传感器技术的发展,我们日常所见的道路路灯杆,可谓迎来了一个新时代。随着国内外城市对路灯杆的智能化改造,各式各样的智能路灯开始出现在城市街头,并愈发成为重要的智慧城市节点。可以说,智能灯杆是智慧城市的主要发展趋势,也是智慧城市发展的重要接口,可为未来智慧城市万物互联奠定基础。

智能路灯杆

智能路灯杆

  韩国智慧路灯建设中的传感器应用

  通过以路灯杆为硬件载体,在杆体加载集成各种传感器智能终端设备,可实现节能用电、交通运行监测、环境及大气监测等多种功能。同时,融合充电桩、USB充电、电子触摸屏,一键呼叫等功能,可为市民生活提供便利。另外,路灯灯杆还可无线连接到周边传感设备,实现井盖监测、文物古树倾斜、水位监测等多种功能。

  例如,从2015年开始,韩国对该国国内900万根电线杆逐步进行智能化改造。通过在路灯灯杆安装智能传感器,可持续实时收集电力数据。基于这些数据,可准确预测消费者在酷暑等特定时期的用电量,进而向用户发送节约能源短信;同时,韩国还在探索利用灯杆上的传感器,来搜集电线杆倾斜、震动情况的数据,以应对因地震引发的事故和灾后重建。

  另外,在2018年9月,韩国电信公司还花费100亿韩元,在路灯灯杆上安装上了空气质量传感器,来对地面10米高处的空气质量信息进行搜集分析,并将数据回传给政府部门的服务器。今年年内,韩国电信公司还计划推出相关应用,将数据直接发送给个人用户。

深圳在南山、福田多区域多路段都有智慧路灯杆的试点项目

目前,深圳在南山、福田多区域多路段都有智慧路灯杆的试点项目。

  灯杆环境监测与PM2.5传感器检测原理

  目前,国内也有不少企业在做智慧路灯项目,不过不全是把多种功能都集成在一根灯杆上,而是做某几项功能,比如环境监测这一重点功能。

  如今,在我国多个城市的智慧路灯灯杆上,都会集成PM2.5传感器、PM10传感器等空气质量传感器。比如,最为常见的PM2.5传感器,或叫粉尘传感器,采用的多是光学传感方式,将空气中的颗粒物浓度转化为电信号。因此,市场上主流的产品按传感器使用的光的种类,分为激光和红外两种。

PM2.5传感器检测原理图

PM2.5传感器检测原理图

  主流的PM2.5传感器检测原理如上图所示,光发射管发射光到待探测的腔体中,光被腔体中空气的粉尘折射后被接收光电管接收后,经过光电转换电路转换成电信号。空气中粉尘较少时,光被折射较少,转换的电信号也较弱;粉尘较多时,光被折射较多,转换的电信号也较强。

  如何正确理解空气质量传感器的概念

  其实,在概念层面,从专业角度看,并没有空气质量传感器这一叫法。但从需求角度理解的话,却显得非常合理。

  首先,空气质量传感器的概念太过笼统,其实空气中的污染物类别相当多。除上述我们熟知的颗粒物PM2.5、PM10等粉尘、颗粒物外,还有挥发性有机化合物(VOC)、一氧化碳、二氧化碳、甲醛、苯、臭氧等等。

  其次,目前的传感器技术,可做到对于单一的参数或个别几种可融合的参数制造出对应的传感器。但要想将上述多种参数统一集成在一支传感器上,显然是不可能的。因为根据制造各类空气质量传感器原理的不同,不同气体参数之间有互相影响的弊病。

北京街头路灯灯杆上的空气质量传感器监测设备

位于北京门头沟区的智慧灯杆上安装有空气质量检测设备

  因此,民用端或商用端所需求的空气质量传感器,可能最终需要的则是集成多个传感器后的空气质量监测仪。这也导致在面对多种参数的检测需求时,技术性集成就成为一条出路。如上图所示,在如今北京门头沟区路边的智慧灯杆上,安装的便是这种集成有多种单一气体检测传感器的空气质量监测仪。同时,借助与之相配套的空气质量监测软件系统,通过科学的算法,定义了空气的优、良、中、差。从而从软件系统中轻松的获得简单的空气质量信息和相对应的治理提醒。

  总的来说,现阶段,空气质量传感器无法达到理想化、一步到位式的全面检测功能。但随着气体传感技术的进步,针对不同的空气质量检测需求,企业还是可以通过递进式的解决方式,来满足具体的空气质量感知需要。

  比如,目前在北京,就已设置了不少智慧路灯空气环境检测数据采集点,依托这些数据,目前只能给出基本的参考数据。未来,如果每条马路的每根路灯杆都能提供综合性的空气监测能力的话,通过收集这些数据并进行大数据分析,就可以实现更加细化、更有针对性的局部环境监控与治理方案。

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