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高速公路建設期環境網格化監測系統研究

文檔作者：方若全1 徐杰1 楊友森2 明珠2 文檔來源： 1江蘇省交通建設局 2江蘇中路工程技術研究院		更新日期： 2026年05月24日	點擊數：
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上一篇：高速公路建設中的生態恢復與環境保護

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葉資源節約與環保曳2022年第12期
高速公路建設期環境網格化監測系統研究
方若全1 徐杰1 楊友森2 明珠2
（1江蘇省交通建設局江蘇南京210093 2江蘇中路工程技術研究院江蘇南京210093）
摘要院為了提高交通工程行業空氣環境污染監管
能力袁推動行業高質量可持續發展遙文章提出一種網
格化環境在線監測方法袁通過物聯網技術袁采用B/S 架
構袁構建高速公路建設期環境在線監測系統袁并以省控
網格堯增補網格及項目網格為主體袁建立三級網格化監
測體系遙同時袁以江陰要靖江長江隧道為例袁對PM2.5堯
PM10及O3濃度進行實時監測遙研究結果表明院高速公
路建設過程中主要污染物為PM2.5 和PM10袁總體占
比超過80%曰該系統能夠準確監測環境污染物袁對實
際工程建設的環境監測具有參考意義遙
關鍵詞院高速公路曰建設期曰網格化曰環境污染曰監
測系統
引言
高速公路作為我國交通工程建設項目中功能最為
齊全便捷的基礎設施之一袁其飛速發展極大的促進了
國民經濟提高[1]遙然而袁在高速公路施工建設全過程
中袁將導致施工路段周圍環境大量污染遙同時袁葉十四
五規劃曳提出野加快推動數字社會建設步伐堯努力建設
智慧城市堯積極探索建設數字孿生城市冶等袁推動市政
公用設施堯建筑等物聯網應用和智能化改造遙同時袁
葉十四五國家信息化規劃曳提出要推動交通高質量可持
續發展袁積極推動信息化堯數字化堯智能化快速發展袁加
快推進數字建設袁深化公共設施數字化堯智能化轉型升
級袁全方位推動基礎設施能力提升袁建設泛在智能的網
絡連接設施堯物聯網數通的新型感知基礎設施以及云
網融合的新型算力設施袁構筑全國人民暢享的數字化
工作生活方式遙因此袁對高速公路建設項目進行空氣
環境質量監測至關重要遙
目前袁環境監測方法已從人工數據采集與處理轉
變為實時在線數據監測與處理[2]遙常用的監測方法包
括院GIS 技術監測堯遙感技術監測以及物聯網技術監
測[3]遙例如院陳慧蓉[4]等建立GIS空間數據庫袁在空間數
據的支持下袁計算監測區域的污染指數袁完成海洋生態
環境的監測遙田榮明[5]和吳勇劍[6]等基于無線傳感器網
絡對農田堯海洋等環境監測系統遙劉皎[7]等基于物聯網
技術袁通過ZigBee傳感器和4G網絡袁建立大氣環境監
測系統遙然而袁高速公路環境監測主要集中于運營期的
交通噪聲和尾氣排放袁對高速公路建設期環境監測系
統研究相對較少[8][9]遙此外袁王莉[10]等通過大氣網格化監
測技術袁結合大數據技術袁明確環境空氣質量網格化監
測使用原則以及措施袁并提出環境污染區域實時監測
方案遙劉心宇[11]等基于野固定+移動冶混合部署方式袁構
建網格化大氣環境質量實時在線監測系統袁進而實現
監測目標區域的全覆蓋在線監測遙歐松[12]等基于用戶
數量源內容和需求袁采用物聯網技術袁構建空氣環境質
量實時監測系統袁并對監測數據進行精細化管理與可
視化分析遙
因此袁本文基于物聯網技術袁提出一種網格化環境
空氣質量在線實時監測方法袁通過對在線實時監測系
統建設目標進行分析袁基于建設單位堯建立單位和施工
單位的角度袁研究分析高速公路建設期環境網格化在
線監測系統的功能需求遙并在此基礎上袁采用B/S 架
構袁結合MySQL數據庫袁利用互聯網技術袁構建高速公
路建設期環境網格化在線監測系統袁實現對環境空氣
質量實時監測以及數據可視化處理袁進而提高交通行
業環境監督能力袁對推動行業綠色堯智慧堯高質量發展
具有重要意義遙
1系統建設思路
1.1 建設目標
高速公路建設期環境網格化在線監測系統是為建
設單位堯監理單位堯施工單位等提供綠色管理數字化服
務袁以加速環保投訴處理堯檢查整改等綠色管理流程效
率袁實現人員/設備/風險源等線上可視化管理堯綠色管
理相關資料電子存檔堯各類環境和污染數據實時在線
監測以及數據分析處理等作為建設目標遙
1.2 功能需求分析
高速公路建設期環境網格化在線監測系統包括智
能監測堯智能監管堯協同辦公以及數據分析四大模塊袁
如圖1所示遙在圖1中袁智能監測是將通過智能的方式
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葉資源節約與環保曳2022年第12期
監測到各種所需信息袁并且使信息互相關聯融通袁進而
做到全方位堯全天候地對環境保護問題進行監督檢查袁
實現對高速公路工程項目建設全過程中重點區域的環
境在線監測袁對定期監測數據及報告的在線歸檔堯記
錄曰智能監管主要利用信息化手段對參建單位綠色行
為的約束袁包括綠色設備堯綠色活動堯綠色檢查堯綠色費
用曰協同辦公主要包括組織機構管理堯任務公告堯文件
流轉堯信息發布和檔案管理等袁簡化線下審批流程袁實
現綠色管理流程的線上審批袁對項目建設過程中各參
建單位綠色管理資料的在線歸檔堯記錄袁設置綠色任務
保證綠色行為實施落地曰通過數據監測分析袁對項目綠
色建設進度堯環境監測信息的可視化展示遙
2系統設計
2.1 技術架構設計
與 C/S 相比袁B/S淵Brower/Server冤作為瀏覽器要要
服務器結構袁具有分布性強堯開發簡單堯維護方便堯易擴
展以及成本低等優點[13]遙因此袁本系統采用B/S架構設
計高速公路建設期環境網格化在線監測系統袁該系統
自下而上包括5 個層次袁分別為基礎層堯數據層堯應用
層和展現層袁如圖2所示遙
淵1冤基礎層院該層主要分為系統硬件設施與系統軟
件設施兩個部分袁其中系統硬件設施主要由網絡設備堯
主機堯儲存堯緩存堯備份和輸入輸出設施等組成曰系統軟
件設施主要由操作系統堯語言處理程序堯數據庫管理軟
件堯應用服務器等組成遙此外袁基礎設施層位于網站結
構最底層袁為環境網格化在線監測系統提供基礎支撐遙
淵2冤數據層院數據庫選型作為該層核心問題袁既要
立足當下袁提供高可用的服務袁又要著眼未來袁給予足
夠的擴展空間袁本文主要利用MySQL 關系數據庫與
Redis文檔型數據庫的存儲方案遙其中袁MySQL數據庫
主要用于支持人員信息堯環境監測數據信息及推送信
息等內容管理系統曰而Redis數據庫擁有海量性堯靈活
性及可擴展的搜索服務能力袁用于作為數據存儲堯搜索
服務中心遙此外袁該層主要通過外網數據采集工具采集
不同監測數據資源袁同時基于數據挖掘工具對監測數
據進行信息抽取和處理曰并且依據監測數據處理需求袁
可對數據挖掘技術使用進行擴展配置袁例如院自動分
類堯數據提取等遙
淵3冤服務層院該層主要包含用戶管理堯權限分配堯工
作流堯表單工具等支撐應用遙其中袁用戶管理主要由新
建用戶堯導入用戶堯添加用戶堯修改用資料堯刪除用戶信
息等系統注冊用戶組成遙權限分配主要包括申請人堯審
批人和系統管理3 大類遙工作流基于管理系統工作流
引擎遙
淵4冤應用層院應用層作為整個平臺系統的核心袁采
用面向服務的思想袁由應用子系統袁如院噪聲監測系統堯
水質監測系統堯大氣污染監測系統堯人員信息管理系統
等組成袁并基于SOAP遠程方法袁采用Web Services 技
術為其他外部系統提供調用接口袁進而完成與BIM 平
臺和省環境監測平臺間的數據協同交互遙
淵5冤展示層院用戶可以基于PC 客戶端和移動終端
淵手機堯平板電腦冤等登錄高速公路建設期環境網格化
在線監測系統袁同時向登錄用戶展現展示以及傳遞
Web信息資源的應用程序袁可以顯示Web 服務器或文
件系統的HTML 文件的內容袁并提供各種資源訪問與
服務遙
2.2 系統數據架構設計
環境網絡在線監測系統基于物聯網淵Internet of
Things袁IOT冤獲取環境在線監測數據曰監測數據具有大
圖1 綠色管理平臺功能需求
圖2 系統技術架構
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葉資源節約與環保曳2022年第12期
圖4 數據采集點分布
圖3 系統數據結構
數據屬性袁數量級別達到大數據定義遙以此為基礎袁對
空氣環境監測數據進行可視化處理遙在線監測系統數
據采集堯儲存以及處理的系統架構袁如圖3所示遙其中袁
NGINX 負責均衡服務器袁用于負載均衡曰Web 用于實
現UI 相關代碼曰Service 實現業務邏輯相關代碼曰
Mysql 開源關系型數據庫袁支持多種存儲引擎袁且向用
戶提供免費開源服務曰Redis 為非關系型數據庫袁用于
緩存實時數據和指標類型數據袁進而提高系統性能曰
CFS為云文件存儲遙
2.3 網格化數據監測
高速公路建設期環境網格化在線監測系統數據主
要來源于監測設備實時采集袁如院環境監測設施堯氣象
監測設備等袁并通過省控網格堯增補網格及項目網格共
同構建三級網格化監測體系袁對高速公路建設期環境
數據進行監測遙該網格化監測體系袁如圖4所示遙在圖
4 中袁紅色網格表示一級網格袁即省級網格袁大小為
3000伊3000m曰藍色網格表示二級網格袁即增補網格袁大
小為3000伊3000m曰綠色網格表示三級網格袁即項目級
網格袁大小為1000伊500m遙
3系統工程應用
3.1 工程概況
本文以江陰靖江長江隧道為例袁其位于江陰大橋
和泰州大橋之間袁線路北起靖江公新公路袁南至江陰芙
蓉大道袁采用水下隧道形式穿越長江袁線路全長約
11.825km袁其中隧道段長6445m袁設置互通3 座袁風塔
2座袁管理養護中心1處遙全線按照雙向六車道高速公
路標準建設袁設計行車速度80km/h袁路基寬度33m遙
3.2 監測指標
在生態環境部發布的葉環境空氣質量指數淵AQI冤
技術規定淵試行冤曳中袁空氣質量指數主要基于PM2.5堯
PM10堯SO2堯NO2堯CO堯O3等六項指標計算得到遙然而袁針
對高速公路建設工程而言袁空氣污染物主要以懸浮顆
粒物為主袁部分工藝環節可能會產生有害氣體遙因此袁
本文主要對PM2.5 和PM10以及O3進行監測分析遙
3.3 監測數據分析
由于江陰堯靖江兩地PM2.5 和PM10 主要集中于
秋冬季節袁O3集中于夏天遙因此袁本文選取一級網格
圖6 秋冬季PM2.5堯PM10及O3比例分布
圖5 秋冬季PM2.5堯PM10及O3天數分布
監測類別
70
60
50
40
30
20
10
0
PM2.5 PM10 O3 其他
省空網格 增補網格 項目網格
TZ-18
監測點
A02 N-1 WX-42 A04 S-1
45
40
35
30
25
20
15
10
50
PM2.5 PM10 O3 其他
APP IOT
NGINX NGINX
Web Web
負載
均衡
wCoud
sCoud
可擴容
可擴容Service Service Service
CFS Redis Mysql
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葉資源節約與環保曳2022年第12期
淵編號為TZ-18堯WX-42冤堯二級網格淵編號為A02堯
A04冤堯三級級網格淵編號為N-1堯S-1冤6 個監測點袁選
取秋冬季淵2020 年11 月和12月冤與夏季淵2021年6月
和7月冤的監測數據進行分析遙2020 年秋冬季PM2.5堯
PM10和O3監測數據分析如圖5袁圖6所示遙由圖5和
圖6 可知袁項目所在地靖江堯江陰兩地袁2020 年秋冬季
空氣質量總體良好袁主要污染物以PM2.5堯PM10 為主袁
三級網格天數占比分別達到了60%及20%以上遙
此外袁2021 年夏季PM2.5堯PM10 和O3 監測數據
分析如圖7和圖8所示遙由圖7 和圖8 可知袁項目所
在地靖江堯江陰兩地袁6堯7 月份空氣質量總體良好袁主
要污染物以PM2.5堯PM10 為主袁總體占比超過80%袁
結果與2020 年度差異較大原因袁可能是由于部分網格
不含臭氧監測指標袁所以結果有所偏差遙
結語
環境污染作為現代社會高質量發展中最為突出問
題之一袁高速公路建設過程中會產生較多環境污染問
題遙為了加快推進生態環境體系建設袁完善生態環境
監測網絡袁提高高速公路環境污染管理能力袁本文通過
對高速公路建設期系統需求進行分析袁構建高速公路
建設期環境在線監測系統遙同時袁結合江陰靖江長江隧
道袁建立以省控網格堯增補網格及項目網格為主體的三
級網格體系袁對高速公路建設期環境進行監測袁進而提
高交通行業環境監管能力袁促進交通行業生態環境高
質量發展遙
參考文獻
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作者簡介
方若全淵1994.11-冤袁男袁漢族袁江蘇常州袁碩士袁助
理工程師袁研究方向院隧道與地下工程遙
圖8 夏季PM2.5堯PM10及O3比例分布
圖7 夏季PM2.5堯PM10及O3天數分布
監測點
PM2.5 PM10 O3 其他
TZ-18 A02 N-1 WX-42 A04 S-1
45
40
35
30
25
20
15
10
50
省空網格 增補網格 項目網格
80
70
60
50
40
30
20
10
0
監測類別
PM2.5 PM10 O3 其他
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