空氣質量監測子系統
方
案
書(shū)
2022年3月(yuè)
目 錄
一、 系統概述
二、 系統功能框圖設計
三、 傳感器類型
四、 數據處理(lǐ)與分(fēn)析
五、 數據傳輸與設備
六、 數據顯示及預警
七、 用(yòng)戶管理(lǐ)
一、 系統概述
醫院是一個(gè)特殊的(de)社會環境，是傳染源密集的(de)場(chǎng)所，病人(rén)呼吸的(de)空氣中和(hé)接觸物(wù)上都會有大(dà)量緻病菌存在，這(zhè)也(yě)是造成醫院感染特别是外源性感染的(de)重要原因之一。因此經常定期對(duì)醫院不同環境中空氣質量進行監測，并及時(shí)采取對(duì)策是預防和(hé)控制醫院的(de)感染一個(gè)重要環節。
醫院空氣質量實時(shí)環境監測的(de)目的(de)在于什(shén)麽？答(dá)案毋庸置疑，醫療執業人(rén)員(yuán)必須要了(le)解醫院室内環境感染因素狀況，以更好的(de)促進醫療安全，和(hé)保障醫院病患與醫務工作者的(de)健康。研究表明(míng),醫院感染的(de)發生取決于宿主、病原體和(hé)環境之間的(de)複雜(zá)相互作用(yòng)關系,而醫院環境空氣作爲環境的(de)重要組成部分(fēn),是主要的(de)傳播和(hé)傳染源之一，目前40餘種法定傳染病中有近35%可(kě)以通(tōng)過空氣傳播,占據傳播途徑的(de)首位。因此醫院室内空氣監測顯得(de)更有意義。
二、 系統功能框圖設計
三、 傳感器類型
醫院内需要監測的(de)内容包括：
（1）空氣總揮發性有機化(huà)合物(wù)VOC; (全域範圍内使用(yòng))
（2）空氣污染顆粒物(wù)，一般以直徑小于或等于2.5μm的(de)顆粒物(wù)爲計數單位，簡稱PM2.5; (全域範圍内使用(yòng))
（3）甲醛 ；(病理(lǐ)化(huà)驗等局部範圍内使用(yòng))
（4）二甲苯；(病理(lǐ)化(huà)驗等局部範圍内使用(yòng))
（5）溫濕度；(全域範圍内使用(yòng))
（6）微壓差；(全域範圍内使用(yòng)，負壓區(qū)必備)
（7）露點溫度；（恒溫恒濕區(qū)域範圍内使用(yòng)）
（8）氣溶膠顆粒；（傳染區(qū)域内使用(yòng)）
（9）硫化(huà)氫；（解剖等區(qū)域内使用(yòng)）
（10）氨氣；（解剖等區(qū)域内使用(yòng)）
特殊用(yòng)途的(de)監測内容未在上列出。
四、 數據處理(lǐ)與分(fēn)析
空氣質量數據的(de)監測是通(tōng)過傳感器系統。收集的(de)數據可(kě)通(tōng)過監控設備轉化(huà)爲數據信息，提供空氣質量指數标準，可(kě)以在傳感器系統控制的(de)區(qū)域内進行實時(shí)保存。将統計數據與環境指數相比較，能夠評估并控制污染源，從而實現去除空氣中有害物(wù)質并提高(gāo)環境質量的(de)目的(de)。
空氣質量數據處理(lǐ)技術有很多(duō)種方法，其中包括機器學習(xí)、深度學習(xí)、數據挖掘、數據分(fēn)析，以及人(rén)工智能等等。目前，監測系統中借助深度學習(xí)的(de)設備日益普及。深度學習(xí)是一種基于機器學習(xí)的(de)******人(rén)工智能技術，可(kě)以通(tōng)過貝葉斯網絡和(hé)神經網絡結構對(duì)數據進行處理(lǐ)、可(kě)視化(huà)和(hé)分(fēn)析。深度學習(xí)對(duì)于标記數據的(de)分(fēn)析結果比較穩定，在深度學習(xí)技術的(de)幫助下(xià)，研究者可(kě)以對(duì)污染物(wù)濃度和(hé)風力方向等數據進行深入的(de)探索。
空氣質量監測數據的(de)預測方法是指以時(shí)間爲自變量的(de)統計模型，它可(kě)以通(tōng)過對(duì)曆史數據進行分(fēn)析和(hé)建模，來(lái)預測未來(lái)空氣質量變化(huà)。時(shí)間序列模型的(de)關鍵是時(shí)間序列的(de)平穩性和(hé)自相關性。平穩時(shí)間序列是指各個(gè)時(shí)刻的(de)均值、方差及協方差等都不随時(shí)間變化(huà)，自相關性則是指時(shí)間序列中不同時(shí)刻的(de)變量值之間的(de)相關性。ARIMA模型是一種常用(yòng)的(de)時(shí)間序列預測方法，它是自回歸移動平均模型的(de)一個(gè)組合，适用(yòng)于各種類型的(de)時(shí)間序列數據。
五、 數據傳輸與設備
空氣質量監測子系統的(de)數據傳輸有二個(gè)部分(fēn)組成：
******部分(fēn)是傳感器與智能網關之間的(de)鏈路通(tōng)訊；
傳感器作爲末端信号采集設備，提供模拟量或者通(tōng)訊輸出功能，常用(yòng)的(de)信号包括0-10V模拟量，4-20mA模拟量，modbus RTU@RS485通(tōng)訊接口，modbus TCP通(tōng)訊接口，IoT物(wù)聯網設備通(tōng)訊接口等。
智能網關的(de)作用(yòng)：
1、 是将整個(gè)監測區(qū)域根據不同的(de)功能，劃分(fēn)成不同的(de)物(wù)理(lǐ)隔離網絡；
2、 它通(tōng)過标準總線協議(yì)與傳感器進行通(tōng)訊，負責數據收集，量程換算(suàn)等功能；
3、 提供級聯端口，将數據轉發給數據分(fēn)析與處理(lǐ)模塊；
4、 提供day級别的(de)數據緩存功能，防止數據丢失；
5、 通(tōng)訊鏈路轉換，經過智能網關後，所有數據均轉換爲标準以太網協議(yì)的(de)數據流，帶寬擴充爲千兆，數據交換速度大(dà)大(dà)增加；
6、 自組網功能，在布線不方便的(de)區(qū)域，還(hái)提供了(le)專用(yòng)信道負責組網優化(huà)，實現輕量級的(de)數據傳輸；
第二部分(fēn)是智能網關與空氣質量監測系統處理(lǐ)平台的(de)鏈路通(tōng)訊；
這(zhè)部分(fēn)網絡由數據存儲服務器，數據算(suàn)力服務器，千兆/萬兆以太網交換機，路由器、防火牆、雲平台等設備組成。
數據存儲服務器負責raw數據存儲，保存時(shí)間由用(yòng)戶自定義；
算(suàn)力服務器提供大(dà)數據模型分(fēn)析，預測結果；
以太網交換機、路由器、防火牆組合在一起構成了(le)整個(gè)系統的(de)安全網絡，防止數據洩露；
雲平台根據權限負責将數據分(fēn)發給不同的(de)目标群體，實現數據的(de)發布；
六、 數據顯示及預警
1、 區(qū)域數據顯示
醫院一般根據科室功能劃分(fēn)區(qū)域數據顯示，通(tōng)過醫院内部網絡，在終端pc上可(kě)以登錄空氣質量監測系統，根據權限查看對(duì)應的(de)數據參數，在科室的(de)公共區(qū)域，設置多(duō)媒體顯示終端，實時(shí)對(duì)所有人(rén)員(yuán)公布控制質量參數。如達到預警設定條件，無論是終端pc還(hái)是多(duō)媒體顯示終端，都能及時(shí)顯示預警内容。
2、 雲平台數據發布
通(tōng)過手機APP終端登錄空氣質量監測系統，即可(kě)實現遠(yuǎn)程數據共享，及時(shí)獲取信息，手機App終端也(yě)能******時(shí)間收到預警信息。
七、 用(yòng)戶管理(lǐ)
用(yòng)戶管理(lǐ)模塊主要用(yòng)于對(duì)系統用(yòng)戶的(de)管理(lǐ)，包括用(yòng)戶的(de)注冊、登錄、權限分(fēn)配等功能。這(zhè)一模塊可(kě)以确保系統的(de)安全性和(hé)穩定性，防止未經授權的(de)用(yòng)戶訪問系統。
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