试析数字化测量在大气环境监测中的运用

试析数字化测量在大气环境监测中的运用

摘 要：近年来，环境问题日益突出，大气污染已经成为制约人类可持续发展的重要问题，我国也是大气污染严重的国家之一，大气中NO2、SO2等污染物的超标极大的增加了酸雾、酸雨、光化学烟雾的形成概率，我国有一半以上的城市收到过酸雨的侵害。面对严峻的环境问题，如何及时、准确的检测环境质量的变化，加强环境执法力度是环境保护工作者的重要任务。

关键词：虚拟仪器 大气环境监测 Lab Windows/CVI Internet

数字化测量是指在应用虚拟仪器的基础上结合数据库互联及一系列软件开发工具将网络技术与虚拟仪器有机结合，用远程操作来监测环境的环境监测方式。虚拟仪器与网络技术的应用将环境监测手段推进了数字化测量的时代，有效的实现了资源的共享与环境监测仪器的在线互联功能。本文简要分析要数字化测量在大气环境监测中的应用，希望能为广大同行提供参考。

一、数字化大气环境监测系统的设计

该系统为C/S模式，系统功能包括数据采集、数据存储、数据传输与数据分析四个基本功能。根据系统目标，系统可分为两大功能模块——服务器功能模块与客户端功能模块。服务器功能模块负责数据的采集、存储、查询、响应客户端模块的数据提出请求、返回数据等方面的功能，各个子模块分别安装在网络服务器、数据服务器与采样服务器上。客户端模块则负责用户控制、数据接收、提出查询请求、显示结果等功能。

1.服务器模块的总体设计

数据服务器与网络服务器在一个站点，是一对一的关系，因此，可将数据服务器视为网络服务器的数据存储设备的延伸。使用者经网络服务器的许可后，可直接同数据服务器连接，得到高速的数据传输。可见，数据服务器是服务器模块的核心，负责响应用户查询请求、提供数据查询、返回、存储等功能，而网络服务器只需负责网络方面的功能，与普通服务器并无显著区别，采样服务器除将采样信息进行处理并存入数据库以外，还负责接受用户的输入，使用户得以对传感器参数、采样参数、通道参数等进行设置。各个模块的关系如图1所示图1 系统结构示意图

数据采样、数据存储、数据查询、响应客户端的数据提取请求、返回数据、网络服务共同构成了服务器功能模块，其中，数据采样模块负责数据采样和数据存储，该模块从装有数据采集卡的端口寄存器中提取数据，然后通过开始采样时间与采样周期来计算本次采样的时间，并将其与采样值存储到数据库中，形成采样现场的重要参数。可见，数据采样模块是联接采样硬件和处理软件的关键环节。在数据采样模块中，由用户控制模块负责控制数据采样中的各种参数，如采样参

数名称、采样开关、采样频率等，由监控模块负责监控和分析客户端的请求，并根据请求内容进行数据查询，最后将查询结果按照一定的数据格式传回客户端。

2.客户端模块的总体设计

客户端模块是数字化测量系统的操作平台，主要负责从服务器上提取采样数据，并在客户端上以需要的形式显示出来，为进一步分析提供数据支撑，同时，客户端也是分析中心，多种分析功能也可以辅助得出更好的结论。客户端模块主要由用户控制、提出请求、接收数据、分析数据、显示结果、给出提示6个子模块构成，其结构如图2所示。图2 客户端系统结构示意图

用户控制模块是程序与使用者的交互环节，负责接受使用者对程序的控制命令，相应数据传送请求，控制数据分析的方式和分析结果的显示形式。

二、数字化检测系统的实现

1.数据采集的实现

虚拟仪器的硬件平台由计算机与I/O接口设备组成，后者主要执行信号的采集、输入、放大、模/数转换等任务。对于单台的虚拟仪器，Lab Windows/CVI涉及的I/O接口设备为数据采集卡，而对于由多台虚拟仪器组成的仪器测量控制系统，Lab Windows/CVI涉及的I/O接口设备为总线，主要包括RS32总线、GPIB/GPIB 488.2总线、VXI总线和VISA总线。

2.数据传输的实现

API（即Application Programming Interface）是Microsoft Windows 32位平台的应用程序接口，API函数是windows提供给操作系统与应用程序的接口，能够灵活的搭建出界面丰富、功能多样的程序，被认为是构筑windows框架的基石。当前虽然出现了更多的可视化程序设计工具，但API函数仍是这些程序的基础，API函数仍是windows平台上实现系统与应用程序间的信息交换的核心科技，也是所有应用程序的基础。

开放数据库系统互联（Open Database Connectivity，ODBC）是Microsoft 开发的开放数据库系统应用程序接口规范。在虚拟仪器中使用开放数据库系统互联技术，采用SQL Sever7.0作为数据存储数据库，所有采样数据均存储在数据库中，SQL Sever7.0数据库是客户/服务结构的数据库，能实现远程通信，用户在客户端发出请求后，客户端将用户的请求转化为SQL请求，并提交给ODBC，ODBC根据数据源设置找到响应的驱动程序管理器，由驱动程序管理器将请求提交给数据源对应的SQL Sever，从数据库中获取相关数据，最终返回虚拟仪器程序。

三、结语

综上所述，在ODBC的基础上采用SQL Sever7.0等开发工具将虚拟仪器技术和网络技术相结合，建立了环境监测的远程虚拟仪器，并运用Lab Windows/CVI 进行虚拟仪器集成开发，利用网络资源与技术成功实现了大气环境监测的数字换测量。参考文献[1]齐武.可持续发展中的大气环境监测[J].赤峰学院学报(自然科学版),2008(10).[2]李虹杰,马建武,范新峰.大气环境监测仪器研究进展[J].科技创业月刊,2009(02).[3]仲元昌,汤宝平,谭春禄,丁漩.用于大气环境监测的无线智能传感器阵列研究[J].通信学报,2008(06).[4]陈士英,张平贵,卢俊平.激光雷达技术及其在大气环境监测中的应用[J].内蒙古科技与经济,2010(02).