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高速公路建设期环境网格化监测系统研究

文档作者：方若全1 徐杰1 杨友森2 明珠2 文档来源： 1江苏省交通建设局 2江苏中路工程技术研究院		更新日期： 2026年05月24日	点击数：
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叶资源节约与环保曳2022年第12期
高速公路建设期环境网格化监测系统研究
方若全1 徐杰1 杨友森2 明珠2
（1江苏省交通建设局江苏南京210093 2江苏中路工程技术研究院江苏南京210093）
摘要院为了提高交通工程行业空气环境污染监管
能力袁推动行业高质量可持续发展遥文章提出一种网
格化环境在线监测方法袁通过物联网技术袁采用B/S 架
构袁构建高速公路建设期环境在线监测系统袁并以省控
网格尧增补网格及项目网格为主体袁建立三级网格化监
测体系遥同时袁以江阴要靖江长江隧道为例袁对PM2.5尧
PM10及O3浓度进行实时监测遥研究结果表明院高速公
路建设过程中主要污染物为PM2.5 和PM10袁总体占
比超过80%曰该系统能够准确监测环境污染物袁对实
际工程建设的环境监测具有参考意义遥
关键词院高速公路曰建设期曰网格化曰环境污染曰监
测系统
引言
高速公路作为我国交通工程建设项目中功能最为
齐全便捷的基础设施之一袁其飞速发展极大的促进了
国民经济提高[1]遥然而袁在高速公路施工建设全过程
中袁将导致施工路段周围环境大量污染遥同时袁叶十四
五规划曳提出野加快推动数字社会建设步伐尧努力建设
智慧城市尧积极探索建设数字孪生城市冶等袁推动市政
公用设施尧建筑等物联网应用和智能化改造遥同时袁
叶十四五国家信息化规划曳提出要推动交通高质量可持
续发展袁积极推动信息化尧数字化尧智能化快速发展袁加
快推进数字建设袁深化公共设施数字化尧智能化转型升
级袁全方位推动基础设施能力提升袁建设泛在智能的网
络连接设施尧物联网数通的新型感知基础设施以及云
网融合的新型算力设施袁构筑全国人民畅享的数字化
工作生活方式遥因此袁对高速公路建设项目进行空气
环境质量监测至关重要遥
目前袁环境监测方法已从人工数据采集与处理转
变为实时在线数据监测与处理[2]遥常用的监测方法包
括院GIS 技术监测尧遥感技术监测以及物联网技术监
测[3]遥例如院陈慧蓉[4]等建立GIS空间数据库袁在空间数
据的支持下袁计算监测区域的污染指数袁完成海洋生态
环境的监测遥田荣明[5]和吴勇剑[6]等基于无线传感器网
络对农田尧海洋等环境监测系统遥刘皎[7]等基于物联网
技术袁通过ZigBee传感器和4G网络袁建立大气环境监
测系统遥然而袁高速公路环境监测主要集中于运营期的
交通噪声和尾气排放袁对高速公路建设期环境监测系
统研究相对较少[8][9]遥此外袁王莉[10]等通过大气网格化监
测技术袁结合大数据技术袁明确环境空气质量网格化监
测使用原则以及措施袁并提出环境污染区域实时监测
方案遥刘心宇[11]等基于野固定+移动冶混合部署方式袁构
建网格化大气环境质量实时在线监测系统袁进而实现
监测目标区域的全覆盖在线监测遥欧松[12]等基于用户
数量源内容和需求袁采用物联网技术袁构建空气环境质
量实时监测系统袁并对监测数据进行精细化管理与可
视化分析遥
因此袁本文基于物联网技术袁提出一种网格化环境
空气质量在线实时监测方法袁通过对在线实时监测系
统建设目标进行分析袁基于建设单位尧建立单位和施工
单位的角度袁研究分析高速公路建设期环境网格化在
线监测系统的功能需求遥并在此基础上袁采用B/S 架
构袁结合MySQL数据库袁利用互联网技术袁构建高速公
路建设期环境网格化在线监测系统袁实现对环境空气
质量实时监测以及数据可视化处理袁进而提高交通行
业环境监督能力袁对推动行业绿色尧智慧尧高质量发展
具有重要意义遥
1系统建设思路
1.1 建设目标
高速公路建设期环境网格化在线监测系统是为建
设单位尧监理单位尧施工单位等提供绿色管理数字化服
务袁以加速环保投诉处理尧检查整改等绿色管理流程效
率袁实现人员/设备/风险源等线上可视化管理尧绿色管
理相关资料电子存档尧各类环境和污染数据实时在线
监测以及数据分析处理等作为建设目标遥
1.2 功能需求分析
高速公路建设期环境网格化在线监测系统包括智
能监测尧智能监管尧协同办公以及数据分析四大模块袁
如图1所示遥在图1中袁智能监测是将通过智能的方式
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叶资源节约与环保曳2022年第12期
监测到各种所需信息袁并且使信息互相关联融通袁进而
做到全方位尧全天候地对环境保护问题进行监督检查袁
实现对高速公路工程项目建设全过程中重点区域的环
境在线监测袁对定期监测数据及报告的在线归档尧记
录曰智能监管主要利用信息化手段对参建单位绿色行
为的约束袁包括绿色设备尧绿色活动尧绿色检查尧绿色费
用曰协同办公主要包括组织机构管理尧任务公告尧文件
流转尧信息发布和档案管理等袁简化线下审批流程袁实
现绿色管理流程的线上审批袁对项目建设过程中各参
建单位绿色管理资料的在线归档尧记录袁设置绿色任务
保证绿色行为实施落地曰通过数据监测分析袁对项目绿
色建设进度尧环境监测信息的可视化展示遥
2系统设计
2.1 技术架构设计
与 C/S 相比袁B/S渊Brower/Server冤作为浏览器要要
服务器结构袁具有分布性强尧开发简单尧维护方便尧易扩
展以及成本低等优点[13]遥因此袁本系统采用B/S架构设
计高速公路建设期环境网格化在线监测系统袁该系统
自下而上包括5 个层次袁分别为基础层尧数据层尧应用
层和展现层袁如图2所示遥
渊1冤基础层院该层主要分为系统硬件设施与系统软
件设施两个部分袁其中系统硬件设施主要由网络设备尧
主机尧储存尧缓存尧备份和输入输出设施等组成曰系统软
件设施主要由操作系统尧语言处理程序尧数据库管理软
件尧应用服务器等组成遥此外袁基础设施层位于网站结
构最底层袁为环境网格化在线监测系统提供基础支撑遥
渊2冤数据层院数据库选型作为该层核心问题袁既要
立足当下袁提供高可用的服务袁又要着眼未来袁给予足
够的扩展空间袁本文主要利用MySQL 关系数据库与
Redis文档型数据库的存储方案遥其中袁MySQL数据库
主要用于支持人员信息尧环境监测数据信息及推送信
息等内容管理系统曰而Redis数据库拥有海量性尧灵活
性及可扩展的搜索服务能力袁用于作为数据存储尧搜索
服务中心遥此外袁该层主要通过外网数据采集工具采集
不同监测数据资源袁同时基于数据挖掘工具对监测数
据进行信息抽取和处理曰并且依据监测数据处理需求袁
可对数据挖掘技术使用进行扩展配置袁例如院自动分
类尧数据提取等遥
渊3冤服务层院该层主要包含用户管理尧权限分配尧工
作流尧表单工具等支撑应用遥其中袁用户管理主要由新
建用户尧导入用户尧添加用户尧修改用资料尧删除用户信
息等系统注册用户组成遥权限分配主要包括申请人尧审
批人和系统管理3 大类遥工作流基于管理系统工作流
引擎遥
渊4冤应用层院应用层作为整个平台系统的核心袁采
用面向服务的思想袁由应用子系统袁如院噪声监测系统尧
水质监测系统尧大气污染监测系统尧人员信息管理系统
等组成袁并基于SOAP远程方法袁采用Web Services 技
术为其他外部系统提供调用接口袁进而完成与BIM 平
台和省环境监测平台间的数据协同交互遥
渊5冤展示层院用户可以基于PC 客户端和移动终端
渊手机尧平板电脑冤等登录高速公路建设期环境网格化
在线监测系统袁同时向登录用户展现展示以及传递
Web信息资源的应用程序袁可以显示Web 服务器或文
件系统的HTML 文件的内容袁并提供各种资源访问与
服务遥
2.2 系统数据架构设计
环境网络在线监测系统基于物联网渊Internet of
Things袁IOT冤获取环境在线监测数据曰监测数据具有大
图1 绿色管理平台功能需求
图2 系统技术架构
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叶资源节约与环保曳2022年第12期
图4 数据采集点分布
图3 系统数据结构
数据属性袁数量级别达到大数据定义遥以此为基础袁对
空气环境监测数据进行可视化处理遥在线监测系统数
据采集尧储存以及处理的系统架构袁如图3所示遥其中袁
NGINX 负责均衡服务器袁用于负载均衡曰Web 用于实
现UI 相关代码曰Service 实现业务逻辑相关代码曰
Mysql 开源关系型数据库袁支持多种存储引擎袁且向用
户提供免费开源服务曰Redis 为非关系型数据库袁用于
缓存实时数据和指标类型数据袁进而提高系统性能曰
CFS为云文件存储遥
2.3 网格化数据监测
高速公路建设期环境网格化在线监测系统数据主
要来源于监测设备实时采集袁如院环境监测设施尧气象
监测设备等袁并通过省控网格尧增补网格及项目网格共
同构建三级网格化监测体系袁对高速公路建设期环境
数据进行监测遥该网格化监测体系袁如图4所示遥在图
4 中袁红色网格表示一级网格袁即省级网格袁大小为
3000伊3000m曰蓝色网格表示二级网格袁即增补网格袁大
小为3000伊3000m曰绿色网格表示三级网格袁即项目级
网格袁大小为1000伊500m遥
3系统工程应用
3.1 工程概况
本文以江阴靖江长江隧道为例袁其位于江阴大桥
和泰州大桥之间袁线路北起靖江公新公路袁南至江阴芙
蓉大道袁采用水下隧道形式穿越长江袁线路全长约
11.825km袁其中隧道段长6445m袁设置互通3 座袁风塔
2座袁管理养护中心1处遥全线按照双向六车道高速公
路标准建设袁设计行车速度80km/h袁路基宽度33m遥
3.2 监测指标
在生态环境部发布的叶环境空气质量指数渊AQI冤
技术规定渊试行冤曳中袁空气质量指数主要基于PM2.5尧
PM10尧SO2尧NO2尧CO尧O3等六项指标计算得到遥然而袁针
对高速公路建设工程而言袁空气污染物主要以悬浮颗
粒物为主袁部分工艺环节可能会产生有害气体遥因此袁
本文主要对PM2.5 和PM10以及O3进行监测分析遥
3.3 监测数据分析
由于江阴尧靖江两地PM2.5 和PM10 主要集中于
秋冬季节袁O3集中于夏天遥因此袁本文选取一级网格
图6 秋冬季PM2.5尧PM10及O3比例分布
图5 秋冬季PM2.5尧PM10及O3天数分布
监测类别
70
60
50
40
30
20
10
0
PM2.5 PM10 O3 其他
省空网格 增补网格 项目网格
TZ-18
监测点
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
负载
均衡
wCoud
sCoud
可扩容
可扩容Service Service Service
CFS Redis Mysql
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叶资源节约与环保曳2022年第12期
渊编号为TZ-18尧WX-42冤尧二级网格渊编号为A02尧
A04冤尧三级级网格渊编号为N-1尧S-1冤6 个监测点袁选
取秋冬季渊2020 年11 月和12月冤与夏季渊2021年6月
和7月冤的监测数据进行分析遥2020 年秋冬季PM2.5尧
PM10和O3监测数据分析如图5袁图6所示遥由图5和
图6 可知袁项目所在地靖江尧江阴两地袁2020 年秋冬季
空气质量总体良好袁主要污染物以PM2.5尧PM10 为主袁
三级网格天数占比分别达到了60%及20%以上遥
此外袁2021 年夏季PM2.5尧PM10 和O3 监测数据
分析如图7和图8所示遥由图7 和图8 可知袁项目所
在地靖江尧江阴两地袁6尧7 月份空气质量总体良好袁主
要污染物以PM2.5尧PM10 为主袁总体占比超过80%袁
结果与2020 年度差异较大原因袁可能是由于部分网格
不含臭氧监测指标袁所以结果有所偏差遥
结语
环境污染作为现代社会高质量发展中最为突出问
题之一袁高速公路建设过程中会产生较多环境污染问
题遥为了加快推进生态环境体系建设袁完善生态环境
监测网络袁提高高速公路环境污染管理能力袁本文通过
对高速公路建设期系统需求进行分析袁构建高速公路
建设期环境在线监测系统遥同时袁结合江阴靖江长江隧
道袁建立以省控网格尧增补网格及项目网格为主体的三
级网格体系袁对高速公路建设期环境进行监测袁进而提
高交通行业环境监管能力袁促进交通行业生态环境高
质量发展遥
参考文献
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作者简介
方若全渊1994.11-冤袁男袁汉族袁江苏常州袁硕士袁助
理工程师袁研究方向院隧道与地下工程遥
图8 夏季PM2.5尧PM10及O3比例分布
图7 夏季PM2.5尧PM10及O3天数分布
监测点
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
省空网格 增补网格 项目网格
80
70
60
50
40
30
20
10
0
监测类别
PM2.5 PM10 O3 其他
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