昆山環(huán)保局空氣質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)云計(jì)算平臺(tái)解決方案49

空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)云計(jì)算平臺(tái)解決方案

修改記錄日期版本修改要點(diǎn)修改者注釋2013.05.061.0初始版本注：版本升級(jí)時(shí)，要注明原因，和主要的更改內(nèi)容。目錄目錄 3空氣質(zhì)量前端方案 41．概述 41.1背景 41.2意義 42．設(shè)計(jì) 52.1系統(tǒng)架構(gòu) 52.1.1總體架構(gòu) 52.1.2部署方式 62.2傳感器 72.3計(jì)算 92.4采集部分 102.5通信部分 112.6電源部分 122.6.1鋰電池供電 122.6.2太陽(yáng)能供電 133．特點(diǎn) 13空氣質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)方案1．概述南京云創(chuàng)存儲(chǔ)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)方案，是基于云計(jì)算的大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)，前端通過特征因子監(jiān)測(cè)設(shè)備和空氣質(zhì)量?jī)商妆O(jiān)測(cè)設(shè)備可以監(jiān)測(cè)大氣污染中的空氣質(zhì)量,pm10,SO2,NO2等大氣中污染因子。通過海量數(shù)據(jù)的科學(xué)數(shù)據(jù)分析對(duì)比得到主要的反映局部區(qū)域的相關(guān)參考值，從而和宏觀上反映城市的整體的空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)方式形成互補(bǔ)。1.1背景目前許多城市的環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站點(diǎn)較少，分布分散，環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)僅從宏觀上反映城市的整體的空氣質(zhì)量，但是不能從微觀上反映局部區(qū)域、特定區(qū)域的空氣質(zhì)量的好壞，這就需要建設(shè)更多的環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，提供更多的實(shí)時(shí)的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。國(guó)外一套空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器價(jià)格在10萬美金，國(guó)產(chǎn)價(jià)格在10萬人民幣，價(jià)格昂貴。建設(shè)更多的環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)需要巨大的資金投入，成本太高。而廉價(jià)的空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)價(jià)格大約在1萬人民幣，能夠解決資金投入問題，同時(shí)滿足一定的測(cè)量精度，和現(xiàn)有的空氣環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)形成互補(bǔ)，為環(huán)保部門服務(wù)。目前350米以下都有顆粒污染物，污染程度比較嚴(yán)重，加之信息化工作處于低端水平，以及公眾對(duì)于空氣質(zhì)量的關(guān)注度不斷提升，使得空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)重要性日益突出。廉價(jià)的空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與目前的傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)方式形成互補(bǔ)，滿足公眾環(huán)境需求，提升政府形象。1.2意義部署空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，配合城市現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)，并結(jié)合天氣狀況、城市交通、人口密度、工業(yè)產(chǎn)值等元素，進(jìn)行系統(tǒng)的研究，為保護(hù)環(huán)境，改善城市的大氣環(huán)境質(zhì)量改善起到技術(shù)支撐作用。具體可歸納為:

(1)根據(jù)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量。

(2)根據(jù)污染分布情況，\o"追蹤"追蹤尋找污染源，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)督管理、控制污染提供依據(jù)。

(3)構(gòu)建云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，存儲(chǔ)本區(qū)域海量數(shù)據(jù)，積累長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料，為研究環(huán)境容量、實(shí)施總量控制、目標(biāo)管理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。

(4)為保護(hù)人類健康、保護(hù)環(huán)境、合理使用自然資源、制訂環(huán)境法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃等服務(wù)。1.3總體設(shè)計(jì)原則針對(duì)本次工程的實(shí)際情況,充分考慮環(huán)保局環(huán)境監(jiān)測(cè)云平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)的建設(shè)發(fā)展需求，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)一管理、高效應(yīng)用、平滑擴(kuò)展為目標(biāo)，以“先進(jìn)、安全、成熟、開放、經(jīng)濟(jì)”為總體設(shè)計(jì)原則。先進(jìn)性原則在系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)時(shí)采用業(yè)界先進(jìn)的方案和技術(shù)，以確保一定時(shí)間內(nèi)不落后。選擇實(shí)用性強(qiáng)產(chǎn)品，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既可滿足當(dāng)前的需要又可實(shí)現(xiàn)今后系統(tǒng)發(fā)展平滑擴(kuò)展。安全性原則數(shù)據(jù)是業(yè)務(wù)系統(tǒng)核心應(yīng)用的最終保障，不但要保證整套系統(tǒng)能夠7X24運(yùn)行，而且存儲(chǔ)系統(tǒng)必須有高可用性，以保證應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的隨時(shí)存取。同時(shí)配置安全的備份系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行更加安全的數(shù)據(jù)保護(hù)，降低人為操作失誤或病毒襲擊給系統(tǒng)造成的數(shù)據(jù)丟失。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮數(shù)據(jù)高可靠存儲(chǔ)，采用高度可靠的軟硬件容錯(cuò)設(shè)計(jì)，進(jìn)行有效的安全訪問控制，實(shí)現(xiàn)故障屏蔽、自動(dòng)冗余重建等智能化安全可靠措施，提供統(tǒng)一的系統(tǒng)管理和監(jiān)控平臺(tái)，進(jìn)行有效的故障定位、預(yù)警。成熟性原則為確保整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，軟件平臺(tái)將使用先進(jìn)、完善、易于管理和穩(wěn)定可靠的云存儲(chǔ)資源管理系統(tǒng)，對(duì)于與應(yīng)用的集成接口，提供統(tǒng)一的通用穩(wěn)定訪問接口。開放性原則系統(tǒng)建設(shè)具有開放性的標(biāo)準(zhǔn)體系，提供開放的應(yīng)用API編程接口，提供人性化的應(yīng)用和管理界面，以滿足用戶需求。遵循規(guī)范的通用接口標(biāo)準(zhǔn)，使全系統(tǒng)中的硬件、通信、軟件、操作平臺(tái)之間的互聯(lián)共享。充分考慮系統(tǒng)的升級(jí)和維護(hù)問題，維護(hù)采用在線式的，即在系統(tǒng)不停止工作的情況下，可以更換單元備件。系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)操作由系統(tǒng)管理員即可完成。經(jīng)濟(jì)性原則現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量較大，且數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)速度較快。因此在建設(shè)系統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)時(shí)，應(yīng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度考慮，建設(shè)一個(gè)長(zhǎng)期的存儲(chǔ)架構(gòu)，除了可以應(yīng)對(duì)存儲(chǔ)硬件設(shè)備的升級(jí)速度外，還必須考慮到對(duì)前期存儲(chǔ)設(shè)備的投資保護(hù)，在保證不斷提供功能和性能提高的同時(shí)，存儲(chǔ)架構(gòu)在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。結(jié)合先進(jìn)的云平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，根據(jù)本次項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際容量需求設(shè)計(jì)，同時(shí)充分考慮應(yīng)用發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可彈性在線平滑升級(jí)。通過軟件實(shí)現(xiàn)在較廉價(jià)普通服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)高度容錯(cuò)，同時(shí)能夠在較低冗余度的情況下實(shí)現(xiàn)高度可靠容錯(cuò)，大大節(jié)約和降低系統(tǒng)建設(shè)的硬件成本。1.4系統(tǒng)特點(diǎn)1、價(jià)格低廉，大規(guī)模部署空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備只有國(guó)際通用的幾分之一，即可滿足空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸功能，無需國(guó)外昂貴的監(jiān)測(cè)設(shè)備，和現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)形成有利互補(bǔ)，對(duì)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)發(fā)布有參考意義。 2、云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理技術(shù) 架構(gòu)云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，采用先進(jìn)的云計(jì)算處理技術(shù)，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)入庫(kù)和關(guān)聯(lián)查詢快速響應(yīng)，支持自動(dòng)容錯(cuò)和動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，具有實(shí)時(shí)性、高可靠性、可伸縮性、高性價(jià)比等特點(diǎn)。3.擴(kuò)容性 空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)前端設(shè)備可以根據(jù)需求進(jìn)行增加設(shè)備，擴(kuò)展整個(gè)系統(tǒng)的覆蓋面積，但是不需要繼續(xù)復(fù)雜的操作，可以動(dòng)態(tài)的增加空氣質(zhì)量測(cè)試的節(jié)點(diǎn)，并能自動(dòng)組網(wǎng)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)容性。4.實(shí)時(shí)性測(cè)定速度快，自動(dòng)化程度高。測(cè)試方法決定了測(cè)試的實(shí)時(shí)性，采集時(shí)間實(shí)現(xiàn)秒級(jí)響應(yīng)，且采集時(shí)間可以任意設(shè)定，采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)入庫(kù)，可實(shí)時(shí)查詢。5.采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過精確的校準(zhǔn)，且靈敏度很高，和環(huán)保部分發(fā)布的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)及趨勢(shì)接近，數(shù)據(jù)真實(shí)有效。2．系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1總體架構(gòu)前端設(shè)備采集到相關(guān)的信息，通過GPRS進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，在有公網(wǎng)IP的服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和初步的處理，然后數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)立方進(jìn)行存儲(chǔ)和計(jì)算，并且通過WEB服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的最后處理和公布，通過web頁(yè)面和移動(dòng)終端可以實(shí)時(shí)的查看pm25實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。具體的系統(tǒng)總體架構(gòu)詳見下圖。圖1空氣質(zhì)量云監(jiān)控平臺(tái)總體架構(gòu)2.2系統(tǒng)主要功能空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)云平臺(tái)需要提供的主要功能描述如下。（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫(kù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫(kù)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)全市所有空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的各類空氣因子數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存到空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心。（2）空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)原始空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，將全部存儲(chǔ)在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)分布式文件系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)海量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了滿足和適應(yīng)數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)特征和查詢處理的不同需求，部分存存儲(chǔ)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中。（3）空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用系統(tǒng)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用提供包括實(shí)時(shí)監(jiān)控空氣質(zhì)量空氣質(zhì)量，查看歷史記錄和分析數(shù)據(jù)等功能。空氣質(zhì)量歷史查詢處理時(shí)，由于空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)量巨大，需要調(diào)度使用多臺(tái)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行并行處理。（4）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在實(shí)際使用中，可能用戶會(huì)對(duì)某一時(shí)間段或者類型的數(shù)據(jù)特別關(guān)心，就可以通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)查詢并導(dǎo)出這部分?jǐn)?shù)據(jù)以供使用。2.3技術(shù)優(yōu)勢(shì)1.無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)問間可進(jìn)行長(zhǎng)距離的傳輸，國(guó)內(nèi)最多50m,Corssbow為150m.而我們?cè)诠?jié)點(diǎn)間無阻擋時(shí)理論距離為30000m,有阻擋為500～1000m,具有極高的性價(jià)比.2. 能耗低，國(guó)外同類產(chǎn)品發(fā)射電流消耗為20mA,我們可達(dá)僅為0.5mA;3. 節(jié)點(diǎn)數(shù)多，囯外一般150個(gè),我們可以256個(gè),還可擴(kuò)充至1000個(gè)以上.4. 系統(tǒng)精度高，比同類產(chǎn)品高一個(gè)數(shù)量級(jí)；5. 安全系數(shù)高，由于我們提供了數(shù)據(jù)完整性的檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用了＂AES-128”,即具有高度的保密性。6. 系統(tǒng)可靠性高，由于我們采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通訊業(yè)務(wù)與留了專業(yè)時(shí)隙，避免了發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突，而且節(jié)點(diǎn)模塊之間具有自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的功能，信息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中通過自由路由的方式進(jìn)行傳輸，從而保證了信息的可靠性；7.系統(tǒng)時(shí)延短，我們針對(duì)時(shí)延敏感的運(yùn)用做了優(yōu)化，通訊時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延非常短。2.4技術(shù)方案1. 監(jiān)視和記錄傳感器的測(cè)試數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄下所有不同傳感器的測(cè)試數(shù)據(jù)并保留在系統(tǒng)的服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。服務(wù)器自帶網(wǎng)站服務(wù)。可以以網(wǎng)頁(yè)的形式提供監(jiān)視結(jié)果。2. 實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳達(dá)和報(bào)警單個(gè)的傳感器的數(shù)據(jù)可用來設(shè)成觸發(fā)點(diǎn)來觸發(fā)手機(jī)短信的發(fā)送，email的發(fā)送。3. 隨插隨用的傳感器和結(jié)點(diǎn)每一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)可以插入多個(gè)不同種類的傳感器，只要傳感器的接口是標(biāo)準(zhǔn)的ESB(EnvironmentalSensorBus)，無需任何改動(dòng)，插入即可使用。4. 網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)張性只要加結(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)就擴(kuò)張。結(jié)點(diǎn)間的結(jié)網(wǎng)是自動(dòng)的。結(jié)點(diǎn)間距在2公里內(nèi)，就可以互相通訊。5. 太陽(yáng)能電池的應(yīng)用和電源每個(gè)結(jié)點(diǎn)上都可以加上太陽(yáng)能電池，配合內(nèi)置的長(zhǎng)壽可充電鎳氫電池。在無太陽(yáng)能充電的極端環(huán)境下，結(jié)點(diǎn)還能保持三個(gè)月以上的正常工作周期。在環(huán)境允許下，每個(gè)結(jié)點(diǎn)另可外接電源。6. 系統(tǒng)軟件的高可靠性和大規(guī)模高速處理能力海量的傳感信號(hào)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)。處理系統(tǒng)，存儲(chǔ)分析系統(tǒng)及顯示服務(wù)系統(tǒng)的軟件做相應(yīng)的工作以滿足用戶需求。3.前端采集設(shè)備3.1前端架構(gòu)設(shè)計(jì)空氣質(zhì)量前端設(shè)備主要是由電源模塊、采集模塊和通信模塊三大模塊組成，前端采集設(shè)備內(nèi)部架構(gòu)具體詳見圖實(shí)際的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備詳見圖2。圖2前端設(shè)備的架構(gòu)3.2主要模塊和功能3.2.1傳感器我們將按其節(jié)點(diǎn)向所傳輸?shù)木嚯x，采用美國(guó)最新研制的微處理器及采用Zigbee等技術(shù)做無線傳輸，并將最新的系統(tǒng)集成技術(shù)，應(yīng)用軟件和網(wǎng)絡(luò)傳輸，射頻技術(shù)和底層軟硬件控制技術(shù)相結(jié)和通過該特征因子傳感器可以監(jiān)測(cè)大氣中的環(huán)境監(jiān)測(cè)的特征因子：（1）硫化氫氣體傳感器檢測(cè)范圍 0—100ppm最大測(cè)量限 150ppm靈敏度 0.50±0.10uA/ppm使用溫度范圍 ﹣20℃～+50℃使用壓力范圍 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓±10﹪響應(yīng)時(shí)間（T90） ≤30S濕度范圍 15﹪—90﹪RH無凝結(jié)零點(diǎn)漂移（﹣20℃～+40℃） ≤0.2ppm （2）氨氣NH3傳感器標(biāo)準(zhǔn)工作條件10ppm-100ppmNH3加熱功耗小于900毫瓦使用溫度-20℃-50℃儲(chǔ)存溫度-20℃-70℃RH相對(duì)濕度小于95%RH標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度：20℃±2℃Vc:5V±0.1V相對(duì)濕度：65%±5%Vh:5V±0.1V（3）有機(jī)溶劑氣體傳感器適宜于醇類、酮類、醛類、芳族化合物等有機(jī)溶劑的探測(cè)。加熱功耗小于900毫瓦使用溫度-20℃-50℃儲(chǔ)存溫度-20℃-70℃相對(duì)濕度小于95%RH探測(cè)范圍：1ppm-100ppm苯10ppm-100ppm甲苯5ppm-100ppm甲醇30ppm-300ppm酒精10ppm-300ppm丙酮1ppm-10ppm甲醛注：此傳感器只測(cè)混和氣體濃度。不分別給出各組份的含量。 （4）可燃?xì)怏w傳感器用于液化氣，天然氣，煤氣的監(jiān)測(cè)。優(yōu)良的抗乙醇，煙霧干擾能力。加熱功耗≤900mW使用溫度-10℃-50℃儲(chǔ)存溫度-20℃-70℃相對(duì)濕度小于95%Rh探測(cè)范圍：300-5000ppm液化氣，天然氣，煤氣。標(biāo)準(zhǔn)工作溫度：20℃±2℃Vc:5.0V±0.1V標(biāo)準(zhǔn)工作相對(duì)濕度：65%±5%Vh:5.0V±0.1V注：此傳感器只測(cè)混和氣體濃度。不分別給出各組份的含量。3.2.2前端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 通過傳感器的檢測(cè)顆粒，輸出相關(guān)的PWM波，低電平的波形width是10ms-90ms，利用這個(gè)PWM波形來進(jìn)行獲取相關(guān)的參數(shù)，詳見圖8。通過獲取低電平的占空比，從而通過圖9獲取到對(duì)應(yīng)的數(shù)值。圖8傳感器的采樣圖9傳感器采樣的曲線圖 通過如下的計(jì)算，可以得到其中一個(gè)通道的采樣值。 通道的LOWPluse的占空比設(shè)定為L(zhǎng)，測(cè)試的采樣值為P。則：如果獲取到的L<0.08，則： P=0.1*L*100*10(ug/m3);如果獲取到的0.08=<L<0.15，則： P=(((L*100–8)/6.5+0.8))*10(ug/m3); 通過相關(guān)的采樣，可以采樣得到傳感器的兩個(gè)通道的值，一個(gè)通道是1um以上的粒子的值P1，另外一個(gè)通道是可以進(jìn)行設(shè)置的，這里設(shè)置為可以檢測(cè)2.5以上的粒子的值P2。 空氣質(zhì)量是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物（暫無標(biāo)準(zhǔn)中文名）。所以在這里要計(jì)算最終的采樣值PL，需要進(jìn)行如下的計(jì)算： PL=P1-P2; 這里就可以計(jì)算出大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物。3.2.3采集部分雖然肉眼看不見空氣中的顆粒物，但是顆粒物卻能降低空氣的能見度，使藍(lán)天消失，天空變成灰蒙蒙的一片，這種天氣就是灰霾天。根據(jù)《2010年灰霾試點(diǎn)監(jiān)測(cè)報(bào)告》，在灰霾天，空氣質(zhì)量的濃度明顯比平時(shí)高，空氣質(zhì)量的濃度越高，能見度就越低。雖然空氣中不同大小的顆粒物均能降低能見度，不過相比于粗顆粒物，更為細(xì)小的空氣質(zhì)量降低能見度的能力更強(qiáng)。能見度的降低其本質(zhì)上是可見光的傳播受到阻礙。當(dāng)顆粒物的直徑和可見光的波長(zhǎng)接近的時(shí)候，顆粒對(duì)光的散射消光能力最強(qiáng)。可見光的波長(zhǎng)在0.4-0.7微米之間，而粒徑在這個(gè)尺寸附近的顆粒物正是空氣質(zhì)量的主要組成部分。理論計(jì)算的數(shù)據(jù)也清楚地表明這一點(diǎn)：粗顆粒的消光系數(shù)約為0.6平方米/克，而空氣質(zhì)量的消光系數(shù)則要大得多，在1.25-10平方米/克之間，其中空氣質(zhì)量的主要成分硫酸銨、硝酸銨和有機(jī)顆粒物的消光系數(shù)都在3左右，是粗顆粒的5倍。所以，空氣質(zhì)量是灰霾天能見度降低的主要原因。目前國(guó)內(nèi)外環(huán)保部門監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量普遍采用濾膜稱重、β射線吸收和微量振蕩天平等方法。除了以上三種測(cè)試方法外，還有利用光散射的原理測(cè)定顆粒物濃度的方法。該測(cè)定方法的原理是：空氣中的顆粒物濃度越高，對(duì)光的散射就越強(qiáng)。測(cè)定光的散射后，就可以算出顆粒物濃度。該測(cè)試方式測(cè)定速度快，自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單。本次設(shè)備使用的是紅外光散射法來進(jìn)行測(cè)試相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過相關(guān)的探頭來進(jìn)行采集相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過采集的通道利用紅外光散射來進(jìn)行獲取顆粒濃度。采集空氣的通道有固定的加熱源，通過加熱源來進(jìn)行空間的動(dòng)態(tài)的采集。將相關(guān)的顆粒濃度轉(zhuǎn)換成相關(guān)的數(shù)據(jù)通過無線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。3.2.4通信部分前端設(shè)備的通信主要是通過GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸。具體的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)示意圖詳見圖10。圖10GPRS數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)在前端設(shè)備基于TCP/IP協(xié)議，經(jīng)過GPRS的數(shù)據(jù)傳輸，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，利用公網(wǎng)的服務(wù)器接受數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)入庫(kù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，最后通過WEB服務(wù)器將數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來。注意:每個(gè)前端設(shè)備有一個(gè)供應(yīng)商的SIM卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，該SIM卡需要有GPRS業(yè)務(wù)，同時(shí)使用的地點(diǎn)必須有供應(yīng)商的信號(hào)。例如使用中國(guó)移動(dòng)的SIM卡，該卡需要有GPRS的業(yè)務(wù)，同時(shí)放置空氣質(zhì)量測(cè)試前端的地點(diǎn)需要有中國(guó)移動(dòng)的信號(hào)才可以正常的通信。3.2.5電源部分供電方式有兩種種，一種是鋰電池和市電互補(bǔ)的供電方式，另一種是太陽(yáng)能供電供電方式。太陽(yáng)能供電太陽(yáng)能供電方式是基于太陽(yáng)能進(jìn)行可持續(xù)性的充電，從而避免了提供充電或者接入市電的情況。太陽(yáng)能供電是利用蓄電池和太陽(yáng)能互補(bǔ)的方式進(jìn)行供電，通過太陽(yáng)能控制器來進(jìn)行互補(bǔ)。在太陽(yáng)能供電不能滿足供電需求的時(shí)候，利用蓄電池進(jìn)行供電。利用20W的太陽(yáng)能板，在一定的環(huán)境中，可以滿足設(shè)備的供電要求。蓄電池的規(guī)格是12V電壓，20Ah的規(guī)格，在完全沒有太陽(yáng)能的情況下，可以支持3*24h的無間斷供電。該供電方式同時(shí)提供電壓監(jiān)測(cè)功能。具體的實(shí)物詳見圖12。圖12太陽(yáng)能供電方式的前端設(shè)備實(shí)物圖鋰電池供電鋰電池供電方式是基于市電可以提供的情況下進(jìn)行的。如果部署的空氣質(zhì)量設(shè)備附近有市電，這樣可以方便進(jìn)行充電?；蛘呤鞘须姾弯囯姵剡M(jìn)行互補(bǔ)方式進(jìn)行供電。同時(shí)進(jìn)行對(duì)電池進(jìn)行電壓監(jiān)測(cè)，檢測(cè)供電電壓是否正常，電源供電是否正常。鋰電池是12V電壓，50Ah的規(guī)格，可以在沒有充電或者沒有市電互補(bǔ)的情況下持續(xù)10*24h的供電。具體的實(shí)物見圖11。圖11鋰電池供電方式的前端設(shè)備實(shí)物圖3.3部署安裝方式在城市的不同區(qū)域布局并有效使用空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而能夠比較全面地掌握城市不同區(qū)域，在不同時(shí)間段、不同氣候特點(diǎn)（包括氣溫、風(fēng)向、季節(jié)）下的空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)?？諝赓|(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用先進(jìn)的傳感器、低功耗單片機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)相結(jié)合，可提供方便的數(shù)據(jù)查詢方式，直接通過瀏覽器可以直接訪問測(cè)試數(shù)據(jù)。目前環(huán)境監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)設(shè)備一般部署在離地面高度20m-25m之間，而云創(chuàng)存儲(chǔ)的空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備根據(jù)實(shí)際的情況來進(jìn)行部署。設(shè)備小巧，部署方式靈活，可以部署在電線桿等公共設(shè)施上。詳細(xì)見圖4。圖4部署在電線桿上前端設(shè)備4.后端云監(jiān)測(cè)平臺(tái)4.1項(xiàng)目需求針對(duì)本次環(huán)保局主要是監(jiān)測(cè)大氣中的環(huán)境數(shù)據(jù)，要做到實(shí)時(shí)性強(qiáng)，數(shù)據(jù)量大，還有總能做到海量歷史數(shù)據(jù)挖掘的可擴(kuò)展性，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。建設(shè)適合存儲(chǔ)容量數(shù)據(jù)平臺(tái)，吞吐量需求為滿足現(xiàn)在多個(gè)監(jiān)測(cè)終端實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)的需要和應(yīng)用整體吞吐帶寬和高并發(fā)需要，確保數(shù)據(jù)訪問流暢，系統(tǒng)需提供多用戶或應(yīng)用高并發(fā)訪問、高吞吐帶寬設(shè)計(jì)，系統(tǒng)能夠有效利用各機(jī)器的物理資源，性能可通過規(guī)模增加實(shí)現(xiàn)平滑增長(zhǎng)。擴(kuò)展性需求未來根據(jù)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)業(yè)務(wù)應(yīng)用的變化和發(fā)展，需要快速實(shí)施系統(tǒng)資源的升級(jí)，可以在業(yè)務(wù)服務(wù)不間斷的狀態(tài)下平滑擴(kuò)展，不會(huì)導(dǎo)致架構(gòu)發(fā)生根本性變化，為不斷產(chǎn)生和變化的業(yè)務(wù)需求提供持續(xù)的支持，支持業(yè)務(wù)系統(tǒng)的快速整合和部署對(duì)核心系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)的特別要求。低成本需求要求系統(tǒng)能夠以低硬件成本、低維護(hù)成本實(shí)現(xiàn)高可靠高性能應(yīng)用要求，充分提高資源利用率，簡(jiǎn)化管理，并能靈活、可持續(xù)擴(kuò)展。可維護(hù)性需求要求系統(tǒng)具有自適應(yīng)管理能力，安裝、維護(hù)、升級(jí)簡(jiǎn)易方便，提供統(tǒng)一易用的WEB配置管理監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能化管理。接口需求要求能夠提供通用的標(biāo)準(zhǔn)sql和編程接口，方便用戶及應(yīng)用系統(tǒng)訪問，減少與應(yīng)用集成或開發(fā)工作量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速部署與集成。4.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)平臺(tái)總體架構(gòu)圖如下圖所示通過前端采集設(shè)備采集的空氣特征參數(shù)可以將4.3系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)優(yōu)異性能云存儲(chǔ)采用控制流與數(shù)據(jù)流分離的技術(shù)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)或讀取實(shí)際上是與各個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上并行讀寫，這樣隨著存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增多，整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量和IO性能將呈線性增長(zhǎng)。同時(shí)，云存儲(chǔ)采用負(fù)載均衡技術(shù)，自動(dòng)均衡各服務(wù)器負(fù)載，使得各存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的性能調(diào)節(jié)到最高，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。無限容量可以出來海量的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可支撐的容量接近無限，經(jīng)推算，理論容量為1024×1024×1024PB(1G個(gè)PB容量)。在線伸縮云存儲(chǔ)資源管理系統(tǒng)擴(kuò)容非常方便，支持不停止服務(wù)的情況下，動(dòng)態(tài)加入新的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，無需任何操作，即實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容；同時(shí)，無需人為干預(yù)，也可以摘下任意節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)縮小規(guī)模而不丟失數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在此節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)將會(huì)重新備份到其他節(jié)點(diǎn)上。通用易用云存儲(chǔ)系統(tǒng)提供專用的API接口，供開發(fā)人員調(diào)用。智能管理提供基于WEB的管理控制平臺(tái)，所有的管理工作均由數(shù)據(jù)立方一體機(jī)管理模塊自動(dòng)完成，使用人員無需任何專業(yè)知識(shí)便可以輕松管理整個(gè)系統(tǒng)。通過管理平臺(tái)，可以對(duì)數(shù)據(jù)立方中的所有節(jié)點(diǎn)實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，用戶通過監(jiān)控界面可以清楚地了解到每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載、存儲(chǔ)和運(yùn)行情況。4.4系統(tǒng)組成架構(gòu)在本次云建設(shè)中，分布式文件系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)平臺(tái)支撐層，以用于數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)和共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和高效應(yīng)用；分布式數(shù)據(jù)立方屬于分布式數(shù)據(jù)庫(kù)層，用于結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的高性能訪問；分布式計(jì)算和Hive則基于云存儲(chǔ)進(jìn)行大規(guī)模的高性能的并發(fā)計(jì)算和數(shù)據(jù)的挖掘。下面具體說明各系統(tǒng)的基本組成和主要功能。4.4.1存儲(chǔ)層基本組成分布式文件系統(tǒng)分布式文件系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為將海量文件存儲(chǔ)在一個(gè)大集群的多臺(tái)計(jì)算機(jī)上。分布式文件系統(tǒng)將每一個(gè)文件以分塊序列的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，一個(gè)文件的所有分塊除去最后一個(gè)分塊外都是等大小的。為了實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)將文件分塊進(jìn)行自動(dòng)復(fù)制。文件分塊的塊大小和復(fù)制比例都是可以按照單個(gè)文件進(jìn)行配置的。分布式文件系統(tǒng)中的所有文件都是“只寫一次”并且嚴(yán)格限定在任何時(shí)候只有一個(gè)寫文件操作者。 分布式文件系統(tǒng)是云計(jì)算框架的分布式并行文件系統(tǒng)，是分布式計(jì)算的存儲(chǔ)基石。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)的管理，并能提供高吞吐量的數(shù)據(jù)訪問。分布式文件系統(tǒng)的基本特征如下：(l)對(duì)于整個(gè)集群有單一的命名空間。(2)文件會(huì)被分割成多個(gè)文件塊，每個(gè)文件塊被分配存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上，而且根據(jù)配置會(huì)有復(fù)制的文件塊來保證數(shù)據(jù)安全性。(3)數(shù)據(jù)一致性。適合一次寫入多次讀取的模型，客戶端在成功創(chuàng)建文件之后，才能看到文件的存在。(4)云計(jì)算，包括分布式文件系統(tǒng)，非常適合在廉價(jià)機(jī)器上的分布式存儲(chǔ)和分布式處理。它是容錯(cuò)的、可伸縮的、非常易于擴(kuò)展。并且，以簡(jiǎn)單性和適用性著稱的分布式計(jì)算是云計(jì)算不可缺少的重要組成部分。(5)分布式文件系統(tǒng)的默認(rèn)配置適合于大多數(shù)安裝的應(yīng)用。通常情況下，只有在一個(gè)非常大規(guī)模的集群上才需要修改默認(rèn)配置。(6)支持shell命令行風(fēng)格的分布式文件系統(tǒng)目錄交互。(7)分布式文件系統(tǒng)是用java編寫的，可廣泛運(yùn)行在多種軟硬件平臺(tái)上。(8)分布式文件系統(tǒng)經(jīng)常性地實(shí)現(xiàn)新的特性和改進(jìn)。(9)Namenode和DataNode都內(nèi)建了Web服務(wù)器，可以方便地查看集群的狀態(tài)。分布式文件系統(tǒng)的體系框架是Master/Slave結(jié)構(gòu)，一個(gè)典型的分布式文件系統(tǒng)通常由單個(gè)Namenode和多個(gè)DataNode組成。Namenode是一個(gè)中心服務(wù)器，負(fù)責(zé)文件系統(tǒng)的名字空間的操作，比如打開、關(guān)閉、重命名文件或目錄，它負(fù)責(zé)維護(hù)文件路徑到數(shù)據(jù)塊的映射，數(shù)據(jù)塊到DataNode的映射，以及監(jiān)控DataNode的心跳和維護(hù)數(shù)據(jù)塊副本的個(gè)數(shù)。集群中的DataNode一般是一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)，負(fù)責(zé)管理它所在節(jié)點(diǎn)上的存儲(chǔ)。分布式文件系統(tǒng)暴露了文件系統(tǒng)的名字空間，用戶能夠以文件的形式在上面存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。從內(nèi)部看，一個(gè)文件其實(shí)被分成一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊，這些塊存儲(chǔ)在一組DataNode上。DataNode負(fù)責(zé)處理文件系統(tǒng)客戶端的讀寫請(qǐng)求。在Namenode的統(tǒng)一調(diào)度下進(jìn)行數(shù)據(jù)塊的創(chuàng)建、刪除和復(fù)制。所有對(duì)目錄樹的更新和文件名和數(shù)據(jù)塊關(guān)系的修改，都必須能夠持久化，文件在分布式文件系統(tǒng)中存儲(chǔ)圖如圖： 分布式文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布式文件系統(tǒng)涉及到Namenode、DataNode和客戶端們之間的交互。本質(zhì)上，客戶端與Namenode通訊是通過獲取或者修改文件的元數(shù)據(jù)，與DataNode進(jìn)行實(shí)際的I/O操作。如圖13所示，在分布式文件系統(tǒng)中有三個(gè)重要的角色：Namenode、DataNode和Client，其中Client就是需要獲取分布式文件系統(tǒng)文件的應(yīng)用程序。這里通過三個(gè)操作來說明他們之間的交互關(guān)系：(l)文件寫入。首先Client向Namenode發(fā)起文件寫入的請(qǐng)求，Namenode根據(jù)文件大小和文件塊配置情況，返回給Client它所管理部分DataNode的信息。Client將文件劃分為多個(gè)Block，根據(jù)DataNode的地址信息，按順序?qū)懭氲矫恳粋€(gè)DataNode塊中。(2)文件讀取。Client向Namenode發(fā)起文件讀取的請(qǐng)求，Namenode返回文件存儲(chǔ)的DataNode的信息。Client根據(jù)返回的信息讀取DataNode上的文件信息。(3)文件Block復(fù)制。Namenode發(fā)現(xiàn)部分文件的Block不符合最小復(fù)制數(shù)或者部分DataNode失效，通知DataNode相互復(fù)制Block。DataNode收到通知后開始直接相互復(fù)制。

分布式文件系統(tǒng)Namenode、DataNode和客戶端們之間的交互4.4.2Jobkeeper系統(tǒng)基本組成Jobkeeper的系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：上圖中對(duì)Jobkeeper進(jìn)行了分層，對(duì)每層進(jìn)行具體闡述虛擬化資源層：將機(jī)器進(jìn)行虛擬化，形成更大范圍的服務(wù)集群。存儲(chǔ)層：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果集或其他中間結(jié)果集的單元。數(shù)據(jù)處理層：獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理程序，是對(duì)不同需求數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理方案，由JobKeeper調(diào)度平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一的配置管理。業(yè)務(wù)層：對(duì)于應(yīng)用層的相關(guān)功能的業(yè)務(wù)化，數(shù)字化處理，用于將應(yīng)用層的需求任務(wù)進(jìn)行規(guī)則化劃分，形成統(tǒng)一的處理化模式。應(yīng)用層：一組用于管理和結(jié)果反饋的顯示組件。是整個(gè)系統(tǒng)面向用戶和開發(fā)人員的基礎(chǔ)承載。JobKeeper的任務(wù)分發(fā)流程如下圖所示：JobKeeper任務(wù)分發(fā)流程圖當(dāng)用戶在應(yīng)用層下發(fā)任務(wù)給管理節(jié)點(diǎn)，管理節(jié)點(diǎn)調(diào)度機(jī)器采集機(jī)器節(jié)點(diǎn)的信息，根據(jù)具體的算法選取最優(yōu)節(jié)點(diǎn)并分發(fā)任務(wù)，接下來具體的處理節(jié)點(diǎn)接收到任務(wù)并處理同時(shí)將結(jié)果返回給管理節(jié)點(diǎn)，管理節(jié)點(diǎn)整理匯總處理結(jié)果，而后返回給應(yīng)用層。服務(wù)器節(jié)點(diǎn)組：負(fù)責(zé)對(duì)處理節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)信息以及任務(wù)處理信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤和保存，對(duì)應(yīng)的信息鏡像存儲(chǔ)在基于cStor或者NFS服務(wù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)上。處理節(jié)點(diǎn)組：通過RPC的遠(yuǎn)程調(diào)用獲取各自節(jié)點(diǎn)的任務(wù)處理目標(biāo)，并實(shí)時(shí)的和處理節(jié)點(diǎn)上的任務(wù)處理目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，控制程序的執(zhí)行和結(jié)束。處理節(jié)點(diǎn)組會(huì)在一個(gè)設(shè)定的心跳間隔內(nèi)主動(dòng)的和管理節(jié)點(diǎn)組聯(lián)系一次，報(bào)告節(jié)點(diǎn)存活狀態(tài)。4.4.3分布式數(shù)據(jù)立方系統(tǒng)基本組成分布式數(shù)據(jù)立方，是一個(gè)高可靠性、高性能、面向列、可伸縮的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，利用分布式數(shù)據(jù)立方技術(shù)可在廉價(jià)PCServer上搭建起大規(guī)模結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)集群。其目的是處理龐大的表，可以用普通的計(jì)算機(jī)處理10億行數(shù)據(jù)，并且有數(shù)百萬列元素組成的數(shù)據(jù)表這張表的索引是行關(guān)鍵字。分布式數(shù)據(jù)立方可以直接使用本地的文件系統(tǒng)和云計(jì)算作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，不過為了提高數(shù)據(jù)的可靠性和系統(tǒng)的健壯性，發(fā)揮分布式數(shù)據(jù)立方處理大數(shù)據(jù)量等功能，需要使用云計(jì)算作為文件系統(tǒng)。1、數(shù)據(jù)模式分布式數(shù)據(jù)立方類似Bigtable的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，是一個(gè)稀疏的，長(zhǎng)期存儲(chǔ)的，多維的，排序的映射表.這張表的索引是行關(guān)鍵字，列關(guān)鍵字和時(shí)間戳。每個(gè)值是一個(gè)不解釋的字符數(shù)組，數(shù)據(jù)都是字符串，沒類型。用戶在表格中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，每一行都是一個(gè)可排序的主鍵和任意多的列。由于是稀疏存儲(chǔ)的，所以同一張表里面的每一行數(shù)據(jù)都可以有截然不同的列。列名字的格式是"<family>:<lable>",都是由字符串組成，每一張表有一個(gè)family集合，這個(gè)集合是固定不變的，相當(dāng)于表的結(jié)構(gòu)，只能通過改變表的結(jié)構(gòu)來改變。但是lable值相對(duì)于每一行來說都是可以改變的。分布式數(shù)據(jù)立方把同一個(gè)family里面的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同一個(gè)目錄底下，而分布式數(shù)據(jù)立方的寫操作時(shí)鎖行的，每一個(gè)都是一個(gè)原子元素都可以加鎖。所有數(shù)據(jù)庫(kù)的更新都是一個(gè)時(shí)間戳標(biāo)記，每個(gè)更新都是一個(gè)新的版本，而分布式數(shù)據(jù)立方會(huì)保留一定數(shù)量的版本，這個(gè)值是可以設(shè)定的。客戶端可以獲取距離某個(gè)時(shí)間最近的版本，或者一次獲取所有版本。2、概念視圖分布式數(shù)據(jù)立方以表的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。表有行和列組成。列劃分為若干個(gè)列族(rowfamily)RowKeycolumn-family1column-family2column-family3column1column2column1column2column3column1key1t1:abct4:dfadst2:gdxdft3:hellot2:worldkey2t3:abct4:dfadst2:dfdsfat1:gdxdft3:hellot3:dfdfkey3t2:dfadfasdt2:dfxxdfasdt1:dfdasddsft1:RowKey與nosql數(shù)據(jù)庫(kù)們一樣,rowkey是用來檢索記錄的主鍵。訪問分布式數(shù)據(jù)立方table中的行，只有三種方式：1通過單個(gè)rowkey訪問2通過rowkey的range3全表掃描Rowkey行鍵(Rowkey)可以是任意字符串(最大長(zhǎng)度是64KB，實(shí)際應(yīng)用中長(zhǎng)度一般為10-100bytes)，在分布式數(shù)據(jù)立方內(nèi)部，rowkey保存為字節(jié)數(shù)組。列族分布式數(shù)據(jù)立方表中的每個(gè)列，都?xì)w屬與某個(gè)列族。列族是表的chema的一部分(而列不是)，必須在使用表之前定義。列名都以列族作為前綴。例如courses:history，courses:math都屬于courses這個(gè)列族。時(shí)間戳分布式數(shù)據(jù)立方中通過row和columns確定的為一個(gè)存貯單元稱為cell。每個(gè)cell都保存著同一份數(shù)據(jù)的多個(gè)版本。版本通過時(shí)間戳來索引。時(shí)間戳的類型是64位整型。時(shí)間戳可以由分布式數(shù)據(jù)立方(在數(shù)據(jù)寫入時(shí)自動(dòng))賦值，此時(shí)時(shí)間戳是精確到毫秒的當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間。時(shí)間戳也可以由客戶顯式賦值。如果應(yīng)用程序要避免數(shù)據(jù)版本沖突，就必須自己生成具有唯一性的時(shí)間戳。每個(gè)cell中，不同版本的數(shù)據(jù)按照時(shí)間倒序排序，即最新的數(shù)據(jù)排在最前面。Cell由{rowkey,column(=<family>+<label>),version}唯一確定的單元。cell中的數(shù)據(jù)是沒有類型的，全部是字節(jié)碼形式存貯。3、物理存儲(chǔ)1Table中的所有行都按照rowkey的字典序排列。2Table在行的方向上分割為多個(gè)Hregion。3region按大小分割的，每個(gè)表一開始只有一個(gè)region，隨著數(shù)據(jù)不斷插入表，region不斷增大，當(dāng)增大到一個(gè)閥值的時(shí)候，Hregion就會(huì)等分會(huì)兩個(gè)新的Hregion。當(dāng)table中的行不斷增多，就會(huì)有越來越多的Hregion。4Hregion是分布式數(shù)據(jù)立方中分布式存儲(chǔ)和負(fù)載均衡的最小單元。最小單元就表示不同的Hregion可以分布在不同的HRegionserver上。但一個(gè)Hregion是不會(huì)拆分到多個(gè)server上的。5HRegion雖然是分布式存儲(chǔ)的最小單元，但并不是存儲(chǔ)的最小單元。事實(shí)上，HRegion由一個(gè)或者多個(gè)Store組成，每個(gè)store保存一個(gè)columnsfamily。每個(gè)Strore又由一個(gè)memStore和0至多個(gè)StoreFile組成。如圖：StoreFile以HFile格式保存在分布式文件系統(tǒng)上。HFile的格式為：Trailer部分的格式:HFile分為六個(gè)部分：DataBlock段–保存表中的數(shù)據(jù)，這部分可以被壓縮MetaBlock段(可選的)–保存用戶自定義的kv對(duì)，可以被壓縮。FileInfo段–Hfile的元信息，不被壓縮，用戶也可以在這一部分添加自己的元信息。DataBlockIndex段–DataBlock的索引。每條索引的key是被索引的block的第一條記錄的key。MetaBlockIndex段(可選的)–MetaBlock的索引。Trailer–這一段是定長(zhǎng)的。保存了每一段的偏移量，讀取一個(gè)HFile時(shí)，會(huì)首先讀取Trailer，Trailer保存了每個(gè)段的起始位置(段的MagicNumber用來做安全check)，然后，DataBlockIndex會(huì)被讀取到內(nèi)存中，這樣，當(dāng)檢索某個(gè)key時(shí)，不需要掃描整個(gè)HFile，而只需從內(nèi)存中找到key所在的block，通過一次磁盤io將整個(gè)block讀取到內(nèi)存中，再找到需要的key。DataBlockIndex采用LRU機(jī)制淘汰。HFile的DataBlock，MetaBlock通常采用壓縮方式存儲(chǔ)，壓縮之后可以大大減少網(wǎng)絡(luò)IO和磁盤IO，隨之而來的開銷當(dāng)然是需要花費(fèi)cpu進(jìn)行壓縮和解壓縮。目標(biāo)Hfile的壓縮支持兩種方式：Gzip，Lzo。HLog(WALlog)WAL意為Writeaheadlog(/wiki/Write-ahead_logging)，類似mysql中的binlog,用來做災(zāi)難恢復(fù)只用，Hlog記錄數(shù)據(jù)的所有變更,一旦數(shù)據(jù)修改，就可以從log中進(jìn)行恢復(fù)。每個(gè)RegionServer維護(hù)一個(gè)Hlog,而不是每個(gè)Region一個(gè)。這樣不同region(來自不同table)的日志會(huì)混在一起，這樣做的目的是不斷追加單個(gè)文件相對(duì)于同時(shí)寫多個(gè)文件而言，可以減少磁盤尋址次數(shù)，因此可以提高對(duì)table的寫性能。帶來的麻煩是，如果一臺(tái)regionserver下線，為了恢復(fù)其上的region，需要將regionserver上的log進(jìn)行拆分，然后分發(fā)到其它regionserver上進(jìn)行恢復(fù)。HLog文件就是一個(gè)普通的云計(jì)算SequenceFile，SequenceFile的Key是HLogKey對(duì)象，HLogKey中記錄了寫入數(shù)據(jù)的歸屬信息，除了table和region名字外，同時(shí)還包括sequencenumber和timestamp，timestamp是”寫入時(shí)間”，sequencenumber的起始值為0，或者是最近一次存入文件系統(tǒng)中sequencenumber。HLogSequeceFile的Value是分布式數(shù)據(jù)立方的KeyValue對(duì)象，即對(duì)應(yīng)HFile中的KeyValue，可參見上文描述。Client1包含訪問分布式數(shù)據(jù)立方的接口，client維護(hù)著一些cache來加快對(duì)分布式數(shù)據(jù)立方的訪問，比如regione的位置信息。Zookeeper1保證任何時(shí)候，集群中只有一個(gè)master2存貯所有Region的尋址入口3實(shí)時(shí)監(jiān)控RegionServer的狀態(tài)，將Regionserver的上線和下線信息實(shí)時(shí)通知給Master4存儲(chǔ)分布式數(shù)據(jù)立方的schema,包括有哪些table，每個(gè)table有哪些columnfamilyMaster1為Regionserver分配region2負(fù)責(zé)regionserver的負(fù)載均衡3發(fā)現(xiàn)失效的regionserver并重新分配其上的region4GFS上的垃圾文件回收5處理schema更新請(qǐng)求RegionServerRegionserver維護(hù)Master分配給它的region，處理對(duì)這些region的IO請(qǐng)求Regionserver負(fù)責(zé)切分在運(yùn)行過程中變得過大的region4.5關(guān)鍵技術(shù)4.5.1空氣檢測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)高速入庫(kù)通過前端多種高性能的空氣因子采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)通過空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)入庫(kù)，查詢構(gòu)架如圖：圖表SEQ圖表\*ARABIC6數(shù)據(jù)接入，查詢架構(gòu)4.5.2負(fù)載均衡處理機(jī)的單點(diǎn)失效容錯(cuò)處理負(fù)載均衡機(jī)分布如圖：圖表SEQ圖表\*ARABIC21負(fù)載均衡機(jī)分布圖全量原始數(shù)據(jù)接入交換機(jī)，將數(shù)據(jù)發(fā)向指IP的負(fù)載均衡機(jī)，負(fù)載均衡機(jī)向負(fù)載均衡Master節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求任務(wù)處理機(jī)，Master返回存任務(wù)處理機(jī)IP端口信息，負(fù)載均衡機(jī)根據(jù)任務(wù)處理機(jī)的IP端口信息將數(shù)據(jù)發(fā)向任務(wù)處理機(jī)。單點(diǎn)容錯(cuò)如圖：當(dāng)某一臺(tái)負(fù)載均衡機(jī)宕機(jī)后：圖表SEQ圖表\*ARABIC22負(fù)載均衡機(jī)宕機(jī)預(yù)案第一步Master節(jié)點(diǎn)能過鏈接心跳得知宕機(jī)負(fù)載均衡機(jī)。第二步Master節(jié)點(diǎn)從所有均衡機(jī)中選出負(fù)載小的負(fù)載均衡機(jī)，啟動(dòng)虛擬IP及相關(guān)進(jìn)程第三步啟動(dòng)虛擬IP接收原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行負(fù)載均衡當(dāng)Master節(jié)點(diǎn)宕機(jī)后：圖表SEQ圖表\*ARABIC23Master節(jié)點(diǎn)宕機(jī)預(yù)案第一步Master節(jié)點(diǎn)宕機(jī)，負(fù)載均衡節(jié)點(diǎn)及存儲(chǔ)計(jì)算節(jié)點(diǎn)能過鏈接心跳得知Master宕機(jī)第二步所有負(fù)載均衡節(jié)點(diǎn)，重選舉出Master節(jié)點(diǎn)，并通知存儲(chǔ)計(jì)算節(jié)點(diǎn)新Master節(jié)點(diǎn) 所有存儲(chǔ)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，根據(jù)負(fù)載均衡IP列表，請(qǐng)求新Master節(jié)點(diǎn)，后向新Master節(jié)點(diǎn)上報(bào)負(fù)載狀態(tài)。第三步新Master節(jié)點(diǎn)接管所有工作，對(duì)宕機(jī)的Master節(jié)點(diǎn)容錯(cuò)。4.5.3查詢處理機(jī)的單點(diǎn)失效容錯(cuò)處理圖表SEQ圖表\*ARABIC24查詢處理單點(diǎn)失效容錯(cuò)處理第一步：任務(wù)處理機(jī)宕機(jī)，負(fù)載均衡機(jī)得知任務(wù)處理機(jī)宕機(jī)，緩存數(shù)據(jù).同時(shí)Master得知任務(wù)處理宕機(jī)后,將任務(wù)處理機(jī)信息刪除待分配列表。第二步：負(fù)載均衡機(jī)向Master請(qǐng)求任務(wù)處理機(jī)，Master重新分配任務(wù)處理機(jī)給負(fù)載均衡機(jī)。第三步：負(fù)載均衡機(jī)將原始數(shù)據(jù)發(fā)向新任務(wù)處理機(jī)，進(jìn)行查詢4.5.4計(jì)算與存儲(chǔ)集群的負(fù)載均衡處理 負(fù)載的均衡，就是要讓大家各盡其力齊心干活，發(fā)揮各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，不能忙得忙死閑得閑死，影響戰(zhàn)斗力。而且，負(fù)載均衡也是一個(gè)復(fù)雜的問題，什么是均衡，是一個(gè)很模糊的概念。比如，在分布式文件系統(tǒng)中，總共三百個(gè)數(shù)據(jù)塊，平均分配到十個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器上，就算均衡了么？其實(shí)不一定，因?yàn)槊恳粋€(gè)數(shù)據(jù)塊需要若干個(gè)備份，各個(gè)備份的分布應(yīng)該充分考慮到機(jī)架的位置，同一個(gè)機(jī)架的服務(wù)器間通信速度更快，而分布在不同機(jī)架則更具有安全性，不會(huì)在一棵樹上吊死。在這里說的負(fù)載均衡，是寬泛意義上的均衡過程，主要涵蓋兩個(gè)階段的事務(wù)，一個(gè)是在任務(wù)初始分配的時(shí)候盡可能合理分配，另一個(gè)是在事后時(shí)刻監(jiān)督及時(shí)調(diào)整。 分布式文件系統(tǒng)中，ReplicationTargetChooser類，是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)為新分配的數(shù)據(jù)塊尋找婆家的。基本上來說，數(shù)據(jù)塊的分配工作和備份的數(shù)量、申請(qǐng)的客戶端地址（也就是寫入者）、已注冊(cè)的數(shù)據(jù)服務(wù)器位置，密切相關(guān)。其算法基本思路是只考量靜態(tài)位置信息，優(yōu)先照顧寫入者的速度，讓多份備份分配到不同的機(jī)架去。具體算法，自行參見源碼。此外，分布式文件系統(tǒng)的Balancer類，是為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的負(fù)載調(diào)整而存在的。Balancer類派生于Tool類，這說明，它是以一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程存在的，可以獨(dú)立的運(yùn)行和配置。它運(yùn)行有NamenodeProtocol和ClientProtocol兩個(gè)協(xié)議，與主控服務(wù)器進(jìn)行通信，獲取各個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器的負(fù)載狀況，從而進(jìn)行調(diào)整。主要的調(diào)整其實(shí)就是一個(gè)操作，將一個(gè)數(shù)據(jù)塊從一個(gè)服務(wù)器搬遷到另一個(gè)服務(wù)器上。Balancer會(huì)向相關(guān)的目標(biāo)數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)出一個(gè) DataTransferProtocol.OP_REPLACE_BLOCK消息，接收到這個(gè)消息的數(shù)據(jù)服務(wù)器，會(huì)將數(shù)據(jù)塊寫入本地，成功后，通知主控服務(wù)器，刪除早先的那個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器上的同一塊數(shù)據(jù)塊。 分布式計(jì)算負(fù)載平衡用的是公平調(diào)度算法，公平調(diào)度是一種多用戶的賦予作業(yè)（job）資源的策略，它的目的是讓所有的作業(yè)隨著時(shí)間的推移，都能獲取與權(quán)值相應(yīng)的共享資源。當(dāng)單獨(dú)一個(gè)作業(yè)在運(yùn)行時(shí)，它將使用整個(gè)集群。當(dāng)有其它作業(yè)被提交上來時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將任務(wù)（task）空閑計(jì)算槽（slot）賦給這些新的作業(yè)，以使得每一個(gè)作業(yè)都大概獲取到與權(quán)值相應(yīng)的計(jì)算時(shí)間。這個(gè)特性讓短作業(yè)在合理的時(shí)間內(nèi)完成的同時(shí)又保證了長(zhǎng)作業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。公平調(diào)度器按資源池（pool）來組織作業(yè)，默認(rèn)情況下，每一個(gè)用戶擁有一個(gè)獨(dú)立的資源池。在節(jié)點(diǎn)的TaskTracker上設(shè)置有同時(shí)運(yùn)行的Map任務(wù)和Reduce任務(wù)個(gè)數(shù)上限，若未達(dá)到上限，則就產(chǎn)生了空閑計(jì)算槽，包括Map和Reduce空閑計(jì)算槽。當(dāng)集群上出現(xiàn)空閑計(jì)算槽時(shí)，調(diào)度按兩步進(jìn)行，首先空閑計(jì)算槽在作業(yè)池之間分配，其次在作業(yè)池內(nèi)的作業(yè)間分配。最小份額和公平份額最小份額確保作業(yè)池總能獲取到足夠的資源，由用戶設(shè)定。作業(yè)池的公平份額的計(jì)算是根據(jù)作業(yè)的權(quán)值將集群的資源總量劃分給各個(gè)運(yùn)行的作業(yè)池。在缺省的情況下，作業(yè)池權(quán)值的設(shè)定是基于優(yōu)先級(jí)的，即優(yōu)先級(jí)每升高一級(jí)，那么相應(yīng)的權(quán)值就增加一倍即所分配的計(jì)算槽是次一級(jí)的兩倍。例如：平臺(tái)上有甲乙兩個(gè)作業(yè)池，甲優(yōu)先級(jí)為high，乙低一級(jí)為normal，則甲被分配計(jì)算槽總數(shù)的，則乙被分配計(jì)算槽總數(shù)的。通常情況下一個(gè)作業(yè)池的最小份額小于公平份額。池間的公平分配算法描述如下： 1)若存在沒有達(dá)到最小份額的作業(yè)池，則設(shè)c為池內(nèi)已分配到的計(jì)算槽，m為作業(yè)池的最小份額，值為最小的作業(yè)池將被優(yōu)先分配計(jì)算槽，2)若每個(gè)池都已得到最小份額，設(shè)w為計(jì)算槽的權(quán)重，則值為最小的作業(yè)池將被優(yōu)先分配計(jì)算槽。3)公平調(diào)度算法中為每個(gè)作業(yè)池維護(hù)著兩個(gè)變量，最小份額時(shí)限T和公平份額時(shí)限T，當(dāng)作業(yè)池在T時(shí)間內(nèi)沒達(dá)到最小份額或T時(shí)間內(nèi)沒達(dá)到公平份額的一半時(shí)，公平調(diào)度器將殺死最近開始運(yùn)行的任務(wù)占用其計(jì)算槽,以最小化被浪費(fèi)的計(jì)算。搶占不會(huì)導(dǎo)致被搶占的作業(yè)失敗,因?yàn)樵朴?jì)算作業(yè)容忍任務(wù)丟失。每個(gè)作業(yè)池中有運(yùn)行作業(yè)數(shù)量限制。若達(dá)到作業(yè)池上限，則后續(xù)作業(yè)將在調(diào)度隊(duì)列中等待，直到早先的作業(yè)執(zhí)行完成并釋放計(jì)算槽。池內(nèi)計(jì)算槽的分配池內(nèi)作業(yè)間計(jì)算槽的分配，可以按照池間公平分配算法或按照云計(jì)算默認(rèn)的FIFO進(jìn)行。當(dāng)采取公平分配算法時(shí)，池內(nèi)的作業(yè)也被設(shè)置最小份額并按權(quán)值被統(tǒng)計(jì)公平份額，作業(yè)間的公平分配與作業(yè)池間的公平分配基本類似。而由于較差的數(shù)據(jù)本地性，公平調(diào)度策略又提供了一個(gè)輔助的池內(nèi)作業(yè)間的等待調(diào)度算法（DelayScheduling），雖然犧牲了一定程度的公平性，但由于考慮到了云計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)本地性，使得小作業(yè)的響應(yīng)時(shí)間有了較大的改善并提高了集群的吞吐率。算法描述如下：在作業(yè)池內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)空閑計(jì)算槽時(shí)，按公平分配或FIFO排序的作業(yè)隊(duì)列，頭結(jié)點(diǎn)作業(yè)所需數(shù)據(jù)不在此計(jì)算槽所在的節(jié)點(diǎn)上時(shí)，則將此槽分配給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以此類推。如果作業(yè)由于數(shù)據(jù)本地性未被分配計(jì)算槽超過一定時(shí)間，則此作業(yè)被允許分配一個(gè)計(jì)算槽，此計(jì)算槽所在節(jié)點(diǎn)可以與其所需數(shù)據(jù)所在節(jié)點(diǎn)在同一機(jī)架內(nèi)，若再過一定時(shí)間后此作業(yè)仍然在等待，則允許分配一個(gè)計(jì)算槽，此計(jì)算槽所在節(jié)點(diǎn)可以與其所需數(shù)據(jù)所在節(jié)點(diǎn)不在同一機(jī)架內(nèi)。4.6系統(tǒng)web展示 綜合上述，空氣質(zhì)量環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)云計(jì)算海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，存儲(chǔ)本區(qū)域海量數(shù)據(jù)，積累長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料，為研究環(huán)境容量、實(shí)施總量控制、目標(biāo)管理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境治理提供數(shù)據(jù)。5配置清單序號(hào)名稱類型技術(shù)規(guī)格數(shù)量臺(tái)數(shù)1數(shù)據(jù)立方名稱節(jié)點(diǎn)和備份名稱節(jié)點(diǎn)服務(wù)器機(jī)箱（高*寬*深）：88mm*430mm*675mm支持19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜12CPU英特爾?至強(qiáng)E2600系列芯片組2GHz以上6核12線程L3緩存12MB2內(nèi)存8GBDDR38內(nèi)置硬盤2.5”500G/7200RPM/32M/SATA(系統(tǒng)盤)1硬盤3.5”1000G/7200RPMSATA熱插拔2網(wǎng)絡(luò)板載千兆網(wǎng)口,支持負(fù)載均衡和失敗替換2平臺(tái)1U節(jié)點(diǎn)520W（1+1）冗余高效能電源，共8個(gè)3.5"盤位，6個(gè)RDIMM內(nèi)存插槽12數(shù)據(jù)立方處理節(jié)點(diǎn)服務(wù)器機(jī)箱（高*寬*深）：88mm*430mm*675mm支持19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜15CPU英特爾?至強(qiáng)E5606系列芯片組2GHz以上4核8線程L3緩存12MB2內(nèi)存8GBDDR38內(nèi)置硬盤2.5”500G/7200RPM/32M/SATA(系統(tǒng)盤)1硬盤3.5”2000G/7200RPMSATA熱插拔4網(wǎng)絡(luò)板載千兆網(wǎng)口,支持負(fù)載均衡和失敗替換2平臺(tái)1U節(jié)點(diǎn)520W（1+1）冗余高效能電源，共8個(gè)3.5"盤位，6個(gè)RDIMM內(nèi)存插槽1網(wǎng)絡(luò)板載千兆網(wǎng)口,支持負(fù)載均衡和失敗替換2平臺(tái)1U節(jié)點(diǎn)520W（1+1）冗余高效能電源，共8個(gè)3.5"盤位，6個(gè)RDIMM內(nèi)存插槽13web服務(wù)器機(jī)箱（高*寬*深）：88mm*430mm*675mm支持19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜11CPU英特爾?至強(qiáng)E2600系列芯片組2.0GHz以上6核12線程L3緩存12MB2內(nèi)存8GBDDR38硬盤3.5”1000G/7200RPMSATA熱插拔1網(wǎng)絡(luò)板載千兆網(wǎng)口,支持負(fù)載均衡和失敗替換2平臺(tái)1U節(jié)點(diǎn)520W（1+1）冗余高效能電源，共8個(gè)3.5"盤位，6個(gè)RDIMM內(nèi)存插槽14特征因子檢測(cè)設(shè)備硬件無線節(jié)點(diǎn)，室外箱柜，節(jié)點(diǎn)供電，室外天線，Voc傳感器，HN3傳感器，H2S傳感器，可燃?xì)怏w，傳感器，室外傳感器柜，高功率天線，無線功率放大1805PM2.5檢測(cè)設(shè)備硬件外裝箱，主板，太陽(yáng)能控制器，傳感器，適配器，傳感器線材太陽(yáng)能板，蓄電池，太陽(yáng)能支架，手機(jī)卡，鑰匙，其他配件1806無線接收基站硬件無線接收基站117配套設(shè)施交換機(jī)思科16口千兆交換機(jī)11機(jī)柜數(shù)據(jù)立方的機(jī)柜1電源ups等電源線2根網(wǎng)線所有電腦連接的網(wǎng)線10根8cproc數(shù)據(jù)立方系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)使用Cproc云計(jì)算數(shù)據(jù)立方系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)1套19軟件開發(fā)軟件包括空氣監(jiān)測(cè)平臺(tái),web展示和手機(jī)終端應(yīng)用訪問1110部署安裝費(fèi)用勞務(wù)安裝部署，調(diào)試所有的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)測(cè)設(shè)備1111后期維護(hù)服務(wù)整體平臺(tái)采集設(shè)備，平臺(tái)一年質(zhì)保1年1

附錄資料：不需要的可以自行刪除SPCC、SECC、SGCC的差異性

我們通常所說的板材，是指薄鋼板（帶）；而所謂的薄鋼板，是指板材厚度小于4mm的鋼板，它分為熱軋板和冷軋板。眾所周知，在家電制造領(lǐng)域里，冷軋板以及以冷軋板為原板的鍍鋅板的用途十分廣泛，冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐、燃?xì)鉄崴鞯鹊鹊牧慵牧系倪x用都與它緊密相連。近年來，國(guó)外牌號(hào)鋼材的大量涌入，豐富了國(guó)內(nèi)鋼材市場(chǎng)，使板材選用范圍逐步擴(kuò)大了，這對(duì)提高家電產(chǎn)品的制造質(zhì)量，提供更豐富的款式和外觀，起到了顯而易見的作用；然而，由于國(guó)外的板材型號(hào)與我國(guó)板材牌號(hào)及標(biāo)記不一致，再加上目前市面上很少有這方面專門介紹的資料和技術(shù)書籍，這給如何選用比較恰當(dāng)?shù)匿摪鍘砹艘欢ǖ睦Щ蟆?/p>

本文針對(duì)上述情況，介紹了在我國(guó)經(jīng)常用到和使用最多的幾個(gè)國(guó)家（日本、德國(guó)、俄羅斯）的冷軋薄鋼板以及以冷軋板為原板的鍍鋅板的基本資料，并歸納出與我們國(guó)家鋼板牌號(hào)的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系，借此提高我們對(duì)國(guó)外板材的識(shí)別和認(rèn)知度，并能熟練選用之。

1板材牌號(hào)及標(biāo)記的識(shí)別

1.1冷軋普通薄鋼板

冷軋薄鋼板是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋板的簡(jiǎn)稱，俗稱冷板。它是由普通碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼帶，經(jīng)過進(jìn)一步冷軋制成厚度小于4mm的鋼板。由于在常溫下軋制，不產(chǎn)生氧化鐵皮，因此，冷板表面質(zhì)量好，尺寸精度高，再加之退火處理，其機(jī)械性能和工藝性能都優(yōu)于熱軋薄鋼板，在許多領(lǐng)域里，特別是家電制造領(lǐng)域，已逐漸用它取代熱軋薄鋼板。

適用牌號(hào)：Q195、Q215、Q235、Q275；

符號(hào)：Q—普通碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服點(diǎn)（極限）的代號(hào)，它是“屈”的第一個(gè)漢語拼音字母的大小寫；195、215、235、255、275—分別表示它們屈服點(diǎn)（極限）的數(shù)值，單位：兆帕MPa（N/mm2）；由于Q235鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性等綜合機(jī)械性能在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼中屬最了，能較好地滿足一般的使用要求，所以應(yīng)用范圍十分廣泛。

標(biāo)記：尺寸精度—尺寸—鋼板品種標(biāo)準(zhǔn)

冷軋鋼板：鋼號(hào)—技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)記示例：B-0.5×750×1500-GB708-88

冷軋鋼板：Q225-GB912-89

產(chǎn)地：鞍鋼、武鋼、寶鋼等

1.2冷軋優(yōu)質(zhì)薄鋼板

同冷軋普通薄鋼析一樣，冷軋優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼薄鋼板也是冷板中使用最廣泛的薄鋼板。冷軋優(yōu)質(zhì)碳素薄鋼板是以優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼為材質(zhì)，經(jīng)冷軋制成厚度小于4mm的薄板。

適用牌號(hào)：08、08F、10、10F

符號(hào)：08、10—鋼號(hào)開頭的兩位數(shù)字表示鋼的含碳量，以平均碳含量×100表示；F—不脫氧的沸騰鋼；b—半鎮(zhèn)靜鋼，Z—一般脫氧的鎮(zhèn)靜鋼（有時(shí)無字母表示）。

例如：08F表示其平均含碳量為0.08%的不脫氧沸騰鋼；由于08F鋼板的塑性好，沖壓性能也好，大多用來制造一般有拉延結(jié)構(gòu)的鈑金件制品。

拉延級(jí)別：Z—最深拉延級(jí)，S—深拉延級(jí)，P—普通拉延級(jí)

表面質(zhì)量：Ⅰ—高級(jí)的精整表面、Ⅱ—較高級(jí)的精整表面、Ⅲ—普通的精整表面

標(biāo)記：尺寸精度—尺寸—鋼板品種標(biāo)準(zhǔn)

冷軋板：鋼號(hào)—表面質(zhì)量組別——拉延組別—技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)

產(chǎn)地：鞍鋼、武鋼、太鋼、撫順鋼廠、大連鋼廠、沈陽(yáng)鋼廠、重慶鋼廠和寶鋼等

1.3深沖壓用冷軋薄鋼板

深沖壓冷軋薄鋼板多半用鋁脫氧的鎮(zhèn)靜鋼，屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。由于它的塑性非常好，具有優(yōu)良的深拉延特性，所以被廣泛用于需要比較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的深拉延的制品上。適用牌號(hào)：08A1

符號(hào)：08-鋼號(hào)開頭的兩位數(shù)字表示鋼的含碳量，以平均碳含量×100表示；A1-使用鋁脫氧的鎮(zhèn)靜鋼。

表面質(zhì)量：Ⅰ-特別高級(jí)精整表面，Ⅱ-高級(jí)精整表面，Ⅲ-較高級(jí)精整表面；

拉延性能級(jí)別：ZF-可拉延最復(fù)雜件，HF-可拉延很復(fù)雜件，F(xiàn)-可拉延復(fù)雜件。

標(biāo)記：尺寸精度—尺寸—鋼板品種標(biāo)準(zhǔn)

冷軋板：鋼號(hào)—表面質(zhì)量組別—拉延組別—技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)記示例：A-1.0×750×1500-GB708-88

冷軋板：08AⅠ-Ⅱ-HF-GB5213-85

產(chǎn)地：鞍鋼、武鋼、寶鋼、太鋼和重慶鋼廠等

1.4日本冷軋?zhí)妓乇′摪?/p>

適用牌號(hào)：SPCC、SPCD、SPCE

符號(hào)：S-鋼（Steel）、P-板（Plate）、C-冷軋（cold）、第四位C-普通級(jí)（common）、D-沖壓級(jí)（Draw）、E-深沖級(jí)（Elongation）

熱處理狀態(tài)：A—退火、S-退火+平整、8—（1/8）的硬質(zhì)、4—（1/4）的硬質(zhì)、2—（1/2）的硬質(zhì)、1—硬質(zhì)。

拉延性能級(jí)別：ZF—用于沖制拉延最復(fù)的零件，HF—用于沖制拉延很復(fù)的零件，F(xiàn)—用于沖制拉延復(fù)的零件。

表面加工狀態(tài)：D—麻面（軋輥經(jīng)磨床加工后噴丸處理），B—光亮表面（軋輥經(jīng)磨床精加工）。

表面質(zhì)量：FC—高級(jí)的精整表面，F(xiàn)B—較高級(jí)的精整表面。狀態(tài)、表面加工狀態(tài)、表面質(zhì)量代號(hào)、拉延級(jí)別（僅對(duì)SPCE）、產(chǎn)品規(guī)格及尺寸、外形精度（厚度和/或?qū)挾取㈤L(zhǎng)度、不平度）。

標(biāo)記示例：鋼板、標(biāo)準(zhǔn)號(hào)Q/BQB402，牌號(hào)SPCC，熱處理狀態(tài)退火+平整（S），表央加工狀態(tài)為麻面D，表面質(zhì)量為FB級(jí)的切邊（切邊EC，不切邊EM）鋼板、厚度0.5mm，B級(jí)精度，寬度1000mm，A級(jí)精度，長(zhǎng)度2000mm，A級(jí)精度，不平度精度為PF.A，則標(biāo)記為：鋼板ECQ/BQB402-SPCC-SD-FB/（0.5×1000A×2000A-PF.A）產(chǎn)地：寶鋼、臺(tái)灣、日本、南韓浦項(xiàng)等

1.5德國(guó)冷軋?zhí)妓乇′摪?/p>

適用牌號(hào)：st12、st13、st14、st15、st14-T

符號(hào)：ST-鋼（Steel）、12-普通級(jí)冷軋薄鋼板、13-沖壓級(jí)冷軋薄鋼板、14-深沖級(jí)冷軋薄鋼板、15-特深沖級(jí)冷軋薄鋼板、14-T-超級(jí)冷軋薄鋼板。表面質(zhì)量：FC-高級(jí)的精整表面，F(xiàn)B-較高級(jí)的精整表面。

表面結(jié)構(gòu)：b-特別光滑、g-平滑、m-無光澤、r-粗糙。

標(biāo)記：產(chǎn)品名稱（鋼板或鋼帶）、本產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、表面質(zhì)量代號(hào)、拉延級(jí)別（僅對(duì)St14、St14-T、St15）、表面結(jié)構(gòu)、邊緣狀態(tài)（切邊EC，不切邊EM）、產(chǎn)品規(guī)格及尺寸、外形精度（厚度和/或?qū)挾取㈤L(zhǎng)度、不平度）。

標(biāo)記示例：鋼板、標(biāo)準(zhǔn)號(hào)Q/BQB403，牌號(hào)St14，表面結(jié)構(gòu)為特別平滑（b），表面質(zhì)量為FC，切邊（EC），厚度0.8mm，A級(jí)精度、寬度1200mm，A級(jí)精度，長(zhǎng)度2000mm，A級(jí)精度，不平度為PF.B精度，標(biāo)記為：Q/BQB403St14-FC-ZF-b

鋼板EC：0.8A×1200A×2000A-PF.B

產(chǎn)地：寶鋼、德國(guó)等

1.6

俄羅斯冷軋?zhí)妓乇′摪?/p>

適用牌號(hào)：CT-3kП、08kП、08ПC

符號(hào)：CT-普通鋼、kП-沸騰鋼、ПC-鎮(zhèn)靜鋼。產(chǎn)地：俄羅斯

1.7我國(guó)與上述三個(gè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)鋼板牌號(hào)近似對(duì)照（見表1）

2熱鍍鋅薄鋼板

2.1連續(xù)熱鍍鋅薄鋼板

連續(xù)熱鍍鋅薄鋼板簡(jiǎn)稱鍍鋅板或白鐵皮，是厚度0.25~2.5mm的冷軋連續(xù)熱鍍鋅薄鋼板和鋼帶，鋼帶先通過火焰加熱的預(yù)熱爐，燒掉表面殘油，同時(shí)在表面生成氧化鐵膜，再進(jìn)入含有H2、N2混合氣體的還原退火爐加熱到710~920℃，使氧化鐵膜還原成海綿鐵，表面活化和凈化了的帶鋼冷卻到稍高于熔鋅的溫度后，進(jìn)入450~460℃的鋅鍋，利用氣刀控制鋅層表面厚度。最后經(jīng)鉻酸鹽溶液鈍化處理，以提高耐白銹性。

鋼板表面美觀、有塊狀或樹葉狀鍍結(jié)晶花紋，且鍍層牢固，有優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能，同時(shí)，鋼板還有良好的焊接性能和冷加工成型性能。與電鍍鋅板表面相比，其鍍層較厚，主要用于要求耐腐蝕性較強(qiáng)的扳金件。

適用牌號(hào)：Zn100-PT、Zn200-SC、Zn275-JY

結(jié)構(gòu)分類代號(hào)：Z-正常鋅花：按正常冷卻速度結(jié)晶而獲得的鋅花，可作一般用途：X-小鋅花：冷卻速度經(jīng)特殊控制，鋅花尺寸小于正常鋅花，適于涂漆和正常鋅花達(dá)不到要求的其他場(chǎng)合；GZ-光整鋅花：小鋅花經(jīng)過光整處理，適于深沖和超深沖加工及表面粗糙度要求低的場(chǎng)合。

加工性能代號(hào)：PT-普通用途、JY-機(jī)械咬合、SC-深沖、CS-超深沖、JY-結(jié)構(gòu)。

鋅層重量代號(hào)：Z100、Z200、Z275；鍍鋅層重量是指鋼板兩面含鋅的總量，以每平方米鋼板上含鋅克數(shù)表示（g/m2），如Z100表示其含鋅量不小于100g/m2。

標(biāo)記示例：鋅層重量275g/m2，加工性能JY，表面結(jié)構(gòu)Z，表面處理Y，尺寸精度B，長(zhǎng)×寬×高的尺寸0.70mm×700mm×2000mm的鋼板標(biāo)記為：鋼板：275-JY-Z-Y-B-0.70×700×2000-GB2518-81

產(chǎn)地：寶鋼、鞍鋼和武鋼等

2.2日本熱浸鍍鋅薄鋼板

適用牌號(hào)：SGCC、SGCD1、SGCD2、SGCD3

鋅層代號(hào)：Z12、Z18、Z20、Z22、Z25、Z27

符號(hào)：S-鋼（Steel）、G-冷軋（Cold）、第四位C-普通級(jí)（common）、D-沖壓（Draw）；1、2-沖壓級(jí)、3-深沖級(jí)；Z-鍍鋅層（Zine）、12，…，27-鋅附著量×10g/m2。

產(chǎn)地：寶鋼、南韓浦項(xiàng)、臺(tái)灣華輝企業(yè)、日本新日鐵株式會(huì)社、三水南方鋼板集團(tuán)有限公司等

2.3德國(guó)熱浸鍍鋅薄鋼板

適用牌號(hào)：St01Z、St02Z、St03Z、St04Z、St05Z

鋅層代號(hào)：100、180、200、275、350、450

符號(hào)：St-鋼（Steel），01-一般用、02-機(jī)械咬口用、03-沖壓用、04-深沖用、05-深沖用；Z-鍍鋅層（Zine）；100-鋅附著量（二面）100g/m2、275-鋅附著量275h/m2、350-鋅附著量350g/m2。

表面結(jié)構(gòu)代號(hào)：Z-用常鋅花、X-小鋅花、G-光整鋅花。表面處理代號(hào)：L-鉻酸鈍化、Y-涂油、LY-鉻酸鈍化加涂油。

表面質(zhì)量代號(hào)：FA-普通級(jí)、FB-較高級(jí)、FC-高級(jí)。

尺寸、外形精度代號(hào)：厚度：PT.A-普通精度、PT.B-高級(jí)精度；寬度：PW.A-普通精度、PB.B-高級(jí)精度；長(zhǎng)度：PL.A-普通精度、PL.B-高級(jí)精度；不平度：PF.A-普通精度、PF.B-高級(jí)精度。標(biāo)記：產(chǎn)品名稱、本產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、牌號(hào)、鋅層重量代號(hào)、表面結(jié)構(gòu)、表面質(zhì)量、表面處理、產(chǎn)品規(guī)格及尺寸、外形精度。

標(biāo)記示例：鋼板，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)Q/BQB420，牌號(hào)St02Z，鋅層重量代號(hào)275，表面結(jié)構(gòu)為正常鋅（Z），表面質(zhì)量為FA，表面處理為鉻酸鈍化（L），厚度1.00mm，高級(jí)精度（B），寬度1250mm，普通精度A，長(zhǎng)度2000mm，A級(jí)精度，不平度精度為PF.A，則標(biāo)記為：Q/BQB420-St02Z-275-Z-FA-L鋼板：1.00B×1250A×2000A-PF.A產(chǎn)地：寶鋼、德

2.2日本熱浸鍍鋅薄鋼板

適用牌號(hào)：SGCC、SGCD1、SGCD2、SGCD3

鋅層代號(hào)：Z12、Z18、Z20、Z22、Z25、Z27

符號(hào)：S-鋼（Steel）、G-冷軋（Cold）、第四位C-普通級(jí)（common）、D-沖壓（Draw）；1、2-沖壓級(jí)、3-深沖級(jí)；Z-鍍鋅層（Zine）、12，…，27-鋅附著量×10g/m2。

產(chǎn)地：寶鋼、南韓浦項(xiàng)、臺(tái)灣華輝企業(yè)、日本新日鐵株式會(huì)社、三水南方鋼板集團(tuán)有限公司等

2.3德國(guó)熱浸鍍鋅薄鋼板

適用牌號(hào)：St01Z、St02Z、St03Z、St04Z、St05Z鋅層代號(hào)：100、180、200、275、350、450

符號(hào)：St-鋼（Steel），01-一般用、02-機(jī)械咬口用、03-沖壓用、04-深沖用、05-深沖用；Z-鍍鋅層（Zine）；100-鋅附著量（二面）100g/m2、275-鋅附著量275h/m2、350-鋅附著量350g/m2。

表面結(jié)構(gòu)代號(hào)：Z-用常鋅花、X-小鋅花、G-光整鋅花。表面處理代號(hào)：L-鉻酸鈍化、Y-涂油、LY-鉻酸鈍化加涂油。

表面質(zhì)量代號(hào)：FA-普通級(jí)、FB-較高級(jí)、FC-高級(jí)。

尺寸、外形精度代號(hào)：厚度：PT.A-普通精度、PT.B-高級(jí)精度；寬度：PW.A-普通精度、PB.B-高級(jí)精度；長(zhǎng)度：PL.A-普通精度、PL.B-高級(jí)精度；不平度：PF.A-普通精度、PF.B-高級(jí)精度。標(biāo)記：產(chǎn)品名稱、本產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、牌號(hào)、鋅層重量代號(hào)、表面結(jié)構(gòu)、表面質(zhì)量、表面處理、產(chǎn)品規(guī)格及尺寸、外形精度。

標(biāo)記示例：鋼板，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)Q/BQB420，牌號(hào)St02Z，鋅層重量代號(hào)275，表面結(jié)構(gòu)為正常鋅（Z），表面質(zhì)量為FA，表面處理為鉻酸鈍化（L），厚度1.00mm，高級(jí)精度（B），寬度1250mm，普通精度A，長(zhǎng)度2000mm，A級(jí)精度，不平度精度為PF.A，則標(biāo)記為：Q/BQB420-St02Z-275-Z-FA-L鋼板：1.00B×1250A×2000A-PF.A

3電鍍鋅薄鋼板

3.1連續(xù)電鍍鋅冷軋薄鋼板

指電鍍鋅作業(yè)線上在電場(chǎng)作用下，鋅從鋅鹽的水深液中連續(xù)沉積到預(yù)先準(zhǔn)備好的鋼帶表現(xiàn)上得到表面鍍鋅層的過程。適用牌號(hào)：DX1、DX2、DX3、DX4

鋅層代號(hào)：14、28、42、56、70，其兩位數(shù)表示鋅在鋼板表面的附著量（g/m2）。

符號(hào)：D-電鍍、X-鋅、1-商品級(jí)、2-沖壓級(jí)、3-深沖壓、4-結(jié)構(gòu)級(jí)。

軋制精度代號(hào)：A-高級(jí)精度，B-普通精度.表面處理代號(hào)：P-磷酸鹽處理，C-鉻酸處理，O-涂油，N-耐指紋處理。

標(biāo)記：牌號(hào)、規(guī)格、鍍鋅量、軋制精度、表面處理、本標(biāo)準(zhǔn)號(hào)。

標(biāo)記舉例：牌號(hào)為DX2，厚度2mm，寬度1000mm，長(zhǎng)2500mm，等厚度鋅層42/42，軋制精度B，表面鉻酸處理的鋼板，標(biāo)記為：DX2-2×1000×2500-42/42-B-G-GB/T15675-1995產(chǎn)地：寶鋼等

3.2日本電鍍鋅薄鋼板

適用牌號(hào)：SECC（原板SPCC）、SECD（原板SPCD）、SECE（原板SPCE）鋅層代號(hào)：E8、E16、E24、E32

符號(hào)：S-鋼（Steel）、E-電鍍（Electrodeposition）、C-冷軋（Cold）、第四位C-普通級(jí)（common）、D-沖壓級(jí)（Draw）、E-深沖級(jí)（Elongation）。

鋅層代號(hào)：E-電鍍鋅層，8、16、24、32表示鋅附著量，單位為g/m2，鍍層厚度（單面）1.4μ、4.2μ、7.0μ。

表面處理代號(hào)：C-鉻酸系處理、O-涂油、P-磷酸系處理、S-鉻酸系處理+涂油、Q-磷酸系處理+涂油、M-不處理。

標(biāo)記：產(chǎn)品名稱（鋼板或鋼帶），本產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、牌號(hào)、表面處理類別、鋅層代號(hào)、規(guī)格及尺寸、外形精度。

標(biāo)記示例：鋼板，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)Q/BQB430，牌號(hào)SECC，表面鉻酸鈍化處理（C），鋅層代號(hào)20/20，厚度0.80mm，寬度1000mm，普通精度（A），長(zhǎng)度2000mm，不平度按普通不平度精度PF.A，則標(biāo)記為：Q/BQB430SECC-C-20/20

鋼板：0.80B×1000A×2000A-PF.A產(chǎn)地：寶鋼、南韓浦項(xiàng)、日本、德國(guó)克虜伯鋼廠、比利時(shí)CKRM等

冷軋薄鋼板的機(jī)械性能和工藝性能

4.5冷軋板的時(shí)效性

4.5.1時(shí)效：SPCC、SPCD板和08F板，平整后可保存8天；SPCE和08A1平整后可保存6個(gè)月內(nèi)不出現(xiàn)沖壓滑移線，即凸起線。

4.5.2時(shí)效性機(jī)理：在退火或有時(shí)效的低碳鋼拉伸曲線上具有明顯的屈服平臺(tái)。這在沖壓成形時(shí)，會(huì)出現(xiàn)損害外觀的作為滑移線。當(dāng)變形超過屈服平臺(tái)以后，滑移線消失，而板面變得稍微有點(diǎn)粗糙。所以，供沖壓用的低碳鋼板，在經(jīng)過冷軋和退火以后，要進(jìn)行調(diào)質(zhì)軋制，使其變形量超過屈服平臺(tái)，以防止沖壓時(shí)發(fā)生滑移線。

4.5.3時(shí)效性的消除：含溶解氮的沸騰鋼板，從調(diào)質(zhì)軋制以后，到?jīng)_壓加工以前，若經(jīng)過一段時(shí)間，會(huì)發(fā)生所謂應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象，再次出現(xiàn)屈服平臺(tái)，同樣會(huì)發(fā)生滑移線。

對(duì)沖壓加工廠或沖壓車間來說，以光軋平整或在輥?zhàn)訁⒉钆渲玫陌宀某C正機(jī)上，將板料向兩個(gè)方向輕微地反復(fù)彎曲，使板料得到不大的冷變形（3%），便可以消除上述現(xiàn)象。但其效果是暫時(shí)的，甚至只經(jīng)過幾天，機(jī)械性能就有顯著變化。因此，板料光軋工序應(yīng)直接在沖壓以前進(jìn)行。

鋁鎮(zhèn)靜鋼，如08A1為非實(shí)效鋼，經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)軋制，其拉伸曲線是平滑的，不允許有屈服平臺(tái)，允許有不顯著的折彎，它的機(jī)械性能幾乎不會(huì)因時(shí)效而改變，因而也不會(huì)在沖壓時(shí)產(chǎn)生滑移線。

5鍍鋅薄鋼板的鋅層特性

5.1鍍鋅層厚度（理論平均厚度）（見表10）

5.2熱鍍鋅層鋅花

高純度的鋅層（電鍍鋅層）是不能形成鋅花的。產(chǎn)生鋅花的原理，就是設(shè)法及早生成大量結(jié)晶核，降低鋅液的凝固溫度（純鋅的凝固溫度為419℃），以延長(zhǎng)鋅花晶體的生長(zhǎng)時(shí)間，便于鋅花長(zhǎng)大。例如加入錫（<0.5%），198℃凝固；加入鎘，264℃凝固；加入鉛，317℃凝固；加入銻（<0.3%），409℃凝固；或者用蒸汽流或SO2氣流噴吹鍍鋅層表面，可及早生成結(jié)晶核，形成大的鋅花。

其實(shí)，鋅花只是具有觀賞價(jià)值，無實(shí)際使用價(jià)格。相反，在防腐蝕方面并不好，表面涂裝后顯得凸凹水平?，F(xiàn)在人們要求盡量減少鋅花或消除鋅花。為了獲得小鋅花，鍍鋅時(shí)，當(dāng)鋅液臨近凝固溫度時(shí)，立即以直徑為0.1mm以下的水滴噴射到鍍鋅板表面上，使其形成細(xì)小而均勻的結(jié)晶核，為了得到光整鋅花，再用小于1%的壓下量來進(jìn)行平整軋制。小鋅花適用于涂裝，光整鋅花適用于深沖壓。

5.3鍍鋅層對(duì)鋼板的粘附性

受熱鋼板經(jīng)過熔融鋅液時(shí)，固體鐵深解，鐵鋅結(jié)合生成鐵-鋅合金層，合金層外沉積純鋅層，合金層內(nèi)膜聯(lián)結(jié)鋼板基體。鐵-鋅合金層厚度不均勻，較疏松，易脆，延展性差，容易開裂。鋼板表面在鍍鋅前就已殘留著一定數(shù)量的鐵基鹽時(shí)，生成的鐵-鋅合金，其粘附性很差，延展性差，容易剝落。當(dāng)純鋅層中含有有害雜質(zhì)，如氧化鋅、鋅渣、鎘及鉛時(shí)，形成大鋅花，或破壞鋅層的連續(xù)性，容易發(fā)生純鋅層的小開裂。當(dāng)鍍鋅層過厚，其彎曲性也變差。當(dāng)鍍鋅液中加入鋁，鋅層首先生成Fe2Al5或Fe2Al3，減落了鐵-鋅合金層，可提高鋅層的粘附性。

5.4鍍鋅層防銹

鋅（Zn），比重：7.14g/cm3，熔點(diǎn)419℃，電位-0.76V。鋼在空氣和水中容易生銹，而鋅在大氣中的腐蝕率僅為鋼在大氣中腐蝕率的1/15，鍍鋅鋼板就是用微密的鍍鋅層保護(hù)鋼板，免受腐蝕。鋅在干燥空氣中不易發(fā)生變化，而在潮濕的空氣中，表面能生成一層很微密的堿式碳酸鋅薄膜，它能保護(hù)內(nèi)部鋅不再受到腐蝕。鍍鋅層與鋼板組成鐵-鋅微電池。即使鍍鋅層局部遭破壞，而露出不太大的鋼基體時(shí)，鋼基體成為陰極而受到保