为了跟踪小区级的微环境质量，腾讯内部发起了一个实验性项目：细粒度的分布式大气监测，希望基于腾讯完善的产品与技术能力，与志愿者们共建一套用于监测生活环境大气的系统。
一、前言
由于项目平台持续建设中，当前已开源信息为二期版本，所以本篇内容均基于此版本能力进行说明。此版本架构进一步优化了数据鉴权及数据库保护。
二期版本首页效果
在建三期版本首页效果
而在建的三期版本中，加入了日志服务 、对象存储、小程序等功能。提供了灵活的日志存储与高速检索能力、 低成本的数据库备份+恢复+迁移同步能力、移动端交互及其它能力。
二、架构组成
整个二期版本的架构组成如下图所示，其中浅蓝色标明的部分是相对一期的架构变更重点。
二期架构图
1. 部署维度
终端：部署在监测点的设备。云端：部署在云上的平台。2. 功能维度
以平台设计的基本组成部分，来进行逻辑拆分，并依架构层的设计需求，配套选型的具体产品。
具体功能与选型说明如下：
监测节点：由软硬两部分组成。基于腾讯物联网终端操作系统 TencentOS tiny 开发固件，将兼容腾讯云的硬件设备与腾讯云 IoT explorer 进行了协议级的对接。本地网关：此部分以通信协议转换为主，不解析具体数据，仅需按前文指引配置即可。物联网接入层：基于腾讯云 IoT explorer 产品，提供了解密、接入、转发的相关功能。在获取数据后，进行了基于 ，进行监测数据、汇总数据、平台配置的存储。展示层：基于腾讯云图，提供了地图展示、数据展示、折线图展示等能力。并配置提供联动处理，提高了响应速度，减少了资源文件的重复传输。
三、模块实现
整体系统，以数据为核心，进行了相关设计，所以本部分分为两个组成部分：
数据结构：介绍各环节的核心数据结构与关联模式。模块说明：介绍各功能模块的实现与对应源码。
1. 数据结构（1）IoT explorer(物联网开发平台)推送数据结构
以 API 网关推送进来，由云函数在环境变量 event 中提取到的原始数据。其中主要的部分如下：
非'body' 部分，为 API 网关相关信息；'body' = IoT explorer 原始数据；'body' = 终端节点上报的原始数据，经 base64 编码。
{ "body": "{\"payload\":\"eyJtZXRob2QiOiJyZXBvcnQiLCJjbGllbnRUb2tlbiI6IjIwMjAtMDgtMThUMTE6MTc6NDkuNDAzWiIsInBhcmFtcyI6eyJQTTFfQ0YxIjo1LCJQTTJkNV9DRjEiOjYsIlBNMTBfQ0YxIjo3LCJQTTEiOjUsIlBNMmQ1Ijo2LCJQTTEwIjo3LCJwYXJ0aWNsZXNfMGQzIjo3OTIsInBhcnRpY2xlc18wZDUiOjI1NCwicGFydGljbGVzXzEiOjE1LCJwYXJ0aWNsZXNfMmQ1IjozLCJwYXJ0aWNsZXNfNSI6MywicGFydGljbGVzXzEwIjowLCJ2ZXJzaW9uIjoxNTEsIkVycm9yIjowfX0=\", \"seq\":18639, \"timestamp\":1597749469,\"topic\":\"$thing/up/property/?????/?????\", \"devicename\":\"?????\", \"productid\":\"?????\"}", "headerParameters": {}, "headers": { "accept-encoding": "gzip", "content-length": "511", "content-type": "application/json", "endpoint-timeout": "15", "host": "service-???-???.gz.apigw.tencentcs.com", "user-agent": "Go-; }}复制代码
'body' 经 base64 编码后：
{ "clientToken": "2020-08-18T11:17:49.403Z", "method": "report", "params": { "Error": 0, "PM1": 5, "PM10": 7, "PM10_CF1": 7, "PM1_CF1": 5, "PM2d5": 6, "PM2d5_CF1": 6, "particles_0d3": 792, "particles_0d5": 254, "particles_1": 15, "particles_10": 0, "particles_2d5": 3, "particles_5": 3, "version": 151 }}复制代码
（2）数据库表单结构
数据库详细格式，请参考 github-sql：
各表用途：
config：系统配置表；space：地点表。记录节点部署地点；client：节点表。记录节点信息及最新关键信息，关联 space 表；base_data：日志表。记录每次上报的信息，关联 space、client 表；aggregate_data：汇总信息表。记录按小时、天等时段汇总的数据信息；temp_base_data：临时日志表。上报设备名如不在节点表内，则存入此表，主要用于调测。
2. 模块说明（1）数据入库
模块功能：接收 IoT explorer 推送数据，匹配并转换后，入数据库；使用产品：API 网关、无服务器云函数；关联源码：github-upload[2]；部署方式：请参考相关文章 在线甲醛监测[3] “4.2.2 无服务器云函数/4.2.3 云 API 网关” 章节。
（2）终端在线更新
模块功能：按 3 分钟触发，更新终端信息，用于快速查询与展示；使用产品：云函数；关联源码：github-client_active_new；部署方式：请参考相关文章 在线甲醛监测 “4.2.2 无服务器云函数/4.2.3 云 API 网关” 章节，但改为“定时触发”模式。（3）数据统计
模块功能：按小时及天触发，统计监测数据，用于快速查询与展示；使用产品：云函数；关联源码：github-aggregate()；部署方式：请参考相关文章 在线甲醛监测 “4.2.2 无服务器云函数/4.2.3 云 API 网关” 章节，但改为“定时触发”模式。
（4）数据接口-终端汇总信息表
模块功能：通过 API 网关提供数据查询能力，响应云图调用，提供终端汇总信息表；使用产品：API 网关、云函数；关联源码：github-client_info；部署方式：请参考相关文章 在线甲醛监测 “4.2.2 无服务器云函数/4.2.3 云 API 网关” 章节。
（5）数据接口-终端单点信息表
模块功能：通过 API 网关提供数据查询能力，响应云图调用，提供终端单点信息表；使用产品：API 网关、云函数；关联源码：github-client_data；部署方式：请参考相关文章 在线甲醛监测 “4.2.2 无服务器云函数/4.2.3 云 API 网关” 章节。
（6）数据展示
模块功能：提供 WEB 端展示能力，含地图绘点、列表展示、折线展示等；使用产品：腾讯云图；关联源码：无，当前为手工配置；部署方式：请参考相关文章 在线甲醛监测 “4.2.4 腾讯云图” 章节，但数据源选择时，改为使用“API”。其中“首页”地图使用“数据接口-终端汇总信息表”接口、“单点数据页”使用“数据接口-终端单点信息表”接口。具体调用的接口 URL，请对应 API 网关提供的服务链接。
四、成本分析
二期成本展示
上图表数为每节点每 15 秒上报一次的计算结果。
硬件部分由于厂商与采购量的差异，价格不同。此处以云服务成本计算，如果 10000 节点规模，每节点每分钟上报一次，单节点云服务年成本如下：
1. 二期架构单节点成本
(数据库/年+云图/年)/10000+(API 网关+云函数)/4=(468+48)/10000+(9+2.1)/4=3.335 元。
2. 三期架构单节点成本
(消息队列/年+数据库/年\*2+云图/年)/10000+(云函数+日志服务+对象存储)/4=(3228+468*2+48)/10000+(2.1+2.24+0.02)/4=1.09 元。
其中，二期无对象存储及日志服务模块，但当前的在建三期中已使用数月，故有实际数据可列入统计。
五、后续计划
预计完成三期建设，计划内容涉及：
交互优化(done): 启用 space 表，展示地点。交互建设(doing): 增加小程序能力，提供移动端查询能力，及告警推送能力。容灾优化 1(done): 增加对象存储，提供低成本数据备份、恢复、异步迁移同步能力。容灾优化 2(todo): 增加消息队列 CKafka，应对网络异常、数据库异常情况下的数据堆积与丢失风险。容灾优化 3(doing): 增加日志服务，用于数据对账，应对多环节数据处理中，可能出现的数据丢失或错乱情况。
三期架构预告如下所示，浅蓝色标明的是相对二期的架构变更重点。
三期架构
三期版本部分完成效果展示如下：
WEB 端展示
小程序端 Demo
