基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境在線(xiàn)監(jiān)控一體化平臺(tái)應(yīng)用與研究

王恒儉

(深圳市博安達(dá)軟件開(kāi)發(fā)有限公司，深圳 518057)

1 引 言

胡錦濤同志在十八大報(bào)告中提出，大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。胡錦濤說(shuō)，建設(shè)生態(tài)文明，是關(guān)系人民福祉、關(guān)乎民族未來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)大計(jì)。面對(duì)資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴(yán)峻形勢(shì)，必須樹(shù)立尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念，把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位，融入經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會(huì)建設(shè)各方面和全過(guò)程，努力建設(shè)美麗中國(guó)，實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展。

環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控［1］與環(huán)境管理工作“點(diǎn)多，面廣、量大”，而且具有“全方面、全天候、全時(shí)制”的特點(diǎn)，為了徹底解決環(huán)境監(jiān)察和監(jiān)測(cè)人員不足的問(wèn)題，節(jié)約執(zhí)法成本，提高監(jiān)測(cè)效率，全國(guó)各省、地市、區(qū)縣環(huán)境管理部門(mén)都采用自動(dòng)化、信息化，科學(xué)化的高科技手段，建設(shè)了污染源在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)和分別面向水、氣、聲的環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

由于現(xiàn)在各地已建的環(huán)境質(zhì)量和污染源監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)由不同部門(mén)負(fù)責(zé)，建設(shè)時(shí)間不同，導(dǎo)致系統(tǒng)都是完全獨(dú)立且未進(jìn)行有效整合，環(huán)境信息獲取和處理的技術(shù)手段比較落后，多年來(lái)積累的大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資源未得到全面有效的開(kāi)發(fā)和利用，難以對(duì)重大環(huán)境事件進(jìn)行快速科學(xué)的分析、評(píng)價(jià)和處理應(yīng)對(duì)，不能滿(mǎn)足環(huán)境管理工作的實(shí)際需要。因此，建立環(huán)境在線(xiàn)監(jiān)控一體化平臺(tái)［2］勢(shì)在必行，把原來(lái)單一的污染源、環(huán)境質(zhì)量和其他在線(xiàn)監(jiān)控進(jìn)行整合，包括污染源實(shí)時(shí)監(jiān)控、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)、放射源監(jiān)控、機(jī)動(dòng)車(chē)監(jiān)控、固廢監(jiān)控等監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)整合在一起，為實(shí)時(shí)掌握污染源和環(huán)境質(zhì)量的狀況，控制污染的發(fā)展提供有效數(shù)據(jù)支持。

2 在線(xiàn)監(jiān)控一體化平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義有很多種，但通俗地講，是指通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

在環(huán)境在線(xiàn)監(jiān)控一體化平臺(tái)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)主要包括水和氣分析儀器、RFID 技術(shù)、GPS 技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)、傳感器應(yīng)用等方面。

2.2 云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算(cloud computing)是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說(shuō)法。過(guò)去在圖中往往用云來(lái)表示通訊網(wǎng)絡(luò)，后來(lái)也用來(lái)表示互聯(lián)網(wǎng)和底層基礎(chǔ)設(shè)施的抽象。狹義云計(jì)算指IT 基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需資源;廣義云計(jì)算指服務(wù)的交付和使用模式，指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需服務(wù)。這種服務(wù)可以是IT 和軟件、互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)，也可是其他服務(wù)。它意味著計(jì)算能力也可作為一種商品通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行流通。

在環(huán)境在線(xiàn)監(jiān)控一體化平臺(tái)中，云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)主要包括云技術(shù)設(shè)施服務(wù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)云服務(wù)和數(shù)據(jù)應(yīng)用云服務(wù)等方面。

2.3 GIS 技術(shù)

GIS 即地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System)，地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供管理、決策等所需信息的技術(shù)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，GIS 是綜合處理和分析地理空間數(shù)據(jù)的一種技術(shù)系統(tǒng)，是以測(cè)繪測(cè)量為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和使用的數(shù)據(jù)源，以計(jì)算機(jī)編程為平臺(tái)的全球空間分析即時(shí)技術(shù)。

在環(huán)境在線(xiàn)監(jiān)控一體化平臺(tái)中，GIS 技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)主要包括監(jiān)測(cè)監(jiān)控點(diǎn)位的空間展現(xiàn)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果專(zhuān)題圖分析等方面。

3 在線(xiàn)監(jiān)控一體化平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

環(huán)境在線(xiàn)一體化監(jiān)控平臺(tái)由前端監(jiān)控設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)、后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)三大部分組成。其中前端監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備由廢水、廢氣在線(xiàn)監(jiān)控設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、環(huán)境質(zhì)量(水、氣、聲)自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備組成。傳輸網(wǎng)絡(luò)通過(guò)GPRS/CDMA、光纖或電話(huà)撥號(hào)等通訊方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各子站的實(shí)時(shí)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制等數(shù)據(jù)的傳輸。后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)為前端監(jiān)控監(jiān)測(cè)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)提供集中展現(xiàn)、分析、預(yù)警、利用等功能，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)前端監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備的反向控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1:

3.2 系統(tǒng)功能

環(huán)境在線(xiàn)監(jiān)控一體化平臺(tái)包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、在線(xiàn)遠(yuǎn)程管理、地理信息顯示查詢(xún)、自動(dòng)報(bào)警管理、自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)表統(tǒng)計(jì)等功能。

3.2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理

系統(tǒng)將監(jiān)控點(diǎn)分為兩大類(lèi)，第一類(lèi)為污染源［3］監(jiān)測(cè)點(diǎn);第二類(lèi)為環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(1)基本信息管理。污染源基本信息:廢水、廢氣、噪聲污染企業(yè)的名稱(chēng)、主要污染物、行政區(qū)劃、行業(yè)信息等企業(yè)基本信息，可以完成對(duì)企業(yè)基本信息的添加、修改、打印輸出等。

環(huán)境質(zhì)量基本信息:包括空氣自動(dòng)站、水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站名稱(chēng)、主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、地理位置、監(jiān)測(cè)指標(biāo)等信息。

監(jiān)控指標(biāo)管理:對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)監(jiān)控點(diǎn)的COD、PH、氨氮、二氧化硫(SO)、氮氧化物(NOX)、重金屬(如鎘、鉛、銅等)、二氧化碳、氧氣、溫度、壓力和二氧化硫總量、氮氧化物、電機(jī)運(yùn)行等監(jiān)控指標(biāo)的添加、修改及刪除。

(2)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備管理。監(jiān)控設(shè)備管理包括對(duì)企業(yè)監(jiān)控設(shè)備添加、修改、刪除，設(shè)置設(shè)備監(jiān)控指標(biāo)、運(yùn)行參數(shù)等。

3.2.2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)提供了定時(shí)監(jiān)控［4］、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)的完整性檢查機(jī)制，三者相互結(jié)合，滿(mǎn)足了監(jiān)控中心對(duì)監(jiān)控的不同要求，保證了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及時(shí)完整的傳送到監(jiān)控中心，也為監(jiān)控中心提供了隨時(shí)監(jiān)控某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)提供了必要的手段。

(1)定時(shí)監(jiān)控。定時(shí)監(jiān)控功能是本系統(tǒng)最為主要的功能，通過(guò)它自動(dòng)的完成數(shù)據(jù)的上報(bào)、分析、存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)上報(bào)的時(shí)間間隔由監(jiān)控頻次確定，監(jiān)控頻次可由監(jiān)控中心根據(jù)需要向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送指令來(lái)設(shè)定。

(2)實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)時(shí)監(jiān)控為監(jiān)控中心提供了隨時(shí)獲取某一監(jiān)控點(diǎn)當(dāng)前監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的手段，用戶(hù)可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)取任何監(jiān)控點(diǎn)當(dāng)前的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

(3)數(shù)據(jù)完整性檢查。系統(tǒng)可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)完整性，并在數(shù)據(jù)缺失時(shí)，出現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)丟失報(bào)警信息?？梢酝ㄟ^(guò)客戶(hù)端向現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備發(fā)送相關(guān)指令，來(lái)調(diào)取某一天的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

3.2.3 在線(xiàn)遠(yuǎn)程管理

(1)在線(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理?？刂撇蓸?遠(yuǎn)程設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)采樣器的工作模式，如:采樣方式、分瓶方式、采樣時(shí)間等，并根據(jù)已設(shè)定模式進(jìn)行采樣。監(jiān)測(cè)儀器控制:通過(guò)遠(yuǎn)程控制可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量開(kāi)始、測(cè)量結(jié)束、催化劑再生處理、儀器校準(zhǔn)、數(shù)值輸出、儀器故障信息輸出、儀器狀態(tài)信息輸出、儀器維護(hù)信息輸出、時(shí)間同步、遠(yuǎn)程儀器參數(shù)設(shè)定、遠(yuǎn)程清洗校準(zhǔn)等功能。

(2)監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上遠(yuǎn)程升級(jí)。

3.2.4 地理信息顯示系統(tǒng)

基于GIS 展示在線(xiàn)監(jiān)測(cè) 監(jiān)控點(diǎn)位分布、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)警報(bào)警，并與移動(dòng)執(zhí)法等系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行聯(lián)動(dòng)處置。

(1)點(diǎn)位展示:應(yīng)用GIS 系統(tǒng)，顯示城市地理位置圖、監(jiān)控點(diǎn)分布圖，監(jiān)控點(diǎn)采集的實(shí)數(shù)據(jù)信息。

(2)基礎(chǔ)應(yīng)用:對(duì)地理信息的畫(huà)面可以任意搜索、放大、縮小察看，也可以通過(guò)指定所觀(guān)看的地名顯示出圖像，當(dāng)?shù)貓D信息發(fā)生變化，可以修改相關(guān)地圖。利用多層次地圖顯示功能，能夠快速實(shí)現(xiàn)多窗口之間的地圖切換。

(3)預(yù)警報(bào)警:能夠快速在GIS 地圖上用不同顏色和閃爍顯示監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)超標(biāo)情況和報(bào)警情況自動(dòng)顯示報(bào)警點(diǎn)的準(zhǔn)確位置以及周?chē)貓D的同時(shí)，以文字說(shuō)明報(bào)警來(lái)源、報(bào)警登記(包括類(lèi)別、時(shí)間、部位、情況、原因)。

(4)報(bào)警聯(lián)動(dòng)處置:利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)連接、查詢(xún)功能，通過(guò)多種數(shù)據(jù)、圖形和文字信息的操作手段輔助，接受多種途徑的報(bào)警，確定數(shù)據(jù)報(bào)警發(fā)生地點(diǎn)，自動(dòng)完成分配，進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助指揮，并和移動(dòng)執(zhí)法系統(tǒng)相配合，同時(shí)處理多個(gè)數(shù)據(jù)超標(biāo)或設(shè)備故障等報(bào)警信息。實(shí)現(xiàn)監(jiān)督總量控制制度落實(shí)情況、排放達(dá)標(biāo)情況等目的。

4 結(jié)論與展望

通過(guò)研究認(rèn)為，環(huán)境在線(xiàn)監(jiān)控一體化系統(tǒng)的建設(shè)，可以實(shí)時(shí)對(duì)污染源、環(huán)境質(zhì)量等通過(guò)統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控與監(jiān)測(cè)，更容易找到環(huán)境質(zhì)量變化與污染源污染物排放之間的關(guān)系，能夠?yàn)榄h(huán)境管理部門(mén)的精細(xì)化管理提供更加有力的依據(jù)，后期可引入模型模擬與預(yù)測(cè)技術(shù)，有效利用這些整合好的監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為預(yù)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)同化提供幫助，為環(huán)境管理決策提供更加精細(xì)化的數(shù)據(jù)支持。

通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)控一體化平臺(tái)的建設(shè)，對(duì)污染源、環(huán)境質(zhì)量的實(shí)施統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)與監(jiān)控，可以有效的降低環(huán)境突發(fā)事件對(duì)環(huán)境的影響，減少因環(huán)境事件造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)在較少的人員編制下，增強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管的力度，提高行政績(jī)效，提高政務(wù)服務(wù)水平。生態(tài)環(huán)境的改善會(huì)更有利于吸引工商企業(yè)、居民的投資、生活、工作、旅游、消費(fèi)，有利于人民群眾的和諧生活，有利于促進(jìn)轄區(qū)的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，體現(xiàn)了直接地和間接地經(jīng)濟(jì)效益。

［1］李琳．環(huán)境在線(xiàn)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)研究分析［J］．知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2010(18)．

［2］于愛(ài)敏，于洋，范卉，太春寧．談我國(guó)污染源在線(xiàn)監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的主要問(wèn)題［J］．北方環(huán)境，2010(04)．

［3］高洪元．重慶市重點(diǎn)污染源在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)［J］．軟件導(dǎo)刊，2010(06)．

［4］張慧．淺談多維監(jiān)控系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010(18)．