基于物聯(lián)網(wǎng)的危險廢物處置設施工況監(jiān)控系統(tǒng)研究

徐 潔，查建寧

（1.江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，江蘇南京 210036；2.江蘇省固體有害廢物登記和管理中心，江蘇南京 210036）

0 引言

根據(jù)江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)建設的總體要求，開展危險廢物集中焚燒處置設施在線監(jiān)控與視頻監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)集成工作，對危險廢物集中焚燒處置設施聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)危險廢物集中焚燒處置設施工況在線監(jiān)控信息服務調(diào)用接口，實現(xiàn)對危險廢物集中焚燒處置設施工況在線監(jiān)控信息的調(diào)用、分析、展示。

1 物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境保護的應用

隨著“十二五”規(guī)劃的出臺，物聯(lián)網(wǎng)被上升到國家戰(zhàn)略的高度，成為了全國最炙手可熱的名詞。但同時早在物聯(lián)網(wǎng)概念提出之前，環(huán)境保護已經(jīng)是傳感網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)的前身）探索和實踐并大力推進的熱點領域之一。經(jīng)過了這么多年的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)從單純的人力替代，到現(xiàn)在的強化環(huán)境執(zhí)法、提升污染監(jiān)控效率、促進節(jié)能減排等方面都發(fā)揮了比較明顯的作用。但同時，與其他物聯(lián)網(wǎng)相關應用領域一樣，環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的應用依然還停留在基礎應用階段，擁有相對廣闊的發(fā)展前景。

本文將物聯(lián)網(wǎng)應用于危廢處置設施工況監(jiān)控當中，這一技術將為這項業(yè)務的工作模式帶來巨大的變革。從這個角度來講，物聯(lián)網(wǎng)對環(huán)境管理理念、方法、體制的改革能形成推動力量，從而以技術手段為契機提高我國污染的控制效率和對環(huán)境進行更為有效的保護。

2 系統(tǒng)總體架構

本項目的主要內(nèi)容是實現(xiàn)對危廢處置設施的工況監(jiān)控和視頻監(jiān)控，將現(xiàn)場的工況數(shù)據(jù)和視頻實時發(fā)送到監(jiān)控中心，進行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理分析。

整個系統(tǒng)可分為現(xiàn)場端和監(jiān)控中心端兩大部分，系統(tǒng)的結(jié)構如圖1所示。

現(xiàn)場端位于危廢處置單位現(xiàn)場，由工況過程服務器及多個工況采集單元、視頻監(jiān)控設備組成，工況采集單元主要負責采集各類控制系統(tǒng)（DCS或PLC系統(tǒng)）和設備中的相關過程參數(shù)，并存儲到本單位的工況過程數(shù)據(jù)服務器中，工況過程服務器負責通過網(wǎng)絡與監(jiān)控中心的工況接收服務器進行通訊。

視頻監(jiān)控設備一般由視頻編碼器（視頻服務器）、攝像機、硬盤錄像機等組成，通過網(wǎng)絡與監(jiān)控中心連接。

中心端主要負責匯總各個現(xiàn)場端的工況數(shù)據(jù)，并由分析統(tǒng)計平臺對工況數(shù)據(jù)做分析及統(tǒng)計，最終提供給應用模塊使用及展示。監(jiān)控中心端主要設備包括工況過程數(shù)據(jù)庫服務器及WEB應用服務器，并接入目前監(jiān)控中心既有網(wǎng)絡中。

各類客戶端應用（包括移動應用）通過訪問WEB應用服務器實現(xiàn)對工況數(shù)據(jù)及視頻圖像的查詢和分析。

3 功能模塊設計

3.1 實時監(jiān)控

實時監(jiān)控子系統(tǒng)基于中心工況過程數(shù)據(jù)庫，通過對全省危險危廢集中焚燒處置設施工況在線監(jiān)控點及其現(xiàn)場視頻監(jiān)控點進行有效整合，形成統(tǒng)一整體，實現(xiàn)對危險危廢集中焚燒處置設施運行狀況、監(jiān)控設備運轉(zhuǎn)情況、網(wǎng)絡連通情況的實時和視頻監(jiān)控。實時查詢企業(yè)生產(chǎn)的工藝流程圖，圖中顯示當前生產(chǎn)裝置的狀態(tài)，信號顯示，生產(chǎn)流向，異常報警。

圖1 總體架構

實時監(jiān)控子系統(tǒng)的展示方式以組態(tài)畫面展示為主，以形象直觀的方式顯示前端采集到的各類實時參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中，將提供組態(tài)的設置配置工具，滿足各企業(yè)在工藝流程、位置布局等方面的差異化需求。利用組態(tài)配置工具，首先需要根據(jù)工藝處理流程畫出組態(tài)背景，然后根據(jù)企業(yè)各類設施的具體類型和安裝位置，把相應的控件布置到背景，并設置控件的屬性（名稱、報警參數(shù)、數(shù)據(jù)格式等），控件分開關量、數(shù)字量和流程線等。

組態(tài)完成之后可以先在工具環(huán)境中進行測試運行，測試無誤后就可以將組態(tài)導出并發(fā)布到中控監(jiān)控系統(tǒng)中，并由公司研發(fā)的SilverLight組態(tài)運行控件進行仿真。利用組態(tài)軟件，根據(jù)每個處置單位的處置工藝，建立完備的監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示界面，各自動監(jiān)測站點采集到的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)和設備運行狀態(tài)實時在線顯示，可以趨勢曲線等形式實時顯示連續(xù)自動采集的數(shù)據(jù)，可查詢指定的任意時間段的數(shù)據(jù)，包括當日的實時數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)和往日歷史數(shù)據(jù)。

當監(jiān)測值超過報警閾值時，系統(tǒng)按指定的報警顏色進行顯示。在組態(tài)圖上同時顯示系統(tǒng)各監(jiān)測點各設備運行工作狀態(tài)，以綠色表示正常運行，紅色表示故障或停止運行，使管理人員能一目了然地了解每個處置設置的當前運行狀態(tài)。

基于采集到的實時數(shù)據(jù)，根據(jù)設定的報警規(guī)則，對監(jiān)測數(shù)據(jù)和設備運行狀態(tài)提供報警監(jiān)控功能。實時報警分為報警設置、自動報警、報警信息查詢?nèi)糠止δ堋?/p>

根據(jù)每個參數(shù)采集點，設定需要報警的參數(shù)名稱、報警類型、報警閾值（報警觸發(fā)條件）、報警方式、報警對象等信息。當監(jiān)控數(shù)據(jù)超出了預先設定的報警閾值或設備運行狀態(tài)出現(xiàn)偏離時，系統(tǒng)自動告警，報警信息可通過郵件、短信等方式向設定的報警對象自動發(fā)送，也可通過聲光的方式進行報警。對報警信息按關鍵字進行查詢統(tǒng)計，報警信息包括：報警設施、所屬行政區(qū)、所屬企業(yè)、報警類別、報警開始時間、結(jié)束時間、報警原因等。報警通過信號燈的閃爍區(qū)分報警是否為新產(chǎn)生的報警。以診斷數(shù)據(jù)傳輸是否正常。跟蹤數(shù)據(jù)傳輸各模塊的運行狀態(tài)是否正常，包括數(shù)據(jù)接收傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、后臺報警模塊等。

包括實時視頻查看和視頻錄像查看兩個功能：可實時播放現(xiàn)場視頻監(jiān)控點的視頻圖像，可單窗口播放，也可多窗口同時播放不同監(jiān)控點的視頻圖像，可對現(xiàn)場攝像設備進行遠程控制，控制云臺和鏡頭的轉(zhuǎn)動縮放。可按焚燒設施名稱、焚燒時間（點/分/秒、年/月/日）等實現(xiàn)視頻錄像的條件查詢和回放。

3.2 查詢分析

以工況過程數(shù)據(jù)庫（分析庫）中的數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，以圖表、報表為主要展示方式，對工況數(shù)據(jù)進行匯總、統(tǒng)計、分析，并對工況數(shù)據(jù)中的關聯(lián)關系進行分析。以數(shù)據(jù)表格、曲線的方式顯示各類監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)，查詢各參數(shù)的小時均值、日均值、月均值、年均值等數(shù)據(jù)，支持多參數(shù)同時查詢顯示。

對指定時間段內(nèi)處置設施的各類數(shù)據(jù)進行多種形式的匯總統(tǒng)計，如年度/月度設施停運次數(shù)及停運時間統(tǒng)計、焚燒溫度分布情況統(tǒng)計、污染物排放量統(tǒng)計、電力消耗統(tǒng)計等，支持同比、環(huán)比等分析，以反映其變化趨勢和規(guī)律。

根據(jù)設定的規(guī)則，對企業(yè)工況數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)性關系進行分析，調(diào)取實時/歷史工況數(shù)據(jù)，分析這些關聯(lián)參數(shù)變化是否一致，當比例參數(shù)超出正常范圍時，系統(tǒng)將記錄下起始時間，列出可能的原因。根據(jù)選定的范圍（類型、區(qū)域、規(guī)模等條件），對范圍內(nèi)的多個企業(yè)的同類參數(shù)進行比較，計算其平均水平及每個企業(yè)與平均值的差異程度，便于管理人員發(fā)現(xiàn)異常情況。

利用Report Services報表組件，基于中心工況應用數(shù)據(jù)庫，自動生成各類報表和報告，在系統(tǒng)中實現(xiàn)報表查詢，也可根據(jù)設定的規(guī)則將生成的報表和報告向指定人員自動發(fā)送。

3.3 綜合分析

以工況應用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，結(jié)合其它相關業(yè)務數(shù)據(jù)（如污染源自動監(jiān)控數(shù)據(jù)、危廢轉(zhuǎn)移和處置統(tǒng)計數(shù)據(jù)、建設項目審批數(shù)據(jù)等），對危廢處置設施的整體狀況作綜合分析，對不同業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關聯(lián)分析。

以“一廠一檔”的形式，對危廢處置企業(yè)的各類信息進行綜合查詢，包括企業(yè)基本信息、經(jīng)營許可證信息、危廢處置分類數(shù)量信息、項目審批信息、污染物排放監(jiān)控信息、日常監(jiān)管信息等。

將同一危廢處置企業(yè)同時段的工況監(jiān)控數(shù)據(jù)和污染源自動監(jiān)控數(shù)據(jù)進行對比，判斷其是否一致，自動找出超過允許偏差范圍的企業(yè)數(shù)據(jù)，提醒管理人員及時處理。

根據(jù)危廢處置臺帳中的危廢類別及處置數(shù)量信息，與工況監(jiān)控數(shù)據(jù)進行比較，判斷不同類別的危險廢物是否按規(guī)定的工藝進行處置、爐溫是否達到規(guī)定的焚燒溫度，焚燒時間是否足夠等，系統(tǒng)將自動劃定存在違規(guī)嫌疑的企業(yè)，由管理人員進行確認。

利用“1831”GIS地理信息系統(tǒng)，提供圖形化展示功能，對在線監(jiān)控數(shù)據(jù)進行動態(tài)顯示，包括危廢處置單位信息、實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、報警信息，生成監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計專題圖。

4 結(jié)語

本文基于物聯(lián)網(wǎng)概念，建立了危廢處置設施工況監(jiān)控系統(tǒng)，在江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（“1831”項目）的統(tǒng)一架構下，實現(xiàn)了對危險廢物集中焚燒處置設施工況在線監(jiān)控信息的調(diào)用、分析、展示。當然物聯(lián)網(wǎng)的整體發(fā)展還處在雛形階段，怎樣將物聯(lián)網(wǎng)技術更深入的與環(huán)保工作結(jié)合，怎樣使環(huán)保工作人員更熟練的掌握全新的系統(tǒng)，怎樣將環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)各個層次的成功經(jīng)驗普及到更多的地區(qū)依然是擺在環(huán)保部門面前的難題，建成全覆蓋、全運轉(zhuǎn)、全應用、可持續(xù)的環(huán)境監(jiān)控體系之路任重道遠。

［1］姜書漢.物聯(lián)網(wǎng)應用之環(huán)境保護［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術，2011（3）.

［2］尹曉遠，李紅華，楊競佳.物聯(lián)網(wǎng)應用之環(huán)境保護［C］.中國環(huán)境科學學會學術年會論文集，2012（4）.

［3］張巍，馮濤，朱銳.智慧環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控應用與系統(tǒng)集成研究［J］.北方環(huán)境，2012（5）.