面向循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的智能管理系統(tǒng)

蔣金明，王 玥，孔 超，楊 程，李 妍

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300074）

環(huán)境衛(wèi)生產(chǎn)業(yè)作為城市環(huán)境保護(hù)與生態(tài)建設(shè)的關(guān)鍵手段，具有公益性與經(jīng)濟(jì)性雙重特征，逐漸成為了綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)［1］。隨著國(guó)內(nèi)“節(jié)能減排”政策的不斷推進(jìn)，環(huán)境衛(wèi)生產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從以廢棄物處置、回收和利用為特征的低層次單一循環(huán)，逐步向區(qū)域化、規(guī)?；匝h(huán)體系的多層次系統(tǒng)化循環(huán)演變［2］。以某循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)園區(qū)為研究對(duì)象，提出了“現(xiàn)代化、智能化”的園區(qū)一體化智能管控方案，旨在統(tǒng)籌發(fā)展、提升效率、降低能耗，實(shí)現(xiàn)“高效、節(jié)能、綠色、智能”的管控目標(biāo)。主要功能涵蓋城市垃圾分類處置、集中管理和循環(huán)利用。主要環(huán)衛(wèi)處理企業(yè)為生活垃圾焚燒發(fā)電廠、城市污泥處置中心、建筑垃圾處置中心、餐廚垃圾處置中心、醫(yī)療垃圾處置中心和園區(qū)污水處理中心。

1 智能管控系統(tǒng)基本構(gòu)架

智能管理系統(tǒng)以高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)為核心，構(gòu)建面向循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的信息融合平臺(tái)，統(tǒng)籌規(guī)劃調(diào)度全區(qū)生產(chǎn)管理、能源管理、環(huán)保管理和交通管理，建立以生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，智能能源管理系統(tǒng)、環(huán)保信息管理系統(tǒng)和智能交通管理系統(tǒng)為主體的管控一體化系統(tǒng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

為了保證數(shù)據(jù)高速傳輸與高度共享，提出了園區(qū)綜合信息高速主干網(wǎng)絡(luò)，考慮園區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際情況，園區(qū)綜合信息高速主干網(wǎng)絡(luò)采用有線-無(wú)線混合組網(wǎng)模式：有線網(wǎng)絡(luò)為主體，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為補(bǔ)充。有線網(wǎng)絡(luò)采用光纖主干網(wǎng)絡(luò)，協(xié)議為高速工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，通訊速率為100 Mb/s；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采用移動(dòng)3G網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方案，尤其適用于本園區(qū)內(nèi)的實(shí)際情況。

圖1 智能管控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在網(wǎng)絡(luò)資源劃分上，對(duì)于分布相對(duì)集中或具有一定分布規(guī)律的傳輸節(jié)點(diǎn)，盡量采用有線光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；對(duì)于分布較為分散且很難接入光纖環(huán)網(wǎng)的傳輸節(jié)點(diǎn)，采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此外，對(duì)于一些關(guān)鍵性參數(shù)及數(shù)據(jù)量較大的參數(shù)，采用有線光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。有線/無(wú)線的混合組網(wǎng)模式可以在保證數(shù)據(jù)通訊的實(shí)時(shí)性與可靠性的前提下兼顧經(jīng)濟(jì)性與靈活性。

2 智能管控系統(tǒng)功能劃分

2.1 生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)

生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)面向區(qū)內(nèi)各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程，旨在實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)信息的集中管理，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)衛(wèi)循環(huán)經(jīng)濟(jì)全流程的統(tǒng)籌調(diào)度與協(xié)調(diào)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)全區(qū)“零排放”的生產(chǎn)控制目標(biāo)。該系統(tǒng)通過(guò)與垃圾焚燒發(fā)電廠、醫(yī)療廢棄物處理中心、餐廚垃圾處理中心、城市污泥中心和污水處理廠等園區(qū)企業(yè)的WEB服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全區(qū)生產(chǎn)過(guò)程信息的采集、存儲(chǔ)與處理，使園區(qū)管理人員能夠全面掌握產(chǎn)業(yè)園內(nèi)各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)信息與輔助決策信息，充分利用和共享信息資源，提高決策科學(xué)性。

該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)發(fā)布模塊組成，其中數(shù)據(jù)采集模塊主要由各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的WEB站和高速傳輸網(wǎng)絡(luò)組成，其中園區(qū)各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的WEB站對(duì)各自處置流程的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而后利用園區(qū)綜合信息高速主干網(wǎng)絡(luò)傳輸至生產(chǎn)信息管理中心。數(shù)據(jù)處理模塊主要是由數(shù)據(jù)服務(wù)器和性能計(jì)算服務(wù)器組成，其中數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)完成生產(chǎn)信息的處理與存儲(chǔ)，生成數(shù)據(jù)報(bào)表與趨勢(shì)報(bào)表；性能計(jì)算服務(wù)器完成生產(chǎn)信息的深度挖掘，對(duì)園區(qū)內(nèi)各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)流程進(jìn)行性能計(jì)算與效能評(píng)價(jià)，輸出優(yōu)化調(diào)度方案，從而為管理者提供客觀的決策輔助。

2.2 智能能源管理系統(tǒng)

本方案針對(duì)循環(huán)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的能耗特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于能源介質(zhì)平衡的能源管理方案，依據(jù)整個(gè)園區(qū)能源介質(zhì)管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與能源耗損、產(chǎn)出特點(diǎn)，解決能源介質(zhì)的生產(chǎn)、回收、消耗的平衡問(wèn)題［3-4］，提高能源的綜合利用效率。

本套系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)能源介質(zhì)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、能耗分項(xiàng)計(jì)量和能源管理優(yōu)化功能。智能能源管理系統(tǒng)通過(guò)在線智能儀表實(shí)時(shí)采集園區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)單元的電、水、煤、油、燃?xì)?、蒸汽等能耗?shù)據(jù)，通過(guò)園區(qū)綜合信息高速主干網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄苣茉垂芾碇行?，管理中心?nèi)的管理工作站將各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表所采集的能耗信息進(jìn)行綜合處理與能耗計(jì)算，輸出實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的能耗數(shù)據(jù)報(bào)表，給出給予能耗最優(yōu)的生產(chǎn)調(diào)度方案，統(tǒng)籌各個(gè)環(huán)衛(wèi)企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)“節(jié)能降耗，循環(huán)生產(chǎn)”的管理目標(biāo)。

本套系統(tǒng)由能源在線監(jiān)測(cè)模塊和數(shù)據(jù)綜合處理模塊2個(gè)關(guān)鍵部分組成。其系統(tǒng)基本架構(gòu)采用類DCS的C/S（Client/Server） 的模式，該模式可實(shí)現(xiàn)能源參數(shù)分散檢測(cè)和集中管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)分散與優(yōu)勢(shì)集中。

1）能源在線監(jiān)測(cè)模塊。針對(duì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)能源介質(zhì)管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，分布范圍廣，全面維護(hù)與管理難度大等問(wèn)題，本方案設(shè)計(jì)了基于GIS平臺(tái)的在線監(jiān)測(cè)方案，其方案的核心在于利用智能測(cè)量?jī)x表完成能源介質(zhì)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)測(cè)量和累加計(jì)算，而后通過(guò)園區(qū)綜合信息高速網(wǎng)絡(luò)傳入處于能源管理中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器上完成數(shù)據(jù)采集，最后與GIS系統(tǒng)融合，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電、水、煤氣、蒸汽等關(guān)鍵能源網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況；實(shí)現(xiàn)能源介質(zhì)的實(shí)時(shí)精細(xì)計(jì)量，從系統(tǒng)的角度實(shí)施能源介質(zhì)的平衡調(diào)度；考核能源實(shí)績(jī)、控制能源成本，提高能源管理的效果和水平。

2）數(shù)據(jù)綜合處理模塊。數(shù)據(jù)綜合處理模塊主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理和發(fā)布，其硬件組成為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、防病毒服務(wù)器、GIS服務(wù)器與計(jì)算服務(wù)器。本方案中，為了實(shí)現(xiàn)能源管理的可視化操作，針對(duì)不同的能源介質(zhì)，分設(shè)相應(yīng)的熱電操作員站、供配電操作員站、供氣操作員站、燃?xì)獠僮鲉T站和給排水操作員站等。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)能源信息對(duì)外發(fā)布，設(shè)置相應(yīng)的WEB站，使之與互聯(lián)網(wǎng)相連，完成相應(yīng)能耗指標(biāo)的外網(wǎng)發(fā)布。

2.3 環(huán)保信息管理系統(tǒng)

環(huán)保信息管理系統(tǒng)通過(guò)B/S（Browser/Server）的運(yùn)行模式構(gòu)建環(huán)保信息發(fā)布平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)環(huán)保信息的實(shí)時(shí)可視化發(fā)布，提供多模式的數(shù)據(jù)輸出形式，實(shí)現(xiàn)環(huán)保數(shù)據(jù)直觀化、友好化。本套系統(tǒng)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和環(huán)保管理系統(tǒng)組成。

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)由各類分析儀表與高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成，針對(duì)園區(qū)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)特性，其主要涉及儀表包括氣體成分（CO、SO2、NOx、HCl、HF、CO2、O2、Hg等） 分析儀表、水質(zhì)分析儀表（pH、ORP、COD、氨氮等）及其他監(jiān)測(cè)儀表。各類環(huán)保參數(shù)由上述分析儀表實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，而后用園區(qū)綜合信息高速主干網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。

2）數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、圖形監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析3個(gè)部分。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)以數(shù)據(jù)報(bào)表的方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)某個(gè)采樣點(diǎn)或某個(gè)分析項(xiàng)目的污染物排放值，圖形監(jiān)測(cè)以線狀圖的方式監(jiān)測(cè)污染物排放值，這2種方式可以相互切換監(jiān)測(cè)。當(dāng)某一分析項(xiàng)目的排放值超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，將會(huì)以紅色閃爍報(bào)警。統(tǒng)計(jì)分析是對(duì)某個(gè)采樣點(diǎn)或某個(gè)分析項(xiàng)目的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以統(tǒng)計(jì)各種分析項(xiàng)目的超標(biāo)情況。

3）環(huán)保管理系統(tǒng)。環(huán)保管理系統(tǒng)包括環(huán)保臺(tái)賬管理、環(huán)保計(jì)劃管理、文件管理、報(bào)表生成和報(bào)表管理。環(huán)保臺(tái)賬、環(huán)保計(jì)劃和環(huán)保文件的管理，使環(huán)保的日常工作納入到信息化管理中來(lái)。其中報(bào)表生成功能，可按報(bào)表的要求生成各種上報(bào)報(bào)表，一鍵完成，完全消除了原來(lái)大量繁瑣的工作。報(bào)表管理功能列出了所有生成的報(bào)表，統(tǒng)一管理。

2.4 智能交通管理系統(tǒng)

智能交通管理系統(tǒng)由若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立又互有聯(lián)系的子系統(tǒng)組成。各子系統(tǒng)在GIS平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一操作管理。為產(chǎn)業(yè)園區(qū)管理提供智能化、專業(yè)化、多功能一體化的交通服務(wù)保障［5］。

1）數(shù)字高清道路綜合自適應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)業(yè)園內(nèi)各主要路段及路口的監(jiān)控，本方案采用基于網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字?jǐn)z像頭的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)合理的規(guī)劃計(jì)算，將監(jiān)控?cái)z像頭科學(xué)地分布在園區(qū)內(nèi)各主干道路和關(guān)鍵路口，最大化地平衡監(jiān)控范圍與監(jiān)控成本，同時(shí)依托高速光纖環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)道路自適應(yīng)高清監(jiān)控。

2）交通信號(hào)控制系統(tǒng)。交通信號(hào)控制是采用有效的負(fù)反饋原理和自適應(yīng)控制算法，根據(jù)埋設(shè)在路口的交通流檢測(cè)器所采集的交通流信息，實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整相應(yīng)的交通信號(hào)，以提供最佳的交通流，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)區(qū)域交通信號(hào)控制。

3）交通路況檢測(cè)系統(tǒng)。交通路況檢測(cè)系統(tǒng)是利用檢測(cè)線圈、微波等多種檢測(cè)方式，全天候自動(dòng)采集路面、隧道、立交橋等多種路況下的交通流量、流速、占有率等運(yùn)行數(shù)據(jù)。同時(shí)，本系統(tǒng)通過(guò)中心平臺(tái)與信號(hào)燈控制系統(tǒng)互聯(lián)互通。為信號(hào)燈控制系統(tǒng)提供底層流量信息，并深層次挖掘、融合以及分析各種流量數(shù)據(jù)，使隧道出入口附近信號(hào)燈及周邊路口交通信號(hào)在協(xié)調(diào)控制功能方面更加完善。

4）交通信息分析與發(fā)布系統(tǒng)。連續(xù)誘導(dǎo)的交通信息分析與發(fā)布是利用分布在道路的路側(cè)可變情報(bào)信息屏，將本園區(qū)實(shí)時(shí)路況信息以個(gè)性化的方式提供給道路交通參與者。即以紅、黃、綠3種顏色分別表示擁堵、緩行和暢通。同時(shí)每天發(fā)布交通管制、道路限行、繞行路線等交通服務(wù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的全程連續(xù)誘導(dǎo)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本智能管理系統(tǒng)全面貫徹現(xiàn)代化、智能化的設(shè)計(jì)思想，以節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、服務(wù)高效為設(shè)計(jì)目標(biāo)，分別設(shè)計(jì)了以生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)、智能能源管理系統(tǒng)、環(huán)保信息管理系統(tǒng)和智能交通管理系統(tǒng)為主體的園區(qū)智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)園自上而下的智能管控一體化，大幅提升產(chǎn)業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)效率，有效保障環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)安全，充分發(fā)揮循環(huán)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的巨大優(yōu)勢(shì)，為打造智能、環(huán)保、綠色的循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)示范基地提供有力的技術(shù)保障與數(shù)據(jù)支撐。

［1］謝清煥．推進(jìn)垃圾處理產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)環(huán)衛(wèi)經(jīng)濟(jì)循環(huán)［J］．環(huán)境衛(wèi)生工程，2005，13（2）：60-61．

［2］李元寧,王敏，靳俊平，等.關(guān)于我國(guó)環(huán)衛(wèi)行業(yè)發(fā)展總體趨勢(shì)及主要特征的思考：以中新天津生態(tài)城環(huán)衛(wèi)規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2009，17（3）：7-11．

［3］羅先喜，苑明哲，徐化巖，等．面向鋼鐵企業(yè)的先進(jìn)能源管理系統(tǒng)研究新進(jìn)展［J］．信息與控制，2011，40（6）：819-828．

［4］董奧，平星星，姜亮，等．基于能效監(jiān)測(cè)的能源管理優(yōu)化［J］.節(jié)能技術(shù)，2013，31（3）：269-273．

［5］隋亞剛.北京智能交通管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用［J］.道路交通與安全，2007，7（6）：1-7．