基于云計算和物聯(lián)網(wǎng)的智慧環(huán)保信息化綜合應(yīng)用

曲國利鐘行國李興樂.淄博市環(huán)境監(jiān)測站；.江蘇三希環(huán)?？萍加邢薰?/p>

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基于云計算和物聯(lián)網(wǎng)的智慧環(huán)保信息化綜合應(yīng)用

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1.淄博市環(huán)境監(jiān)測站；2.江蘇三希環(huán)?？萍加邢薰?/p>

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評估值50萬

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行業(yè)曲線

industry

在描述智慧環(huán)保概念的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)討論了物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)在智慧環(huán)保建設(shè)中的應(yīng)用及環(huán)境與污染源動態(tài)管控系統(tǒng)、環(huán)境安全與移動執(zhí)法系統(tǒng)、統(tǒng)一平臺的建設(shè)情況。結(jié)果表明在環(huán)保信息化建設(shè)中采用物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)能夠促進(jìn)環(huán)保工作規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化與自動化，解決重復(fù)建設(shè)與“信息孤島”的問題，提高環(huán)境保護(hù)綜合決策與服務(wù)能力。

環(huán)保信息化經(jīng)過多年的建設(shè)發(fā)展，已經(jīng)取得了顯著的成效，但是隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展環(huán)保問題越來越復(fù)雜，如何充分利用各種信息通訊技術(shù)感知、分析、整合各類環(huán)保信息，對各種需求做出智能響應(yīng)，使決策更加切合環(huán)境發(fā)展的需要成為迫切需求。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，“智慧環(huán)?！弊鳛椤爸腔鄢鞘小迸c“智慧地球”的重要方面被提出，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算技術(shù)為“智慧環(huán)?！本唧w應(yīng)用的產(chǎn)生提供了技術(shù)支撐。國外“智慧環(huán)?！苯ㄔO(shè)起步較早，如哈佛大學(xué)CitySense（感知城市）項目、美國大鴨島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等從方案創(chuàng)新、技術(shù)應(yīng)用、管理機(jī)制、公眾參與等方面都具有很好的借鑒意義。國內(nèi)各地在生態(tài)文明建設(shè)、環(huán)境保護(hù)方面都比較重視，伴隨“智慧城市”項目的推進(jìn)，一些地方政府更是把“智慧環(huán)保”的建設(shè)列入“智慧城市”的重點(diǎn)項目工程中，無錫、哈爾濱等城市進(jìn)行了“智慧環(huán)保”示范工程建設(shè)。本文論述了基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的環(huán)保信息化綜合系統(tǒng)在“智慧環(huán)?！苯ㄔO(shè)中的應(yīng)用。

“智慧環(huán)?！备拍钆c應(yīng)用系統(tǒng)簡介

“智慧環(huán)保”是“數(shù)字環(huán)?！备拍畹难由旌屯卣梗墙柚锫?lián)網(wǎng)技術(shù)把感應(yīng)器和裝備嵌入到各種環(huán)境監(jiān)控對象（物體）中，通過超級計算機(jī)和云計算將環(huán)保領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)整合起來，可以實現(xiàn)人類社會與環(huán)境業(yè)務(wù)系統(tǒng)的整合，以更加精細(xì)和動態(tài)的方式實現(xiàn)環(huán)境管理和決策的智慧。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，集監(jiān)測、監(jiān)控和監(jiān)管三位一體的智慧環(huán)保綜合信息化系統(tǒng)已經(jīng)初步成熟。通過環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)整合各類現(xiàn)有的監(jiān)管系統(tǒng)構(gòu)建全方位、多層次、全覆蓋的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，云計算資源中心實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的存儲、管理、挖掘、交換和共享，形成了統(tǒng)一平臺下包括環(huán)境與污染源動態(tài)管控系統(tǒng)、環(huán)境安全與移動辦公執(zhí)法系統(tǒng)在內(nèi)的綜合應(yīng)用。

總體架構(gòu)

利用合理、科學(xué)的設(shè)計思路，對信息化現(xiàn)狀、業(yè)務(wù)需求、數(shù)據(jù)需求進(jìn)行全面的梳理，通過物聯(lián)網(wǎng)、云計算結(jié)合SOA、GIS、數(shù)據(jù)倉庫等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建一個架構(gòu)先進(jìn)合理、層次清晰、美觀實用的綜合平臺。智慧環(huán)保綜合應(yīng)用平臺由監(jiān)測監(jiān)控體系、數(shù)據(jù)資源層、組件服務(wù)層和智慧應(yīng)用層組成。

監(jiān)測監(jiān)控體系由智能感知層、傳輸層和監(jiān)測監(jiān)控層組成，借助物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對廢水、廢氣、污水處理廠、河流斷面、水源地、空氣等監(jiān)測點(diǎn)的在線監(jiān)測，對現(xiàn)場電動閘門、監(jiān)測設(shè)備、現(xiàn)場視頻等的智能化遠(yuǎn)程監(jiān)視控制，獲得前所未有的智能感知。

數(shù)據(jù)資源層建立智慧環(huán)保數(shù)據(jù)資源中心，按照國家及地方相關(guān)法規(guī)，制定數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)共享等各類標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對環(huán)境數(shù)據(jù)梳理、分類、設(shè)計，消除數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流通。數(shù)據(jù)資源中心能夠屏蔽內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用云計算技術(shù)以PaaS方式對外提供開放的數(shù)據(jù)訪問接口，實現(xiàn)一數(shù)多用。

圖1 總體架構(gòu)圖

組件服務(wù)層為上層應(yīng)用做支撐，包括目錄服務(wù)、地理數(shù)據(jù)服務(wù)、動態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。

智慧應(yīng)用層建立綜合應(yīng)用平臺，平臺采用統(tǒng)一認(rèn)證單點(diǎn)登錄方式，既可以在平臺內(nèi)新建業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，又可以以松散耦合的方式將現(xiàn)有系統(tǒng)集成到平臺中來，并且通過外網(wǎng)門戶和信息發(fā)布平臺實現(xiàn)外網(wǎng)應(yīng)用。

智慧環(huán)保綜合應(yīng)用平臺

環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)

智慧環(huán)保監(jiān)測監(jiān)控體系的基礎(chǔ)是物聯(lián)網(wǎng)，是由“數(shù)字環(huán)保”向“智慧環(huán)?！鞭D(zhuǎn)化的第一步。在監(jiān)測站點(diǎn)，使用符合HJ477-2009標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)采儀通過RS485、RS232、WIFI、ZigBee與COD、氨氮、流量計、煙氣分析儀等在

線監(jiān)測設(shè)備相連，獲取設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、報警信息等數(shù)據(jù)，通過3G/GPRS/光纖寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)資源中心，數(shù)據(jù)資源中心接收、審核、存儲數(shù)據(jù)，同時通過數(shù)采儀向站點(diǎn)監(jiān)測設(shè)備發(fā)送反控控制指令，包括更改設(shè)備參數(shù)、更改設(shè)備工作狀態(tài)等。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過光纖或3G網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)測站點(diǎn)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)資源中心，并對重要錄像歸檔、備份。通過對數(shù)據(jù)、視頻信息的獲取組成以數(shù)采儀為樞紐的智慧環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)。

云計算資源中心

云計算資源中心是所有環(huán)保信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)包括計算資源中心和數(shù)據(jù)資源中心兩個部分。計算資源中心采用虛擬化技術(shù)建設(shè)，通過建立環(huán)保行業(yè)云以IaaS的方式為智慧環(huán)保各系統(tǒng)提供虛擬化計算資源，從而實現(xiàn)計算資源的合理利用分配及調(diào)度，降低各子系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)成本很好地解決了下級部門信息化能力不足的問題。

“智慧環(huán)?！钡臄?shù)據(jù)主要來源于原“數(shù)字環(huán)?！毕到y(tǒng)，如在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、排污申報收費(fèi)數(shù)據(jù)、污染源審批數(shù)據(jù)、核與輻射業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、行政執(zhí)法數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)辦公數(shù)據(jù)、外部數(shù)據(jù)等。各系統(tǒng)數(shù)據(jù)是相對獨(dú)立非全局化的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)資源中心把所必須的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息按標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則經(jīng)過清洗、過濾、加工后統(tǒng)一匯集并建立業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系，從而形成標(biāo)準(zhǔn)化的全局?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、共享，以PaaS的方式提供云服務(wù)，作為所有子系統(tǒng)的公共資源。

綜合應(yīng)用平臺

智慧環(huán)保綜合平臺包含眾多的應(yīng)用子系統(tǒng)，平臺采用門戶方式提供單一訪問入口、可定制的界面、個性化的內(nèi)容展現(xiàn)等功能。通過門戶向分布在各處的用戶提供政府、企業(yè)與環(huán)境相關(guān)的信息，用戶通過瀏覽器就可以獲取所需信息。平臺采用統(tǒng)一認(rèn)證單點(diǎn)登錄的方式完成一次登錄多系統(tǒng)訪問，實現(xiàn)多部門協(xié)作，整合獨(dú)立分散的信息系統(tǒng)，使各系統(tǒng)間協(xié)同工作起來形成一個完整的有效率的整體。

環(huán)境與污染源動態(tài)管控系統(tǒng)

在物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)與資源中心提供資源的基礎(chǔ)上對環(huán)境與污染源各項數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的監(jiān)控以GIS地圖作為基礎(chǔ)平臺展示和管理監(jiān)管企業(yè)的基礎(chǔ)信息、實時工況數(shù)據(jù)、企業(yè)生產(chǎn)流程組態(tài)圖、報警信息，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析、支撐決策、遠(yuǎn)程監(jiān)控實現(xiàn)對環(huán)境和污染源的動態(tài)管控是“智慧環(huán)保”的核心應(yīng)用。

數(shù)采儀采集監(jiān)測儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)的同時采集儀表的工作狀態(tài)、關(guān)鍵參數(shù)，使監(jiān)管單位同時了解監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀況，防止企業(yè)修改設(shè)備參數(shù)弄虛作假，更好的為環(huán)境管理和決策提供依據(jù)。

前端物聯(lián)網(wǎng)感知層采集的數(shù)據(jù)不僅包括環(huán)境和污染源的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)還包括排污單位污染治理設(shè)施（工藝）運(yùn)行參數(shù)及污染物產(chǎn)生過程參數(shù)，建立其與污染源排放數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，通過工況分析模型分析企業(yè)工況數(shù)據(jù)是否異常，分析異常原因，判斷企業(yè)是否存在偷排漏排現(xiàn)象，協(xié)助環(huán)保部門遠(yuǎn)程執(zhí)法，確保企業(yè)設(shè)施穩(wěn)定地運(yùn)行并完成污染物總量減排的目標(biāo)。

在企業(yè)污水排放口安裝智能閘門系統(tǒng)，在監(jiān)管部門可遠(yuǎn)程查看企業(yè)排污口的在線數(shù)據(jù)、流速、流量，控制電動閘門的開啟和關(guān)閉，遠(yuǎn)程控制超標(biāo)留樣情況，結(jié)合遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對污水排放企業(yè)的有效監(jiān)管。

環(huán)境安全與移動執(zhí)法系統(tǒng)

利用GPS衛(wèi)星定位、GIS地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)先技術(shù)，依托環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)、云計算資源中心構(gòu)建了環(huán)境安全預(yù)警與應(yīng)急處置系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)察與移動執(zhí)法系統(tǒng)。

（1）環(huán)境安全預(yù)警與應(yīng)急處置系統(tǒng)

環(huán)境安全與應(yīng)急處置系統(tǒng)是環(huán)境與污染源動態(tài)管控系統(tǒng)的延伸，系統(tǒng)以數(shù)據(jù)資源中心應(yīng)急數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于二三維GIS平臺，實現(xiàn)對各類污染源和環(huán)境要素的科學(xué)化監(jiān)管、預(yù)警和輔助應(yīng)急處置。

通過對數(shù)據(jù)資源中心監(jiān)測數(shù)據(jù)的挖掘分析，結(jié)合環(huán)境安全預(yù)警體系，環(huán)境安全預(yù)警系統(tǒng)可以做到對環(huán)境安全事件的預(yù)判，提前干預(yù)減少環(huán)境安全事件的發(fā)生。環(huán)境緊急事件發(fā)生時，環(huán)境應(yīng)急處置系統(tǒng)通過接入的應(yīng)急車輛信息、現(xiàn)場視頻信息，通過污染物的類別溯源與擴(kuò)散模擬分析，實現(xiàn)環(huán)境安全緊急事件的快速有效處置。

（2）移動執(zhí)法系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)合環(huán)境監(jiān)察現(xiàn)場執(zhí)法任務(wù)工作流程與管理規(guī)范，實現(xiàn)基于GIS的執(zhí)法定位、現(xiàn)場執(zhí)法數(shù)據(jù)采集及上傳、信息查詢、現(xiàn)場執(zhí)法、現(xiàn)場監(jiān)察、在線監(jiān)測、視頻監(jiān)控、執(zhí)法地圖、執(zhí)法任務(wù)管理、執(zhí)法統(tǒng)計、標(biāo)注管理、法律法規(guī)、通訊錄、移動辦法、系統(tǒng)設(shè)置等功能，使現(xiàn)場執(zhí)法工作方便、快捷、高效，為指揮協(xié)調(diào)提供一個快速通道。

結(jié)語

“智慧環(huán)?！被谖锫?lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)，在傳統(tǒng)“數(shù)字環(huán)?！钡摹案小焙汀皞鳌钡幕A(chǔ)上，著重加強(qiáng)了“知”和“用”的功能，通過建設(shè)環(huán)保信息化綜合應(yīng)用平臺，開創(chuàng)了環(huán)保應(yīng)用平臺模式，實現(xiàn)業(yè)務(wù)高度整合，節(jié)約了建設(shè)資金、統(tǒng)一了管理標(biāo)準(zhǔn)、實現(xiàn)了業(yè)務(wù)協(xié)同、細(xì)化了管理精度。下一步需要繼續(xù)強(qiáng)化智慧環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)感知層，完善應(yīng)用層功能，探索大數(shù)據(jù)技術(shù)在“智慧環(huán)?！鳖I(lǐng)域的應(yīng)用，提高大眾參與度，全面加強(qiáng)“智慧環(huán)?！钡膽?yīng)用與產(chǎn)業(yè)化。

10.3969/j.issn.101- 8972.2016.12.022