城市環(huán)境空氣自動監(jiān)測站智能化巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

鄭瑤,婁亞敏 吉宏坤 南淑清

摘要：城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測智能化巡檢系統(tǒng)，是對城市空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站點社會化運維工作進行有效監(jiān)管、記錄的平臺，能實現(xiàn)對人員、工作痕跡及文件管理等多種功能。本文詳細介紹了河南省智能運維巡檢平臺的框架、結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，提供了智能巡檢整體解決方案：“云平臺”+“移動平臺”+“終端應(yīng)用”，實現(xiàn)對站點運維工作的整體管控，為站點的輔助管理提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：環(huán)境空氣;自動監(jiān)測;智能化巡檢

中圖分類號：X84 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）07-0-02

Abstract：Intelligent Inspection system for Automatic monitoring of ambient air quality， as a new kind of system，can achieve effective supervision and recording of operation and maintenance activities for the automatic monitoring station of urban air quality. It can realize many functions such as personnel management， traceability of operation and maintenance activities and document management. This article describes the platform architecture and key technologies in detail， and provides the overall solution which contains the “cloud platform”， “mobile platform” and “terminal application”. The Intelligent Inspection System can provide technical support for the assist management of environmental air monitoring station.

Key words： Ambient air;Intelligent inspection system;Automatic monitoring

2016年1月1日起，《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095-2012）正式在我國實施，標準的實施對空氣自動監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性及運維管理等方面提出了更高的要求，各省為了精準掌握環(huán)境治理成效，層層傳導(dǎo)考核壓力，導(dǎo)致國控、省控等各級空氣自動監(jiān)測站點數(shù)量急速增加。但運維各級環(huán)境監(jiān)測站點所需的人力資源受到編制、財力等條件的約束，并沒有加強。在這種環(huán)境下，就產(chǎn)生了社會化服務(wù)機構(gòu)，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，社會化服務(wù)機構(gòu)不斷壯大，已經(jīng)成為環(huán)境監(jiān)測站點運維的主力軍[1]。而空氣自動監(jiān)測站的運維質(zhì)量受到各方面的影響，如：相關(guān)的技術(shù)規(guī)范、管理制度和質(zhì)量控制措施等，再加上社會化服務(wù)機構(gòu)運維人員的專業(yè)水平參差不齊以及實際投入運維的技術(shù)人員數(shù)量有限，造成運維質(zhì)量難以達標，所以借助計算機技術(shù)來提高環(huán)境空氣自動監(jiān)測點的管理水平勢在必行[2]。

城市環(huán)境空氣自動監(jiān)測站智能化巡檢系統(tǒng)是一個功能強大、齊全的空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，它是以城市空氣自動監(jiān)測站的日常運維管理為基礎(chǔ)進行開發(fā)的，其不僅能夠?qū)崟r并有效的監(jiān)控監(jiān)測站運維人員的巡檢工作，還可以對監(jiān)測站的故障種類和發(fā)生的頻率等情況進行統(tǒng)計和分類，實現(xiàn)了對監(jiān)測站運維工作的規(guī)范化、標準化和高效化管理[3]。在此背景下，本文結(jié)合河南省環(huán)境空氣監(jiān)測站的實際運維管理現(xiàn)狀，采用先進的計算機技術(shù)開發(fā)了基于城市環(huán)境空氣質(zhì)量的實時動態(tài)巡檢平臺，經(jīng)過近一年時間的試運營，結(jié)果表明本平臺不僅能夠提高對監(jiān)測站巡檢工作的管理效率，也為政府環(huán)境管理部門對社會化服務(wù)機構(gòu)進行管理、考核提供了重要的參考依據(jù)[4]。

1 系統(tǒng)設(shè)計目標

系統(tǒng)設(shè)計目標分以下三個方面：一是實現(xiàn)對環(huán)境空氣自動監(jiān)測站的運維管理，包含運維人員對空氣站運維的日常巡檢計劃、巡檢路線、巡檢情況等;二是通過本系統(tǒng)可以很容易的生成各種報表，還可以對報表中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分類，以及分析處理;三是建立非正常運行（校準、停電、電壓波動不穩(wěn)、通訊故障、儀器故障）報告、檢修和數(shù)據(jù)處理程序。通過該系統(tǒng)，可直觀還原巡檢人員的整個巡檢過程，并支撐遠程下發(fā)專項任務(wù)，提升維護工作整體調(diào)度能力，并為管理部門對社會化服務(wù)機構(gòu)考核提供依據(jù)。

2 系統(tǒng)總體方案

根據(jù)需求分析，本系統(tǒng)分為三層。最底層為監(jiān)測層，即在每個監(jiān)測點（空氣自動監(jiān)測站）布設(shè)IC卡作為信息載體，以便于上層對其進行信息采集;中間層為巡檢采集層，本層的主要裝置為手持射頻讀寫器，讀寫器可以讀取監(jiān)測層中監(jiān)測點上的存儲的數(shù)據(jù)，并通過讀寫器中的通訊模塊把采集的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器端;最上層為數(shù)據(jù)管理層，本層的主要功能是接收巡檢采集層發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，并把這些信息存儲到服務(wù)器的相關(guān)數(shù)據(jù)庫中，并通過上位機軟件實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析和處理等操作。本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 智能終端軟件設(shè)計

巡檢采集層軟件采用標準的C語言進行開發(fā)，C語言具有執(zhí)行效率高的特點，為了實現(xiàn)各個模塊間能夠無縫對接，在設(shè)計軟件時采用了模塊化設(shè)計思想，最終達到了高內(nèi)聚、低耦合的目的。巡檢采集層軟件的總體設(shè)計流程如圖2所示。

使用手持射頻讀寫器完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集前，巡檢人員首先要等級自己的身份信息，即進行身份的認證，認證完成后，可以進入到主界面進行操作信息的設(shè)置，待相關(guān)設(shè)置初始化完成后，就可以使用該讀寫器讀取計劃內(nèi)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)信息了。巡檢完成后，點擊“上傳”按鈕，即可把相關(guān)信息傳送到數(shù)據(jù)管理層的數(shù)據(jù)庫中。

手持射頻讀寫器的總體工作流程如圖3所示。在手持射頻讀寫器開機后，系統(tǒng)即可進行自動初始化，包括設(shè)備運行時的一些必要信息的配置，如電源、中斷、數(shù)據(jù)上傳等信息的配置。其中利用中斷程序可以對電源的狀態(tài)進行監(jiān)控，當電源的電量少于某個特定的值時，就會產(chǎn)生一個外部中斷，系統(tǒng)就會跳到中斷程序進行處理，即把電源與系統(tǒng)斷開，停止供電。如果電源正常，則系統(tǒng)進入正常的初始化程序，完成初始化后，要求進行員工認證，即讀取并識別員工的員工卡ID號。如果讀卡不成功，或者不是合法的員工卡，則系統(tǒng)會提示讀卡不成功，并繼續(xù)處于讀卡狀態(tài)。如果讀卡成功，則進入到系統(tǒng)巡檢設(shè)置界面，員工對系統(tǒng)進行設(shè)置后，方可進入監(jiān)測狀態(tài)。正常讀取監(jiān)測點的信息后，系統(tǒng)會自動把員工的員工卡ID號、監(jiān)測點編號等信息發(fā)給系統(tǒng)的通訊模塊，通訊模塊利用把數(shù)據(jù)上傳到具有獨立IP的服務(wù)器。這一過程完成后，系統(tǒng)會繼續(xù)等待員工的下一步操作。

3.2 上位機軟件設(shè)計

系統(tǒng)上位機軟件的作用是接收數(shù)據(jù)，即接收手持射頻讀寫器發(fā)送過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)進行分析處理，然后放入數(shù)據(jù)庫中。

3.2.1 上位機軟件的需求分析

經(jīng)過監(jiān)測站調(diào)研以及系統(tǒng)的功能管理模型，確定了該平臺的上位機軟件的功能如下：

（1）數(shù)據(jù)接收功能，即對能夠接收監(jiān)測終端傳過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)。（2）對接收到的數(shù)據(jù)進行分析，并存儲入庫功能。（3）權(quán)限的設(shè)置和管理功能，以增加系統(tǒng)的安全性。（4）對數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析和顯示功能。（5）易操作，界面友好、美觀大方。

3.2.2 系統(tǒng)功能的結(jié)構(gòu)

在開發(fā)過程中采取了三層C/S結(jié)構(gòu)進行開發(fā)設(shè)計，形成了客戶端的界面層、中間業(yè)務(wù)邏輯層和后臺服務(wù)器層的三層邏輯結(jié)構(gòu)。如圖4所示。

上位機軟件是平臺所有數(shù)據(jù)的管理中心、數(shù)據(jù)支撐中心，不僅能夠完成數(shù)據(jù)的永久性存儲，還能對數(shù)據(jù)進行分析處理、分類操作，以生成數(shù)據(jù)的各種報表。根據(jù)巡檢要求以及軟件的需求分析，確定了上位機軟件的六大功能模塊，其功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

在上位機軟件的主界面中，對于六大功能模塊的每項功能都有相對應(yīng)的按鈕，以便于進行完每項操作后確認完成。其中對于監(jiān)測點的管理功能主要是對監(jiān)測點的添加和刪除功能;可以通過添加巡檢計劃和查詢巡檢計劃來實現(xiàn)對巡檢計劃的管理;可以利用員工管理功能對員工信息進行查詢，對于新入職的員工也可以通過員工管理功能添加新員工;系統(tǒng)的報表管理功能主要是對巡檢數(shù)據(jù)的各種統(tǒng)計功能，并生成相應(yīng)的報表，如按時間，或者按照巡檢點進行報表統(tǒng)計并打印。在整個操作完成后，若無外派員工出勤，則可利用菜單退出系統(tǒng)。

3.3 數(shù)據(jù)庫軟件設(shè)計

本平臺的數(shù)據(jù)庫采用微軟的SQL Server 2008。SQL Server數(shù)據(jù)庫能夠與微軟的.NET框架進行緊密的結(jié)合，幾乎支持所有類型的客戶應(yīng)用程序。根據(jù)對巡檢數(shù)據(jù)的需求可以得到本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫各實體的E-R圖，其中各巡檢實體間的E-R圖如圖6所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)庫的需求分析以及各實體之間的E-R圖，設(shè)計出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫表，包括工作信息表、員工信息表、巡檢計劃表等多個數(shù)據(jù)庫表，其中工作信息表如表1所示。

4 結(jié)論

本文結(jié)合計算機技術(shù)開發(fā)了城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測智能化巡檢系統(tǒng)，通過本系統(tǒng)可以方便、快捷的查詢具體的巡檢情況，還可以對巡檢信息進行分析、統(tǒng)計，并生成相關(guān)報表，該系統(tǒng)不僅能夠提高管理的效率，還為河南省環(huán)境管理部門對社會化服務(wù)機構(gòu)進行管理提供科學依據(jù)，具有顯著的應(yīng)用價值。

參考文獻

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收稿日期：2019-05-22

作者簡介：鄭瑤（1983-），女，工程師，研究方向為環(huán)境自動監(jiān)測。