基于三維地圖的石化環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

刁俊武，陳明康

（中國海油信息科技有限公司智能制造（惠州）分公司，廣東惠州516086）

石化企業(yè)廢水和煙氣排放的指標(biāo)和總量直接和企業(yè)的生產(chǎn)負荷、工藝水平、維護管理完善程度等因素相關(guān)［1.2］。隨著國家對環(huán)保管控力度加強，各級政府環(huán)保平臺先后上線，石化行業(yè)也開發(fā)了自己的生產(chǎn)信息化管理平臺，隨著環(huán)保工作體系化系統(tǒng)化的發(fā)展，逐步顯現(xiàn)出環(huán)保信息分散、管控不集中等問題，成為了限制環(huán)保管理提升的瓶頸。

為貫徹新《環(huán)保法》，落實國務(wù)院《關(guān)于落實科學(xué)發(fā)展觀加強環(huán)境保護工作的決定》，石化行業(yè)需要開展環(huán)保監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)［3］，建立環(huán)境保護信息化標(biāo)準(zhǔn)體系，滿足環(huán)保信息化的新標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 建設(shè)方案

基于三維地圖［4］的石化行業(yè)環(huán)保監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)按照工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)［5］進行設(shè)計，并在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的統(tǒng)一發(fā)布環(huán)境部署。三維地圖引擎集成在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中，形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的通用組件。環(huán)保監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)將基于環(huán)保專屬數(shù)據(jù)庫、環(huán)保三維地圖引擎、報表、接口等組件，形成應(yīng)用集合。

環(huán)保監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容為：環(huán)保專屬數(shù)據(jù)庫、環(huán)保地圖、環(huán)保報表、廢固排放計劃管理、廢水監(jiān)測管理、廢氣監(jiān)測管理、應(yīng)急管理。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

基于三維地圖的石化行業(yè)環(huán)保監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是按照工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，在邊緣層接入DCS、LIMS、PHD、監(jiān)控視頻信號；在IaaS配置服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲資源；在PaaS層集成地圖引擎通用組件、地圖服務(wù)通用組件、數(shù)據(jù)采集微服務(wù)；在SaaS層開發(fā)環(huán)保報表、廢固排放計劃管理、廢水監(jiān)測管理、廢氣監(jiān)測管理、應(yīng)急管理功能。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1 環(huán)保專屬數(shù)據(jù)庫

環(huán)保專屬數(shù)據(jù)庫搭建在平臺數(shù)據(jù)庫集群中，通過微服務(wù)等方式實現(xiàn)與DCS、LIMS、PHD及在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和自動生成，滿足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求，系統(tǒng)提供環(huán)保數(shù)據(jù)的查詢與修改功能。

3.2 環(huán)保地圖

三維地圖引擎集成在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中，環(huán)保地圖實現(xiàn)3級覆蓋，1級為總貌圖，展示總體環(huán)保運行狀態(tài)，包含各個國控重點污染源排放情況以及天氣、環(huán)境質(zhì)量等；2級為各裝置環(huán)保情況，包含該裝置水、氣、聲、渣的排放及異味管控情況等，為各裝置環(huán)保管理提供支持；3級為環(huán)保裝置相關(guān)工藝參數(shù)及運行狀態(tài)等。

環(huán)保地圖實現(xiàn)設(shè)備資源日常管理、攝像機管理、環(huán)保相關(guān)裝置信息、設(shè)備目錄管理、設(shè)備快速定位和數(shù)據(jù)監(jiān)測、生產(chǎn)裝置環(huán)保日常監(jiān)測、環(huán)保超標(biāo)告警、告警設(shè)備定位、關(guān)聯(lián)視頻查看。

設(shè)備資源日常管理：對資產(chǎn)設(shè)備進行可視化管理，實現(xiàn)資產(chǎn)設(shè)備在三維場景中的定位、信息查詢、統(tǒng)計分析等功能。如儲罐的具體位置、儲存材料類型、儲存容量等信息展示。

攝像機管理：對攝像機信息進行可視化管理，包括攝像機名稱點位、監(jiān)控區(qū)域等信息，實現(xiàn)資產(chǎn)設(shè)備在三維場景中可以直接查詢信息功能。

環(huán)保相關(guān)裝置信息：對企業(yè)內(nèi)與環(huán)保相關(guān)的安全生產(chǎn)裝置信息進行可視化管理，包括生產(chǎn)介質(zhì)、生產(chǎn)規(guī)模等信息、實現(xiàn)資產(chǎn)設(shè)備在三維場景中可以直接查詢信息功能。

設(shè)備目錄管理：針對攝像機、安全生產(chǎn)裝置等不同類型的設(shè)備，支持設(shè)備目錄管理，在整體三維界面的左側(cè)，展示設(shè)備目錄管理列表，系統(tǒng)支持按管理區(qū)域、設(shè)備類型進行分類目錄管理。

設(shè)備快速定位和數(shù)據(jù)監(jiān)測：監(jiān)控人員在日常監(jiān)測工作中，可通過對攝像機、生產(chǎn)裝置等設(shè)備直行搜索或在設(shè)備列表中選擇，則三維地圖可即時聯(lián)動，在三維地圖中定位到設(shè)備的具體位置；并通過設(shè)備的具體標(biāo)簽，可對設(shè)備實時環(huán)保數(shù)據(jù)或視頻圖像的信息查閱，實現(xiàn)對關(guān)注設(shè)備的快速監(jiān)測。

生產(chǎn)裝置環(huán)保日常監(jiān)測：對環(huán)保關(guān)注的固控源、空氣監(jiān)測站、異味管控監(jiān)測站、廢氣、移動監(jiān)測等各類環(huán)保監(jiān)測站進行可視化呈現(xiàn)和直接信息查詢?？砂礃I(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)進行劃分，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的獨立圖層展示。

環(huán)保超標(biāo)告警：當(dāng)裝置環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)超標(biāo)發(fā)生告警后，系統(tǒng)以彈出框在系統(tǒng)中提示，并觸發(fā)郵件報警。

告警設(shè)備定位：系統(tǒng)接收告警信息，在彈出告警窗口中點擊“定位”，根據(jù)告警設(shè)備ID，系統(tǒng)自動定位至三維模型上對應(yīng)報警設(shè)備圖標(biāo)位置。

關(guān)聯(lián)視頻查看：根據(jù)告警設(shè)備關(guān)聯(lián)的視頻監(jiān)控設(shè)備，可調(diào)取對應(yīng)的視頻畫面進行查看。

3.3 環(huán)保報表

實現(xiàn)各類報表自動生成，提高工作效率。報表集成到環(huán)保監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中。

小時均值報表數(shù)據(jù)來自DCS，提供按日、月、季、年的呈現(xiàn)方式，報表底部呈現(xiàn)最大值、最小值、平均值、累計值，日、月、季、年的均值均采用小時均值進行計算。

污染物參數(shù)報表，數(shù)據(jù)來自DCS、lims、第3方檢測報告，污染物參數(shù)報表中的限值以排污許可證為準(zhǔn)，對超限值標(biāo)紅。

環(huán)保管理臺賬，采用報表的方式，報表數(shù)據(jù)來自DCS、LIMS、人工填表。

3.4 固廢排放計劃管理

實現(xiàn)固廢排放計劃管理，提高管理水平。功能包含：運行部年度計劃、運行部月度計劃、運行部環(huán)評量維護、實際排放量錄入、地圖報表展示。

運行部月度計劃：運行部每月在指定時間內(nèi)提前提報固廢排放計劃；運行部需把上月的收運記錄錄入。

運行部年度計劃：運行部每年在指定時間內(nèi)提前提報固廢排放計劃，如果年度計劃超出環(huán)評量，則提示操作者；運行部需要把上1年的收運記錄錄入。

運行部環(huán)評量維護：用于維護各運行部的環(huán)評量，各運行部提的年度計劃不能超各運行部的環(huán)評量，僅環(huán)保部有權(quán)限。

實際排放量錄入：業(yè)務(wù)人員線下核對完成后，將各運行部每月實際排放的固廢數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)。

地圖報表展示：在地圖上將各運行部固廢排放點標(biāo)記出來，點擊排放點展示報表，報表展示環(huán)評量、年度計劃量、月度計劃量（顯示當(dāng)月）、當(dāng)月實際排放量、累計量（年度）和排放比例（累計量/年度計劃量）。

3.5 廢水監(jiān)測管理

廢水監(jiān)測管理功能包含：環(huán)保地圖展示、外排點廢水監(jiān)測、污水提升泵站監(jiān)測、污水流向展示、廢水統(tǒng)計分析、預(yù)警管理。

環(huán)保地圖展示：廢水的排放點在地圖上標(biāo)記，點擊彈窗，彈窗信息包括附近攝像機列表、排放點設(shè)備開關(guān)狀態(tài)、廢水信息（如總量、濃度、液位等）。彈窗中加附近攝像機列表，點擊可查看監(jiān)控視頻。

外排點廢水監(jiān)測：支持查詢2個廢水外排點的化驗信息。

污水提升泵站監(jiān)測：實時監(jiān)測污水提升泵站的數(shù)據(jù)，包括泵的開停狀態(tài)、液位、流量、壓力。

污水流向展示：以圖層疊加的方式在環(huán)保地圖展示污水流向。

廢水統(tǒng)計分析：統(tǒng)計、分析廢水的超標(biāo)情況。

預(yù)警管理：與手持機后臺系統(tǒng)做接口，在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)不合規(guī)情況時，可用手持機拍攝，填寫相關(guān)信息后，將照片和信息通過手持機后臺用接口發(fā)送至環(huán)保監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)進行記錄，并發(fā)送郵件通知運行部，運行部需登錄系統(tǒng)進行整改。

3.6 廢氣監(jiān)測管理

廢氣監(jiān)測管理功能包含：廢氣排放分析、環(huán)保設(shè)備監(jiān)控、LDAR報表查看。

廢氣排放分析：獲取lIMS上的廢氣數(shù)據(jù)，每月匯總成報表，含最大值、最小值、平均值，將報表數(shù)據(jù)做成折線圖、散點圖等圖表。

環(huán)保設(shè)備監(jiān)控：獲取環(huán)保設(shè)備的開停狀態(tài)、流量等信息。

LDAR報表查看：集成LDAR系統(tǒng)中的圖表。

3.7 應(yīng)急管理

實現(xiàn)應(yīng)急管理。功能包含：隱患系統(tǒng)數(shù)據(jù)查看、環(huán)境風(fēng)險評估報告管理、天氣查看、監(jiān)測儀表查看。

隱患系統(tǒng)數(shù)據(jù)查看：以鏈接的形式接入隱患系統(tǒng)，支持查看系統(tǒng)列表和數(shù)據(jù)。

環(huán)境風(fēng)險評估報告管理：以文件管理的方式呈現(xiàn)，提供上傳下載功能。

天氣查看：獲取自建的氣象站的氣象數(shù)據(jù)，并集成在環(huán)保地圖上。

監(jiān)測儀表查看：以表單的形式展示重點監(jiān)測儀表，具備增、刪、改、查功能。

4 接口集成

4.1 與地圖模塊的數(shù)據(jù)集成接口

地圖模塊通過調(diào)用該接口，從環(huán)保數(shù)據(jù)庫獲取地圖模塊需要展示的環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)。接口方式類型為REST接口，提交方式為HTTP+POST。調(diào)用時，把環(huán)保數(shù)據(jù)庫查詢方法封裝成REST API，以微服務(wù)的方式部署在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。地圖模塊把請求參數(shù)打包成json報文，通過POST請求從該微服務(wù)接口獲取到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

4.2 與LIMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成接口

廢水監(jiān)測、廢氣監(jiān)測、環(huán)保數(shù)據(jù)管理模塊通過調(diào)用該接口，從LIMS獲取需要展示的環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)。接口方式類型為REST接口，提交方式為HTTP+POST。調(diào)用時，拼接URL、QueryParams，通過POST請求獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，或者調(diào)用Spring Boot框架的Rest Template方法獲取。

4.3 與PHD實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)集成接口

廢水監(jiān)測、廢氣監(jiān)測、環(huán)保數(shù)據(jù)管理模塊通過調(diào)用該接口，從PHD獲取需要展示的環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)。接口方式類型為REST接口，提交方式為HTTP+POST。調(diào)用時，拼接URL、QueryParams，通過POST請求獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，或者調(diào)用Spring Boot框架的Rest Template方法獲取。

5 結(jié)束語

信息技術(shù)在環(huán)保管理方面的應(yīng)用有助于企業(yè)創(chuàng)新環(huán)保管理模式，提高環(huán)保管理水平?；谌S地圖的石化行業(yè)環(huán)保監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)上，以三維地圖為核心，以環(huán)保數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過三維地圖直觀監(jiān)控全廠環(huán)保運行實時狀態(tài)，以“桌面管理”促進現(xiàn)場管理；實現(xiàn)環(huán)保報表自動生成，提升工作效率；實現(xiàn)與多個環(huán)保信息平臺的網(wǎng)絡(luò)互通、數(shù)據(jù)共享，滿足企業(yè)項目環(huán)評需求及對外環(huán)保信息公示需求。基于三維地圖的石化行業(yè)環(huán)保監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)成功在石化企業(yè)應(yīng)用，實現(xiàn)石化企業(yè)環(huán)保管理信息化、集中化、系統(tǒng)化、可視化，顯著提升石化企業(yè)智能制造水平。