環(huán)境保護(hù)中污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究

陳小軍

(江西省贛州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江西 贛州 341000)

前言

以往環(huán)境保護(hù)中污染源監(jiān)測(cè)多依靠落后的手工檢測(cè)或者二次儀表、傳感器、“黑匣子”等設(shè)備，隨機(jī)性較強(qiáng)，自動(dòng)化程度較低，且無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸，污染源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用率較低，無(wú)法全面、真實(shí)的反映實(shí)際情況?；诖?，利用數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，構(gòu)建通訊可靠、操作便捷、運(yùn)行穩(wěn)定的污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系，充分滿足環(huán)境保護(hù)工作需要，就成為環(huán)境保護(hù)工作的當(dāng)務(wù)之急。

1 環(huán)境保護(hù)中污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)概述

污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是監(jiān)測(cè)水污染物、大氣污染物中主要污染因子的一種技術(shù)，如生化需氧量、氨氮、二氧化硫、煙塵等。污染物自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括污染源在線監(jiān)測(cè)模塊、環(huán)境業(yè)務(wù)協(xié)同模塊(環(huán)境質(zhì)量一源一檔管理子模塊、污染源一廠一檔管理子模塊)、監(jiān)測(cè)中心系統(tǒng)幾個(gè)部分。利用污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)可以對(duì)污染現(xiàn)場(chǎng)端污染因子進(jìn)行在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，掌握污染源排放情況、污染物排放總量，并將所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸至環(huán)境保護(hù)監(jiān)控中心。通過(guò)環(huán)境保護(hù)監(jiān)控中心服務(wù)器，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析、歸檔并傳輸至生態(tài)環(huán)境局，由生態(tài)環(huán)境局對(duì)污染企業(yè)進(jìn)行管理[1]。具體應(yīng)用過(guò)程如圖1：

圖1 污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

2 環(huán)境保護(hù)中污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

環(huán)境保護(hù)中污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)服務(wù)層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)展現(xiàn)層三個(gè)層次。其中數(shù)據(jù)服務(wù)層包括數(shù)據(jù)交換平臺(tái)、中心數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)管理工具、數(shù)據(jù)共享服務(wù)應(yīng)用幾個(gè)部分，通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)層，可以對(duì)污染源系統(tǒng)數(shù)據(jù)(或生態(tài)環(huán)境信息、環(huán)境管理信息等)進(jìn)行收集、匯總；應(yīng)用支撐層主要包括空間服務(wù)引擎、CA認(rèn)證服務(wù)(電子認(rèn)證服務(wù))、統(tǒng)一用戶管理、工作流引擎、電子簽章等一系列成熟組建，可以為全部上層業(yè)務(wù)提供應(yīng)用支撐服務(wù)接口；業(yè)務(wù)展現(xiàn)層包括應(yīng)用門戶、應(yīng)用平臺(tái)兩個(gè)層面，前者主要依據(jù)使用對(duì)象，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行橫向分類，如公眾門、決策門戶、環(huán)境管理門戶、企業(yè)門戶等。而后者則是根據(jù)系統(tǒng)功能差異，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行縱向分類，如污染源監(jiān)測(cè)監(jiān)控可劃分為污染源監(jiān)控、水環(huán)境監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、固廢監(jiān)控、聲環(huán)境監(jiān)測(cè)等。

2.2 硬件配置及組網(wǎng)

硬件配置主要是在各級(jí)污染源監(jiān)控中心，經(jīng)通信傳輸線路，與污染源自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備相連接，對(duì)污染源主要污染因素排放總量的在線、不間斷監(jiān)測(cè)。其中監(jiān)控中心設(shè)備主要由打印機(jī)、中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、通信裝置、UPS電源(不間斷電源)、中心管理計(jì)算機(jī)等設(shè)備組成，同時(shí)可配置大屏幕顯示設(shè)備，實(shí)時(shí)在線顯示污染源監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)態(tài)分布圖、數(shù)據(jù)變化情況；污染源自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備主要包括工控計(jì)算機(jī)(加裝多串口采集卡)、現(xiàn)場(chǎng)控制柜(金屬外殼加工)、穩(wěn)壓電源及工業(yè)級(jí)無(wú)線傳輸MODEM(調(diào)制解調(diào)器)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以配置與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11914-89相符合的COD(化學(xué)需氧量)在線自動(dòng)檢測(cè)儀、污水流量計(jì)、Hmhb-SC型數(shù)據(jù)采集器、煙氣在線監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備。

在環(huán)境保護(hù)中，污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)組網(wǎng)主要利用立體式通訊組網(wǎng)方案，結(jié)合先進(jìn)成熟的INTERENT(互聯(lián)網(wǎng))、GPRS(通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù))、GSM(全球移動(dòng)通訊系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，打造前期配置多種類型通訊終端，將GPRS/CDMA/以太網(wǎng)通訊技術(shù)整合，對(duì)污染源污染因子瞬時(shí)流量、污染物日排放總量、排放濃度及現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。其中GPRS承載對(duì)象為數(shù)據(jù)采集儀、手持式終端—PDA、環(huán)境執(zhí)法專用筆記本電腦、環(huán)境檢測(cè)車，負(fù)責(zé)污染源現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)上傳及遠(yuǎn)程下達(dá)反控命令的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)執(zhí)法、移動(dòng)監(jiān)控；而GSM承載對(duì)象為環(huán)境執(zhí)法專用手機(jī)，可以第一時(shí)間獲取現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信息；Internet承載對(duì)象為生態(tài)環(huán)境局內(nèi)網(wǎng)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器(VPN/ADSL/CDMA1x)、共網(wǎng)計(jì)算機(jī)，用于排污口24小時(shí)視頻監(jiān)控，在控制權(quán)限的同時(shí)，實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)，達(dá)到政務(wù)公開(kāi)、透明執(zhí)法的目的。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以對(duì)GIS地理信息系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)放，對(duì)每一個(gè)被監(jiān)測(cè)污染源點(diǎn)位、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)、基礎(chǔ)信息進(jìn)行標(biāo)注。

2.3 軟件開(kāi)發(fā)

在環(huán)境保護(hù)中污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，監(jiān)測(cè)子站主要通過(guò)TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)協(xié)議，將所采集的污染源數(shù)據(jù)由網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器，隨后由Socket(套接字)程序接受污染源信息并解析數(shù)據(jù)，經(jīng)中心數(shù)據(jù)期匯總、處理，以web(分布式圖形信息)形式呈現(xiàn)。整個(gè)過(guò)程中需要在Windows10旗艦版x64系統(tǒng)，配合visual Studio 2019、SQL Server 2019，采用構(gòu)件化設(shè)計(jì)、分層設(shè)計(jì)的方式，利用標(biāo)準(zhǔn)的Web Service方式，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部架構(gòu)運(yùn)行。同時(shí)采用TCP、UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)協(xié)議，經(jīng)Socket進(jìn)行基于Asp.net MVC4三層架構(gòu)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。同時(shí)借助Java script開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，對(duì)污染源在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)、污染源監(jiān)測(cè)預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)的各項(xiàng)功能代碼進(jìn)行編寫，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。以污染源監(jiān)測(cè)預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)為例，其主要采用B/S架構(gòu)，針對(duì)不同權(quán)限設(shè)置要求，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警；而污染源在線監(jiān)控中心則是從生態(tài)環(huán)境局監(jiān)控中心、企業(yè)監(jiān)測(cè)中心兩個(gè)部分入手，設(shè)置了數(shù)據(jù)互聯(lián)互通共享體系。前者主要經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)全部污染源監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)不同類型信息采集，并在中心計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中存貯。而后者則是利用8路模擬量、數(shù)據(jù)量、開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口及1路遠(yuǎn)程通訊接口，經(jīng)運(yùn)行系統(tǒng)程序，記錄并存儲(chǔ)三個(gè)月以上的污染源數(shù)據(jù)。在通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障后，企業(yè)監(jiān)測(cè)中心可以利用RS232/RS485靈活切換功能，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存，隨后在通信恢復(fù)后進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)不斷點(diǎn)續(xù)傳。

3 環(huán)境保護(hù)中污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

環(huán)境保護(hù)中污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，可以在《環(huán)境保護(hù)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)管理技術(shù)規(guī)范》HJ622-2011、《環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)范》HJ460-2009、《環(huán)境污染源自動(dòng)監(jiān)控信息傳輸、交換技術(shù)規(guī)范》HJ-T352-2007等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議指導(dǎo)下，在環(huán)境應(yīng)急指揮、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中將云技術(shù)、3S技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合，實(shí)時(shí)采集污染源信息，并獲得詳細(xì)的環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的多層次、全面覆蓋[2]。同時(shí)污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)特有的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議控制模式，可以在配置同類設(shè)備后一鍵接入監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)GPRS通訊技術(shù)傳輸，保證污染源監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)在線、永不掉線，為移動(dòng)環(huán)境保護(hù)執(zhí)法提供支持。而通過(guò)利用更加精細(xì)、動(dòng)態(tài)的方式，進(jìn)行環(huán)境保護(hù)，也可以逐步形成感知測(cè)量更透徹、智能應(yīng)用更深入、互聯(lián)互通更平穩(wěn)的智慧環(huán)境保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)體系，為環(huán)境保護(hù)智慧化發(fā)展提供支持。

總結(jié)

綜上所述，污染源監(jiān)測(cè)是環(huán)境保護(hù)中的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作，也是環(huán)境保護(hù)策略制定的主要依據(jù)。近幾年，由于污染源監(jiān)測(cè)水平不高，導(dǎo)致環(huán)境保護(hù)工作措施實(shí)施效果不佳?；诖?，相關(guān)部門人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)的重視，結(jié)合區(qū)域污染情況，引入最先進(jìn)的污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，并將其與新的環(huán)保理論研究成果相結(jié)合，為污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮提供依據(jù)。