淺析數(shù)字化環(huán)保系統(tǒng)

王蕓博

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

淺析數(shù)字化環(huán)保系統(tǒng)

王蕓博

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

“數(shù)字環(huán)保”介紹了數(shù)字環(huán)保系統(tǒng)的內(nèi)容與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能；數(shù)字環(huán)保體系及一些支撐關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)字環(huán)保是在計算機技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)技術(shù)、自動控制技術(shù)、軟體研發(fā)等技術(shù)基礎(chǔ)上衍生的大型系統(tǒng)工程。它是利用數(shù)字、信息和控制加以創(chuàng)新等技術(shù)手段，來為環(huán)境保護服務(wù)，實現(xiàn)人類的碧水藍(lán)天工程。

數(shù)字化環(huán)保；系統(tǒng)架構(gòu)；軟體平臺；多級聯(lián)網(wǎng)

環(huán)境保護的話題是個越來越重要而永恒的話題，關(guān)系到我們?nèi)祟惻c地球村的生存發(fā)展，環(huán)境和人類社會發(fā)展模式的改變與人和自然的協(xié)調(diào)共處也成為世界關(guān)注的焦點。

一、何為環(huán)保

1.環(huán)保的由來

21世紀(jì)的步入，工業(yè)革命、產(chǎn)業(yè)革命，經(jīng)濟的迅速發(fā)展，全球一體化、經(jīng)濟一體化、全球信息化時代的到來，確忽視了“環(huán)境”的重要性，人類正面臨著一系列的全球性環(huán)境問題，生存環(huán)境的日益惡化已到崩潰的地步，環(huán)境的惡化并嚴(yán)重威脅到了我們正常的工作、學(xué)習(xí)和生活。由此人類進入21世紀(jì)，全球環(huán)保產(chǎn)業(yè)開始進入快速發(fā)展階段，逐漸成為支撐產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益增長的重要力量，正在成為許多國家革新和調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要目標(biāo)和關(guān)鍵。

我國是一個發(fā)展中國家，經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展和人口的高速增長，對環(huán)境的污染物排放量呈逐年上升趨勢，水土流失、水和空氣污染、酸雨、地質(zhì)災(zāi)害頻繁、沙化等環(huán)境問題也日趨嚴(yán)重。經(jīng)濟的高速發(fā)展是否必然要以犧牲環(huán)境為代價，這是世界人們一直都在探索的問題。歐美發(fā)達(dá)國家近十多年的發(fā)展經(jīng)驗表明，將現(xiàn)代高新技術(shù)成果特別是計算機技術(shù)運用于環(huán)境保護領(lǐng)域完全可以做到環(huán)境保護與經(jīng)濟高速發(fā)展的“雙贏”共存。

2.環(huán)保的重要性

經(jīng)過20余年改革開放，中國以嶄新的姿態(tài)展現(xiàn)在世人面前，一個充滿著活力的文明古國又一次青春煥發(fā)了，人民為之振奮，世界為之驚嘆。中國人高擎起物質(zhì)文明和精神文明的偉大旗幟，以前所未有的速度追趕著人類的文明。在高度物質(zhì)文明的現(xiàn)代中國，存在著對環(huán)境的恣意踐踏、破壞，黃河低吟，長江哭泣，中國環(huán)境惡化的趨勢沒有得到根本遏制，人們的生存條件堪憂。

我國的污染已經(jīng)呈現(xiàn)出“復(fù)合型、壓縮型”的特點，發(fā)達(dá)國家在工業(yè)化中后期出現(xiàn)的污染公害已在我國層層上演，以我國目前的經(jīng)濟增長方式面對環(huán)境容量也達(dá)飽和。查閱數(shù)據(jù)表明，未來15年，我國人口將達(dá)到14.6億，到2020年經(jīng)濟總量將再翻兩番，不斷增長的經(jīng)濟規(guī)模和人口，對資源和環(huán)境造成巨大的壓力。按現(xiàn)在的資源消耗和污染控制水平，污染負(fù)荷將增加4～5倍。這個階段特別是“十一五”期間，將是我國環(huán)境與發(fā)展矛盾最為突出的時期。

事實證明環(huán)境污染我們已經(jīng)付出沉重代價，許多大城市肺癌導(dǎo)致的死亡人數(shù)增加了8~10倍。據(jù)研究，空氣污染使慢性呼吸道疾病成為導(dǎo)致死亡的主要疾病，其造成的污染和經(jīng)濟成本約占中國GDP的3%~8%，達(dá)到1280億元，相當(dāng)于廣東和上海GDP的總和。另一個數(shù)據(jù)是，到2020年，中國僅為燃煤污染導(dǎo)致的疾病就將付出3900億美元，占國內(nèi)生產(chǎn)總值的13%。光這一些還不夠，世界各地，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，給人們生活家庭及國家?guī)砹松钪氐臑?zāi)難，環(huán)保事業(yè)也已是刻不容緩了。

二、數(shù)字環(huán)保系統(tǒng)概述

1．?dāng)?shù)字環(huán)保的概念

隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、自動控制技術(shù)、地理信息技術(shù)等飛速發(fā)展，人們正為生存環(huán)境不斷擔(dān)憂而啟動綠色工程的時候，“數(shù)字環(huán)保”就應(yīng)運而生。

數(shù)字化環(huán)保系統(tǒng)，采用了高度的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)空間技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)硬件服務(wù)平臺、自動化控制技術(shù)及儀器儀表的智能化技術(shù)，建設(shè)成“數(shù)字化環(huán)保”管理系統(tǒng)。數(shù)字化環(huán)保真正的概念是上升到做出正確的監(jiān)視監(jiān)控調(diào)度、有效的環(huán)境決策分析，對污染源進行完美的控制與管理，將環(huán)境保護與生產(chǎn)并行，環(huán)境保護決策管理與經(jīng)濟發(fā)展同進。

數(shù)字環(huán)保必須做到污染物的規(guī)范化排放，根據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模、類型、明確排放口的數(shù)量和位置，避免偷排、暗排以及無組織排放等現(xiàn)象。構(gòu)架環(huán)境監(jiān)理信息網(wǎng)，實現(xiàn)點源監(jiān)測、監(jiān)測控制設(shè)備的廣泛接入，達(dá)到環(huán)境監(jiān)理監(jiān)測自動化、信息化，最終以數(shù)字化管理為目的。

2．發(fā)展數(shù)字環(huán)保的優(yōu)越性

時代的變遷，信息的發(fā)展，數(shù)字時代的到來，為我國的環(huán)保實施迎來了歷史的春天，跨世紀(jì)的環(huán)境監(jiān)理管理需要提高科學(xué)含量，數(shù)字環(huán)保系統(tǒng)有助于環(huán)境監(jiān)察管理的科學(xué)化和精細(xì)化。

發(fā)展數(shù)字環(huán)保系統(tǒng)的優(yōu)越性所在：（1）系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，達(dá)到控制環(huán)境污染總量的目的；（2）可以把環(huán)境問題說清楚，說準(zhǔn)確，說及時；（3）可以了解某地區(qū)、某城市的環(huán)境污染總量（即環(huán)境現(xiàn)狀），并且通過統(tǒng)計可以計算出月、年污染速度，再通過環(huán)境容量（環(huán)境自靜能力）的測定，可以為某地區(qū)、某城市的環(huán)境治理力度和強度提供決策依據(jù)；（4）系統(tǒng)的實施降低了企業(yè)的負(fù)擔(dān)（較之于過去），減少了總資源的占用；（5）促進環(huán)境監(jiān)理管理的變革，由傳統(tǒng)方式向信息化方式轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)與國際接軌；（6）達(dá)到約束企業(yè)排污行為的目的，從而降低污染總量；（7）為環(huán)境執(zhí)法提供客觀、準(zhǔn)確的依據(jù)；（8）可以大大減輕各級環(huán)境監(jiān)理部門的勞動強度，提高他們的工作效率；（9）幫助國家環(huán)保總局和地方環(huán)保局建立一條通暢的信息通道，可以真正實現(xiàn)信息的上通下達(dá)；（10）系統(tǒng)的使用可以大大提高環(huán)境監(jiān)理的信息化水平。

三、數(shù)字化環(huán)保系統(tǒng)架構(gòu)

環(huán)保責(zé)任重于泰山，任重而道遠(yuǎn)，信息化、智能化、科學(xué)化、現(xiàn)代化的環(huán)保管理作業(yè)流程應(yīng)用于環(huán)保是高效的，利用高科技手段去管理污染企業(yè)提高管理效率，為“碧水藍(lán)天”，多做貢獻(xiàn)。

數(shù)字環(huán)保的建設(shè)，其主要目的是對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，人民的生存之本做貢獻(xiàn)，依據(jù)了國家環(huán)保部的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，利用計算機信息化技術(shù)、自動控制技術(shù)、無線監(jiān)控監(jiān)測技術(shù)、GIS地理信息系統(tǒng)、GPS地理定位系統(tǒng)、無線PDA、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等等完美結(jié)合，對環(huán)保做出有的放矢管理與控制；為環(huán)境的明天做貢獻(xiàn)。

系統(tǒng)要實現(xiàn)對污染源的實時監(jiān)控，真正實現(xiàn)對環(huán)境的治理，首先要做到污染源自動監(jiān)控、排污申報、數(shù)據(jù)通訊、應(yīng)急預(yù)案、GPS定位、GIS跟蹤系統(tǒng)等一系列配套系統(tǒng)的產(chǎn)生，使污染物規(guī)范化排放，并根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、排污類型明確排放口的數(shù)量和位置，來避免偷排、漏排以及無組織排放等現(xiàn)象。

1.數(shù)字化環(huán)保系統(tǒng)總體架構(gòu)

數(shù)字環(huán)保系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)包括：WEB應(yīng)用技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、安全技術(shù)等。

數(shù)字化環(huán)保系統(tǒng)建設(shè)的總體原則是：加強領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)籌規(guī)劃、分類指導(dǎo)、加快建設(shè)；統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一規(guī)范、整合數(shù)據(jù)、信息共享；分步實施、分層建設(shè)、分級管理。

數(shù)字環(huán)保系統(tǒng)總體上采用模塊化的設(shè)計思想，根據(jù)業(yè)務(wù)范圍和功能的不同，系統(tǒng)可分為環(huán)境中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、環(huán)境核心通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)、總量控制環(huán)境事故應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)、污染源地理信息系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)、公眾監(jiān)督執(zhí)法系統(tǒng)、環(huán)保電子政務(wù)辦公系統(tǒng)、三維環(huán)保系統(tǒng)、環(huán)境信息查詢門戶系統(tǒng)、環(huán)保企業(yè)信息查詢門戶、污染源視頻監(jiān)控系統(tǒng)、GPS管理系統(tǒng)以及環(huán)保信息查詢發(fā)布門戶的龐大的環(huán)境信息系統(tǒng)。

系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)：

2.數(shù)字環(huán)保系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)建設(shè)

(1)反向多級監(jiān)控平臺

數(shù)字環(huán)保系統(tǒng)為了監(jiān)控更為公正，管理更為有效化，推行反向多級監(jiān)管平臺是有必要的，我們打破常規(guī)，反其道而行，從而更有利于環(huán)境的治理工作。

常規(guī)原則：排污企業(yè)→縣環(huán)保→市環(huán)保→省環(huán)保；環(huán)保執(zhí)法對排污企業(yè)管理。

反向模式：排污企業(yè)→省環(huán)保（數(shù)據(jù)的匯聚后進行分發(fā)、并行）→市環(huán)保→縣環(huán)保；環(huán)保執(zhí)法對排污企業(yè)管理。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（監(jiān)控結(jié)構(gòu)）:排污企業(yè)以GPRS/APN→GGSN（移動）→省環(huán)保（數(shù)據(jù)倉儲中心）→專線模式（數(shù)據(jù)分發(fā)）→市縣環(huán)保執(zhí)法平臺。

(2)環(huán)保無線通信系統(tǒng)

環(huán)保無線通信，是環(huán)境保護數(shù)據(jù)的監(jiān)視、監(jiān)測、監(jiān)控的核心，是它完成了環(huán)境一線數(shù)據(jù)的采集、一線管理監(jiān)測與控制的實現(xiàn)。

環(huán)保APN結(jié)構(gòu)有四塊：GPRS/CDMA，數(shù)字監(jiān)測模塊（環(huán)保通信標(biāo)準(zhǔn)）；移動中心網(wǎng)關(guān)（GGSN）數(shù)據(jù)采集匯聚；專線APN（移動中心到環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)控中心）；APN數(shù)字專有通道，支持?jǐn)?shù)據(jù)單中心模式服務(wù)、透明化、專有加密傳輸方式、其結(jié)構(gòu)清晰明了、應(yīng)用便捷合理，對于工業(yè)行業(yè)協(xié)議、總線等數(shù)據(jù)格式與規(guī)范不進行編譯等處理，但數(shù)據(jù)在安全模式中傳輸，對數(shù)據(jù)采集傳輸安全性高，穩(wěn)定性強。

（3）污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)

污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)將自動化控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、儀器儀表、無限通訊等技術(shù)完美結(jié)合。系統(tǒng)運用了在線檢測技術(shù)，自動檢測排污數(shù)據(jù)和診斷環(huán)保設(shè)備的運行情況。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)查詢分析統(tǒng)計、實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)交換接口等功能。

污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)其功能實現(xiàn)：企業(yè)信息管理包括：國控、省控、地方控；排污企業(yè)在線式管理包括監(jiān)測、監(jiān)視、報表系統(tǒng)；排污自動監(jiān)測控制包括：一級告警、二級企業(yè)停電、三級工業(yè)管理、四級處罰等多級自動監(jiān)控管理方式；權(quán)限管理分配包括數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)分發(fā)、門戶方式管理發(fā)布；多級監(jiān)控系統(tǒng)包括：省、市、縣、企，在線式、專線式，發(fā)布監(jiān)控、管理多級系統(tǒng)平臺，統(tǒng)一數(shù)據(jù)倉儲中心（核心數(shù)據(jù)庫）。

（4）環(huán)境監(jiān)控GIS地理信息系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)控地理信息系統(tǒng)是依據(jù)地理信息技術(shù)、三維一體虛擬現(xiàn)實技術(shù)、全球地理定位技術(shù)計算機信息技術(shù)溶為一體，來應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)控管理。

環(huán)境監(jiān)控地理信息系統(tǒng)其功能實現(xiàn)：

GPS全球定位系統(tǒng)包括：企業(yè)基本信息、企業(yè)分布情況、污染源定位系統(tǒng)。

配合氣象臺、對全省天氣污染指數(shù)統(tǒng)計發(fā)布、預(yù)報，為民服務(wù)，提供上級直觀方式查看管理，并做出指示、調(diào)度。

二維地理系統(tǒng)包括：直觀式在線監(jiān)控、環(huán)保執(zhí)法、車輛移動定位、執(zhí)法管理定位等。

三維地理系統(tǒng)包括：污染企業(yè)排污仿真、配合自動監(jiān)控、真實監(jiān)控監(jiān)測等。

（5）總量與排污交易管理系統(tǒng)

根據(jù)區(qū)域環(huán)境容量、排污申報年審數(shù)據(jù)、環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、排污收費數(shù)據(jù)分配區(qū)域污染物排放總量和排污單位的污染物允許排放總量。

總量管理包括：國控、省控、地控等三級企業(yè)的定量、總排污量，對于總量超出的企業(yè)進行管理停產(chǎn)處理，來節(jié)約資源與保護環(huán)境。

排污交易包括：國控、省控、地控等三級企業(yè)的總量、對剩余量的均衡分配，提高企業(yè)效益，同時以補償了效益不穩(wěn)定企業(yè)的虧損。

（6）公共監(jiān)督執(zhí)法系統(tǒng)

企業(yè)公眾監(jiān)督是為了更好地起到監(jiān)督效果加強管理，群眾舉報的自動接報和結(jié)果反饋，記錄受理、調(diào)查、處理、反饋、回訪等處理過程，實現(xiàn)上級環(huán)保部門交辦、匯總、統(tǒng)計、分析等功能。

現(xiàn)場執(zhí)法管理實現(xiàn)對國家重點監(jiān)控排污企業(yè)日常巡檢工作流程全部記錄的存檔、查詢，包括檢查登記、現(xiàn)場筆錄、處理措施等規(guī)范性表格的生成、填報、歸檔等，并實現(xiàn)上級環(huán)保部門的調(diào)閱功能。

（7）決策支持與模擬預(yù)警

決策支持系統(tǒng)負(fù)責(zé)分析在線監(jiān)控數(shù)據(jù)和污染源相關(guān)數(shù)據(jù)，綜合利用環(huán)境數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、空間分析、預(yù)測模擬等技術(shù)手段，完成對原始數(shù)據(jù)的深入分析挖掘。可采用適合的模擬預(yù)測等技術(shù)手段，分析被監(jiān)控污染源對水質(zhì)和空氣質(zhì)量的影響。這些方式可結(jié)合地理信息系統(tǒng)進行空間分析、展現(xiàn)，為污染源管理決策提供信息化支持。

系統(tǒng)能夠針對指定的污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行污染物擴散模擬，可以在穩(wěn)定、瞬時和靜風(fēng)等不同排放和氣象條件下，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)進行大氣污染物的擴散分析和模擬計算。對指定污染源周邊的大氣環(huán)境質(zhì)量進行預(yù)報和預(yù)警，分析污染物排放的最大濃度落地距離，分析周邊的環(huán)境敏感設(shè)施的風(fēng)險級別。

（8）多級別管理、多級聯(lián)網(wǎng)、總核心的數(shù)據(jù)倉儲中心

主要有：多級別管理。包括權(quán)限分配、管理、監(jiān)控、監(jiān)測、預(yù)報警、執(zhí)法；省市縣企：并行在線監(jiān)控管理；區(qū)域性的權(quán)限劃分；不同級別，并行與之相同的管理權(quán)等等。多級聯(lián)網(wǎng)。即每級都的自己的污染源監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)三級或四級聯(lián)網(wǎng)包括：省、市、縣、企，共同監(jiān)控管理污染排放情況與標(biāo)準(zhǔn)。總核心數(shù)據(jù)倉儲。主要是：總數(shù)據(jù)倉儲包括統(tǒng)一管理、監(jiān)控平臺；統(tǒng)一數(shù)據(jù)發(fā)布；統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心；統(tǒng)一傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；提供強大的門戶服務(wù)系統(tǒng)；以省為核心，對下級進行管理監(jiān)控，同時保持資源的高度整合，保護投資的合理情況管理，保護國家資源的高效使用。

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1673-0046（2010）12-0153-02