基于物聯網的危險廢物處置設施工況監控系統研究

徐 潔，查建寧

（1.江蘇省生態環境監控中心，江蘇南京 210036；2.江蘇省固體有害廢物登記和管理中心，江蘇南京 210036）

0 引言

根據江蘇省生態環境監控系統建設的總體要求，開展危險廢物集中焚燒處置設施在線監控與視頻監控物聯網集成工作，對危險廢物集中焚燒處置設施聯網，實現危險廢物集中焚燒處置設施工況在線監控信息服務調用接口，實現對危險廢物集中焚燒處置設施工況在線監控信息的調用、分析、展示。

1 物聯網在環境保護的應用

隨著“十二五”規劃的出臺，物聯網被上升到國家戰略的高度，成為了全國最炙手可熱的名詞。但同時早在物聯網概念提出之前，環境保護已經是傳感網（物聯網的前身）探索和實踐并大力推進的熱點領域之一。經過了這么多年的發展，物聯網從單純的人力替代，到現在的強化環境執法、提升污染監控效率、促進節能減排等方面都發揮了比較明顯的作用。但同時，與其他物聯網相關應用領域一樣，環保物聯網的應用依然還停留在基礎應用階段，擁有相對廣闊的發展前景。

本文將物聯網應用于危廢處置設施工況監控當中，這一技術將為這項業務的工作模式帶來巨大的變革。從這個角度來講，物聯網對環境管理理念、方法、體制的改革能形成推動力量，從而以技術手段為契機提高我國污染的控制效率和對環境進行更為有效的保護。

2 系統總體架構

本項目的主要內容是實現對危廢處置設施的工況監控和視頻監控，將現場的工況數據和視頻實時發送到監控中心，進行統一的監控和管理分析。

整個系統可分為現場端和監控中心端兩大部分，系統的結構如圖1所示。

現場端位于危廢處置單位現場，由工況過程服務器及多個工況采集單元、視頻監控設備組成，工況采集單元主要負責采集各類控制系統（DCS或PLC系統）和設備中的相關過程參數，并存儲到本單位的工況過程數據服務器中，工況過程服務器負責通過網絡與監控中心的工況接收服務器進行通訊。

視頻監控設備一般由視頻編碼器（視頻服務器）、攝像機、硬盤錄像機等組成，通過網絡與監控中心連接。

中心端主要負責匯總各個現場端的工況數據，并由分析統計平臺對工況數據做分析及統計，最終提供給應用模塊使用及展示。監控中心端主要設備包括工況過程數據庫服務器及WEB應用服務器，并接入目前監控中心既有網絡中。

各類客戶端應用（包括移動應用）通過訪問WEB應用服務器實現對工況數據及視頻圖像的查詢和分析。

3 功能模塊設計

3.1 實時監控

實時監控子系統基于中心工況過程數據庫，通過對全省危險危廢集中焚燒處置設施工況在線監控點及其現場視頻監控點進行有效整合，形成統一整體，實現對危險危廢集中焚燒處置設施運行狀況、監控設備運轉情況、網絡連通情況的實時和視頻監控。實時查詢企業生產的工藝流程圖，圖中顯示當前生產裝置的狀態，信號顯示，生產流向，異常報警。

圖1 總體架構

實時監控子系統的展示方式以組態畫面展示為主，以形象直觀的方式顯示前端采集到的各類實時參數和狀態數據。在本系統中，將提供組態的設置配置工具，滿足各企業在工藝流程、位置布局等方面的差異化需求。利用組態配置工具，首先需要根據工藝處理流程畫出組態背景，然后根據企業各類設施的具體類型和安裝位置，把相應的控件布置到背景，并設置控件的屬性（名稱、報警參數、數據格式等），控件分開關量、數字量和流程線等。

組態完成之后可以先在工具環境中進行測試運行，測試無誤后就可以將組態導出并發布到中控監控系統中，并由公司研發的SilverLight組態運行控件進行仿真。利用組態軟件，根據每個處置單位的處置工藝，建立完備的監控數據顯示界面，各自動監測站點采集到的實時監控數據和設備運行狀態實時在線顯示，可以趨勢曲線等形式實時顯示連續自動采集的數據，可查詢指定的任意時間段的數據，包括當日的實時數據、日數據、月數據和往日歷史數據。

當監測值超過報警閾值時，系統按指定的報警顏色進行顯示。在組態圖上同時顯示系統各監測點各設備運行工作狀態，以綠色表示正常運行，紅色表示故障或停止運行，使管理人員能一目了然地了解每個處置設置的當前運行狀態。

基于采集到的實時數據，根據設定的報警規則，對監測數據和設備運行狀態提供報警監控功能。實時報警分為報警設置、自動報警、報警信息查詢三部分功能。

根據每個參數采集點，設定需要報警的參數名稱、報警類型、報警閾值（報警觸發條件）、報警方式、報警對象等信息。當監控數據超出了預先設定的報警閾值或設備運行狀態出現偏離時，系統自動告警，報警信息可通過郵件、短信等方式向設定的報警對象自動發送，也可通過聲光的方式進行報警。對報警信息按關鍵字進行查詢統計，報警信息包括：報警設施、所屬行政區、所屬企業、報警類別、報警開始時間、結束時間、報警原因等。報警通過信號燈的閃爍區分報警是否為新產生的報警。以診斷數據傳輸是否正常。跟蹤數據傳輸各模塊的運行狀態是否正常，包括數據接收傳輸模塊、數據處理模塊、后臺報警模塊等。

包括實時視頻查看和視頻錄像查看兩個功能：可實時播放現場視頻監控點的視頻圖像，可單窗口播放，也可多窗口同時播放不同監控點的視頻圖像，可對現場攝像設備進行遠程控制，控制云臺和鏡頭的轉動縮放。可按焚燒設施名稱、焚燒時間（點/分/秒、年/月/日）等實現視頻錄像的條件查詢和回放。

3.2 查詢分析

以工況過程數據庫（分析庫）中的數據為主要數據源，以圖表、報表為主要展示方式，對工況數據進行匯總、統計、分析，并對工況數據中的關聯關系進行分析。以數據表格、曲線的方式顯示各類監測統計數據，查詢各參數的小時均值、日均值、月均值、年均值等數據，支持多參數同時查詢顯示。

對指定時間段內處置設施的各類數據進行多種形式的匯總統計，如年度/月度設施停運次數及停運時間統計、焚燒溫度分布情況統計、污染物排放量統計、電力消耗統計等，支持同比、環比等分析，以反映其變化趨勢和規律。

根據設定的規則，對企業工況數據之間的關聯性關系進行分析，調取實時/歷史工況數據，分析這些關聯參數變化是否一致，當比例參數超出正常范圍時，系統將記錄下起始時間，列出可能的原因。根據選定的范圍（類型、區域、規模等條件），對范圍內的多個企業的同類參數進行比較，計算其平均水平及每個企業與平均值的差異程度，便于管理人員發現異常情況。

利用Report Services報表組件，基于中心工況應用數據庫，自動生成各類報表和報告，在系統中實現報表查詢，也可根據設定的規則將生成的報表和報告向指定人員自動發送。

3.3 綜合分析

以工況應用數據庫的數據為主要數據源，結合其它相關業務數據（如污染源自動監控數據、危廢轉移和處置統計數據、建設項目審批數據等），對危廢處置設施的整體狀況作綜合分析，對不同業務系統的數據關聯分析。

以“一廠一檔”的形式，對危廢處置企業的各類信息進行綜合查詢，包括企業基本信息、經營許可證信息、危廢處置分類數量信息、項目審批信息、污染物排放監控信息、日常監管信息等。

將同一危廢處置企業同時段的工況監控數據和污染源自動監控數據進行對比，判斷其是否一致，自動找出超過允許偏差范圍的企業數據，提醒管理人員及時處理。

根據危廢處置臺帳中的危廢類別及處置數量信息，與工況監控數據進行比較，判斷不同類別的危險廢物是否按規定的工藝進行處置、爐溫是否達到規定的焚燒溫度，焚燒時間是否足夠等，系統將自動劃定存在違規嫌疑的企業，由管理人員進行確認。

利用“1831”GIS地理信息系統，提供圖形化展示功能，對在線監控數據進行動態顯示，包括危廢處置單位信息、實時監控數據、報警信息，生成監測數據統計專題圖。

4 結語

本文基于物聯網概念，建立了危廢處置設施工況監控系統，在江蘇省生態環境監控系統（“1831”項目）的統一架構下，實現了對危險廢物集中焚燒處置設施工況在線監控信息的調用、分析、展示。當然物聯網的整體發展還處在雛形階段，怎樣將物聯網技術更深入的與環保工作結合，怎樣使環保工作人員更熟練的掌握全新的系統，怎樣將環保物聯網各個層次的成功經驗普及到更多的地區依然是擺在環保部門面前的難題，建成全覆蓋、全運轉、全應用、可持續的環境監控體系之路任重道遠。

［1］姜書漢.物聯網應用之環境保護［J］.物聯網技術，2011（3）.

［2］尹曉遠，李紅華，楊競佳.物聯網應用之環境保護［C］.中國環境科學學會學術年會論文集，2012（4）.

［3］張巍，馮濤，朱銳.智慧環保物聯網監控應用與系統集成研究［J］.北方環境，2012（5）.