面向循環(huán)經(jīng)濟環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的智能管理系統(tǒng)

蔣金明，王 玥，孔 超，楊 程，李 妍

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074）

環(huán)境衛(wèi)生產(chǎn)業(yè)作為城市環(huán)境保護與生態(tài)建設的關(guān)鍵手段，具有公益性與經(jīng)濟性雙重特征，逐漸成為了綠色循環(huán)經(jīng)濟新的增長點［1］。隨著國內(nèi)“節(jié)能減排”政策的不斷推進，環(huán)境衛(wèi)生產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從以廢棄物處置、回收和利用為特征的低層次單一循環(huán)，逐步向區(qū)域化、規(guī)模化自循環(huán)體系的多層次系統(tǒng)化循環(huán)演變［2］。以某循環(huán)經(jīng)濟環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)園區(qū)為研究對象，提出了“現(xiàn)代化、智能化”的園區(qū)一體化智能管控方案，旨在統(tǒng)籌發(fā)展、提升效率、降低能耗，實現(xiàn)“高效、節(jié)能、綠色、智能”的管控目標。主要功能涵蓋城市垃圾分類處置、集中管理和循環(huán)利用。主要環(huán)衛(wèi)處理企業(yè)為生活垃圾焚燒發(fā)電廠、城市污泥處置中心、建筑垃圾處置中心、餐廚垃圾處置中心、醫(yī)療垃圾處置中心和園區(qū)污水處理中心。

1 智能管控系統(tǒng)基本構(gòu)架

智能管理系統(tǒng)以高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡為核心，構(gòu)建面向循環(huán)經(jīng)濟環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的信息融合平臺，統(tǒng)籌規(guī)劃調(diào)度全區(qū)生產(chǎn)管理、能源管理、環(huán)保管理和交通管理，建立以生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，智能能源管理系統(tǒng)、環(huán)保信息管理系統(tǒng)和智能交通管理系統(tǒng)為主體的管控一體化系統(tǒng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

為了保證數(shù)據(jù)高速傳輸與高度共享，提出了園區(qū)綜合信息高速主干網(wǎng)絡，考慮園區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)的實際情況，園區(qū)綜合信息高速主干網(wǎng)絡采用有線-無線混合組網(wǎng)模式：有線網(wǎng)絡為主體，無線網(wǎng)絡作為補充。有線網(wǎng)絡采用光纖主干網(wǎng)絡，協(xié)議為高速工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，通訊速率為100 Mb/s；無線網(wǎng)絡采用移動3G網(wǎng)絡，穩(wěn)定的無線數(shù)據(jù)傳輸方案，尤其適用于本園區(qū)內(nèi)的實際情況。

圖1 智能管控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

在網(wǎng)絡資源劃分上，對于分布相對集中或具有一定分布規(guī)律的傳輸節(jié)點，盡量采用有線光纖環(huán)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸；對于分布較為分散且很難接入光纖環(huán)網(wǎng)的傳輸節(jié)點，采用無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸。此外，對于一些關(guān)鍵性參數(shù)及數(shù)據(jù)量較大的參數(shù)，采用有線光纖環(huán)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。有線/無線的混合組網(wǎng)模式可以在保證數(shù)據(jù)通訊的實時性與可靠性的前提下兼顧經(jīng)濟性與靈活性。

2 智能管控系統(tǒng)功能劃分

2.1 生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)

生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)面向區(qū)內(nèi)各個生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)過程，旨在實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)信息的集中管理，從而實現(xiàn)環(huán)衛(wèi)循環(huán)經(jīng)濟全流程的統(tǒng)籌調(diào)度與協(xié)調(diào)生產(chǎn)，實現(xiàn)全區(qū)“零排放”的生產(chǎn)控制目標。該系統(tǒng)通過與垃圾焚燒發(fā)電廠、醫(yī)療廢棄物處理中心、餐廚垃圾處理中心、城市污泥中心和污水處理廠等園區(qū)企業(yè)的WEB服務器聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)全區(qū)生產(chǎn)過程信息的采集、存儲與處理，使園區(qū)管理人員能夠全面掌握產(chǎn)業(yè)園內(nèi)各個生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)信息與輔助決策信息，充分利用和共享信息資源，提高決策科學性。

該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)發(fā)布模塊組成，其中數(shù)據(jù)采集模塊主要由各個生產(chǎn)企業(yè)的WEB站和高速傳輸網(wǎng)絡組成，其中園區(qū)各個生產(chǎn)企業(yè)的WEB站對各自處置流程的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行處理，而后利用園區(qū)綜合信息高速主干網(wǎng)絡傳輸至生產(chǎn)信息管理中心。數(shù)據(jù)處理模塊主要是由數(shù)據(jù)服務器和性能計算服務器組成，其中數(shù)據(jù)服務器負責完成生產(chǎn)信息的處理與存儲，生成數(shù)據(jù)報表與趨勢報表；性能計算服務器完成生產(chǎn)信息的深度挖掘，對園區(qū)內(nèi)各個生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)流程進行性能計算與效能評價，輸出優(yōu)化調(diào)度方案，從而為管理者提供客觀的決策輔助。

2.2 智能能源管理系統(tǒng)

本方案針對循環(huán)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的能耗特點，設計了基于能源介質(zhì)平衡的能源管理方案，依據(jù)整個園區(qū)能源介質(zhì)管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點與能源耗損、產(chǎn)出特點，解決能源介質(zhì)的生產(chǎn)、回收、消耗的平衡問題［3-4］，提高能源的綜合利用效率。

本套系統(tǒng)可實現(xiàn)能源介質(zhì)運行狀態(tài)監(jiān)測、能耗分項計量和能源管理優(yōu)化功能。智能能源管理系統(tǒng)通過在線智能儀表實時采集園區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)單元的電、水、煤、油、燃氣、蒸汽等能耗數(shù)據(jù)，通過園區(qū)綜合信息高速主干網(wǎng)絡將實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄苣茉垂芾碇行?，管理中心?nèi)的管理工作站將各個現(xiàn)場儀表所采集的能耗信息進行綜合處理與能耗計算，輸出實時準確的能耗數(shù)據(jù)報表，給出給予能耗最優(yōu)的生產(chǎn)調(diào)度方案，統(tǒng)籌各個環(huán)衛(wèi)企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度，實現(xiàn)“節(jié)能降耗，循環(huán)生產(chǎn)”的管理目標。

本套系統(tǒng)由能源在線監(jiān)測模塊和數(shù)據(jù)綜合處理模塊2個關(guān)鍵部分組成。其系統(tǒng)基本架構(gòu)采用類DCS的C/S（Client/Server） 的模式，該模式可實現(xiàn)能源參數(shù)分散檢測和集中管理，同時實現(xiàn)風險分散與優(yōu)勢集中。

1）能源在線監(jiān)測模塊。針對產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)能源介質(zhì)管網(wǎng)錯綜復雜，分布范圍廣，全面維護與管理難度大等問題，本方案設計了基于GIS平臺的在線監(jiān)測方案，其方案的核心在于利用智能測量儀表完成能源介質(zhì)運行狀態(tài)的實時測量和累加計算，而后通過園區(qū)綜合信息高速網(wǎng)絡傳入處于能源管理中心的數(shù)據(jù)服務器上完成數(shù)據(jù)采集，最后與GIS系統(tǒng)融合，實時監(jiān)測電、水、煤氣、蒸汽等關(guān)鍵能源網(wǎng)絡運行情況；實現(xiàn)能源介質(zhì)的實時精細計量，從系統(tǒng)的角度實施能源介質(zhì)的平衡調(diào)度；考核能源實績、控制能源成本，提高能源管理的效果和水平。

2）數(shù)據(jù)綜合處理模塊。數(shù)據(jù)綜合處理模塊主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的存儲、處理和發(fā)布，其硬件組成為實時數(shù)據(jù)服務器、歷史數(shù)據(jù)服務器、防病毒服務器、GIS服務器與計算服務器。本方案中，為了實現(xiàn)能源管理的可視化操作，針對不同的能源介質(zhì)，分設相應的熱電操作員站、供配電操作員站、供氣操作員站、燃氣操作員站和給排水操作員站等。同時為了實現(xiàn)能源信息對外發(fā)布，設置相應的WEB站，使之與互聯(lián)網(wǎng)相連，完成相應能耗指標的外網(wǎng)發(fā)布。

2.3 環(huán)保信息管理系統(tǒng)

環(huán)保信息管理系統(tǒng)通過B/S（Browser/Server）的運行模式構(gòu)建環(huán)保信息發(fā)布平臺，實現(xiàn)園區(qū)內(nèi)環(huán)保信息的實時可視化發(fā)布，提供多模式的數(shù)據(jù)輸出形式，實現(xiàn)環(huán)保數(shù)據(jù)直觀化、友好化。本套系統(tǒng)由基礎數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)和環(huán)保管理系統(tǒng)組成。

1）基礎數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)?；A數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)由各類分析儀表與高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡組成，針對園區(qū)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)特性，其主要涉及儀表包括氣體成分（CO、SO2、NOx、HCl、HF、CO2、O2、Hg等） 分析儀表、水質(zhì)分析儀表（pH、ORP、COD、氨氮等）及其他監(jiān)測儀表。各類環(huán)保參數(shù)由上述分析儀表實時在線監(jiān)測，而后用園區(qū)綜合信息高速主干網(wǎng)絡傳輸至數(shù)據(jù)處理中心。

2）數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)監(jiān)測、圖形監(jiān)測和統(tǒng)計分析3個部分。數(shù)據(jù)監(jiān)測以數(shù)據(jù)報表的方式實時監(jiān)測某個采樣點或某個分析項目的污染物排放值，圖形監(jiān)測以線狀圖的方式監(jiān)測污染物排放值，這2種方式可以相互切換監(jiān)測。當某一分析項目的排放值超過標準值，將會以紅色閃爍報警。統(tǒng)計分析是對某個采樣點或某個分析項目的歷史數(shù)據(jù)進行分析，以統(tǒng)計各種分析項目的超標情況。

3）環(huán)保管理系統(tǒng)。環(huán)保管理系統(tǒng)包括環(huán)保臺賬管理、環(huán)保計劃管理、文件管理、報表生成和報表管理。環(huán)保臺賬、環(huán)保計劃和環(huán)保文件的管理，使環(huán)保的日常工作納入到信息化管理中來。其中報表生成功能，可按報表的要求生成各種上報報表，一鍵完成，完全消除了原來大量繁瑣的工作。報表管理功能列出了所有生成的報表，統(tǒng)一管理。

2.4 智能交通管理系統(tǒng)

智能交通管理系統(tǒng)由若干個相對獨立又互有聯(lián)系的子系統(tǒng)組成。各子系統(tǒng)在GIS平臺上實現(xiàn)統(tǒng)一操作管理。為產(chǎn)業(yè)園區(qū)管理提供智能化、專業(yè)化、多功能一體化的交通服務保障［5］。

1）數(shù)字高清道路綜合自適應監(jiān)控系統(tǒng)。為了實現(xiàn)對產(chǎn)業(yè)園內(nèi)各主要路段及路口的監(jiān)控，本方案采用基于網(wǎng)絡化的數(shù)字攝像頭的監(jiān)控網(wǎng)絡，通過合理的規(guī)劃計算，將監(jiān)控攝像頭科學地分布在園區(qū)內(nèi)各主干道路和關(guān)鍵路口，最大化地平衡監(jiān)控范圍與監(jiān)控成本，同時依托高速光纖環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)園區(qū)道路自適應高清監(jiān)控。

2）交通信號控制系統(tǒng)。交通信號控制是采用有效的負反饋原理和自適應控制算法，根據(jù)埋設在路口的交通流檢測器所采集的交通流信息，實時自動調(diào)整相應的交通信號，以提供最佳的交通流，實現(xiàn)自適應區(qū)域交通信號控制。

3）交通路況檢測系統(tǒng)。交通路況檢測系統(tǒng)是利用檢測線圈、微波等多種檢測方式，全天候自動采集路面、隧道、立交橋等多種路況下的交通流量、流速、占有率等運行數(shù)據(jù)。同時，本系統(tǒng)通過中心平臺與信號燈控制系統(tǒng)互聯(lián)互通。為信號燈控制系統(tǒng)提供底層流量信息，并深層次挖掘、融合以及分析各種流量數(shù)據(jù)，使隧道出入口附近信號燈及周邊路口交通信號在協(xié)調(diào)控制功能方面更加完善。

4）交通信息分析與發(fā)布系統(tǒng)。連續(xù)誘導的交通信息分析與發(fā)布是利用分布在道路的路側(cè)可變情報信息屏，將本園區(qū)實時路況信息以個性化的方式提供給道路交通參與者。即以紅、黃、綠3種顏色分別表示擁堵、緩行和暢通。同時每天發(fā)布交通管制、道路限行、繞行路線等交通服務信息，實現(xiàn)對車輛的全程連續(xù)誘導。

3 結(jié)束語

本智能管理系統(tǒng)全面貫徹現(xiàn)代化、智能化的設計思想，以節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、服務高效為設計目標，分別設計了以生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)、智能能源管理系統(tǒng)、環(huán)保信息管理系統(tǒng)和智能交通管理系統(tǒng)為主體的園區(qū)智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)園自上而下的智能管控一體化，大幅提升產(chǎn)業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)效率，有效保障環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)安全，充分發(fā)揮循環(huán)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的巨大優(yōu)勢，為打造智能、環(huán)保、綠色的循環(huán)經(jīng)濟環(huán)衛(wèi)產(chǎn)業(yè)示范基地提供有力的技術(shù)保障與數(shù)據(jù)支撐。

［1］謝清煥．推進垃圾處理產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)環(huán)衛(wèi)經(jīng)濟循環(huán)［J］．環(huán)境衛(wèi)生工程，2005，13（2）：60-61．

［2］李元寧,王敏，靳俊平，等.關(guān)于我國環(huán)衛(wèi)行業(yè)發(fā)展總體趨勢及主要特征的思考：以中新天津生態(tài)城環(huán)衛(wèi)規(guī)劃系統(tǒng)設計為例［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2009，17（3）：7-11．

［3］羅先喜，苑明哲，徐化巖，等．面向鋼鐵企業(yè)的先進能源管理系統(tǒng)研究新進展［J］．信息與控制，2011，40（6）：819-828．

［4］董奧，平星星，姜亮，等．基于能效監(jiān)測的能源管理優(yōu)化［J］.節(jié)能技術(shù)，2013，31（3）：269-273．

［5］隋亞剛.北京智能交通管理系統(tǒng)研究與應用［J］.道路交通與安全，2007，7（6）：1-7．