環境自動監控系統設計與實現

楊昆

摘 要：實現環境監管的科學化、自動化、信息化和可視化，是提升決策支持能力，提高現代化環保工作水平，增強污染監管效能的可靠保證，也是解決環境保護的根本途徑之一。該文的研究成果為環境監控自動化提供了系統的支持，并為環境管理提供了可靠的信息化途徑。進行環境自動監控系統的設計與實現，該系統以自動分析儀器為核心，應用現代傳感器、自動測量、自動控制、計算機技術和相關專業軟件組成的一套綜合性的自動監測體系，為環境管理、規劃和決策提供實時、準確的監控信息。

關鍵詞：環境自動監控 信息系統 數據采集 設計開發

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0127-02

近年來，隨著我國工業化和城市化進程的加快，我國的環境安全問題也日益凸顯。信息化技術對環境問題的監管支撐作用十分突出，尤其是在治污減排工作中，環境自動監控系統建設已然成為重點建設任務。建立一個高效、快捷、安全的環境自動監測網絡十分必要，使其能為環境管理部門準確掌握污染企業、大氣監測點、地表水監測點以及其他監測點的實時數據，掌握重點污染企業主要污染因子的排放總量，并對企業的污染治理設施的運行狀況進行實時監督，對排污費的收繳、稽查起到監督作用，為決策提供參考。

1 總體結構設計

環境自動監控信息系統是以自動分析儀器為核心，應用現代傳感器技術、自動測量技術、自動控制技術、計算機技術和相關的專用分析軟件和網絡技術所組成的一套綜合性的自動監測體系，可對排污單位污染物排放情況和環境質量狀況進行實時、連續自動監控，對具有地理屬性和空間屬性的數據信息進行綜合分析與管理，及時做出相應反饋，為環境管理、規劃、決策和研究提供必需而充實的監測信息。

2 平臺主要設計

2.1 環境自動監測監控信息化網絡

基于VPN的網絡互通互連，安全可靠，系統以B/S結構為主，實現各種信息的共享和集成，包括廢氣自動監控、水污染源監控、水環境質量監控、大氣環境質量監控信息等。

2.2 智能數據采集與高可靠性傳輸

數據采集儀器能夠實現智能化的數據采集，內置的多規約轉換的適配器，能夠智能化的處理各種不同的采集規約，能夠支持各種廠家的自動監測設備，支持各種通訊規約，可以同各監測站點的自動監測設備進行通訊、控制設備、采集監測數據。系統采用一套數采儀的遠程參數配置軟件，該軟件通過TELNET、FTP，TCP/IP網絡向數采儀發送設置參數的命令，設置數采儀的相關參數，從而作到支持各種廠家的自動設備和通訊規約。數采儀支持多發功能，向省環保廳數據中心、地市監測站同時發送采集數據，前置SCADA系統，將數采儀傳輸過來的數據分析處理后，存儲在內存數據庫和網絡數據庫當中，從系統的底層保證了自動監測數據的一致性。

2.3 數據采集傳輸體系

保證數據一致性，數據中心的自動監測數據庫，同下級環境監測站的自動監測數據庫形成了一個自動監測系統的分布式數據庫體系，這些數據庫數據結構差異很大，而且來自不同的廠商，因此保持數據的一致性是一個復雜的問題。為了能夠統一全省環境自動監測數據數據采集傳輸體系，我們開發了一套完整、規范、統一的環境自動監測數據傳輸、處理、分析軟件。

2.4 開發技術與環境自動監測業務的無縫集成

該系統基于三層結構體系，以C#、ASP.NET、DELPHI、C++BUILDER作為開發平臺，涵蓋了全省環境自動監測系統的所有業務，從前端數據采集傳輸到后臺數據存儲、數據處理與以及基于WEB的綜合查詢，報表打印，能夠很好的為環境監測工作服務。

3 數據庫設計

3.1 系統采用了內存數據庫提高查詢性能

系統基于內存數據庫和規約適配器技術，能夠適應不同的通訊規約，能夠將數采儀傳輸過來的數據分析處理后，存儲在內存數據庫和關系數據庫當中。采用獨有的內存數據庫技術（ExtremeDB），使前端的WEB程序，直接從內存數據庫中讀寫數據，大大提高數據訪問速度。

3.2 據庫設計能夠很好的支持海量數據

數據庫設計時充分注意數據庫的可擴展性。在數據庫設計時遵循由頂向下的原則，在數據庫實現時要由底向上，逐個開發實現，從而保證新開發的應用程序可以很容易地共享已建立數據庫中的數據。另外也很容易地對已建立的數據庫進行擴展，增加數據種類。

根據該系統有關的地理數據、運行管理、污染源監測數據等數據的要求，我們設計出一套合理的數據庫體系，使之在冗余度和可操作性等方面有一個合理的平衡和可擴充性。系統通過建立索引、分區等技術，提高海量數據的查詢性能。

3.3 分布式開放式的系統

良好的擴展性和兼容性。系統采用開放式和分步式的多層結構，有很強的兼容性功能，可以靈活配置，可大可小，能夠適應省市縣三級環保局。

4 數據內容

4.1 環保自動監測基礎數據

內容包括污染源水類、污染源煙氣、大氣質量、地表水質、城市噪聲等五個大類的100種以上的監測數據種類，還包括儀表運行狀態、設備開關量等監測數據種類，數據采樣和存儲間隔頻率高，并可動態設置，數據可長期存放。

4.2 系統數據庫其它監測的數據

包括電源、空調電流、室溫等監控子站的環境數據、自動水樣采集器的采集狀態數據以及企業排污治理設施運行狀態數據，可長期存放，數據采樣和存儲間隔設置合理，可以通過數據交換接口，將有關設施的運行和管理數據引入和轉化，存儲到該系統的管理數據庫。在數據庫中，按實際需求還包括水污染源監測站基本信息表、地表水水質監測點信息表、入河排污口基本信息表、物理特性項目數據表、入河排污口排污量統計表、污染事件數據表、項目評價標準表、評價對象基本情況表、評價對象與水質監測站關系表、數據字典等內容，數據可以永久存放。系統能夠按照一定編號存儲水污染源監控站（點）水樣采樣口的有關的靜態圖像數據，并可根據需要增加建設其他所需的數據庫內容。

根據現有其它監測運行數據和數據庫的特點，設計該系統的其它監測數據庫。通過數據交換接口，將有關設施的運行和管理數據引入和轉化，存儲到該系統的管理數據庫。

5 結語

系統產生的數據已經應用于省、市、縣三級環保部門的環境執法、總量減排、排污收費、以獎代補、環境統計等實際工作中。該系統廣泛應用于某省各級環保部門的環境業務監管中，有效提高了環境監管水平，為地表水環境監管、城市空氣質量監控、廢水污染源及廢氣污染源監控能力的進一步增強奠定了有力的技術基礎。

參考文獻

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