環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊昆

摘 要：實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)管的科學(xué)化、自動(dòng)化、信息化和可視化，是提升決策支持能力，提高現(xiàn)代化環(huán)保工作水平，增強(qiáng)污染監(jiān)管效能的可靠保證，也是解決環(huán)境保護(hù)的根本途徑之一。該文的研究成果為環(huán)境監(jiān)控自動(dòng)化提供了系統(tǒng)的支持，并為環(huán)境管理提供了可靠的信息化途徑。進(jìn)行環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)以自動(dòng)分析儀器為核心，應(yīng)用現(xiàn)代傳感器、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)專業(yè)軟件組成的一套綜合性的自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系，為環(huán)境管理、規(guī)劃和決策提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)控信息。

關(guān)鍵詞：環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控 信息系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（c）-0127-02

近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)的環(huán)境安全問(wèn)題也日益凸顯。信息化技術(shù)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的監(jiān)管支撐作用十分突出，尤其是在治污減排工作中，環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)已然成為重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)。建立一個(gè)高效、快捷、安全的環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)十分必要，使其能為環(huán)境管理部門(mén)準(zhǔn)確掌握污染企業(yè)、大氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)、地表水監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，掌握重點(diǎn)污染企業(yè)主要污染因子的排放總量，并對(duì)企業(yè)的污染治理設(shè)施的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，對(duì)排污費(fèi)的收繳、稽查起到監(jiān)督作用，為決策提供參考。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控信息系統(tǒng)是以自動(dòng)分析儀器為核心，應(yīng)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)的專用分析軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所組成的一套綜合性的自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系，可對(duì)排污單位污染物排放情況和環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)自動(dòng)監(jiān)控，對(duì)具有地理屬性和空間屬性的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析與管理，及時(shí)做出相應(yīng)反饋，為環(huán)境管理、規(guī)劃、決策和研究提供必需而充實(shí)的監(jiān)測(cè)信息。

2 平臺(tái)主要設(shè)計(jì)

2.1 環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控信息化網(wǎng)絡(luò)

基于VPN的網(wǎng)絡(luò)互通互連，安全可靠，系統(tǒng)以B/S結(jié)構(gòu)為主，實(shí)現(xiàn)各種信息的共享和集成，包括廢氣自動(dòng)監(jiān)控、水污染源監(jiān)控、水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控、大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控信息等。

2.2 智能數(shù)據(jù)采集與高可靠性傳輸

數(shù)據(jù)采集儀器能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的數(shù)據(jù)采集，內(nèi)置的多規(guī)約轉(zhuǎn)換的適配器，能夠智能化的處理各種不同的采集規(guī)約，能夠支持各種廠家的自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，支持各種通訊規(guī)約，可以同各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行通訊、控制設(shè)備、采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用一套數(shù)采儀的遠(yuǎn)程參數(shù)配置軟件，該軟件通過(guò)TELNET、FTP，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)向數(shù)采儀發(fā)送設(shè)置參數(shù)的命令，設(shè)置數(shù)采儀的相關(guān)參數(shù)，從而作到支持各種廠家的自動(dòng)設(shè)備和通訊規(guī)約。數(shù)采儀支持多發(fā)功能，向省環(huán)保廳數(shù)據(jù)中心、地市監(jiān)測(cè)站同時(shí)發(fā)送采集數(shù)據(jù)，前置SCADA系統(tǒng)，將數(shù)采儀傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)分析處理后，存儲(chǔ)在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，從系統(tǒng)的底層保證了自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的一致性。

2.3 數(shù)據(jù)采集傳輸體系

保證數(shù)據(jù)一致性，數(shù)據(jù)中心的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，同下級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)站的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)形成了一個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)體系，這些數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異很大，而且來(lái)自不同的廠商，因此保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。為了能夠統(tǒng)一全省環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集傳輸體系，我們開(kāi)發(fā)了一套完整、規(guī)范、統(tǒng)一的環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸、處理、分析軟件。

2.4 開(kāi)發(fā)技術(shù)與環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的無(wú)縫集成

該系統(tǒng)基于三層結(jié)構(gòu)體系，以C#、ASP.NET、DELPHI、C++BUILDER作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，涵蓋了全省環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的所有業(yè)務(wù)，從前端數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理與以及基于WEB的綜合查詢，報(bào)表打印，能夠很好的為環(huán)境監(jiān)測(cè)工作服務(wù)。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)采用了內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)提高查詢性能

系統(tǒng)基于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)約適配器技術(shù)，能夠適應(yīng)不同的通訊規(guī)約，能夠?qū)?shù)采儀傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)分析處理后，存儲(chǔ)在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。采用獨(dú)有的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)（ExtremeDB），使前端的WEB程序，直接從內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，大大提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度。

3.2 據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)能夠很好的支持海量數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)充分注意數(shù)據(jù)庫(kù)的可擴(kuò)展性。在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)遵循由頂向下的原則，在數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)時(shí)要由底向上，逐個(gè)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，從而保證新開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序可以很容易地共享已建立數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。另外也很容易地對(duì)已建立的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展，增加數(shù)據(jù)種類。

根據(jù)該系統(tǒng)有關(guān)的地理數(shù)據(jù)、運(yùn)行管理、污染源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)出一套合理的數(shù)據(jù)庫(kù)體系，使之在冗余度和可操作性等方面有一個(gè)合理的平衡和可擴(kuò)充性。系統(tǒng)通過(guò)建立索引、分區(qū)等技術(shù)，提高海量數(shù)據(jù)的查詢性能。

3.3 分布式開(kāi)放式的系統(tǒng)

良好的擴(kuò)展性和兼容性。系統(tǒng)采用開(kāi)放式和分步式的多層結(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的兼容性功能，可以靈活配置，可大可小，能夠適應(yīng)省市縣三級(jí)環(huán)保局。

4 數(shù)據(jù)內(nèi)容

4.1 環(huán)保自動(dòng)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

內(nèi)容包括污染源水類、污染源煙氣、大氣質(zhì)量、地表水質(zhì)、城市噪聲等五個(gè)大類的100種以上的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)種類，還包括儀表運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備開(kāi)關(guān)量等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)種類，數(shù)據(jù)采樣和存儲(chǔ)間隔頻率高，并可動(dòng)態(tài)設(shè)置，數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期存放。

4.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)其它監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)

包括電源、空調(diào)電流、室溫等監(jiān)控子站的環(huán)境數(shù)據(jù)、自動(dòng)水樣采集器的采集狀態(tài)數(shù)據(jù)以及企業(yè)排污治理設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，可長(zhǎng)期存放，數(shù)據(jù)采樣和存儲(chǔ)間隔設(shè)置合理，可以通過(guò)數(shù)據(jù)交換接口，將有關(guān)設(shè)施的運(yùn)行和管理數(shù)據(jù)引入和轉(zhuǎn)化，存儲(chǔ)到該系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù)庫(kù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)中，按實(shí)際需求還包括水污染源監(jiān)測(cè)站基本信息表、地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息表、入河排污口基本信息表、物理特性項(xiàng)目數(shù)據(jù)表、入河排污口排污量統(tǒng)計(jì)表、污染事件數(shù)據(jù)表、項(xiàng)目評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表、評(píng)價(jià)對(duì)象基本情況表、評(píng)價(jià)對(duì)象與水質(zhì)監(jiān)測(cè)站關(guān)系表、數(shù)據(jù)字典等內(nèi)容，數(shù)據(jù)可以永久存放。系統(tǒng)能夠按照一定編號(hào)存儲(chǔ)水污染源監(jiān)控站（點(diǎn)）水樣采樣口的有關(guān)的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需要增加建設(shè)其他所需的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容。

根據(jù)現(xiàn)有其它監(jiān)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的其它監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)數(shù)據(jù)交換接口，將有關(guān)設(shè)施的運(yùn)行和管理數(shù)據(jù)引入和轉(zhuǎn)化，存儲(chǔ)到該系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù)庫(kù)。

5 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)已經(jīng)應(yīng)用于省、市、縣三級(jí)環(huán)保部門(mén)的環(huán)境執(zhí)法、總量減排、排污收費(fèi)、以獎(jiǎng)代補(bǔ)、環(huán)境統(tǒng)計(jì)等實(shí)際工作中。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于某省各級(jí)環(huán)保部門(mén)的環(huán)境業(yè)務(wù)監(jiān)管中，有效提高了環(huán)境監(jiān)管水平，為地表水環(huán)境監(jiān)管、城市空氣質(zhì)量監(jiān)控、廢水污染源及廢氣污染源監(jiān)控能力的進(jìn)一步增強(qiáng)奠定了有力的技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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