城市環境空氣自動監測站智能化巡檢系統的設計與應用

鄭瑤,婁亞敏 吉宏坤 南淑清

摘要：城市環境空氣質量監測智能化巡檢系統，是對城市空氣質量自動監測站點社會化運維工作進行有效監管、記錄的平臺，能實現對人員、工作痕跡及文件管理等多種功能。本文詳細介紹了河南省智能運維巡檢平臺的框架、結構及關鍵技術，提供了智能巡檢整體解決方案：“云平臺”+“移動平臺”+“終端應用”，實現對站點運維工作的整體管控，為站點的輔助管理提供技術支撐。

關鍵詞：環境空氣;自動監測;智能化巡檢

中圖分類號：X84 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）07-0-02

Abstract：Intelligent Inspection system for Automatic monitoring of ambient air quality， as a new kind of system，can achieve effective supervision and recording of operation and maintenance activities for the automatic monitoring station of urban air quality. It can realize many functions such as personnel management， traceability of operation and maintenance activities and document management. This article describes the platform architecture and key technologies in detail， and provides the overall solution which contains the “cloud platform”， “mobile platform” and “terminal application”. The Intelligent Inspection System can provide technical support for the assist management of environmental air monitoring station.

Key words： Ambient air;Intelligent inspection system;Automatic monitoring

2016年1月1日起，《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）正式在我國實施，標準的實施對空氣自動監測站監測數據的連續性及運維管理等方面提出了更高的要求，各省為了精準掌握環境治理成效，層層傳導考核壓力，導致國控、省控等各級空氣自動監測站點數量急速增加。但運維各級環境監測站點所需的人力資源受到編制、財力等條件的約束，并沒有加強。在這種環境下，就產生了社會化服務機構，經過近幾年的發展，社會化服務機構不斷壯大，已經成為環境監測站點運維的主力軍[1]。而空氣自動監測站的運維質量受到各方面的影響，如：相關的技術規范、管理制度和質量控制措施等，再加上社會化服務機構運維人員的專業水平參差不齊以及實際投入運維的技術人員數量有限，造成運維質量難以達標，所以借助計算機技術來提高環境空氣自動監測點的管理水平勢在必行[2]。

城市環境空氣自動監測站智能化巡檢系統是一個功能強大、齊全的空氣質量監測網絡，它是以城市空氣自動監測站的日常運維管理為基礎進行開發的，其不僅能夠實時并有效的監控監測站運維人員的巡檢工作，還可以對監測站的故障種類和發生的頻率等情況進行統計和分類，實現了對監測站運維工作的規范化、標準化和高效化管理[3]。在此背景下，本文結合河南省環境空氣監測站的實際運維管理現狀，采用先進的計算機技術開發了基于城市環境空氣質量的實時動態巡檢平臺，經過近一年時間的試運營，結果表明本平臺不僅能夠提高對監測站巡檢工作的管理效率，也為政府環境管理部門對社會化服務機構進行管理、考核提供了重要的參考依據[4]。

1 系統設計目標

系統設計目標分以下三個方面：一是實現對環境空氣自動監測站的運維管理，包含運維人員對空氣站運維的日常巡檢計劃、巡檢路線、巡檢情況等;二是通過本系統可以很容易的生成各種報表，還可以對報表中的數據進行統計、分類，以及分析處理;三是建立非正常運行（校準、停電、電壓波動不穩、通訊故障、儀器故障）報告、檢修和數據處理程序。通過該系統，可直觀還原巡檢人員的整個巡檢過程，并支撐遠程下發專項任務，提升維護工作整體調度能力，并為管理部門對社會化服務機構考核提供依據。

2 系統總體方案

根據需求分析，本系統分為三層。最底層為監測層，即在每個監測點（空氣自動監測站）布設IC卡作為信息載體，以便于上層對其進行信息采集;中間層為巡檢采集層，本層的主要裝置為手持射頻讀寫器，讀寫器可以讀取監測層中監測點上的存儲的數據，并通過讀寫器中的通訊模塊把采集的數據上傳到服務器端;最上層為數據管理層，本層的主要功能是接收巡檢采集層發送的數據信息，并把這些信息存儲到服務器的相關數據庫中，并通過上位機軟件實現了對數據庫中數據的統計、分析和處理等操作。本系統的總體結構圖如圖1所示。

3 系統軟件設計

3.1 智能終端軟件設計

巡檢采集層軟件采用標準的C語言進行開發，C語言具有執行效率高的特點，為了實現各個模塊間能夠無縫對接，在設計軟件時采用了模塊化設計思想，最終達到了高內聚、低耦合的目的。巡檢采集層軟件的總體設計流程如圖2所示。

使用手持射頻讀寫器完成相應的數據采集前，巡檢人員首先要等級自己的身份信息，即進行身份的認證，認證完成后，可以進入到主界面進行操作信息的設置，待相關設置初始化完成后，就可以使用該讀寫器讀取計劃內監測點的數據信息了。巡檢完成后，點擊“上傳”按鈕，即可把相關信息傳送到數據管理層的數據庫中。

手持射頻讀寫器的總體工作流程如圖3所示。在手持射頻讀寫器開機后，系統即可進行自動初始化，包括設備運行時的一些必要信息的配置，如電源、中斷、數據上傳等信息的配置。其中利用中斷程序可以對電源的狀態進行監控，當電源的電量少于某個特定的值時，就會產生一個外部中斷，系統就會跳到中斷程序進行處理，即把電源與系統斷開，停止供電。如果電源正常，則系統進入正常的初始化程序，完成初始化后，要求進行員工認證，即讀取并識別員工的員工卡ID號。如果讀卡不成功，或者不是合法的員工卡，則系統會提示讀卡不成功，并繼續處于讀卡狀態。如果讀卡成功，則進入到系統巡檢設置界面，員工對系統進行設置后，方可進入監測狀態。正常讀取監測點的信息后，系統會自動把員工的員工卡ID號、監測點編號等信息發給系統的通訊模塊，通訊模塊利用把數據上傳到具有獨立IP的服務器。這一過程完成后，系統會繼續等待員工的下一步操作。

3.2 上位機軟件設計

系統上位機軟件的作用是接收數據，即接收手持射頻讀寫器發送過來的監測數據，并將該數據進行分析處理，然后放入數據庫中。

3.2.1 上位機軟件的需求分析

經過監測站調研以及系統的功能管理模型，確定了該平臺的上位機軟件的功能如下：

（1）數據接收功能，即對能夠接收監測終端傳過來的監測數據。（2）對接收到的數據進行分析，并存儲入庫功能。（3）權限的設置和管理功能，以增加系統的安全性。（4）對數據庫中存儲的數據進行統計、分析和顯示功能。（5）易操作，界面友好、美觀大方。

3.2.2 系統功能的結構

在開發過程中采取了三層C/S結構進行開發設計，形成了客戶端的界面層、中間業務邏輯層和后臺服務器層的三層邏輯結構。如圖4所示。

上位機軟件是平臺所有數據的管理中心、數據支撐中心，不僅能夠完成數據的永久性存儲，還能對數據進行分析處理、分類操作，以生成數據的各種報表。根據巡檢要求以及軟件的需求分析，確定了上位機軟件的六大功能模塊，其功能模塊結構圖如圖5所示。

在上位機軟件的主界面中，對于六大功能模塊的每項功能都有相對應的按鈕，以便于進行完每項操作后確認完成。其中對于監測點的管理功能主要是對監測點的添加和刪除功能;可以通過添加巡檢計劃和查詢巡檢計劃來實現對巡檢計劃的管理;可以利用員工管理功能對員工信息進行查詢，對于新入職的員工也可以通過員工管理功能添加新員工;系統的報表管理功能主要是對巡檢數據的各種統計功能，并生成相應的報表，如按時間，或者按照巡檢點進行報表統計并打印。在整個操作完成后，若無外派員工出勤，則可利用菜單退出系統。

3.3 數據庫軟件設計

本平臺的數據庫采用微軟的SQL Server 2008。SQL Server數據庫能夠與微軟的.NET框架進行緊密的結合，幾乎支持所有類型的客戶應用程序。根據對巡檢數據的需求可以得到本系統數據庫各實體的E-R圖，其中各巡檢實體間的E-R圖如圖6所示。

根據數據庫的需求分析以及各實體之間的E-R圖，設計出系統的數據庫表，包括工作信息表、員工信息表、巡檢計劃表等多個數據庫表，其中工作信息表如表1所示。

4 結論

本文結合計算機技術開發了城市環境空氣質量監測智能化巡檢系統，通過本系統可以方便、快捷的查詢具體的巡檢情況，還可以對巡檢信息進行分析、統計，并生成相關報表，該系統不僅能夠提高管理的效率，還為河南省環境管理部門對社會化服務機構進行管理提供科學依據，具有顯著的應用價值。

參考文獻

[1]王強，鐘琪，遲穎，張楊，楊凱.中國環境空氣質量監測現狀與發展[J].中國環境監測，2004，20（6）：9-10.

[2]解淑艷，杜麗，張欣，李鋼.建立環境空氣監測點位系統化管理模式的幾點建議[J].環境保護，2014，13（14）：52-54.

[3]李娟，王湜.環境空氣自動監測站社會化運維量化評估體系研究[J].環境監測管理與技術，2015，27（5）：1-3.

[4]邢夢林，張軍，王瀟磊，鄭瑤，李明.河南省環境空氣自動監控系統設計與研究[J].環境科學與管理，2013，38（11）：111-116.

[5]李娟，王湜.環境空氣自動監測質量管理框架體系研究[J].環境監控與預警，2016，8（1）：72-75.

收稿日期：2019-05-22

作者簡介：鄭瑤（1983-），女，工程師，研究方向為環境自動監測。