煙臺市入海排污口智慧監管平臺的建設與應用

陳大煒，孫 偉，夏 亮

(煙臺市大數據中心，山東 煙臺 264003)

0 引言

煙臺市是一座沿海城市，前期對于入海排污口整治工作進行了大量探索，積累了一定的工作經驗和數據基礎。不過在實際治理過程中仍然存在一定問題，如排污口定位不準確、缺少污水排放溯源體系、無法預測預警只能被動治理等，且現有數據孤立分散在各個系統中，存在“數據孤島”現象[1]，無法借助大數據技術[2]進行預測和分析，制約了入海排污口整治工作的快速開展。因此急需建立一套覆蓋排污口全流域的智慧監管平臺，形成管理監測機制，全方位提升政府在入海排污口方面的服務監管水平，持續改善海水質量，提升市民滿意度。

本文提出了利用云計算[3]、物聯網、大數據等先進技術手段，整合已建設視頻監控系統和水質在線監控系統的數據資源，實現煙臺市入海排污口排查、監測、溯源、整治、保護、督導等工作的信息化、智能化、可視化，提升環境監測能力、企業監管能力、公眾服務能力、分析決策能力，為持續改善海洋生態環境提供全方位的數據支撐。

1 需求分析

借助先進技術手段，建立一套基于大數據的入海排污口綜合管理平臺，建立數字監管體系。在排查、監測、溯源、治理、保護等方面，提高信息化、智能化監管水平，為煙臺市海洋生態環境改善提供長期、全方位的數字化支撐。需求主要有以下四點：

1.1 開展入海排污口監測和溯源

根據生態環境部要求，煙臺市需要開展入海排污口監測、溯源工作，針對排放量大、污染嚴重、水質較差、群眾反響強烈的排污口，提出“一口一策”整改建議。煙臺市當前排污口數量大、范圍廣、涉及縣市區多，多個數據處于相互割裂的階段，需要利用大數據分析技術，整合相關數據資源，開發溯源分析、智能預警、排污趨勢等算法模型，開展監測和溯源工作。

1.2 系統推進入海排污口整治

整治是排污口治理工作的重中之重。入海排污口整治與城市基礎設施建設、黑臭水體治理、水體達標行動等工作緊密相關。平臺需要根據全市污水管網、污水處理設施運行情況、雨污分流改造情況、沿海地區工廠化養殖和池塘養殖狀況進行匯總分析，通過綜合分析提出“一口一策”治理方案，系統改善海水質量。

1.3 加大入海排污口監管力度

借助平臺對入海排污口開展視頻監控和水質在線監控，根據系統分析研判和群眾監督舉報，開展入海排污口執法檢查。借助信息化手段對日常排查、監測、溯源工作進行督查督辦，建設入海排污口整治工作全景地圖，圍繞業務流程的各個環節開展監督，準確把握排污口治理情況。

1.4 完善入海排污口管理制度體系

匯集現有的煙臺市入海排污口管理辦法、入海排污口備案管理實施細則、山東省海水養殖尾水排放標準等政策法規，形成系統知識庫；明確排查工作過程，完成入海排污口備案，形成入海排污口管理臺賬，在系統中進行統一監管；在線監測與人工監測結合，嚴格執行對標分析，形成排污口監測數據和超標統計；借助本系統實施溯源倒查、關聯篩查工作，形成溯源工作方式總結。

2 系統設計

平臺總體架構采用面向服務架構（SOA）模式[4]，按照“一云、一網、一數據資源池、七系統、一圖、三終端”的總體架構建設。

2.1 一云

煙臺市已基于云計算技術建成全市統一的電子政務云平臺，為各級各部門非涉密領域的政務應用提供計算、存儲、基礎軟件、信息安全等服務。智慧監管平臺依托全市統一的電子政務云平臺建設。

2.2 一網

煙臺市已建成全市統一的電子政務外網[5]，實現了市、縣（市區）、鄉鎮（街道）全覆蓋，村居（社區）按需接入，為各級各部門非涉密領域的政務應用提供網絡服務。智慧監管平臺依托全市統一的電子政務外網建設。

圖1 系統架構設計圖Fig.1 system architecture design

2.3 一數據資源池

建設煙臺市入海排污口整治工作數據資源池，采集涉煙臺市入海排污口整治工作的數據資源，融合政務數據、社會數據，通過對數據資源的梳理規整，實現生態環境相關信息資源的整合共享，解決信息孤島、數據壁壘等問題。通過對各類數據資源進行科學的質量控制、分析應用，為生態環境評價、數據集成展示、決策部署提供全方面的服務，真正實現數據深度的“聚、通、用”。

2.4 七業務系統

2.4.1 排查系統

利用無人機航拍、人工現場確認等手段，排查入海排污口數量，建立煙臺市入海排污口動態管理臺賬。同時結合衛星影像及GIS區域定位技術[6]，制作3D排污口分布圖，對排污口上下游水源及周邊工礦企業、養殖區、人口密集區等進行定位標注。

2.4.2 監測系統

系統利用物聯網MQTT技術[7]，實時獲取水質監測設備在線運行情況，定期采集排污口水質狀況，針對超標排污、偷排污水、雨污混排等違法行為做到自動監測，實時上報。整合現有視頻監控資源，實時觀察并記錄排污口周邊環境狀況。針對排污量大、污染嚴重、對海洋環境影響較大的重點入海排污口，開展“污水來源—排污通道—排污口—受納水體”一體化監測，確保做到入海排污口監測全覆蓋、無遺漏。

2.4.3 溯源系統

依托入海排污口基礎信息和監測數據，針對污水排放超標的排污口，對上游河流水質進行分析比對，確定污染物排放類型，明確排污單位主體責任，形成溯源檔案。通過三維立體建模，實現管網、管路、排污口立體化、可視化、數字化展示，直觀還原排污口場景。

2.4.4 整治系統

對需要整治的入海排污口，按照“一口一策”的工作原則，提出遷建、關閉、依法查處、清理等整改方案。對于整治進度和過程，工作人員可以利用手機APP進行視頻、照片上傳，堅持立行立改，確保整治工作全程留痕。

2.4.5 保護系統

利用視頻監控系統和水質在線監控系統，對已完成整改的入海排污口，長期對標監督。對位于生態保護紅線內、飲用水水源保護區、自然保護區內違法設置的排污口，通過手機APP消息推送等功能，提醒執法人員依法采取相關措施。

2.4.6 督導系統

各級領導可以通過督導系統全面掌握煙臺市入海排污口整治工作進展情況，實時查看督導整治工作的進度和存在的問題。建立權責清晰、監控到位、管理規范的長效督導體系，實現跟蹤管理、督促整改、限期銷號。

2.4.7 大數據分析系統

基于入海排污口整治工作中匯聚整合的各類數據，依托各種算法模型，開展大數據分析挖掘，智能預警預測，生成數據報告等工作。

2.5 一圖

建設煙臺市入海排污口整治工作全景地圖，打造在線查詢、統計分析、信息動態、互動交流為一體的綜合展示窗口，通過單點登錄、門戶技術等實現各業務系統的集成和整合。

2.6 三終端

智慧監管平臺的用戶可以按照業務需要、應用場景、網絡情況選擇通過電腦、移動終端或電子大屏幕登錄智慧監管平臺，提高平臺使用的便利性和快捷性。

3 系統實現

平臺基于云計算、大數據、高性能計算、深度學習等技術構建，采用高可用架構，使用反向代理、應用交付網關等技術部署，最大程度保障業務連續性。

3.1 網絡部署

智慧監管平臺部署于煙臺市政務云平臺，依托政務云平臺提供的基礎運行環境、網絡安全開展排污口相關整治工作，應用系統部署于公共服務域互聯網區，用戶和物聯網設備可直接通過互聯網訪問，數據庫部署于公共服務域，與互聯網域采用安全邊界設備隔絕，最大程度保證數據安全。

圖2 網絡拓撲圖Fig.2 network topology

3.2 應用系統設計實現

智慧監管平臺使用目前安全性能高，擴展性好，框架技術最為完善的 JAVA語言開發，遵循J2EE標準規范[8]，采用B/S（瀏覽器/服務器）架構模式，將數據查詢、視頻調用、GIS地圖標注等少數邏輯在前端實現，業務數據的增、刪、改和數據流轉、分析等主要業務在服務器端實現。平臺采用組件技術進行搭建，前后端采用標準接口進行關聯通信，滿足快速變化的業務需求，支持大數據量、復雜、異步計算。同時借助成熟的GIS地圖技術和新興的大數據技術進行構建，根據實際業務需求、用戶角色特定合理架構，具備較強的開放性、可擴展性、易維護性、易用性和穩定性。

圖3 應用系統層級圖Fig.3 application system hierarchy diagram

3.3 數據資源池

數據資源池采用結構化數據庫和非結構化數據庫相結合的方式進行建設。結構化數據存入MySQL數據庫，非結構化數據存入 MongoDB數據庫[9]。數據資源池根據不同數據來源和類型，選擇MQTT、標準化接口等方式進行數據匯聚，在對相關數據進行清洗、比對、分析后存入結構化或非結構化數據庫。平臺對數據資源池中的數據進行充分挖掘和分析，最大程度發揮數據資源的價值。數據資源池在對外提供服務時，針對手機客戶端和數據統計分析等高并發或統計計算等復雜業務場景，使用Redis數據緩存技術[10]充分利用內存資源，大幅提高系統響應速度和計算時間，高效支撐業務系統應用和數據分析展示。

圖4 數據資源池架構圖Fig.4 data resource pool architecture diagram

3.4 流程再造

入海排污口智慧監管平臺建設了排查系統、監測系統、溯源系統、整治系統、保護系統、督導系統和大數據分析系統7個業務子系統，結合實際業務需求，形成“查-測-溯-治-保-督”業務管理流程，實現入海排污口監管工作閉環管理。基于沿海城市特點，打造一套可復制、可推廣的長效監管機制，確保入海排污口整治工作權責清晰、監控到位、管理規范。

圖5 平臺業務子系統引導頁Fig.5 business subsystem guide page

4 結論

煙臺市入海排污口智慧監管平臺對原本孤立分散的各類數據資源進行規范、整合，實現了生態環境相關信息系統數據共享和業務無縫對接。將數據與業務相融合，從智能化、標準化、規范化、可追溯化、可視化等多維度進行應用功能拓展。一舉解決入海排污口監管方面“信息孤島”現象，智能化應用缺乏，數據利用率不足等問題，從而適應生態問題日益發展帶來的挑戰。智慧監管平臺的建設大幅提高了排污口生態數據一體化和智能化水平，提升了社會綜合效益，使煙臺市海洋生態安全得到持續改善。