基于ArcEngine的有色冶煉金屬企業無組織污染源監控系統設計

龐治坤 PANG Zhi-kun；談浩 TAN Hao；顧夏 GU Xia

（①礦冶科技集團有限公司，北京 100160；②甘肅廠壩有色金屬有限責任公司成州鋅冶煉廠，隴南 746000；③白銀有色集團銅業公司，白銀 730900）

0 引言

近年來隨著有色行業不斷發展，隨之而來與有色金屬相關的大氣污染監管形勢也愈加嚴峻。而有色金屬冶煉產生的氣體排放是大氣重金屬污染的重要來源之一。[1～2]在礦石采選和有色金屬冶煉過程中，對大氣排放了大量含有重金屬的工業煙塵，形成大氣污染，以及重金屬降塵后帶來的土壤污染等嚴重環境問題。在這個過程中相當一部分的大氣污染屬于無組織排放形式，即不經過排氣筒的無規則排放。對于此部分有色金屬生產企業的無組織廢氣進行科學、持續、準確的監測，在大氣環境污染防治中占有重要地位。

1 無組織污染源監測系統設計

1.1 系統架構設計

系統建設的最終目標是建設一個區域范圍內的綜合化無組織監測信息管理平臺，這就必須要做到以下設計原則：①數據庫的規范性與數據的統一性、②軟件的擴展性、③系統的穩定性和兼容性、④集成性與易操作性。并且包含以下功能：用戶管理功能、基礎GIS功能、數據庫管理功能、查詢功能、數據即時處理功能、數據分析等主要功能。基于以上設計原則，系統主要架構見圖1。

圖1 無組織污染源監測系統系統架構圖

1.2 系統結構設計

考慮到系統使用環境所需要的操作性、擴展性、安全性和傳輸性，系統采用C/S結構，C/S結構即客戶端—服務器結構，將分布在區域內各處的無組織監測傳感器的相關信息采用無線傳輸的方式進行通信，將數據實時傳輸到部署在服務器上的SQL數據庫中，同時使用局域網對通信數據進行物理隔離，確保傳輸的數據以及整個系統的安全。在數據傳輸到屬性數據庫后，屬性數據庫關聯空間數據庫，最后通過客戶端供各類管理人員使用。基于以上設計，本系統采用采用ArcEngine組件式開發方式進行開發。在空間數據庫層面，選取ArcSDE空間數據引擎進行操作。在屬性數據庫層面，以SQL Server 2012作為存儲實體。系統的UI（界面設計）和基本功能開發在Visual Studio 2012平臺環境下實現，開發語言為C#語言，總體結構設計如圖2所示。

圖2 系統結構圖

2 無組織污染源監控系統需求分析

有色金屬冶煉無組織排放主要有企業生產過程中的運輸、儲存、破碎、篩分、爐窯生產等工業活動[3]。例如：運輸精礦過程中造成的遺撒、露天堆放的原料和中間產品、裝卸過程中機械落差形成的塵霧等[4～5]。隨著國家環保監管力度不斷加大、“藍天行動”、“凈土行動”相繼出臺，尤其是落實企業環境保護主體責任制的實施，環保管理已經從“事后處罰、事后整改”向“事前預測”、“風險管控”不斷轉變。企業對無組織污染源的監控、管理可以使企業不斷優化生產流程和污染物的過程控制，從而避免因環境問題影響企業的發展和經營。

2.1 有色金屬冶煉行業無組織污染產生環節分析

確定有色金屬冶煉行業無組織污染產生環節，對布設無組織源監測裝置、確定各監測點位和污染物信息、理清各數據之間的邏輯關系有著重要作用，更加方便將來進行統一管理。

①原料運輸過程。有色金屬冶煉在鐵路、道路運輸中，在篷布加蓋不到位的情況下，往往會遇到路面不平整造成精礦、尾礦遺撒和揚塵，形成無組織排放，污染附近土壤。

②上料、加料過程。有色金屬冶煉所用到的原料、中間物料通過料斗、皮帶、廊道運輸以及給料卸料的過程中，由于不同設備之間的高度落差以及沖擊作用，會形成無組織排放，且產塵量較大。

③冶煉過程。有色金屬冶煉過程中，時有煙氣從加料口或爐門以及爐體之間的縫隙中溢出，溢出的氣體以車間的窗戶、排風扇等排出，形成無組織排放。

④出料過程。金屬冶煉的出料口、出渣口處往往無組織排放較為嚴重，如企業未設置行之有效的集氣裝置，則會造成大量無組織粉塵外溢。

⑤堆場及渣場。原料及渣場的露天堆存、抑塵措施不完善，在風力較大時容易起塵，造成無組織污染。

2.2 功能需求分析

①過程監控。通過對重點無組織污染源排放環節的實時監控，將以往的末端治理提升到過程管控，尤其可以實現環保設施的正常運轉的監測以及相關資源的調配。例如，當位于道路的無組織污染監測裝置預警后，及時抽調現場管理人員監督車輛加蓋篷布；當位于原料庫附近的無組織污染監測裝置預警后，及時調派霧炮車進行現場降塵等。

②整合數據流。以往企業內部環保管理系統往往各自為政，數據不統一，難以實現各個數據之間的實時共享。新系統實用統一、易于兼容且成熟穩定的SQL Server數據庫，對信息的收集、管理、整合更加高效、便捷。

③數據可視化。借助成熟的ArcEngine強大的功能，準確的展示各個無組織污染源位置以及監測裝置的位置，同時可以直觀反映各類在線監測數據，以及當前的天氣、風速、大氣污染等信息。

④信息安全性。系統中的數據可能涉及到企業的生產經營信息、商業數據信息、環保和安全管理信息、人員信息等重要信息，一些信息一旦泄露，企業可能會面臨重大的損失，系統的信息安全性一定要得到保障。

⑤綜合管理。對無組織污染源實施有效的管理，建立對應的圖層，實現對污染源的有效檢索，及時更新相關的法律法規及相關信息，同時能夠有效接入其他相關信息并且系統易于擴展。

3 關鍵技術和方法

3.1 組件式地理信息系統軟件開發技術

組件式地理信息系統軟件開發技術是一種面向對象的應用技術—組件技術[6～7]。開發優勢有：①占用空間小、價格便宜；②標準化開發，無需新學編程語言；③完善的基礎GIS功能；④開發過程高效、便捷；⑤用戶的廣泛接受度。

3.2 基于ArcEngine的組件式開發技術

ArcEngine是全球最大的 GIS廠商 ESRI（Environmental Systems Research Institute，即美國環境系統研究所公司）推出的產品，其使用范圍廣、使用人數也是最多。其特征是實用ArcSDE/Geodatabases空間數據庫技術，數據采集可以直接使用ArcMap軟件可以使用C#、Visual C++、Visual Basic、Builder等 語 言 開 發，支 持Windows NT、Unix和Linux操作系統；支持大型機、小型機、工作站、PC服務器等操作平臺。其優點是支持儲存拓普關系、大數據量管理能力的性能較高，功能強大、擴展性強、伸縮性強等。從ArcEngine功能結構來看，可以分為五個層次，分別是基礎服務、數據訪問、地圖分析、地圖展示、開發組件五個部分組成其體系結構如圖3所示[8]。

圖3 ArcEngine功能體系結構

3.3 搭建多維多源數據倉庫

系統規劃多維多源數據倉庫設計，通過制定數據的統一標準，將不同來源數據劃分為空間地理數據、屬性數據、污染源監測數據、污染源監管數據、環境質量數據等多個模塊，借助SQL Server搭建一個對數據進行統一處理、轉換、按照功能需求和統一標準存儲入庫。

3.4 搭建環境數據中心

將基礎數據、多維多源數據倉庫和Geodatabse組成一個無組織污染源數據的存儲、組織、管理平臺，對無組織污染源信息、產排污節點信息盡心歸納整理，并對現行的無組織污染源管理和業務邏輯進行重新定義和再次組織，以多維多源數據倉庫為核心，GIS空間數據庫為載體，對無組織污染分析結果提供直觀的展示。

3.5 無組織污染源數據的邏輯性分析

采用專家評價法結合定量分析法對無組織污染物產生節點和監測裝置擺放位置進行分析，同時基于天氣、風速等因素及其他各項指標構建數據之間的邏輯關系。例如，對于當天大氣污染與無組織污染物監測數據之間的邏輯關系，風速與無組織污染物擴散范圍之間的邏輯關系。同時對于有異味的數據，由工作人員現場核實進行進一步矯正，以提高數據的穩定新與規范性。

4 結語

有色金屬冶煉過程中，運輸、儲存、破碎、篩分、爐窯生產等工業活動中不可避免的產生無組織污染，這些污染物具有分布廣、影響范圍大、危害性大等特點，如未及時監測和管理將對周圍大范圍的空氣和土壤造成嚴重的環境影響。在本文所述的有色冶煉金屬行業無組織污染源監控系統，基于無組織污染源監測數據，污染源分布情況以及廠區面積、道路、范圍等空間數據，并根據這些數據呈現結果不斷優化優化生產流程和污染物的過程控制，可以最大限度的降低有色企業生產過程中的無組織排放，降低環境危害。