基于.NETCore的VOCs重點企業污染物排放監管系統設計與實現

關鍵詞：VOCs排放；排放監管；數據管理；系統架構；.NET Core

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）03-0042-04 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0引言

隨著工業化和城市化進程的加速，揮發性有機化合物（VOCs） 排放問題日益突出，對環境造成嚴重影響。有效監管和控制VOCs排放已成為我國生態環境保護的重要任務[1-2]。“十三五”時期，我國出臺了一系列政策法規和標準，旨在加強VOCs污染防治工作，完善VOCs治理體系，例如《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》等。當前，我國VOCs排放數據管理面臨諸多挑戰，主要體現在數據收集困難、準確性低、共享程度不高以及監管手段不足等方面[3]。由于企業眾多且排放源復雜，數據難以全面、準確地收集；同時，上報數據存在主觀性和不確定性。這些因素共同制約了生態環境保護工作的有效開展。因此，設計和實現高效的VOCs重點企業污染物排放監管系統，對于加強VOCs 排放監管，促進產業高質量發展至關重要。

1 需求分析

針對VOCs重點企業污染物排放監管系統，首先須進行需求分析，明確產生VOCs的關鍵環節。通過梳理發現，VOCs排放監管系統的需求分析主要集中在生產信息、源頭控制、工藝過程及無組織排放管控、末端治理及企業排放、監測監控水平以及環境管理等方面。

生產信息是了解企業排放的基礎，包括產品信息、產能信息和原輔材料信息。產品及產能信息包括：產品名稱、設計產量、去年產量。原輔材料信息包括原輔材料名稱、年設計使用量、年實際使用量，這些信息有助于全面了解企業的生產狀況和潛在的VOCs排放源。

源頭控制記錄企業生產過程中可能產生VOCs排放的關鍵環節和材料[4]。其中包含車間名稱及對應車間的具體工藝名稱。材料選擇信息包括塑料、油墨、涂料、膠粘劑、清洗劑等，對于在生產過程中可能使用的材料，須根據實際生產情況選擇對應的材料類型。

工藝過程及無組織排放管控具有源頭減排、過程控制、環境風險管理以及持續改進等多重重要作用[5]。此環節包括物料儲存、投料和調配。物料儲存中需要明確VOCs物料是否密閉存儲，廢物是否密閉儲存。在投料信息中須確認液態VOCs物料投加的方式和粉狀、粒狀VOCs物料投加的方式，以及各個車間工藝過程中的產污環節及收集方式。

末端治理指對生產過程中已經產生的VOCs廢氣進行處理和凈化的技術手段[6]。這一部分包含各個車間使用的工藝名稱和治理工藝名稱，還包括風量、現場監測濃度、第三方監測濃度等參數。監測監控水平用于企業對VOCs排放的監測監控情況，包括有組織和無組織排放監測的設置和運行狀態[7]。具體包含有組織監測、廠界無組織監測、廠區內無組織監測、是否規范設置監測采樣口位置、是否規范設置監測采樣平臺、監測監控系統、在線監測是否正常運行并校驗記錄。

2 系統設計與實現

2.1 整體設計

系統的總體架構采用分層設計，分為數據采集層、數據處理層、業務邏輯層和用戶界面層。數據采集層作為系統的起點，負責獲取企業原始排放數據，包括生產信息、源頭控制信息、物料儲存信息、末端治理及企業排放信息等。生產信息反映了企業的生產能力、產品類型和產量等基本信息；源頭控制信息指的是企業在生產過程中可能產生VOCs排放的關鍵環節和材料，如車間、工藝、塑料、油墨、涂料、膠粘劑、清洗劑等；物料儲存信息記錄VOCs物料的儲存和廢物儲存情況；末端治理及企業排放信息則涉及企業采用的末端治理工藝、治理效果以及實際的排放數據等。數據處理層對采集到的數據進行清洗、轉換和存儲，確保數據的準確性和一致性。數據處理層還負責數據的整合和格式化，便于后續的業務邏輯處理。數據清洗包括去除重復數據、填補缺失數據、糾正錯誤數據等；數據轉換則將數據從原始格式轉換為統一的格式，以便于存儲和分析；數據存儲則將清洗和轉換后的數據存儲在數據庫中，以供后續查詢和分析。業務邏輯層實現數據填報、審核、分析等核心功能。業務邏輯層包括用戶管理、數據填報、數據審核、數據分析等模塊。用戶管理模塊負責用戶注冊、登錄、權限管理等，確保只有授權用戶才能訪問和操作系統。數據填報包括數據的錄入、修改、刪除。數據審核模塊對填報的數據進行審核和校驗，確保數據的準確性和合規性。數據分析模塊對數據進行統計分析，生成報表和圖表，幫助用戶直觀地了解排放趨勢和問題所在。用戶界面層提供用戶操作界面，包括登錄界面、數據填報界面、數據審核界面、數據分析界面等。用戶界面設計注重用戶體驗，提供友好的交互方式和清晰的導航指引，系統架構如圖1所示。

2.2 模塊設計

系統主要分為前端展示和后臺管理，前端展示模塊主要實現對企業數據和VOCs排放數據展示，后臺管理模塊主要實現數據管理和系統設置等功能。系統流程如圖2所示。

2.2.1 前臺展示模塊

前端展示頁面以直觀、友好的界面展示企業的VOCs排放情況。系統通過百度地圖提供的API接口接入百度地圖，展示企業地理位置分布。點擊企業圖標可查看企業的詳細基礎信息，如企業名稱、地址、聯系方式等。企業排放量展示模塊通過使用echarts庫以動態折線圖的形式展示VOCs總排放量。為更深入地分析污染物排放特征，系統可以按行業類型以柱狀圖的方式展示VOCs排放量，幫助用戶快速識別不同行業在VOCs排放方面的差異。系統還提供一鍵導出功能，可將數據一鍵導出為Excel、CSV等格式，方便用戶進行離線分析和存檔。

2.2.2 后臺管理模塊

后臺管理系統是VOCs重點企業污染物排放監管系統的核心，主要負責數據的維護、管理和分析。主要包括以下幾部分。

新增數據：數據錄入人員在手機端登錄系統后，打開新增數據模塊，根據頁面設計的各項將核查現場的數據錄入模塊，包括企業信息、書面資料、生產信息、源頭控制信息、工藝過程及無組織排放管控信息、末端治理信息、監測監控水平信息和環境管理水平信息。在數據錄入過程中，系統會對輸入的信息進行實時驗證，確保數據的格式正確、內容完整。例如，排放量字段應只接受數字輸入，如果錄入的數據不符合要求，系統會提示用戶進行修正。

補錄數據：在現場核查過程中，核查人員可能由于時間限制或其他因素，無法立即完整錄入所有數據，因此會優先記錄關鍵數據，而將次要數據通過拍照等方式保存，后續通過補錄數據模塊補充數據，以保證數據的完整性。核查人員登錄系統后，打開數據補錄模塊，補錄數據包括企業信息、書面資料、生產信息、源頭控制信息、工藝過程及無組織排放管控信息、末端治理及企業排放信息、監測監控水平信息和環境管理水平信息。可根據需求選擇其中的某些模塊進行補錄。

審核數據：數據審核員對提交的數據進行審查和確認，確保所有數據都是經過驗證的。審核員須確認錄入數據是否完整，包括排放量、排放時間、排放方式等關鍵信息。該模塊首先提供一個待審核數據列表，列出所有待審核的數據記錄。審核人員登錄系統后，點擊進入每一條數據記錄的詳細頁面，查看包括排放量、排放時間等在內的所有數據。這些數據包括文字、數字以及附件等。審核人員須執行審核操作，審核的選項包括通過審核、退回修改和拒絕提交。對于需要修改的數據，審核人員須提供具體的修改建議。審核人員根據標準對數據進行審核，并給出審核結果。

數據分析：對已審核的數據進行處理和分析。在該模塊中，首先對數據進行匯總分析，通過使用echarts庫編程將污染物排放總量、排放強度、排放趨勢以折線圖、柱狀圖等形式進行展示。同時對比不同企業之間、不同地區之間以及不同時間段內的污染物排放狀況，以便發現潛在問題。系統允許用戶自定義報表，可以指定報表的內容、格式以及展示方式，系統根據特定的需求生成專屬的分析報告。

3 系統實現

3.1 開發工具

系統采用.NET Core作為開發框架，.NET Core是一個開源的、跨平臺的開發框架，它提供了強大的性能和靈活性，非常適合構建現代化的應用程序[8]。系統選用.NET Core框架，既確保了系統的高效與安全，又能實現跨平臺的無縫運行，極大簡化了部署與維護工作。在數據庫系統方面，采用SQL Server數據庫，其成熟穩定的性能和強大的數據管理功能能夠滿足系統需求。為實現對象關系映射，系統選擇Sqlsuger作為ORM 框架[9]。Sqlsuger ORM 框架簡化了數據庫操作，提高了開發效率。前端開發方面，前端采用ASP.NET Core MVC 框架和Pear Admin后臺框架，結合兩者優勢，可快速構建美觀易用的用戶界面[10]。

3.2 系統實現

3.2.1 登錄界面

登錄模塊是系統安全性的第一道屏障，登錄模塊的核心在于確保只有經過驗證的用戶才能訪問系統資源，系統登錄界面如圖3 所示。系統采用JWT（JSON Web Token） 作為用戶身份的傳遞和驗證機制，結合Asp.Net Core的身份認證和授權系統，實現登錄功能。當用戶輸入用戶名和密碼并提交登錄請求時，系統首先會驗證用戶名和密碼。如果驗證通過，生成JWT token，然后系統將JWT token發送回客戶端。客戶端在后續請求中攜帶JWT token，系統通過驗證to?ken來確認用戶身份。登錄模塊通過Asp.Net Core的身份認證和授權系統，實現了對系統資源的有效保護。關鍵代碼如圖4所示，通過Asp.Net Core中提供的中間件的方法addAuthentication（）實現對身份驗證服務的配置。

3.2.2 數據模塊

數據模塊主要包括添加數據、補錄數據、審核數據、數據列表和數據分析。各個模塊分別實現對生產信息、源頭控制信息、工藝過程和無組織排放、末端治理、監測監控水平以及環境管理水平數據的添加、補錄、審核和分析。

在開發過程中，首先從數據模型設計著手，采用關系型數據庫SQL Server構建數據存儲架構。在架構中，每個數據模型被細化為多個實體，如企業信息、生產信息等，每個實體都對應一個數據庫表，通過表結構來保證數據的結構化和規范化存儲。

在界面設計方面，為提升用戶體驗，系統開發了一個直觀、易用的數據錄入與編輯界面。該界面不僅注重直觀性，確保用戶能夠快速理解并操作，還強調響應性，能夠在用戶輸入數據時提供即時的驗證反饋。此外，界面設計的靈活性允許用戶根據實際需求錄入不同類型的數據，如文本、數字、日期等，從而滿足多樣化的數據錄入需求。

在數據驗證與處理方面，系統采取嚴格的數據驗證策略。前端驗證機制在用戶輸入過程中實時檢查數據的格式和內容，后端驗證則進一步確保提交的數據滿足業務規則和數據庫約束。數據清洗和轉換過程對不符合要求的數據進行修正，以保證數據的準確性和一致性。

數據存儲與持久化通過Sqlsuger實現，這種方式不僅簡化了數據操作，還提高了數據的安全性。業務邏輯的實現依賴于.NET Core框架，通過RESTful API 接口提供數據的接收、處理和存儲服務。接口的設計充分考慮了系統的可擴展性和可維護性，為未來的系統升級和功能擴展提供了便利。其中數據錄入界面如圖5、圖6所示，數據補錄界面如圖7所示，數據審核界面如圖8所示。

4 系統測試

系統在測試過程中使用了多種測試方法，包括黑盒測試、白盒測試、集成測試和功能測試等多種策略，全面評估系統的穩定性。功能測試著重于數據錄入、驗證、編輯和刪除等操作的準確性。例如，在對新增數據模塊進行數據錄入測試時，模擬用戶錄入各種類型的數據，包括必填項和非必填項，驗證系統是否能夠正確接收和存儲數據。性能測試主要測試系統在高負載和大數據量下的響應時間和穩定性。安全性測試則測試用戶身份驗證和數據保護的有效性，穩定性測試須測試系統的恢復能力和日志記錄的完整性。測試結果如表1所示。

通過對測試結果的分析，系統完善了數據驗證規則，增加了異常數據測試用例，并通過引入緩存機制和優化數據庫查詢來改善高負載情況下系統響應時間的延遲。安全性測試表明用戶身份驗證機制有效，但須定期更新密碼策略并加強用戶安全教育。穩定性測試發現部分日志記錄不完整，已通過優化日志記錄機制確保關鍵信息的完整記錄。未來將繼續關注這些改進措施的效果，并持續優化系統性能和穩定性。

5小結

本文設計并實現了一套基于.NET Core的VOCs重點企業污染物排放監管系統，該系統采用分層架構，實現了數據錄入、審核、分析和展示等核心功能，并通過測試驗證其功能性和可靠性，可有效提升VOCs重點排放企業的數字化監管水平。在未來的研究中，將繼續優化系統性能，提升大數據處理能力，并集成人工智能分析算法，進一步提高VOCs重點企業污染物排放監管系統的實用性和高效性，為環境保護工作提供更強大的技術支持。