智慧環(huán)保網(wǎng)格化在線監(jiān)測管理系統(tǒng)解決方案

一、背景介紹
2015年7月26日，國務(wù)院辦公廳以國辦發(fā)〔2015〕56號印發(fā)《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案》。該《方案》分為：
（1）總體要求；
（2）全面設(shè)點，完善生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；
（3）全國聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測信息集成共享；
（4）自動預警，科學引導環(huán)境管理與風險防范；
（5）依法追責，建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)管聯(lián)動機制；
（6）健全生態(tài)環(huán)境監(jiān)測制度與保障體系。（共6部分20條）
主要目標是：到2020年，全國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)基本實現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量、重點污染源、生態(tài)狀況監(jiān)測全覆蓋，各級各類監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)互聯(lián)共享，監(jiān)測預報預警、信息化能力和保障水平明顯提升，監(jiān)測與監(jiān)管協(xié)同聯(lián)動，初步建成陸海統(tǒng)籌、天地一體、上下協(xié)同、信息共享的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，使生態(tài)環(huán)境監(jiān)測能力與生態(tài)文明建設(shè)要求相適應(yīng)。

二、系統(tǒng)概述
智易時代環(huán)保網(wǎng)格化管理系統(tǒng)根據(jù)國家環(huán)境部門發(fā)布的《環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)范》（HJ460-2009）、《環(huán)境保護應(yīng)用軟件開發(fā)管理技術(shù)規(guī)范》（HJ622-2011）、《污染源在線自動監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準2122005》、《環(huán)境污染源自動監(jiān)控信息傳輸、交換技術(shù)規(guī)范》（HJ_T352-2007）等國家標準協(xié)議，以環(huán)境監(jiān)測點位數(shù)據(jù)傳感體系為基礎(chǔ)，針對不同環(huán)境企事業(yè)單位需求，運用最新的環(huán)保理論研究成果和信息技術(shù)，建立智能化環(huán)保網(wǎng)格在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺。
平臺數(shù)據(jù)中心可提供所屬地區(qū)各監(jiān)測點位數(shù)據(jù)的實時采集傳輸、實時監(jiān)控空氣環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)查詢及報表統(tǒng)計、數(shù)據(jù)自動預警、環(huán)保信息綜合分析、數(shù)據(jù)歸集和排名反饋等，為環(huán)保的研究提供信息資源和手段，為環(huán)保業(yè)務(wù)管理提供統(tǒng)一的管理平臺。

三、功能特點
3.1 WEB端
3.1.1 監(jiān)測點位GIS地圖在線顯示
帶有GPS模塊的監(jiān)測儀器，可以直接向平臺開放的接口發(fā)送定位信息，對接成功并審核完成后，即可在GIS地圖上顯示。當GPS無法定位、定位不準或站點坐標移動后，用戶也可以在系統(tǒng)中上傳監(jiān)測儀器經(jīng)緯度和站點相關(guān)信息。站點名稱在初始配置或站點配動時可以進行更改。地圖效果：矢量、衛(wèi)星、三維。

3.1.2 站點數(shù)據(jù)實時狀態(tài)查看
用戶上傳點位成功，按照環(huán)境部門標準格式發(fā)送數(shù)據(jù)協(xié)議后，系統(tǒng)即可自動解析數(shù)據(jù)格式生成數(shù)據(jù)面板，可以按照不同需求配置需要顯示的監(jiān)測因子，顯示時間段分為實時狀態(tài)值、最近一小時值、最近24小時值等。

3.1.3 站點環(huán)境遠程視頻實時監(jiān)控
監(jiān)測現(xiàn)場可以安裝視頻監(jiān)控設(shè)備，通過窗口視圖直觀了解監(jiān)測站點的周邊情況和污染物實時排放數(shù)據(jù)，以保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。當數(shù)據(jù)異常提醒之后，可以通過回傳影像資料判斷現(xiàn)場情況（需人工進行），當發(fā)生不可抗力因素時，同樣可以根據(jù)影像資料來判定事故詳情。


3.1.4 預警通知
系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)后，可按照用戶需求設(shè)置預警模式（提醒方式：短信、郵件、微信）。
模式1：超標預警
大氣、揚塵標準格式按照AQI指數(shù)對應(yīng)色值顯示，水質(zhì)、煙氣按照國家標準顯示，非標準格式監(jiān)測因子支持用戶定制開發(fā)，地圖指標根據(jù)指數(shù)對應(yīng)顏色顯示，點擊站點顯示數(shù)據(jù)時，首要污染物通過顏色條注釋，當數(shù)據(jù)指標超過預警界限后，根據(jù)用戶定制發(fā)送提醒。
AQI：空氣污染指數(shù)劃分為0－50、51－100、101－150、151－200、201－300和大于300六檔，對應(yīng)于空氣質(zhì)量的六個級別，指數(shù)越大，級別越高，說明污染越嚴重，對人體健康的影響也越明顯。

模式2：斷線預警
監(jiān)測點位由于設(shè)備故障、設(shè)備短線等原因?qū)е聰?shù)據(jù)連接中斷后，系統(tǒng)自動給指定聯(lián)系人發(fā)送斷線提醒，每小時提醒一次，直至重新正常連接。
模式3：異常值預警
當監(jiān)測數(shù)值在某一時間段內(nèi)出現(xiàn)大幅度起落，或者在較長時間數(shù)值無變化，同樣會觸發(fā)預警，報知相關(guān)人員核對檢修。
3.1.5 數(shù)據(jù)報表生成
用戶數(shù)據(jù)收集達到系統(tǒng)最低要求數(shù)量后，后臺即可啟用數(shù)據(jù)歸類功能，自動計算小時值、日、周、旬、月、年均值等，生成對應(yīng)報表供用戶下載查看。
數(shù)據(jù)生成支持折線圖、柱狀圖、餅狀圖、在線文檔等多種形式，導出打印時支持選用JPG圖片、PDF、EXCEL、WORD文檔多種格式。



3.1.6 環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)排名
針對相關(guān)環(huán)境管理部門以及用戶個性化定制需求，系統(tǒng)設(shè)置獨立排名系統(tǒng)，由于接入監(jiān)測因子類型較多，所以排名目前采用AQCI（空氣質(zhì)量綜合指數(shù)）進行，同時可以采用AQI或者根據(jù)不同用戶特點定制排名體系。
日均值排名于每天早晨8：30以短信形式發(fā)送至各站點負責人，及時了解最新動態(tài)。
分級計算參考的標準是新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準（GB3095-2012）》。AQI采用《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）（HJ 633—2012）》計算，AQCI按照《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范（試行）（發(fā)布稿）（HJ633-2013）》計算，參與評價的污染物為SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO六項。發(fā)布頻次為每小時一次。

AQI參考算法：
a）對照各項污染物的分級濃度限值，以實測濃度值分別計算得出空氣質(zhì)量分指數(shù)IAQI；

b）從各項污染物的IAQI中選擇最大值確定為AQI，當AQI大于50時將IAQI最大的污染物確定為首要污染物；

c）對照AQI分級標準，確定空氣質(zhì)量級別、類別及表示顏色、健康影響與建議采取的措施。
3.1.7 污染物來源分析
收集點位數(shù)據(jù)后，平臺對各項污染物統(tǒng)計值進行計算分析，初步建立點位污染源模型（當前采用方法為首要污染物比重餅狀圖解析），如果監(jiān)測點位條件允許，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場采樣，則可以更加精確的進行污染物對比分析，通過各時間段污染物比重模型結(jié)合地區(qū)現(xiàn)狀來分析具體污染源和現(xiàn)場實際情況，并提供針對性治理方案。
污染源分析全面覆蓋污普、環(huán)統(tǒng)、排污申報、總量、監(jiān)察等數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)一標準規(guī)范和統(tǒng)一分析方法，準確反映污染源數(shù)據(jù)和各類數(shù)據(jù)間的關(guān)系。從多角度進行分析，全面反映污染源狀況，包括污染源數(shù)量和分布，主要污染物排放總量和變化趨勢等，按行業(yè)、污染物、企業(yè)情況等因素，篩選出重點管理對象，為監(jiān)察工作提供依據(jù)。
污染源可分成固定源、流動源、開放源等。固定源主要包括燃煤（油）的各類電廠鍋爐、民用爐灶、建材和冶金工業(yè)爐窯等顆粒物排放源，流動源主要包括機動車、船、飛機及非道路機械等顆粒物排放源。源解析中的開放源通常包括土壤風沙塵、道路揚塵、施工揚塵、堆場揚塵和窗臺塵等。特定地區(qū)的源解析工作有時需要考慮生物質(zhì)燃燒塵、餐飲油煙塵和海鹽離子等顆粒物排放源。
3.1.8 環(huán)境數(shù)據(jù)動態(tài)云圖展示
根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)的變化制作地區(qū)熱力圖以及云圖

（圖案僅供參考）
3.1.9 環(huán)境質(zhì)量預測
大數(shù)據(jù)平臺運行過程，在收集夠一定量的收據(jù)后，建立監(jiān)測數(shù)據(jù)三維模型，分析預測未來的環(huán)境質(zhì)量趨勢。
3.1.10 應(yīng)急預案管理
基于GIS地圖信息建立環(huán)境預案管理體系，根據(jù)不同用戶開放不同編制權(quán)限，預案錄入時候系統(tǒng)根據(jù)運行規(guī)則自動命名，并生成固定格式編碼，便于快速檢索。
系統(tǒng)運行中，面對突發(fā)狀況時，可根據(jù)數(shù)據(jù)模型提供預案，為環(huán)境管理部門提供相應(yīng)參考。
3.1.11 遠程維護配置
環(huán)保監(jiān)測點位需要大面積覆蓋，同時需要滿足便攜性、移動性、實用性的需求，因此目前數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸基本通過GPRS傳輸，接入公網(wǎng)進行。監(jiān)測站點發(fā)生故障或數(shù)據(jù)連接異常時，可通過Internet遠程訪問確定是否需要前往維護，節(jié)約人工成本。
網(wǎng)即國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet），它是把全球不同位置、不同規(guī)模的計算機網(wǎng)絡(luò)（包括局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)）相互連接在一起所形成的計算機網(wǎng)絡(luò)的集合體。我們通常所瀏覽的WWW站點、FTP站點以及溝通時所采用的即時通訊軟件均屬于服務(wù)在Internet（公網(wǎng)）的應(yīng)用程序，因此也稱它們?yōu)椤熬W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序”。
3.2 用戶APP
APP界面圖
3.2.1 環(huán)境質(zhì)量指數(shù)排名查看
移動端可以便捷輔助維護工作之外，還可以為環(huán)境管理人員提供服務(wù)。以普通用戶身份登錄APP內(nèi)，系統(tǒng)會檢測用戶定位，首頁顯示最近點位信息，支持用戶點位綁定。
管理者賬號經(jīng)過系統(tǒng)認證后，開放排名信息功能，提供近七天日均值或者近三月月均值排名。
3.2.2 超標預警
用戶綁定站點后可以設(shè)置站點指標值，如果超出指標，APP向用戶推送通知。
3.2.3 預案提醒
PC端生成預案后，同步至移動端管理，具有日程安排的預案，可以設(shè)置提醒功能。
3.3維護APP
3.3.1 使用背景
在以往的案例中，系統(tǒng)剛開始投入使用時、數(shù)據(jù)傳輸還未趨于穩(wěn)定，在這一時間段，需要大量的運維工作，許多工作場景并不適合攜帶PC設(shè)備，所以需要在移動端來輔助完成常規(guī)維護工作，維護人員直接在移動端可以查看點位狀態(tài)信息。
3.3.2 狀態(tài)查詢
維護人員登錄APP，跳轉(zhuǎn)至點位列表界面，包括點位名稱、點位狀態(tài)與更新時間，可以切換至地圖模式，當前采用百度地圖接口開發(fā)。點擊刷新可以抓取最新點位數(shù)據(jù)信息，以北京時間為標準，最近15分鐘內(nèi)有數(shù)據(jù)上傳，狀態(tài)標注為紅色，若無上傳，狀態(tài)標注為灰色。
點擊點位會顯示點位監(jiān)測因子實時數(shù)據(jù)選項卡。
3.3.3 斷線故障預警
若點位15分鐘未上傳數(shù)據(jù)，系統(tǒng)則判斷其為離線狀態(tài)，通過推送功能將斷線通知發(fā)送至維修人員APP內(nèi)，可以根據(jù)用戶需求定制開發(fā)微信通知接口。
站點導航
接入百度地圖導航功能，可以實時查詢到達點位具體路線時間等。
四、平臺架構(gòu)與系統(tǒng)工作原理

4.1 環(huán)境數(shù)據(jù)采集
監(jiān)聽服務(wù)器使用公網(wǎng)固定IP，監(jiān)測儀器發(fā)送數(shù)據(jù)至此IP地址對應(yīng)端口，系統(tǒng)自動采集并通過內(nèi)置協(xié)議將字符串解析為需要的信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的校驗、檢查、解析和入庫（數(shù)據(jù)存儲），采用多線程異步通信技術(shù)與各監(jiān)測點通信，可查看原始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步轉(zhuǎn)發(fā)。
當監(jiān)測點位斷線或者出現(xiàn)異常時，線程保留五分鐘對接期，五分鐘之內(nèi)不上傳數(shù)據(jù)系統(tǒng)關(guān)閉線程，降低占用率，直至重新連接再次打開。
4.2 環(huán)境數(shù)據(jù)存儲
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對接收到的環(huán)境數(shù)據(jù)進行整體規(guī)劃，對環(huán)保業(yè)務(wù)涉及的眾多數(shù)據(jù)資源進行科學合理的分類，在此基礎(chǔ)上建立數(shù)據(jù)體系和數(shù)據(jù)庫體系，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、專業(yè)數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)庫和標準數(shù)據(jù)庫。
由于環(huán)境大數(shù)據(jù)的保密性，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器需要關(guān)閉公網(wǎng)服務(wù)和外接端口，與監(jiān)聽服務(wù)器接入同一局域網(wǎng)，使用內(nèi)網(wǎng)IP。監(jiān)聽服務(wù)器解析完成后，通過局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)存儲至此。數(shù)據(jù)庫定期備份、定期殺毒、定期更新軟件服務(wù)與相關(guān)插件，以保證存儲數(shù)據(jù)的安全。
4.3 環(huán)境數(shù)據(jù)分析處理
中心服務(wù)器針對各項數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理，嚴格按照相關(guān)法律法規(guī)及環(huán)保行業(yè)規(guī)定進行統(tǒng)計分析運算處理，得出最符合標準的環(huán)境數(shù)值。統(tǒng)計功能支持根據(jù)原始值值計算小時值、日報、月報、年報等。分析功能包括，對大氣、水質(zhì)、煙氣等不同行業(yè)進行規(guī)則整合判斷、如煙塵，煙氣的含量跟氧氣關(guān)系，COD與濁度及溶解氧的關(guān)系等高級功能，根據(jù)用戶需求定制開發(fā)。
經(jīng)過算法運行生成數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)系統(tǒng)建模分析的關(guān)鍵功能。
4.4 環(huán)境數(shù)據(jù)報表生成與排名
中心服務(wù)器生成各項報表后，根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)從低到高進行排名，指數(shù)越低排名越靠前。支持總體排名、區(qū)域排名、單站點排名。服務(wù)器與EXCEL報表、WORD文檔、JPG圖片、PDF等接口進行對接，使前端頁面可以順利導出打印。
4.5 環(huán)境監(jiān)測指標預警
預警服務(wù)器中置入交互模塊，每30分鐘采集監(jiān)測子站的運行狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、監(jiān)測數(shù)據(jù)，對服務(wù)器進行信息交互傳輸、讀取操作日志，連續(xù)兩次出現(xiàn)異常，系統(tǒng)啟用預警提醒。同時可以將監(jiān)測因子標準接入檢測程序中，如果超標或者出現(xiàn)恒值，則提示相關(guān)人員并將信息傳輸至前置服務(wù)器。所有預警信息在前端頁面展示。
4.6 CMAQ空氣質(zhì)量模型建模分析
CMAQ是美國國家環(huán)境保護局研制的第三代空氣質(zhì)量預報和評估系統(tǒng)(Models-3)。系統(tǒng)采用靈活的模塊化思想，由氣體模式、污染排放模式、空氣質(zhì)量模式組成。基于CMAQ的空氣質(zhì)量模擬過程可實現(xiàn)設(shè)置可視化和運行自動化，減少人工操作，通過適量定制化開發(fā)，可以作為區(qū)域臭氧、能見度、酸沉降等過程的整合應(yīng)用平臺。
4.7 環(huán)境質(zhì)量趨勢預判
中心服務(wù)器處理數(shù)據(jù)，結(jié)合實際數(shù)據(jù)建立源解析模型，結(jié)合天氣系統(tǒng)分析環(huán)境質(zhì)量趨勢。
五、系統(tǒng)硬件構(gòu)成
1、環(huán)境指標監(jiān)測儀器子站
2、GPS子站定位模塊
3、數(shù)據(jù)采集設(shè)備
4、無線傳輸設(shè)備
5、數(shù)據(jù)監(jiān)聽前置服務(wù)器
6、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器
7、WEB應(yīng)用服務(wù)器
六、技術(shù)支持

6.1 公司簡介
天津智易時代科技發(fā)展有限公司成立于2013年6月，由南開大學陳濤博士帶領(lǐng)，集合諸多碩士學士精英，分工明確，嚴謹求知。公司主要從事于軟件定制開發(fā)服務(wù)，于2014年進入環(huán)保行業(yè)并逐漸深入，現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測平臺服務(wù)于多個環(huán)境管理部門以及各地環(huán)保產(chǎn)品集成商，并不斷拓展各層級用戶。
6.2 聯(lián)系我們
公司名稱：天津智易時代科技發(fā)展有限公司
公司地址：天津市濱海高新區(qū)海泰發(fā)展五道海泰創(chuàng)新基地B8-3-501
聯(lián)系電話：022-23778895
公司總經(jīng)理：陳濤 13803026441
市場部經(jīng)理：李二虎 15822590474
項目負責人：牛大衛(wèi) 18102023590
6.3 服務(wù)資質(zhì)
智易時代環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)已取得國家計算機軟件著作權(quán)，其他子系統(tǒng)著作權(quán)正在申請中
七、案例\性能測評
7.1 設(shè)備接入數(shù)量測試
測試采用虛擬機模式運行，持續(xù)添加新的點位端口。
測試結(jié)果：監(jiān)聽程序服務(wù)最大可以同時接入36000個在線點位，支持60000端口同時接收，100000條協(xié)議數(shù)據(jù)并發(fā)，同時可以在10s內(nèi)交與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器處理完畢。

7.2 持續(xù)運行穩(wěn)定測試
測試使用真實場景，69個點位同時向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，程序獨立運行并不做任何操作，可以維持一周高速運轉(zhuǎn)。
出現(xiàn)連接失誤后，程序改進為windows計劃服務(wù)運行，定時清理緩存數(shù)據(jù)，備份操作日志，85個點位同時上傳，無任何冗余卡頓現(xiàn)象。
測試結(jié)果：在監(jiān)測子站點位可控范圍內(nèi)，程序服務(wù)可持續(xù)穩(wěn)定運行。
7.3 前置監(jiān)聽安全測評
測試方法為調(diào)取各大平臺接口，端口在對接不同數(shù)據(jù)來源后定時關(guān)閉，期間只開放與用戶監(jiān)測站點對接，數(shù)據(jù)包較為穩(wěn)定。