大气监测网格化综合管理系统.doc

大气监测网格化管理系统一、背景介绍7月26日，国务院办公厅以国办发56号印发生态环境监测网络建设方案。该方案分为：（1）总体要求；（2）全方面设点，完善生态环境监测网络；（3）全国联网，实现生态环境监测信息集成共享；（4）自动预警，科学引导环境管理和风险防范；（5）依法追责，建立生态环境监测和监管联动机制；（6）健全生态环境监测制度和保障体系。（共6部分20条）关键目标是：到，全国生态环境监测网络基础实现环境质量、关键污染源、生态情况监测全覆盖，各级各类监测数据系统互联共享，监测预报预警、信息化能力和保障水平显著提升，监测和监管协同联动，初步建成陆海统筹、天地一体、上下协同、信息共享生态环境监测网络，使生态环境监测能力和生态文明建设要求相适应。二、系统概述智易时代环境保护网格化管理系统依据国家环境部门公布环境信息网络建设规范（HJ460-）、环境保护应用软件开发管理技术规范（HJ622-）、污染源在线自动监控监测系统数据传输标准212、环境污染源自动监控信息传输、交换技术规范（HJ_T352-）等国家标准协议，以环境监测点位数据传感体系为基础，针对不一样环境企机关需求，利用最新环境保护理论研究结果和信息技术，建立智能化环境保护网格在线监测系统数据平台。平台数据中心可提供所属地域各监测点位数据实时采集传输、实时监控空气环境质量，实现在线数据查询及报表统计、数据自动预警、环境保护信息综合分析、数据归集和排名反馈等，为环境保护研究提供信息资源和手段，为环境保护业务管理提供统一管理平台。三、功效特点3.1 WEB端3.1.1监测点位GIS地图在线显示带有GPS模块监测仪器，能够直接向平台开放接口发送定位信息，对接成功并审核完成后，即可在GIS地图上显示。当GPS无法定位、定位不准或站点坐标移动后，用户也能够在系统中上传监测仪器经纬度和站点相关信息。站点名称在初始配置或站点配动时能够进行更改。地图效果：矢量、卫星、三维。3.1.2站点数据实时状态查看用户上传点位成功，根据环境部门标准格式发送数据协议后，系统即可自动解析数据格式生成数据面板，能够根据不一样需求配置需要显示监测因子，显示时间段分为实时状态值、最近一小时值、最近二十四小时值等。3.1.3站点环境远程视频实时监控监测现场能够安装视频监控设备，经过窗口视图直观了解监测站点周围情况和污染物实时排放数据，以确保系统运行稳定性。当数据异常提醒以后，能够经过回传影像资料判定现场情况（需人工进行），当发生不可抗力原因时，一样能够依据影像资料来判定事故详情。3.1.4预警通知系统生成数据后，可根据用户需求设置预警模式（提醒方法：短信、邮件、微信）。模式1：超标预警大气、扬尘标准格式根据AQI指数对应色值显示，水质、烟气根据国家标准显示，非标准格式监测因子支持用户定制开发，地图指标依据指数对应颜色显示，点击站点显示数据时，首要污染物经过颜色条注释，当数据指标超出预警界限后，依据用户定制发送提醒。AQI：空气污染指数划分为050、51100、101150、151200、201300和大于300六档，对应于空气质量六个等级，指数越大，等级越高，说明污染越严重，对人体健康影响也越显著。模式2：断线预警监测点位因为设备故障、设备短线等原因造成数据连接中止后，系统自动给指定联络人发送断线提醒，每小时提醒一次，直至重新正常连接。模式3：异常值预警当监测数值在某一时间段内出现大幅度起落，或在较长时间数值无改变，一样会触发预警，报知相关人员查对检修。3.1.5数据报表生成用户数据搜集达成系统最低要求数量后，后台即可启用数据归类功效，自动计算小时值、日、周、旬、月、年均值等，生成对应报表供用户下载查看。数据生成支持折线图、柱状图、饼状图、在线文档等多个形式，导出打印时支持选择JPG图片、PDF、EXCEL、WORD文档多个格式。3.1.6环境质量数据排名针对相关环境管理部门和用户个性化定制需求，系统设置独立排名系统，因为接入监测因子类型较多，所以排名现在采取AQCI（空气质量综合指数）进行，同时能够采取AQI或依据不一样用户特点定制排名体系。日均值排名于天天早晨8：30以短信形式发送至各站点责任人，立即了解最新动态。分级计算参考标准是新环境空气质量标准（GB3095-）。AQI采取环境空气质量指数（AQI）技术要求（试行）（HJ 633）计算，AQCI根据环境空气质量评价技术规范（试行）（公布稿）（HJ633-）计算，参与评价污染物为SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO六项。公布频次为每小时一次。AQI参考算法：a）对照各项污染物分级浓度限值，以实测浓度值分别计算得出空气质量分指数IAQI；b）从各项污染物IAQI中选择最大值确定为AQI，当AQI大于50时将IAQI最大污染物确定为首要污染物；c）对照AQI分级标准，确定空气质量等级、类别及表示颜色、健康影响和提议采取方法。3.1.7污染物起源分析搜集点位数据后，平台对各项污染物统计值进行计算分析，初步建立点位污染源模型（目前采取方法为首要污染物比重饼状图解析），假如监测点位条件许可，能够实现现场采样，则能够愈加正确进行污染物对比分析，经过各时间段污染物比重模型结合地域现实状况来分析具体污染源和现场实际情况，并提供针对性治理方案。污染源分析全方面覆盖污普、环统、排污申报、总量、监察等数据，采取统一标准规范和统一分析方法，正确反应污染源数据和各类数据间关系。从多角度进行分析，全方面反应污染源情况，包含污染源数量和分布，关键污染物排放总量和改变趋势等，按行业、污染物、企业情况等原因，筛选出关键管理对象，为监察工作提供依据。污染源可分成固定源、流动源、开放源等。固定源关键包含燃煤（油）各类电厂锅炉、民用炉灶、建材和冶金工业炉窑等颗粒物排放源，流动源关键包含机动车、船、飞机及非道路机械等颗粒物排放源。源解析中开放源通常包含土壤风沙尘、道路扬尘、施工扬尘、堆场扬尘和窗台尘等。特定地域源解析工作有时需要考虑生物质燃烧尘、餐饮油烟尘和海盐离子等颗粒物排放源。3.1.8环境数据动态云图展示依据环境数据改变制作地域热力图和云图3.1.9环境质量估计大数据平台运行过程，在搜集够一定量收据后，建立监测数据三维模型，分析估计未来环境质量趋势。3.1.10应急预案管理基于GIS地图信息建立环境预案管理体系，依据不一样用户开放不一样编制权限，预案录入时候系统依据运行规则自动命名，并生成固定格式编码，便于快速检索。系统运行中，面对突发情况时，可依据数据模型提供预案，为环境管理部门提供对应参考。3.1.11远程维护配置环境保护监测点位需要大面积覆盖，同时需要满足便携性、移动性、实用性需求，所以现在数据网络传输基础经过GPRS传输，接入公网进行。监测站点发生故障或数据连接异常时，可经过Internet远程访问确定是否需要前往维护，节省人工成本。网即国际互联网（Internet），它是把全球不一样位置、不一样规模计算机网络（包含局域网、城域网、广域网）相互连接在一起所形成计算机网络集合体。我们通常所浏览WWW站点、FTP站点和沟通时所采取即时通讯软件均属于服务在Internet（公网）应用程序，所以也称它们为“网络应用程序”。3.2用户APP3.2.1环境质量指数排名查看移动端可方便捷辅助维护工作之外，还能够为环境管理人员提供服务。以一般用户身份登录APP内，系统会检测用户定位，首页显示最近点位信息，支持用户点位绑定。管理者账号经过系统认证后，开放排名信息功效，提供近七天日均值或近三月月均值排名。3.2.2超标预警用户绑定站点后能够设置站点指标值，假如超出指标，APP向用户推送通知。3.2.3预案提醒PC端生成预案后，同时至移动端管理，含有日程安排预案，能够设置提醒功效。3.3维护APP3.3.1使用背景在以往案例中，系统刚开始投入使用时、数据传输还未趋于稳定，在这一时间段，需要大量运维工作，很多工作场景并不适合携带PC设备，所以需要在移动端来辅助完成常规维护工作，维护人员直接在移动端能够查看点位状态信息。3.3.2状态查询维护人员登录APP，跳转至点位列表界面，包含点位名称、点位状态和更新时间，能够切换至地图模式，目前采取baidu地图接口开发。点击刷新能够抓取最新点位数据信息，以北京时间为标准，最近15分钟内有数据上传，状态标注为红色，若无上传，状态标注为灰色。点击点位会显示点位监测因子实时数据选项卡。3.3.3断线故障预警若点位15分钟未上传数据，系统则判定其为离线状态，经过推送功效将断线通知发送至维修人员APP内，能够依据用户需求定制开发微信通知接口。站点导航接入baidu地图导航功效，能够实时查询抵达点位具体路线时间等。四、平台架构和系统工作原理4.1环境数据采集监听服务器使用公网固定IP，监测仪器发送数据至此IP地址对应端口，系统自动采集并经过内置协议将字符串解析为需要信息，实现数据包校验、检验、解析和入库（数据存放），采取多线程异步通信技术和各监测点通信，可查看原始数据，实现数据同时转发。当监测点位断线或出现异常时，线程保留五分钟对接期，五分钟之内不上传数据系统关闭线程，降低占用率，直至重新连接再次打开。4.2环境数据存放数据库服务器对接收到环境数据进行整体计划，对环境保护业务包含众多数据资源进行科学合理分类，在此基础上建立数据体系和数据库体系，形成基础数据库、专业数据库、元数据库和标准数据库。因为环境大数据保密性，数据库服务器需要关闭公网服务和外接端口，和监听服务器接入同一局域网，使用内网IP。监听服务器解析完成后，经过局域网将数据存放至此。数据库定时备份、定时杀毒、定时更新软件服务和相关插件，以确保留放数据安全。4.3环境数据分析处理中心服务器针对各项数据库进行数据管理，严格按摄影关法律法规及环境保护行业要求进行统计分析运算处理，得出最符合标准环境数值。统计功效支持依据原始值值计算小时值、日报、月报、年报等。分析功效包含，对大气、水质、烟气等不一样行业进行规则整合判定、如烟尘，烟气含量跟氧气关系，COD和浊度及溶解氧关系等高级功效，依据用户需求定制开发。经过算法运行生成数据模型，实现系统建模分析关键功效。4.4环境数据报表生成和排名中心服务器生成各项报表后，依据空气质量指数从低到高进行排名，指数越低排名越靠前。支持总体排名、区域排名、单站点排名。服务器和EXCEL报表、WORD文档、JPG图片、PDF等接口进行对接，使前端页面能够顺利导出打印。4.5环境监测指标预警预警服务器中置入交互模块，每30分钟采集监测子站运行状态、设备状态、监测数据，对服务器进行信息交互传输、读取操作日志，连续两次出现异常，系统启用预警提醒。同时能够将监测因子标准接入检测程序中，假如超标或出现恒值，则提醒相关人员并将信息传输至前置服务器。全部预警信息在前端页面展示。4.6 CMAQ空气质量模型建模分析CMAQ是美国国家环境保护局研制第三代空气质量预报和评定系统(Models-3)。系统采取灵活模块化思想，由气体模式、污染排放模式、空气质量模式组成。基于CMAQ空气质量模拟过程可实现设置可视化和运行自动化，降低人工操作，经过适量定制化开发，能够作为区域臭氧、能见度、酸沉降等过程整合应用平台。4.7环境质量趋势预判中心服务器处理数据，结合实际数据建立源解析模型，结合天气系统分析环境质量趋势。五、系统硬件组成环境指标监测仪器子站GPS子站定位模块数据采集设备无线传输设备数据监听前置服务器数据库服务器WEB应用服务器六、案例性能测评6.1设备接入数量测试测试采取虚拟机模式运行，连续添加新点位端口。测试结果：监听程序服务最大能够同时接入36000个在线点位，支持60000端口同时接收，100000条协议数据并发，同时能够在10s内交和数据库服务器处理完成。6.2连续运行稳定测试测试使用真实场景，69个点位同时向服务器发送数据，程序独立运行并不做任何操作，能够维持一周高速运转。出现连接失误后，程序改善为windows计划服务运行，定时清理缓存数据，备份操作日志，85个点位同时上传，无任何冗余卡顿现象。测试结果：在监测子站点位可控范围内，程序服务可连续稳定运行。6.3前置监听安全测评测试方法为调取各大平台接口，端口在对接不一样数据起源后定时关闭，期间只开放和用户监测站点对接，数据包较为稳定。