一、背景介紹

2015年7月26日，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(diǎn)，完善生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；

（3）全國聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測信息集成共享；

（4）自動預(yù)警，科學(xué)引導(dǎo)環(huán)境管理與風(fēng)險(xiǎn)防范；

（5）依法追責(zé)，建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)管聯(lián)動機(jī)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(biāo)是：到2020年，全國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)基本實(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量、重點(diǎn)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(yù)報(bào)預(yù)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(shí)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，以環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)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(yùn)用的環(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(diǎn)位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集傳輸、實(shí)時(shí)監(jiān)控空氣環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)查詢及報(bào)表統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)自動預(yù)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(diǎn)

3.1  WEB端

3.1.1  監(jiān)測點(diǎn)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(dāng)GPS無法定位、定位不準(zhǔn)或站點(diǎn)坐標(biāo)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(diǎn)相關(guān)信息。站點(diǎn)名稱在初始配置或站點(diǎn)配動時(shí)可以進(jìn)行更改。地圖效果：矢量、衛(wèi)星、三維。

3.1.2  站點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)查看

用戶上傳點(diǎn)位成功，按照環(huán)境部門標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間段分為實(shí)時(shí)狀態(tài)值、最近一小時(shí)值、最近24小時(shí)值等。

3.1.3  站點(diǎn)環(huán)境遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)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(diǎn)的周邊情況和污染物實(shí)時(shí)排放數(shù)據(jù)，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)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(jìn)行），當(dāng)發(fā)生不可抗力因素時(shí)，同樣可以根據(jù)影像資料來判定事故詳情。

3.1.4  預(yù)警通知

系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)后，可按照用戶需求設(shè)置預(yù)警模式（提醒方式：短信、郵件、微信）。

模式1：超標(biāo)預(yù)警

大氣、揚(yáng)塵標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)顯示，非標(biāo)準(zhǔn)格式監(jiān)測因子支持用戶定制開發(fā)，地圖指標(biāo)根據(jù)指數(shù)對應(yīng)顏色顯示，點(diǎn)擊站點(diǎn)顯示數(shù)據(jù)時(shí)，首要污染物通過顏色條注釋，當(dāng)數(shù)據(jù)指標(biāo)超過預(yù)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(gè)級別，指數(shù)越大，級別越高，說明污染越嚴(yán)重，對人體健康的影響也越明顯。

模式2：斷線預(yù)警

監(jiān)測點(diǎn)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)自動給發(fā)送斷線提醒，每小時(shí)提醒一次，直至重新正常連接。

模式3：異常值預(yù)警

當(dāng)監(jiān)測數(shù)值在某一時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)大幅度起落，或者在較長時(shí)間數(shù)值無變化，同樣會觸發(fā)預(yù)警，報(bào)知相關(guān)人員核對檢修。

3.1.5  數(shù)據(jù)報(bào)表生成

用戶數(shù)據(jù)收集達(dá)到系統(tǒng)要求數(shù)量后，后臺即可啟用數(shù)據(jù)歸類功能，自動計(jì)算小時(shí)值、日、周、旬、月、年均值等，生成對應(yīng)報(bào)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(dǎo)出打印時(shí)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(gè)性化定制需求，系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)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(jìn)行，同時(shí)可以采用AQI或者根據(jù)不同用戶特點(diǎn)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(diǎn)負(fù)責(zé)人，及時(shí)了解動態(tài)。

分級計(jì)算參考的標(biāo)準(zhǔn)是新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（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(jì)算，AQCI按照《環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）（發(fā)布稿）（HJ633-2013）》計(jì)算，參與評價(jià)的污染物為SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO六項(xiàng)。發(fā)布頻次為每小時(shí)一次。

AQI參考算法：

a）對照各項(xiàng)污染物的分級濃度限值，以實(shí)測濃度值分別計(jì)算得出空氣質(zhì)量分指數(shù)IAQI；

b）從各項(xiàng)污染物的IAQI中選擇值確定為AQI，當(dāng)AQI大于50時(shí)將IAQI的污染物確定為首要污染物；

c）對照AQI分級標(biāo)準(zhǔn)，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(diǎn)位數(shù)據(jù)后，平臺對各項(xiàng)污染物統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算分析，初步建立點(diǎn)位污染源模型（當(dāng)前采用方法為首要污染物比重餅狀圖解析），如果監(jiān)測點(diǎn)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(jìn)行污染物對比分析，通過各時(shí)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(shí)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(bào)、總量、監(jiān)察等數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和統(tǒng)一分析方法，準(zhǔn)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(jìn)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(diǎn)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(jī)動車、船、飛機(jī)及非道路機(jī)械等顆粒物排放源。源解析中的開放源通常包括土壤風(fēng)沙塵、道路揚(yáng)塵、施工揚(yáng)塵、堆場揚(yáng)塵和窗臺塵等。特定地區(qū)的源解析工作有時(shí)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(yù)測

大數(shù)據(jù)平臺運(yùn)行過程，在收集夠一定量的后，建立監(jiān)測數(shù)據(jù)三維模型，分析預(yù)測未來的環(huán)境質(zhì)量趨勢。

3.1.10  應(yīng)急預(yù)案管理

基于GIS地圖信息建立環(huán)境預(yù)案管理體系，根據(jù)不同用戶開放不同編制權(quán)限，預(yù)案錄入時(shí)候系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)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(yùn)行中，面對突發(fā)狀況時(shí)，可根據(jù)數(shù)據(jù)模型提供預(yù)案，為環(huán)境管理部門提供相應(yīng)參考。

3.1.11  遠(yuǎn)程維護(hù)配置

環(huán)保監(jiān)測點(diǎn)位需要大面積覆蓋，同時(shí)需要滿足便攜性、移動性、實(shí)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(jìn)行。監(jiān)測站點(diǎn)發(fā)生故障或數(shù)據(jù)連接異常時(shí)，可通過Internet遠(yuǎn)程訪問確定是否需要前往維護(hù)，節(jié)約人工成本。

網(wǎng)即國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet），它是把不同位置、不同規(guī)模的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的集合體。我們通常所瀏覽的WWW站點(diǎn)、FTP站點(diǎn)以及溝通時(shí)所采用的即時(shí)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)?ldquo;網(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(hù)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(diǎn)位信息，支持用戶點(diǎn)位綁定。

管理者賬號經(jīng)過系統(tǒng)認(rèn)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(biāo)預(yù)警

用戶綁定站點(diǎn)后可以設(shè)置站點(diǎn)指標(biāo)值，如果超出指標(biāo)，APP向用戶推送通知。

3.2.3  預(yù)案提醒

PC端生成預(yù)案后，同步至移動端管理，具有日程安排的預(yù)案，可以設(shè)置提醒功能。

3.3維護(hù)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(shí)、數(shù)據(jù)傳輸還未趨于穩(wěn)定，在這一時(shí)間段，需要大量的運(yùn)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(hù)工作，維護(hù)人員直接在移動端可以查看點(diǎn)位狀態(tài)信息。

3.3.2  狀態(tài)查詢

維護(hù)人員登錄APP，跳轉(zhuǎn)至點(diǎn)位列表界面，包括點(diǎn)位名稱、點(diǎn)位狀態(tài)與更新時(shí)間，可以切換至地圖模式，當(dāng)前采用地圖接口開發(fā)。點(diǎn)擊刷新可以抓取點(diǎn)位數(shù)據(jù)信息，以北京時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，最近15分鐘內(nèi)有數(shù)據(jù)上傳，狀態(tài)標(biāo)注為紅色，若無上傳，狀態(tài)標(biāo)注為灰色。

點(diǎn)擊點(diǎn)位會顯示點(diǎn)位監(jiān)測因子實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)選項(xiàng)卡。

3.3.3  斷線故障預(yù)警

若點(diǎn)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(diǎn)導(dǎo)航

接入地圖導(dǎo)航功能，可以實(shí)時(shí)查詢到達(dá)點(diǎn)位具體路線時(shí)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

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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)、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(diǎn)通信，可查看原始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步轉(zhuǎn)發(fā)。

當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)位斷線或者出現(xiàn)異常時(shí)，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(jìn)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(jìn)行科學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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，與服務(wù)器接入同一局域網(wǎng)，使用內(nèi)網(wǎng)IP。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(xiàng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，嚴(yán)格按照相關(guān)法律法規(guī)及環(huán)保行業(yè)規(guī)定進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析運(yùn)算處理，得出標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境數(shù)值。統(tǒng)計(jì)功能支持根據(jù)原始值值計(jì)算小時(shí)值、日報(bào)、月報(bào)、年報(bào)等。分析功能包括，對大氣、水質(zhì)、煙氣等不同行業(yè)進(jìn)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(yùn)行生成數(shù)據(jù)模型，實(shí)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(bào)表生成與排名

中心服務(wù)器生成各項(xiàng)報(bào)表后，根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)從低到高進(jìn)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(diǎn)排名。服務(wù)器與EXCEL報(bào)表、WORD文檔、JPG圖片、PDF等接口進(jìn)行對接，使前端頁面可以順利導(dǎo)出打印。

4.5  環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)預(yù)警

預(yù)務(wù)器中置入交互模塊，每30分鐘采集監(jiān)測子站的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、監(jiān)測數(shù)據(jù)，對服務(wù)器進(jìn)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(yù)警提醒。同時(shí)可以將監(jiān)測因子標(biāo)準(zhǔn)接入檢測程序中，如果超標(biāo)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(yù)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是美國國家研制的第三代空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)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(shí)現(xiàn)設(shè)置可視化和運(yùn)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(yù)判

中心服務(wù)器處理數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)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(biāo)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)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