基于物联网的环保监测管理信息系统专项方案.doc

感知环境，智慧环境保护基于物联网环境监测管理信息系统XXXX5月序言党中央、国务院高度重视环境监测工作。党十六届六中全会经过中共中央相关构建社会主义友好社会若干重大问题决 定中提出要“加强环境监测，定时公布环境情况信息”；温家宝总理明确要求建立优异环境监测预警体系，全方面反应环境质量情况和趋势，正确预警各类环境突发事件，并强调加强基层环境监测能力建设；李克强副总理专程赴中国环境监测总站视察，就加强环境监测工作做出了关键指示，并要求统筹城镇环境监测体系建 设，这些全部充足说明中央领导同志对环境监测工作高度重视。周生贤部长在前很快结束全国环境保护工作会议上，对“十一五”期间环境监测工作取得成绩给了充足肯定，并对“十二五”期间监测工作提出了明确要求。“十二五”是中国环境保护事业充满期望五年，也将是环境监测事业大有作为五年，监测事业站在新历史起点上，面临着难得发展机遇。全国环境保护工作会议已经对做好今年乃至“十二五”环境监测工作有了总体布署，“十二五”环境监测要牢牢把握科学监测这个专题，以提升环境监测质量为根本，客观反应环境质量、掌握污染源排放、预警应急环境风险、监督考评环境质量情况、保障公众环境知情权，为环境管理提供有力技术支撑。环境监测数据是环境管理和决议基础依据，离开了监测，环境保护就会变成“聋子”、“瞎子”，环境管理科学化、正确化也就无从谈起。首先环境管理部门要在总量减排、污染防治、环境影响评价、环境处罚、领导干部环境保护政绩考评和政府环境保护目标考评等方面充足使用环境监测数据。其次，环境监测支撑作用发挥取决于环境管理对监测结果使用，使用越多，监测水平提升越快，存在问题才能及早得四处理，环境监测事业发展空间也就越大。物联网和环境保护设备融合实现了对工业生产过程中产生多种污染源及污染治理各步骤关键指标实时监控。在关键排污企业排污口安装无线传感设备，不仅能够实时监测企业排污数据，而且能够远程关闭排污口，预防突发性环境污染事故发生。物联网使环境监测更便利、愈加快捷、更正确。目 录第一章物联网和环境保护4第二章必需性和意义5第三章需求分析6第四章处理方案9第五章系统成效18第六章经典案例19申明：本资料版权归XXXX股份企业全部，未经书面授权，不得以任何形式转载、剽窃、复制或节录部分内容。第一章 物联网和环境保护物联网是继计算机、互联网和移动通信网以后世界信息产业第三次浪潮。世界各国如美国、欧盟、日本、韩国等全部提出了明确物联网发展计划，中国也提出要着力突破传感网、物联网关键技术，这意味着中国已经把发展物联网确定为国家科研和产业发展战略。在这个战略和方针指导下，各地纷纷提出各个行业物联网计划，而“感知环境，智慧环境保护”即是结合物联网技术对水体水源、大气、噪声、放射源、废弃物等进行感知、处理和管理，建设成为一个集智能感知能力、智能处理能力和综合管理能力于一体新一代网络化智能环境保护系统，达成“测得准、传得快、算得清、管得好”总体目标，意在推进污染减排、加强环境保护，实现环境和人、经济乃至整个社会友好发展。环境保护部是最早开始物联网探索和实践并大力推进单位之一。环境在线监控就是在点线面源适宜点位上安装多种自动监测仪器仪表和数据采集传输仪，经过多种通讯信道和环境监控中心通信服务器相连，实现在线实时通讯，这么传感器感知点位环境状态就被源源不停地送到环境保护部门，并存放在海量数据库服务器上，以供环境保护信息化多种应用系统使用。污染源自动监控是对物联网技术经典应用，这一技术广泛应用将是未来污染源自动监控工作关键，将给这项业务工作模式带来巨大变革。环境在线监控等技术手段应用，对环境管理理念、方法、体制、机制变革形成推进力量，从而借助技术手段实现中国污染有效控制和环境有效保护。环境保护物联网发展是变事后监管为事前预防关键技术手段。环境保护物联网应用能够使污染物排放实现在时间和空间上可控，常规环境管理因技术手段受限无法做到。环境监控系统集成能够对企业污染物排放量每小时进行自动统计，结合纳污体环境情况，系统能够给出企业许可排污量，经过自动反馈来确保纳污体环境质量稳定。能够将企业年度排污总量分解成定时 (如30天)排污总量控制，实现“凭卡排污、超值报警、充值申请、环境保护同意”模式，同时也为其它环境管理手段比如:排污费收取、信访处理提供了控制手段，应急情况下环境管理部门可经过环境监控系统集成远程应急关闭企业排污口，实现真正意义上总量控制。第二章 必需性和意义2.1 必需性2.1.1 环境安全保障需要环境问题越来越突出，对环境污染监测是治理前提条件，是环境安全保障基础。 利用物联网技术加强对环境污染监测，经过分析监测数据，加强对环境污染情况掌握，从而对环境治理提出愈加科学方法，达成保护环境安全需要。2.1.1 加强“两个能力”建设为满足对环境安全保障工作需要，落实国务院相关落实科学发展观加强环境保护决定中相关加强环境监测和监管两个能力建设精神，各级环境保护机构需要经过技术手段来补充完善环境监管、监测方法和手段，愈加好地发挥职能作用，而基于物联网环境监测管理信息系统正是加强这两个能力有效手段。2.2 意义确保辖区内环境安全是各级环境保护机构环境保护工作重中之重；同时，为愈加好地落实国务院相关落实科学发展观加强环境保护决定中相关“健全环境监察、监测和应急体系”精神，需要补充完善环境监管、监测方法和手段，提升环境保护管理有效性和时效性。基于物联网环境监测管理信息系统充足利用最新物联网技术、无线通讯技术、GIS技术，从硬件、软件两方面提升环境保护管理工作水平，为环境监测探索新、科学管理方法。新技术应用，提升了环境监测实时性和有效性，含有广泛主动意义。第三章 需求分析3.1 监测需求环境监测部门作为国家环境保护系统技术部门，是环境管理工作关键基础。伴随市民环境意识增强，越来越多人开始关心所处环境质量好坏，要求环境保护工作透明化；上级主管部门也需要数量大、种类多、更新快信息。全部这一切，给环境监测部门提出了一个应引发重视问题：怎样建立起实用性强、覆盖面广、灵活性好环境保护数据采集系统，满足各方面对环境监测信息需求。在环境保护系统中，常常需要对众多污染排放点进行实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心后端服务器进行处理。因为监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较恶劣地域，经过电话线传送数据往往事倍功半。经过无线网络进行数据传输，成为环境保护部门选择通信手段之一。污染源监测设备可将采集到污染数据和告警信息经过无线网络立即发送到环境保护监测部门，实现对排污单位或个人立即管理，能够大大提升环境保护部门工作效率。环境保护数据采集系统是由污染源排放监测点和监测中心组成污染源监测系统。该系统可对污染源进行自动采样、对关键污染因子进行在线监测；掌握城市污染源排放情况及污染源排放总量，监测数据自动传输到环境保护监测中心；由监测中心计算机进行数据汇总、整理和综合分析；监测信息传至环境保护局，由环境保护局对污染源进行监督管理。现在，各污染源排放监测点安装污染源监测仪，对污染源进行监测。监测中心接收监测点传输监测信息；并负责对监测信息进行分类、筛选和综合分析。环境保护局作为系统决议中心，对从监测中心站取得监测信息进行分析、调研，立即做出管理决议，增加管理力度。利用无线通讯网络，如GPRS、CDMA或多种制式3G来传输监测数据，含有速度快、使用费用低特点，采取无线通信方法有组网灵活、扩展轻易、运行费用低、维护简单、性价比高等优点。3.2 数据需求环境保护信息化现在关键集中在加强对污染源自动监控系统建设上，各地纷纷建立了一定规模污染源监控系统，也获取了一定监测数据。现在环境保护行政机构把环境保护信息化工作集中在前端，即监测监控端。污染源根据污染类型可分为大气污染源、水污染源、固体废物污染源、环境噪声污染源、辐射污染源等，这意味着每一个类型污染源有一个或多个监测监控仪器，而每一个监控仪器全部有一套自己监控软件，这些监控软件关键是为仪器仪表配套使用，仪器生产厂家很多，这么监控软件也很多，各监控软件数据定义全部不一样，生成了自己数据格式，极难实现规范化监控需要。1、应用系统多各地信息化程度不一，面对迫切环境保护信息化要求，部分环境保护行政部门陆续建立了部分信息化系统，满足目前需要。但这些应用系统多由不一样开发商完成，她们之间数据格式各异，造成数据共享困难。2、垃圾数据多因为缺乏统一数据标准，造成垃圾数据多。每种仪器全部产生数据，这些数据经汇总后要上报给上级机关，一样数据可能存放于不一样物理空间上。而且，每建设一个监测系统后，就有一套监控软件，以满足存放监测数据需要，这么大量反复建设，造成垃圾数据不停增多。当真正想利用数据时，却发觉无法找到有利数据。3、有用数据分散基于前面三点分析，有用数据分散于各个监控软件或应用系统中，因为缺乏统一交换标准，数据利用较为困难，通常采取二次开发或上线前要求接口统一，不管哪一个方法，你会发觉要有效利用这些分散数据是十分困难。关键原因是现在数据交换存在着极大弊端，没有统一标准。数据采集是由采集仪器完成，传输是由数据采集传输仪完成，最终由各自监控软件进行存放，应用系统要想利用数据，必需去这些监控软件中取数。而在没有标准情况下，要想获取这些分散在各自监控软件中数据是极其困难。数据分散以下图所表示，关键分散在以下多个地方。第一，分散于各监控软件中。因为监控软件和监测监控仪器配套使用，通常一个仪器配一套监控软件，现在仪器不下几百种，而且会伴随监测项目标出现而新增，大量数据分散于庞大而复杂监控仪器中，使数据转换、利用十分困难。第二，分散于各应用系统中。不一样环境保护部门信息化程度不一样，在信息化过程中产生了大量环境保护应用系统，这些应用系统通常也是由不一样软件开发商承建，它们产生数据格式各异，平台也各异。要综合利用这些异构数据，对建设单位来说是一个莫非。第三，分散于各级环境保护部门中。环境保护监测系统是根据自下而上体系进行建设，环境保护数据需求则是自上而下。处于监测第一线环境保护单位搜集到多种监测数据通常存于本身监控系统中，上级单位若想利用数据，通常要求根据上报数据。若上报不成功，上级单位就无法获取数据。这些弊端造成信息化过程中数据利用不便，降低了数据利用率，有必需重新梳理环境保护信息化数据利用步骤，构建一个环境监测数据标准化平台，满足不一样业务系统、不一样等级环境保护部门对环境监测数据应用需求。第四章 处理方案4.1 总体目标在利用物联网、无线网等多种传输网络基础上，将监测仪器采集到数据实时传送到后台进行海量存放，进行计算、数据挖掘和分析，从而达成“测得准、传得快、说得清和管得好”总体目标。 同时，建设一个环境数据标准化转换平台，将环境监测数据传送到后台，进行数据导入、转换、存放等处理，形成一套标准、统一数据，便于利用。4.2 总体结构 基于物联网环境保护监测管理信息系统整体功效结构以下图所表示： 整体结构分为感知层、网络层、处理层和应用层等四层。感知层利用传感器采集各个监测、监控对象数据，经过网络层传输到后台，经过数据计算、分析后达成管理和应用目标。4.2 方案功效基于物联网环境保护监测管理信息系统由“一个中心、一个平台和七个系统”组成，具体由十个方面内容组成。“一个中心”即环境保护监控中心，是整个系统集中点，起到了大集成作用，全部数据展示及应急决议指挥系统将在此展示和模拟。“一个平台”即环境保护数据标准化转换平台，将各个监控系统数据根据协议转换成标准数据进行统一存放。“七个系统”即“环境质量在线监测系统”、“污染源监管系统”、“移动视频监控系统”、“环境质量估计系统”、“环境保护应急指挥系统”、“环境保护GIS系统”和“移动环境保护监控执法系统” “环境质量在线监测系统”关键采取在线监测方法，包含“大气质量在线监测子系统”、“水质量在线监测子系统”、“声质量在线监测子系统”，关键对大气、水、声环境质量实现实时监测；“污染源监管系统”关键是对燃煤锅炉和医院污水等排放实现监测和监控；“移动视频监控系统”关键针对工地扬尘、交通干线等关键地域环境污染情况实现监控，包含“固定前端视频监控子系统”和“PDA移动视频监控子系统”。基于这些系统组成 “智慧环境保护”，其框架包含“基础数据”、“综合平台”、“应用平台”、“具体应用”四部分，具体图示以下：4.2.1 环境质量监控中心经过对监控监测环境数据进行统计和存放，为环境保护执法提供优异和有效手段及依据。同时，最大程度地将各个监控子系统有机集成到一起，并为以后功效扩展预留接口。监控中心将建设大屏幕显示系统和应急控制系统配套设施，并为其建立专门机房和应急指挥室，为领导决议和指挥提供有力支持和快速反应系统。4.2.2 环境保护数据标准化转换平台以“两平台一中心”为总体计划思想来构建环境监测（监控）数据传输交换方案，在此基础上将可定义表单、可伸缩性数据交换、可视化交互式数据处理等优异技术应用到本方案中来，使其经过优异设计、技术理念实现功效应用创新。“两平台一中心”，即“数据接口平台”、“数据转换平台”和“环境监测数据中心”。“数据接口平台”负责和多种监控软件和应用系统所产生数据进行对接，“数据转换平台”负责将多种监控软件和应用系统产生数据转换成统一标准数据，“环境监测数据中心”负责根据标准进行存放转换后数据。转换平台结构示意图以下所表示： 4.2.3 环境质量在线监测系统环境质量在线监测系统由大气环境质量、水环境质量在线监控子系统和声环境在线监控子系统组成。各个子系统由多参数监控监测仪器组成。4.2.3.1 大气环境质量在线监测子系统将无线传输设备连接至监控点指定接口，并将获取数据统计传送到西城环境保护监控中心环境质量在线监测系统，经过统计、分析和汇总，立即掌握大气污染情况。大气环境质量在线监测子系统由在线监测设备、数据采集、处理和统计模块和无线传输系统组成。以下图所表示： 4.2.3.2 水环境质量在线监测子系统今年，市环境保护局将在我区关键水域建立水质自动监测站，经过水环境质量在线监控子系统可实现对区域内河流、湖泊断面监测数据实时传输，从而对全区水环境质量有一个愈加全方面、立即了解。为配合市局工作，我区经过在企业、医院、污水处理厂等排污口安装水质在线监测设备，实时搜集和统计现场真实排污情况，并将数据经过无线传输系统传送到监控中心。水环境质量在线监测子系统由在线监测设备、数据采集、处理和统计模块和无线传输系统组成。以下图所表示：4.2.3.3 声环境质量在线监测子系统伴随城市工业生产、交通运输、城市建设发展和人口密度增加，环境噪声日益严重，已成为污染环境一大公害。为改善群众居住环境，提升居民生活质量，处理百姓关注噪声污染问题，随时掌握区域噪声情况，在部分街道安装噪声在线监测仪，利用无线网络传输数据信息，使工作人员立即、正确地掌握区域噪声环境情况，分析其改变趋势和规律，了解各类噪声源污染程度和范围，为噪声污染源监督管理提供正确监测数据和科学依据。噪声污染不一样于大气污染和水污染，其空间分布是不连续，因为受地形地貌、建筑物等遮挡，噪声信号会发生反射、折射、衍射、吸收等波动现象，而使声能量分布发生改变，造成空间分布不连续性。只有采取多点抽样法测量，才能真实地反应一个区域噪声污染平均水平。功效区噪声监测目标在于掌握城市内不一样区域环境噪声时间分布规律。现在大全部采取小时采样法，即在每小时内测量10分钟或20分钟，用以代表该小时平均噪声水平，每季测量1次，每次连续监测二十四小时。声环境质量在线监测子系统由在线监测设备、数据采集、处理和统计模块和无线传输系统组成。以下图所表示：4.2.4 污染源监管系统利用CDMA等无线传输手段，实现对燃煤锅炉SO2在线监测，和施工工地扬尘污染、医院污水处理设施运转情况、关键餐饮业油烟排放情况等污染源视频监控，将实时拍摄到图文信息聚集到监控中心，经汇总、分析，为决议指挥提供依据。4.2.5 移动视频监控系统移动视频监控系统关键用于大气污染源、施工工地、交通干线和区域环境敏感点监控。新开工工地土方施工极易产生扬尘污染，安装CDMA无线视频监控设施可实现对这些工地高效、快速监控管理；另外为实时掌握关键地域污染源改变情况、交通干线机动车流量及污染程度等情况，也需安装CDMA无线视频监控设施。移动视频监控系统是基于无线IP网络即时、交互式高清楚图文通信系统，适适用于应急通信或需要高清楚图片即时传输领域。移动视频监控系统以图片为关键信息载体，辅以文字、地理位置等信息，将现场情况以高清楚图文形式即时展现，实现了即时图文信息采集、处理、通信和应用一体化，为后方实时查看前方现场情况提供了高效率、低成本全新处理方案。移动视频监控系统应用方法灵活多样，用户既能够携带移动前端外出作业，在使用数码相机拍摄现场图片同时，实现图片即时传送，又能够经过固定前端定时自动拍摄、发送现场图片，还能够远程操控固定前端拍照，实时获取前方高清楚图片。4.2.6 环境质量估计系统利用数学模型，对采集到相关污染物数据进行模拟计算，可对区域突发环境污染事件造成影响程度、影响范围和区域空气质量情况进行估计，为应急处理和领导决议提供正确数据依据。估计系统数据起源于多个子系统，以子系统数据为估计基础，经过有效整合、统计、分析等手段为估计提供数据基础。估计系统基础数据包含每日空气质量数据、气象五参数等数据及空气总量模型所计算出数据。并在此基础上进行汇总、统计、分析，最终得到各个污染源污染物排污情况，以估计污染物排放趋势及对周围环境所造成影响。最终形成统计结果展现在GIS系统中，经过GIS系统中污染源分布直接进入具体某个污染源以查看该污染源实时排放情况及排放历史统计和统计信息，并可经过该污染源直接查出该污染源所在单位基础信息和该污染源事故发生统计等相关信息。4.2.7 环境保护应急指挥系统针对区域关键污染源污染情况及可能出现突发事件，如危险化学品、加油站、加气站、电磁辐射、放射源等，制订对应突发环境污染事件应急预案，依据应急监测车在现场监测到数据及视频信息，为应急处理和领导决议提供正确数据和依据，联络教授，采纳其专业意见，最终将领导决议立即反馈给执法人员，实现双向互动。 应急决议指挥系统包含下面10个子系统组成，有部分系统即使在其它系统里出现过，但同时它也是应急决议指挥系统组成部分，不可或缺。1、通信子系统（包含有线、无线通信系统）； 2、业务汇聚及处理子系统；3、计算机辅助调度子系统（CAD）； 4、地理信息子系统（GIS）；5、GPS车载监控子系统； 6、数字录音子系统（RMS）； 7、监控监测子系统；8、大屏幕显示子系统； 9、辅助决议子系统； 10、调度系统。 依据环境保护突发事件污染性质、扩散状态等，结合保障体系、对比相关案例、分析教授意见后自动生成最好应急处理预案。4.2.8 环境保护GIS系统利用GIS系统可方便地建立专题图层，对污染源进行标点，经过环境地理信息系统和各业务系统整合，可直观演示多种环境信息，对多种环境信息、数据、资料进行汇总、统计、分析、计算，提升我区城市环境管理水平，增强环境管理有效性。4.2.9 移动环境保护监控执法系统 移动环境监察执法系统，可实现日常环境监察、行政执法移动处理，经过日常工作信息化管理，有利于更方便处理日常工作。l该系统在手持设备上实现“现场法规应用、现场数据（音像）采集，现场数据远程传输，文书、票据打印”等功效，切实提升执法现场工作效率及业务水平。l移动环境监察执法系统和原内网业务管理系统集成，处理远程现场执法和内网办公系统、应急管理等业务处理系统协同机制，完善并优化执法管理、突发事件快速反应机制。l 移动环境监察执法系统所采集数据及内部办公、内部业务管理系统中数据综合应用，处理各级管理人员、外出执法人员在现场管理时调用数据迟滞、决议信息不完善、应急指挥手段单一等问题。第五章 系统成效基于物联网环境保护监测管理信息系统，将从根本上处理污染数据采集困难、环境保护机构人手少、业务压力大等很多原因，提升了对关键污染源监测和监控能力，同时也提升了对环境突发事件应对能力。1、全方位监测系统。利用优异物联网技术，将天、地、水等环境要素进行全方面、全方位监测监控，监测监控现场数据立即地采集到后台，大大提升了监测监控实时性。2、标准、统一数据转换平台。利用数据抽取、数据导入、数据清洗等数据处理技术，将多种不统一监测数据集中根据标准转换到数据中心，统一、标准数据提升了数据利用效率。3、直观、形象展示平台。监测、监控数据和GIS紧密结合，环境保护管理对象和监测数据能够愈加直观和形象地进行展示。同时，利用质量估计系统，可形象在GIS上进行估计演练，动态查看影响范围。第六章 经典案例XX保护局自起开始加大环境保护监测监控能力建设，在充足利用物联网技术同时，上线了大气、水、噪声、烟尘等在线监测仪器，建成了环境质量数据中心和污染源数据中心，为西城环境保护环境管理工作提供有益支持和帮助。XX环境保护经过建设基于物联网环境保护监测管理信息系统，建设成了一套优异集监测监控、数据整合、质量估计、污染源管理、应急指挥、移动执法和环境质量分析于一体综合性管理平台，为日常环境保护工作提供了强有力支持。