CN107145611A - 重点工业污染源实时监控动态管理信息平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种针对一定区域内重点工业污染源实时监控动态管理信息平台，涉及环境管理信息化技术领域。该平台由基础硬件、系统平台和综合数据库三部分组成。基础硬件包括GIS服务器、数据服务器、应用服务器和网络通讯链路等。信息平台包含平台软件和功能模块两部分，功能模块开发了污染源实时监控、污染源动态管理、污染物统计分析和辅助决策等模块。综合数据库的构成包空间数据库和属性数据库。信息平台实现了科学有效地对一定区域内重点工业污染源实施全生命周期动态监管，为综合管理、应急处理、分析决策和执法监管等环境管理提供科学依据，解决现有环境信息管理系统普遍存在的数据不共享、不兼容、利用率差，空间分析功能弱等问题。
Description
技术领域
本发明属于环境管理信息化技术领域，特别涉及一种一定区域内重点工业污染源信息化、数据化、后台分析并辅助决策的动态信息管理平台。
背景技术
目前，我国已经进入工业发展的巅峰时期，工业化、城镇化和农牧业现代化加速推进，资源能源消费总量不断上升，污染物产生量和排放量持续增加，环境风险进一步加大，工业企业环境管理工作压力巨大。
由于与工业过程相配套的工业污染源管理措施不健全，现有的环境信息管理系统普遍存在数据不共享、不兼容、利用率差，空间分析功能弱等问题，无法满足环境管理的实际需求。污染减排指标不断扩展，环境监控要素持续增加，监督执法难度不断加大，防范环境风险和应对突发环境事件被提上重要日程，人民群众对环境权益的诉求不断提高。这一切都对环境监管工作及其技术支撑体系建设提出了更高的要求。因此，迫切需要建立重点工业污染源实时监控动态管理信息平台，实现实时监控、综合管理、应急处理、分析决策和执法监管等信息化动态管理功能，增强管理决策的科学性、可靠性和预见性，为环境管理和决策提供直观、高效、便捷、综合性的技术手段和工具。
发明内容
本发明的目的在于，科学有效地对一定区域内重点工业污染源实施全生命周期动态监管，为污染源监控、综合管理、应急处理、分析决策和执法监管等方面提供科学依据。
为了达到上述目标，本发明的技术解决方案是提供一种针对一定区域围内重点工业污染源实时监控动态管理信息平台，该平台由如下主要部分组成：
1、基础硬件
基础硬件包括GIS服务器、数据服务器、应用服务器、以及网络安全、数据交换设备和网络通讯链路等。其中数据的网络传输可以采用有线或者无线模式，有线模式包含工业以太网和光纤，无线模式包含GPRS和4G网络。
2、系统平台
系统平台包含平台软件和功能模块两部分。
1)平台软件
平台软件是建立实时监控与动态管理的基础软件，包括操作系统软件、数据服务平台软件、平台开发软件、地理信息系统软件、中间件服务软件及其他平台软件。
2)功能模块
功能模块包含基本功能模块和专题功能模块。
a)基本功能模块
基本功能模块包含数据输入、数据转换、自查校验、数据编辑、数据处理、数据输出、数据维护与备份等功能模块。
b)专题功能模块
专题功能模块是围绕重点工业污染源的实时监控与动态管理开发的功能模块，从工业源前期审核落地到生命全周期的监督管理、统计分析，目的为政府决策提供科学有力的依据，确保环境安全。主要包括污染源实时监控模块、污染源动态管理模块、污染物统计分析模块和辅助决策模块。
3、综合数据库
综合数据库的构成包含空间数据库和属性数据库，将获取的空间数据和属性数据进行数据转换跟踪，实现空间数据和属性数据的有效整合。
1)空间数据库
空间数据库主要包含行政区(含省界、市界、县市界等数据)、居民地(省会、市、县、乡镇、村庄及地名)、交通(铁路线、高速公路、国道、省道、县乡道、公路桥等)、水系(河流、湖泊、水库等)、地形地貌、相关规划/区划等基础空间数据。污染源的空间数据主要是企业代码、经纬度信息等。
2)属性数据库
属性数据库包括环境要素属性数据库和污染源属性数据库。
环境要素属性数据库包含水环境功能区数据、大气环境功能区数据、土壤环境功能区数据。环境要素属性数据是环境现状评价、模拟预测等辅助决策功能的基础数据支撑；污染源属性数据库包括企业基本信息、环保行政管理相关信息、污染排放信息、能源消耗数据、清洁生产数据、污染防治投资情况等。
附图说明
图1重点工业污染源实时监控动态管理信息平台总体结构示意图；
图2重点工业污染源实时监控动态管理信息平台功能模块示意图；
图3重点工业污染源实时监控动态管理信息平台污染源属性数据库示意图。
具体实施方式
根据上述重点工业污染源实时监控动态管理信息平台，下面通过实施例和附图对本发明进行详细说明。
鉴于我国目前重点工业污染源环境监督管理的现状，在信息化管理平台集成技术的基础上，构建适合当下中国国情的一定区域内重点工业污染源实时监控动态管理信息平台。该重点工业污染源实时监控动态管理信息平台的构建与设计，是建立在环境标准规范体系、信息安全保障体系、信息运行管理体系基础之上的综合系统集成应用，如图1所示，该平台由基础硬件、系统平台和综合数据库三部分组成。
1、基础硬件
1)数据传输
基础硬件包括GIS服务器、数据服务器、应用服务器、以及网络安全、数据交换设备和网络通讯链路等。配备了气体传感器、温度传感器、压力传感器、摄像头等在线监测仪。这些监控设备的输出信号均为标准的工业信号，通过分交换机以有线或无线的形式传输至核心交换机，服务器以有线方式与核心交换机相连。
有线传输以光纤形式，无线传输以GPRS和4G网络。
2)数据储存
储存设备是信息平台硬件的重要组成部分，主要依托各类服务器，包括视频服务器、磁盘阵列等。
2、系统平台
1)平台软件
平台软件是建立实时监控与动态管理的基础软件，主要由WebGIS技术、数据库技术以及网络开发技术构架而成。
a)WebGIS技术
WebGIS技术使用的是ESRI公司的ArcGIS产品，包括ArcGIS Desktop、ArcIMS、ArcServer和ArcSDE四部分。ArcGIS Destop承担地理信息的编辑、管理、设计、二次编程等操作；ArcIMS是一个进行GIS地图、数据和元数据发布的地图服务器；ArcServer包含了一套Web框架上建设服务端GIS应用的共享GIS软件对象库；ArcSDE作为空间数据服务器负责ArcGIS其他软件产品同关系数据库的通信连接。
b)数据库技术
数据库采用SQL Server作为开发软件，主要存储重点工业源信息、监测数据、相关规划信息和模型数据等，为管理信息平台的运作提供实时更新的动态数据库。
c)网络开发技术
服务器端的Web组件在.NET环境下采用C#语言、基于微软的Internet信息服务(IIS)进行构建，APS技术将在visual Studio环境中作为网页的开发技术，并同WebGIS相关工具结合共同开发。
2)功能模块
功能模块包含基本功能模块和专题功能模块，主要功能如图2。
a)基本功能模块
基本功能模块包含数据输入、自查校验、数据转换、数据编辑、数据处理、数据输出、数据维护与备份等功能。如数据输入，批量采集的数据采用人工录入、excel或access数据表的直接导入和纸版数据的扫描识别导入等方式导入系统，实时数据即时传入；自查校验根据数据类型、数据长度、该属性是否允许空值、数据间的相互关系等属性的设定，对数据做初步的校验；统计分析可按行业、流域、产品、区域等统计点污染源的排污量、原辅材料用量、能源消耗及排放强度等指标，实现三同时验收等监管统计、排污费统计、总量特征及变化分析、超标排放统计、在线监测(日、月、年)统计、趋势分析等。
b)专题功能模块
专题功能模块是围绕重点工业污染源的实时监控与动态管理开发的功能模块，从工业源前期审核落地到生命全周期的监督管理、统计分析，目的为政府决策提供科学有力的依据，确保环境安全。主要包括污染源实时监控模块、污染源动态管理模块、污染物统计分析模块和辅助决策模块。
①污染源实时监控模块
污染源实时监控与在线监测设备相连，其数据采集和传输的特点是实时获取在线监控数据、以主动与被动方式传输数据。对于数据库中的缺失数据，系统会自动扫描，并向监测仪器发出请求，自动补足数据。
实时报警是污染源实时监控的重要部分，开发了实时预警模块，实现总量超标预警、浓度超标预警及监测设备、采集传输设备、排污处理设备异常报警。系统将以蜂鸣或出现警示信息或通过短信提示等方式予以预警，使主管部门能及时采取相应管理措施。
实时数据定期分析功能，系统嵌合污染物排放标准(包括国家标准、行业标准及地方标准)，把污染源所对应的污染物排放标准中的具体指标的排放限值设为上限，进行某个污染源日、月、年超标频次、超标污染因子统计分析，辅助管理部门对企业实施针对性的环境管理措施；全面掌握超标排放企业的分布、数量等信息，对比分析行业间、区域间企业超标情况，及时发现某一行业、某一区域存在的共性问题，辅助管理部门提出针对性的措施。
②污染源动态管理模块
污染源综合管理主要建立重点工业污染源实时监控动态管理信息平台的字典库，是整个平台系统主要数据存储、管理与维护中心。主要包括重点工业污染源基本信息管理与查询和污染源数据维护等方面内容。
污染源基本信息管理贯穿从“环保建设项目管理”到污染源“死亡”的整个过程，串联环境管理的各个业务部门，集能源消耗管理、污染源排放、固体废物、环境投诉、环境执法、建设项目情况管理、许可证情况管理、废水监测管理、废气监测管理、污染源在线监控管理、行政处罚管理、危险化学品和危险源管理、放射源管理等各方面综合信息统一管理和应用。
污染源数据维护工作主要涉及当业务系统数据不完整、不统一，难以满足业务管理需要时，可设置权限对重点工业污染源及时进行数据增加、修改、删除操作。系统能够对污染源数据进行自动或手动的备份，保证数据的完整性。
③污染物统计分析模块
该功能模块对污染源信息根据业务需求进行统计分析，为政府决策提供支撑。
污染物总量控制主要针对COD、BOD、SO2、NOX、NH3-N等污水与废气指标，提供了多张数据表间关联的条件查询；可按地区、行业、流域等类别统计年度数据，进一步分析总量削减情况。可计算排放总量和排放分担率，分析企业排放污染物是否符合总量控制的要求，对接近、达到或超过允许排放总量的企业，按不同颜色在地图中标示。分析出任一行政区域的排污状况和收费潜力，为制定适合该地区发展的环境管理和排污收费政策提供基础数据支撑。
污染物统计根据用户的需求，自动生成相应的环境统计专题报表，实现按各种环境要素的横向对比、纵向对比，同时，结合经济数据分析核算各地区及各产业污染物产生排放状况和变化趋势。
此外，还设置了多种环境要素分析模型和辅助决策模型，如洛伦兹曲线分析、弹性系数分析、回归分析层次分析、聚类分析法等，分析该区域内重点工业企业源污染物排放的贡献率与工业产值贡献率之间的关系，快速判断某一行业的环境效率，为产业结构调整和产业升级提供科学的依据。
④辅助决策模块
主要为污染控制，资源优化配置与设计，污染源风险管理与应急处理，行政审批决策，环境规划与宏观决策等方面提供辅助决策。
I辅助污染控制措施决策
在制定区域环境保护措施时，利用GIS距离测算、叠加分析和缓冲区分析，基于距污染源越近，受污染越严重的判定原则，对污染源附近地区进行分等定级，为确定污染治理的区域单元及采取污染控制措施的等级程度提供依据。
II辅助快速排查污染事故发生原因
通过GIS相交分析，将区域行政图和重点污染源分布图(点)叠加分析后，掌握指定区域内重点污染源的类型、分布及排污量，从而快速排查污染事故发生区域情况。
III辅助环境容量资源分配、总量控制决策
利用环境容量计算模型和叠加分析，实现控制单元、行政区域、流域等层级的环境容量计算功能，从中掌握某区域的环境容量、环境容量限值、历史环境容量变化情况。结合GIS 网络分析中的资源分配功能，可用于流域等的环境容量资源分配和污染负荷分配。
在此基础上，以总量控制目标为基础，通过统计分析，按功能区划，计算总量余量，为污染控制的总量控制方案和对策措施提供决策依据。如，利用大气污染源信息、大气污染物输送过程分析、大气环境污染来源解析等，建立起大气污染物排放总量控制的削减量与环境质量改变的定量关系，最低限度的污染物削减与最低治理投资费用的定量关系，对污染综合防治进行总体优化。以A－P值为基础，结合多源模拟法优化规划法，进行总量控制计算和总量负荷分配，并在此基础上制定总量控制的实施方法。
IV资源优化配置与设计辅助决策
利用GIS的网络分析功能，为污水处理厂、垃圾处理厂等公共环保设施的选址，给排水管网、供热管道合理铺设和规划管理等，提出某种条件下最短和最优路径，结合缓冲区分析，通过规划方案对比，客观反映出规划方案的优劣及可行性，实现资源最优化，为最优化方案的选择提供依据。
V污染源风险管理与应急处理辅助决策
当污染事故发生时，该模块能应用嵌合的高架点源高斯扩展模型、S-P扩散模型等污染物扩散模型，计算、演化出未来一段时期的污染强度，结合GIS距离测量、面积测量等，确定受影响范围，并提供污染事故的大气、河流污染扩散的模拟展示结果。根据动态模拟，结合周边的地理环境制定出合理可行的紧急撤离方案，完成应急救援资源的查找(医院、消防救援力量)及到达制定地点的最佳路径选择。
VI环境规划与宏观决策辅助
利用该模块可进行环境现状评价及环境预测，综合GIS的虚拟场景功能，科学合理地安排生产力布局(生产规模、生产结构和分布)，规划生态功能区区划，对区域土地和空间资源进行合理配置，为环境规划的空间规划提供科学依据。
3、综合数据库
综合数据库的构成包含空间数据库和属性数据库，之间利用ArcMap和ArcCatalog应用程序模块，将获取的空间数据和属性数据进行数据转换跟踪，实现空间数据和属性数据的有效整合，构成动态管理系统的数据库。
由于属性数据庞大，为了便于对属性数据进行管理而不影响统计分析图表的制定和地理空间分析功能，将属性数据和空间数据分别存储。通过数据链接方式，即数据库两库中分别都有相同的唯一性编号，通过对表与表之间的唯一性编号链接，实现空间数据与属性数据的关联。
1)空间数据库
空间数据库采用1：10000的矢量数据，主要包含行政区(含省界、市界、县市界等数据)、居民地(省会、市、县、乡镇、村庄及地名)、交通(铁路线、高速公路、国道、省道、县乡道、公路桥等)、水系(河流、湖泊、水库等)、地形地貌、相关规划/区划等基础空间数据。污染源的空间数据主要是企业代码、经纬度信息等。
2)属性数据库
属性数据库包括环境要素属性数据库和污染源属性数据库。
环境要素属性数据库包含水环境功能区数据、大气环境功能区数据、土壤环境功能区数据。水环境功能区数据包含水体名称代码、现状使用功能、现状水质类别、规划主导功能、功能区类型、水质目标、水文基础数据等；大气环境功能区数据包含区域名称代码、现状大气环境质量类别、规划主导功能、功能区类型、大气质量目标及气象基础数据等；土壤环境功能区数据包含区域名称代码、现状土壤环境质量类别、规划主导功能、功能区类型、土壤环境质量目标及土壤理化等基础数据等。环境要素属性数据是为基于污染物模拟扩散、环境预测等分析模型的预测模拟、现状评价等辅助决策功能提供基础数据。
污染源属性数据库包括企业基本信息、环保行政管理相关信息、污染排放信息、能源消耗数据、清洁生产数据、污染防治投资情况等。
Claims (7)
1.一种重点工业污染源实时监控动态管理信息平台，其特征在于包括基础硬件、系统平台和综合数据库三个主要组成部分，其中基础硬件由通讯服务链路、各类服务器和网络设备构成；系统平台包含平台软件和功能模块两部分；综合数据库的构成包空间数据库和属性数据库。
2.根据权利要求1所述的信息平台，其特征在于：所述基础硬件中的通讯服务链路是覆盖整个区域重点工业污染源的实时监控网络；基础硬件包括GIS服务器、数据服务器、应用服务器、以及网络安全和数据交换设备等；配备了气体传感器、温度传感器、压力传感器、摄像头等在线监测仪；储存设备是信息平台硬件的重要组成部分，主要依托各类服务器，包括视频服务器、磁盘阵列等。
3.根据权利要求1所述的信息平台，其特征在于：所述系统平台主要由WebGISjishu、数据库技术以及网络开放技术构架而成，WebGIS技术使用了ArcGIS Desktop、ArcIMS、ArcServer和ArcSDE四部分进行区域内空间地理信息平台的搭建，采用SQLServer建立数据库服务平台，采用Visual STUDIO.net进行Web组件的开发。
4.根据权利要求1所述的信息平台，其特征在于：所述系统平台包含操作系统软件、数据服务平台软件、平台开发软件、地理信息系统软件、中间件服务软件及其它平台软件。
5.根据权利要求1所述的信息平台，其特征在于：所述功能模块包含基本功能模块和专题功能模块，其中基本功能模块包含数据输入、自查校验、数据转换、数据编辑、数据处理、数据输出、数据维护与备份等功能；专题功能模块开发了污染源实时监控、污染源动态管理、污染物统计分析和辅助决策等功能模块。
6.根据权利要求1所述的信息平台，其特征在于：所述空间数据库包含了一定区域内的行政要素，污染源的空间数据主要是企业代码、经纬度信息等。
7.根据权利要求1所述的信息平台，其特征在于：所述属性数据库包括环境要素属性数据库和污染源属性数据库，其中环境要素属性数据库包含水环境功能区数据、大气环境功能区数据、土壤环境功能区数据，环境要素属性数据是环境现状评价、模拟预测等辅助决策功能的基础数据支撑；污染源属性数据库包括企业基本信息、环保行政管理相关信息、污染排放信息、能源消耗数据、清洁生产数据、污染防治投资情况等。
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