CN114002728A - 环境监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

环境监测方法和系统。所述环境监测系统包括环境监测控制中心、环境γ辐射监测站和环境放射性连续监测网，包括：环境γ辐射监测站连续监测环境数据；环境放射性连续监测网识别所述环境γ辐射监测站，并将所述监测的环境数据上传至环境监测控制中心，其中，所述环境放射性连续监测网预留扩展接口；环境监测控制中心实时处理和显示所述监测的环境数据。

Description

环境监测方法和系统

技术领域

本发明涉及环保领域，尤其是涉及一种环境监测方法和系统。

背景技术

军港作为我国重要的基地，承担着核动力船只停靠、维修和后勤补给的重要任务。核动力船只运行过程中，会产生多种放射性物质，有部分放射性物质会泄漏到军港环境中，这会极大的危害军港周边居民的人身安全。

因此，迫切的需要建立一套完整快速的港区环境放射性污染预警监测系统，以在线连续监测军港周围环境中的γ放射性和空气中的气载放射性情况，迅速发现军港周围地区的放射性异常，有效保护人员以及周边居民的人身安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境监测方法和系统，提高军港(港区) 环境放射性连续监测系统的通讯系统生存能力、环境监测子站数据获取率、系统数据完整性、值守人员系统巡检效率、系统自动化报表效率、系统环境监测子站可扩展性、环境监测子站通讯接口标准化率，降低系统运维成本，同时，提供标准化的第三方通讯接口，可为上级业务主管单位接入、监管港区环境放射性连续监测系统数据做技术支撑。

根据本发明的一方面，至少一个实施例提供了一种环境监测方法，适用于环境监测系统，所述环境监测系统包括环境监测控制中心、环境γ辐射监测站和环境放射性连续监测网，包括：环境γ辐射监测站连续监测环境数据；环境放射性连续监测网识别所述环境γ辐射监测站，并将所述监测的环境数据上传至环境监测控制中心，其中，所述环境放射性连续监测网预留扩展接口；环境监测控制中心实时处理和显示所述监测的环境数据。

根据本发明的另一方面，至少一个实施例还提供了一种环境监测系统，包括：环境γ辐射监测站，用于连续监测环境数据；环境放射性连续监测网，用于识别所述环境γ辐射监测站，并将所述监测的环境数据上传至环境监测控制中心，其中，所述环境放射性连续监测网预留扩展接口；环境监测控制中心，用于实时处理和显示所述监测的环境数据。

通过本发明上述实施例，基于光纤和北斗通讯对军港环境放射性进行连续监测，能够提高港区环境监测系统的通讯系统生存能力、环境监测站数据获取率、系统数据完整性、值守人员系统巡检效率、系统自动化报表效率、系统环境监测站可扩展性、环境监测站通讯接口标准化率，降低系统运维成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种环境放射性连续监测系统示意图；

图2是根据本发明实施例的一种环境监测系统示意图；

图3是根据本发明实施例的环境监测控制中心综合监控台台屏面板示意图；

图4是根据本发明实施例的环境监测方法的流程图；

图5是根据本发明实施例的环境γ辐射监测站现场布置示意图；

图6是根据本发明实施例的环境γ辐射监测站电气原理框图；

图7是根据本发明实施例的环境γ辐射监测站配电系统电气原理示意图；

图8是根据本发明实施例的视频监控系统示意图；

图9是根据本发明实施例的环境监测控制中心电气原理框图；

图10是根据本发明实施例的就地数据采集软件数据查询功能示意图；

图11是根据本发明实施例的就地数据采集软件数据导出功能示意图；

图12是根据本发明实施例的历史数据补掉软件导入离线数据至服务器数据库示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

一般而言，军港(港区)环境放射性连续监测系统包括：单环境γ辐射监测站、放射性气溶胶与碘在线监测站、公共程控电话网(PSTN)和环境监测控制中心。整个环境放射性连续监测系统运用成熟的数字化、网络化和信息化技术，可实现信息的集中控制和分散管理功能，该系统主要由上层的集中控制环境监测控制中心和下层的现场环境监测站组成。如图 1所示，上层的环境监测控制中心与下层的现场监测站之间通讯方式采用的是基于MODEM的电话网有线通讯方式。鉴于军事基地与民用核电基地相比，在通讯方面的安全性和保密性有着更为严苛的要求，尤其是对通讯信号的管理方面，如：不允许使用公共通信运营商提供的GPRS、3G、4G 信号，不允许使用公共通信运营商提供的虚拟专用网(VPN)，不允许使用公共卫星信号等等。

这样一来，在综合考虑已有条件和工程经济性的情况下，就造成了环境放射性连续监测系统所有环境γ辐射监测子站只能通过军用电话线进行数据通讯。与现代化的通讯手段相比，过去使用调试解调器(Modem)和 PSTN电话网进行数据通讯就存在较大的弊端：

1、不支持网络摄像机传输监控视频(最小的视频格式，QCIF格式，分辨率为176×144的摄像头，码流为128Kbps，远大于56K Modem的理论最高速率-56Kbps)；

2、长期离线数据在线补传会造成实时数据传输与更新受阻。受限于通讯链路带宽，一旦电话线路断开时间过长，恢复通讯链路后，环境γ辐射监测子站将离线期间历史数据自动补传时，实时监测数据无法及时更新 (通讯链路有限的带宽被传输中的大量历史数据包所占用，一段时间内实时数据包无法及时发送至远端的数据处理装置供显示)，同时，长期掉线期间的历史数据常有缺漏，影响每月的数据报表数据获取率；

3、电话线通讯链路不能作为港区环境放射性连续监测系统专用链路一直长期使用。港区环境放射性连续监测系统通讯所使用的电话号码偶尔会有变更。电话号码属于部队的公共资源，一旦其他部门有需要，后台管理人员会修改电话号码，那么环境监测控制中心与环境γ监测站之间的通讯将中断，重新开通费时费力。

4、维持通讯备品备件困难。近年来通讯行业的迅速发展，使用56K Modem组成电话线通讯局域网的方案无论从性能上还是价格上都不再占有优势，日渐退出历史舞台，维持该系统所要使用的工业级56K Modem备品备件日趋困难。

5、非标准化的通讯接口，系统扩展时兼容性不好。由于是基于调试解调器(Modem)和PSTN电话网进行通信，因此，扩展时新增两个子站 (如新增两个放射性气溶胶与碘监测站)接入系统时，子站的嵌入式就地数据采集与传输装置需适配旧的电话线AT指令通讯协议，给开发人员带来额外的工作量。

在上述研究发现的基础上，本发明的至少一个实施例，提供了一种环境监测系统，该环境监测系统也可称之为基于光纤和北斗通讯的港区环境放射性连续监测系统，至少用于提高港区环境放射性连续监测系统的通讯系统生存能力、环境监测子站数据获取率、系统数据完整性、值守人员系统巡检效率、系统自动化报表效率、系统环境监测子站可扩展性、环境监测子站通讯接口标准化率，降低系统运维成本，同时，能够提供标准化的第三方通讯接口，可为上级业务主管单位接入、监管港区环境放射性连续监测系统数据做技术支撑。如图2所示，该环境监测系统包括：

环境γ辐射监测站，用于连续监测环境数据；

环境放射性连续监测网，用于识别环境γ辐射监测站，并将监测的环境数据上传至环境监测控制中心，其中，环境放射性连续监测网预留扩展接口；

环境监测控制中心，用于实时处理和显示监测的环境数据。

在整个环境监测系统(也可称为环境放射性监测系统)中，环境监测控制中心布置在环境监测楼中，完成监测信息的集成、处理、视频监控汇总与监测设备的控制。环境放射性连续监测网是基于专用光纤与北斗，同时兼容本系统内环境γ辐射监测站数据通讯协议的网络，可提供标准化的网络接口(光口、网口)和北斗接口(串口、网口)供数据接入。

上述环境γ辐射监测站包括环境γ辐射监测点、放射性气溶胶监测点、放射性碘监测点、大流量气溶胶取样点、气象数据监测点。其中，由于放射性气溶胶监测点、放射性碘监测点，大流量气溶胶取样点、气象监测点与环境γ辐射监测点布置在相邻位置，与环境γ辐射监测点统一供电、信号传输，因此从逻辑上统一归类为环境γ辐射监测站。另外，本发明将多个环境γ辐射监测站划分为第一环境γ辐射监测站和第二环境γ辐射监测站，即在就近的环境γ辐射监测站(称之为第一环境γ辐射监测站，图2 示例6个)采用光纤链路进行数据传输，均配置1套视频监控设备，固定在监控点的监测设备附近，用于观察监控点的辐射监测设备状态及附近人员活动信息；较为偏远的环境γ辐射监测站(称之为第二环境γ辐射监测站，图2示例3个)采用北斗一体式双模型用户机与环境监测控制中心进行数据传输。

上述环境放射性连续监测网基于光纤局域网、北斗通讯设备以及配套的通讯硬件设备，同时，预留网络扩展接口和北斗扩展接口，可供后续系统扩展使用。环境放射性连续监测网能识别适配本系统通讯协议的标准化接口(即：一个新建的环境γ辐射监测站)，同时，在软件系统方面，数据采集与监控画面程序是按照可动态扩展的设计思想实现的，即：软件系统可通过简单的配置，将新建的环境γ辐射监测站的各种监测数据纳入到软件中统一管理。本发明的环境放射性连续监测网及软件系统能够将符合本系统通讯协议的环境γ辐射监测站及子站数据快速接入本系统。

上述环境监测控制中心的主要功能是连续采集和处理环境γ辐射、放射性气溶胶α/β比活度和放射性碘-131以及气象数据，实时处理和显示监测值、实时处理和显示超阈值报警信息及系统的各种故障报警信息。同时，环境监测控制中心可建立各种数据库、提供趋势图等数据分析处理功能和自动报表输出功能；还可以通过网络接口和通讯协议将数据传输至防化办公室计算机，实现数据的存储和实时显示。环境监测控制中心还预留与其它系统、当地乃至国家环保部门进行数据共享的接口，便于上级主管部门监管。为实现集中控制与监测管理，环境监测控制中心还部署一台综合监控台屏，台屏面板示意图如图3所示。

在上述运行环境下，本发明至少一个实施例提出了一种环境监测方法，适用于图2的环境监测系统，该环境监测方法能够提高军港(港区)环境放射性连续监测系统的通讯系统生存能力、环境监测子站数据获取率、系统数据完整性、值守人员系统巡检效率、系统自动化报表效率、系统环境监测子站可扩展性、环境监测子站通讯接口标准化率，降低系统运维成本。如图4所示的环境监测方法的流程图，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，该方法可以包括如下步骤：

步骤S402，环境γ辐射监测站连续监测环境数据；

步骤S404，环境放射性连续监测网识别环境γ辐射监测站，并将监测的环境数据上传至环境监测控制中心，其中，环境放射性连续监测网预留扩展接口；

步骤S406，环境监测控制中心实时处理和显示监测的环境数据。

也就是说，环境放射性连续监测网识别环境γ辐射监测站，并将环境γ辐射监测站连续监测的环境数据上传至环境监测控制中心，环境监测控制中心实时处理和显示监测的环境数据。

在步骤S402中，环境γ辐射监测站连续监测环境数据。由于环境γ辐射监测站包括环境γ辐射监测点、放射性气溶胶监测点、放射性碘监测点、大流量气溶胶取样点、气象数据监测点，因此获取环境γ辐射监测点、放射性气溶胶监测点、放射性碘监测点、大流量气溶胶取样点、和/或气象数据监测点的监测数据。

也就是说，环境γ辐射监测站，用于连续监测环境中的γ辐射剂量率，由环境γ辐射高压电离室探测装置、γ辐射测量现场数据采集处理显示及数据传输装置和防水隔热电气柜等组成，除环境γ辐射高压电离室探测装置以外的其它设备安装布置在防水隔热机柜内。其中，防水隔热电气柜内部主要包括配电系统、防雷装置、温湿度控制系统、后备电源系统、防水隔热机柜等子模块系统和视频监控摄像头。环境γ辐射监测站现场布置如图5所示，电气原理框图如图6所示，配电系统电气原理示意图如下图7 所示。环境γ辐射监测站是本系统的基本站点，能够获取环境监测子站所有监测设备的各种数据，并通过有线(光纤以太网)或无线(北斗通讯网) 的方式与环境监测控制中心数据处理显示单元进行实时通讯与数据上传。

在步骤S404中，环境放射性连续监测网识别环境γ辐射监测站，并将监测的环境数据上传至环境监测控制中心，其中，环境放射性连续监测网预留扩展接口。环境放射性连续监测网包括光纤局域网和北斗通讯网，环境放射性连续监测网预留光纤局域网网络扩展接口和北斗通讯网扩展接口，环境放射性连续监测网识别环境γ辐射监测站可以包括：识别光纤局域网和北斗通讯网接入的数据信号是否符合环境监测系统通讯协议；如果接入的数据信号符合环境监测系统通讯协议，则将数据信号接入到环境放射性连续监测网中；利用数据信号的配置信息(如标识号)明确环境γ辐射监测站。

该环境γ辐射监测站被划分为第一环境γ辐射监测站和第二环境γ辐射监测站，识别光纤局域网和北斗通讯网接入的数据信号是否符合环境监测系统通讯协议可以包括：识别光纤局域网接入的第一环境γ辐射监测站数据信号是否符合环境监测系统通讯协议，其中，第一环境γ辐射监测站采用光纤链路进行数据传输；识别北斗通讯网接入的第二环境γ辐射监测站数据信号是否符合环境监测系统通讯协议其中，第二环境γ辐射监测站采用北斗一体式双模型用户机进行数据传输。

上述第一环境γ辐射监测站安装有视频监控摄像头(如全景网络监视摄像头)，视频监控摄像头与环境监测控制中心、环境放射性连续监测网通过专用通讯协议进行视频交互。也就是说，距离较近的环境γ辐射监测站均安装有全景网络监视摄像头，与环境监测控制中心的液晶显示器、网络视频硬盘录像机、视频信号切换设备、拼接大屏幕、环境放射性连续监测网组成视频监控系统，利用自己专用的通讯协议进行视频交互。视频监控系统组成示意图如图8所示。

在步骤S406中，环境监测控制中心实时处理和显示监测的环境数据。环境监测控制中心包括数据处理装置、网络交换机和数据监测计算机，电气原理框图如图9所示，环境监测控制中心实时处理和显示监测的环境数据可以包括：数据处理装置实时获取环境γ辐射监测站所监测的环境数据，并将环境数据传送至数据监测计算机；数据监测计算机显示环境数据。

该数据处理装置主要功能有：实时与现场建立以太网连接和北斗通讯连接；实时显示获取的现场各监测子站剂量数据及设备状态，其中基于光纤链路的子站每隔1秒钟采集一次实时数据，基于北斗链路的子站每隔1 分钟采集一次实时数据；将实时获取的数据传送到中心数据监测计算机中统一显示并建立查询数据库；依据中心数据监测计算机的命令实现对现场气溶胶设备的远程控制；依据中心数据监测计算机的命令实现与现场设备的对时操作，每天凌晨12点自动下达自动对时指令，统一系统内部各节点的时钟；依据中心数据监测计算机的命令实现与蓄电池的充放电操作。

该数据监测计算机主要功能有：连续采集环境γ数据和放射性气溶胶及碘数据；连续采集现场站点相关设备的工作状态信息；连续采集现场相关站点的气象参数信息(如：风向、风速、雨量、温湿度、气压等)；连续采集现场相关站点的气溶胶、碘监测数据(气溶胶、碘监测器布置在同一机柜中)；气象和辐射数据图形动态显示；辐射γ剂量率或气溶胶测量超阈值时发出报警信息；下达现场站点的控制命令，包括：阈值更改，系统复位、读历史值等；建立各类数据库，存储历史数据、自动生成各类统计数据；提供趋势图等各种数据分析处理功能；自动生成日、月等输出报表；具有高性能网络数据传输功能，包括普通局域网、光纤网，以便连接辐射监测数据至第三方；具有数据补传接口，可将长期离线数据通过数据补传接口导入数据库，以实现长期离线期间历史数据的补掉；通过VGA接口与KVM设备相连，KVM设备将硬盘录像机的信号接到拼接大屏幕和数据监测计算机显示器，可在综合监控台屏上控制6个现场子站的视频摄像头信号显示方式。

可选的，该数据监测计算机可以包括数据补传接口、VGA接口和显示器，上述数据监测计算机显示环境数据可以包括：利用VGA接口将环境数据传输至显示器，其中，环境数据中缺失的历史监测数据利用数据补传接口补入数据监测计算机的数据库。也就是说，本发明为解决第二环境γ辐射监测站(远距离环境γ辐射监测站，使用北斗无线通信)意外长时间掉线，无法在线自动补掉长期离线历史数据问题，设计了一种离线数据补掉机制：使用北斗无线通信的子站长时间掉线发生时，运维人员除了尽快解决供电和通讯断开等故障之外，还可使用U盘到环境γ辐射监测站就地机柜，打开机柜，使用管理员账号登录就地数据采集软件系统，查看软件运行日志，找到通讯中断时间点，通过数据查询和数据导出功能将离线数据导出为*.db数据库文件，拷贝到U盘带去环境监测控制中心，如图10 和图11所示，再通过历史数据补掉软件，如图12所示，在环境监测控制中心服务器上将离线数据补掉到数据库中，以补全长期离线期间的历史监测数据。上述长期数据电线补掉机制，解决了长期子站点掉线期间，离线数据补掉与实时数据同步问题。

通过上述方式，本发明具有如下优点：通讯网络生存能力强，维护成本低，具有标准硬件接口，硬件扩展能力强大，兼容性好，可通过简单修改，实现与第三方系统之间的通讯，能接入全景网络监视摄像头，提高无人值守情况下，巡检人员工作效率；具有统一的标准化接口，系统扩展性强，环境放射性连续监测网及软件系统能够将符合本系统通讯协议的子站数据快速接入本系统，从而保证了系统可扩展性和兼容性；具有有效的长期数据掉线补掉机制，能解决长期子站点掉线期间，离线数据补掉与实时数据同步问题，保证了服务器端数据库的完整性，从而进一步保证了月度、年度自动报表的数据获取率和上自动化率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.环境监测方法，适用于环境监测系统，所述环境监测系统包括环境监测控制中心、环境γ辐射监测站和环境放射性连续监测网，其特征在于，包括：

环境γ辐射监测站连续监测环境数据；

环境放射性连续监测网识别所述环境γ辐射监测站，并将所述监测的环境数据上传至环境监测控制中心，其中，所述环境放射性连续监测网预留扩展接口；

环境监测控制中心实时处理和显示所述监测的环境数据。

2.根据权利要求1所述的监测方法，环境监测控制中心包括数据处理装置、网络交换机和数据监测计算机，其特征在于，环境监测控制中心实时处理和显示所述监测的环境数据包括：

数据处理装置实时获取环境γ辐射监测站所监测的环境数据，并将所述环境数据传送至数据监测计算机；

数据监测计算机显示所述环境数据。

3.根据权利要求2所述的监测方法，数据监测计算机包括数据补传接口、VGA接口和显示器，其特征在于，数据监测计算机显示所述环境数据包括：

利用VGA接口将所述环境数据传输至所述显示器，其中，所述环境数据中缺失的历史监测数据利用所述数据补传接口补入数据监测计算机的数据库。

4.根据权利要求1所述的监测方法，环境放射性连续监测网包括光纤局域网和北斗通讯网，所述环境放射性连续监测网预留光纤局域网网络扩展接口和北斗通讯网扩展接口，其特征在于，环境放射性连续监测网识别所述环境γ辐射监测站包括：

识别光纤局域网和北斗通讯网接入的数据信号是否符合所述环境监测系统通讯协议；

如果所述接入的数据信号符合所述环境监测系统通讯协议，则将所述数据信号接入到所述环境放射性连续监测网中；

利用所述数据信号的配置信息明确环境γ辐射监测站。

5.根据权利要求4所述的监测方法，所述环境γ辐射监测站被划分为第一环境γ辐射监测站和第二环境γ辐射监测站，其特征在于，识别光纤局域网和北斗通讯网接入的数据信号是否符合所述环境监测系统通讯协议包括：

识别光纤局域网接入的第一环境γ辐射监测站数据信号是否符合所述环境监测系统通讯协议，其中，所述第一环境γ辐射监测站采用光纤链路进行数据传输；

识别北斗通讯网接入的第二环境γ辐射监测站数据信号是否符合所述环境监测系统通讯协议其中，所述第二环境γ辐射监测站采用北斗一体式双模型用户机进行数据传输。

6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，还包括：第一环境γ辐射监测站安装有视频监控摄像头，所述视频监控摄像头与环境监测控制中心、环境放射性连续监测网通过专用通讯协议进行视频交互。

7.根据权利要求1所述的监测方法，环境γ辐射监测站包括环境γ辐射监测点、放射性气溶胶监测点、放射性碘监测点、大流量气溶胶取样点、气象数据监测点，所述放射性气溶胶监测点、放射性碘监测点、大流量气溶胶取样点、气象数据监测点与所述环境γ辐射监测点统一供电和信号传输，其特征在于，环境γ辐射监测站连续监测环境数据包括：

获取环境γ辐射监测点、放射性气溶胶监测点、放射性碘监测点、大流量气溶胶取样点、和/或气象数据监测点的监测数据。

8.环境监测系统，其特征在于，包括：

环境γ辐射监测站，用于连续监测环境数据；

环境放射性连续监测网，用于识别所述环境γ辐射监测站，并将所述监测的环境数据上传至环境监测控制中心，其中，所述环境放射性连续监测网预留扩展接口；

环境监测控制中心，用于实时处理和显示所述监测的环境数据。

9.根据权利要求8所述的监测系统，其特征在于，所述环境γ辐射监测站包括：

环境γ辐射高压电离室探测装置、γ辐射测量现场数据采集处理显示、数据传输装置和防水隔热电气柜，其中，所述防水隔热电气柜内部包括配电系统、防雷装置、温湿度控制系统、后备电源系统、防水隔热机柜和视频监控摄像头。

10.根据权利要求8所述的监测系统，其特征在于，所述环境放射性连续监测网包括：

光纤局域网和北斗通讯网，所述环境放射性连续监测网预留光纤局域网网络扩展接口和北斗通讯网扩展接口。

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