CN114398579B - 一种钢铁企业超低排放监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钢铁企业超低排放监测系统，属于工业企业环保超低排放技术领域。本发明系统包括部署在Web服务器中的数据展现层和web服务层，部署在应用服务器中的数据服务层；数据服务层包括权限服务模块、地图服务模块、报表服务模块、报警服务模块、实时数据库服务模块、工作流服务模块、视频服务模块、调度服务模块、数据采集模块等；数据展现层包括地图模块、报表统计模块、超标报警模块、工作流模块、视频展示模块和调度模块；Web服务层提供环保数据和监控视频的访问接口。本发明实现了从源头对钢铁企业超低排放全方位无死角监测，可自动检测超标，自动报警，通知工作人员和设施及时处理，实现对生产排放的全面、闭环监测管控。
Description
技术领域
本发明涉及工业企业环保超低排放技术领域，具体涉及一种对钢铁企业有组织和无组织排放的监测系统。
背景技术
近年来，国家对环保领域的重视程度逐年提升，特别是针对钢铁企业的超低排放管控，相继出台了一系列政策指导文件，表明环保政策措施由单一行政手段向法律、行政和经济手段延伸，因此未来钢铁行业的全面超低排放环保管理将实现常态化，钢铁企业也应全面实现超低排放的技术路线，即源头减排、过程控制、系统管理的全流程全过程环境管理。目前钢铁企业对环保排放点的管理大多都采用实时监视，还未形成监视、管理、治理的行之有效的闭环监测技术，所以本发明的主要目的是提供一种钢铁企业超低排放的监测系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢铁企业超低排放环保监测系统，通过使用GIS(地理信息系统)地图技术、web技术、视频监控、工作流、智能算法、调度算法等技术，实现钢铁企业超低排放的从源头全方位无死角的检测，超标后根据设定算法实现环保及时报警，通知相关人员和设施进行及时处理，达到对排放的全面和闭环管控。
本发明的一种钢铁企业超低排放监测系统，包括：部署在Web服务器中的数据展现层和web服务层，部署在应用服务器中的数据服务层；Web服务器和应用服务器通过TCP/IP协议进行通信。
所述数据服务层包括：权限服务模块、地图服务模块、报表服务模块、报警服务模块、实时数据库服务模块、工作流服务模块、视频服务模块、调度服务模块以及数据采集模块。地图服务模块提供厂区测绘地图，提供对地图图层标注的增加、删除和修改服务，以及为监测点标注的环保数据提供实时显示的接口服务；报表服务模块按照不同时间周期，对不同工序、设备或者监测点的环保数据生成统计报表，并提供报表访问接口；环保数据为生产排放数据或/和环保监测数据；报警服务模块对监测点的环保数据进行核算，根据报警规则判断是否超标，若超标将触发报警，发送报警信号给数据展现层；实时数据库服务模块采用时序数据库对环保数据进行存储、压缩和检索；工作流服务模块在报警服务模块检测到超标后，根据报警的超标信息发起相应的超标治理流程，并推送到数据展现层；视频服务模块接入企业的环保监控视频，采用Web Scada技术，获取监测点的实时监控视频，并通过WebSocket模块与数据展现层通信；调度服务模块根据实时扬尘点状况和洒水车位置，调度洒水车按照规划路径执行洒水任务；数据采集模块用于采集监测点的环保数据。
所述的数据展现层包括：地图模块、报表统计模块、超标报警模块、工作流模块、视频展示模块和调度模块。地图模块用于将厂区所有的监测点显示和标注在厂区的测绘地图上，并将实时采集的环保数据在监测点上标注显示；报表统计模块展示对不同工序、设备或者监测点的历史环保数据，以用于用户统计分析超标原因；超标报警模块接收到报警信号后，在Web页面进行报警提示，在地图上的监测点进行闪烁显示，推送手机报警短信给用户；工作流模块接收工作流服务模块推送的工作流并推送给工作人员；视频展示模块与视频服务模块通信，对监测点的生产排放实时监控展示；调度模块展示当前钢铁企业的扬尘点和洒水车的状态。
所述的Web服务层包括Web Api模块和Web Socket模块。Web Api模块提供数据标准化访问接口，用于数据展现层对数据服务层的数据访问；Web Socket模块用于传输WebScada的实时监视视频。
相对于现有技术，本发明的优点和积极效果在于：(1)本发明系统实现了对钢铁企业超低排放从源头全方位无死角的监测，超标后及时报警，通知工作人员和设施进行及时处理，达到对排放的全面、闭环的监测管控。(2)本发明系统将报警信息和报警监测点的视频、进行环保问题处理的工作流进行集成，实现了对报警监测点的全方位的监测和管理。(3)本发明系统实现了对环保实时数据的采集、存储和压缩服务，降低了环保数据存储的成本。(4)本发明系统的数据展现层和数据服务层中的功能模块可扩展性强，为后续钢铁企业实现智能化管理提供了扩展方向。(5)本发明系统中利用地图导航实现环保检测点直观监视，对生产设备的监控视频和GIS信息进行有效集成，快速实现了环保污染源的快速定位和环保的全方位的监控。(6)本发明系统集成了智能调度技术、图像识别的技术，对污染染源进行快速识别，并根据识别的信息实现了自动调度车辆去处理。
附图说明
图1是本发明的钢铁企业超低排放监测系统的结构示意图；
图2是本发明的实时数据库服务模块中的时序数据库的示意图；
图3是本发明的数据服务层中部分模块之间的调用过程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细说明。
本发明提供的钢铁企业超低排放监测系统需要两台服务器，其中一台作为Web服务器，另一台作为应用服务器。Web服务器用于对外提供Web服务，应用服务器用于对Web服务器提供服务。
如图1所示，本发明的钢铁企业超低排放监测系统，包含的功能分三个层次，分别是数据展现层、web服务层和数据服务层。其中，数据展现层和web服务层部署在Web服务器中，数据服务层部署在应用服务器中。
本发明中数据展现层和Web服务层的功能模块全部部署在局域网的Web服务器中，客户端通过浏览器利用Http协议与Web服务器进行连接。数据服务层中的所有模块均部署在应用服务器中。其中Web服务器和应用服务器，也就是Web服务层和数据服务层通过TCP/IP协议实现通信链接。其中数据服务层的数据源来源于钢铁企业各种生产设备、环保监测设备、环保处理设备，数据服务层实现对环保监测服务的实时数据采集、处理、存储等服务。
如图1所示，数据展现层包括的功能模块有：地图模块，超标报警模块，报表统计模块，工作流模块，视频展示模块和调度模块等。Web服务层主要提供Web Api(网络应用程序接口)服务，包括web Api模块和Web Socket模块。数据服务层包括：权限服务模块，地图服务模块，报表服务模块，报警服务模块，实时数据库服务模块，智能算法模块，调度服务模块，工作流服务模块、视频服务模块、业务数据处理模块、数据采集模块等等。
首先说明数据服务层中各功能模块的作用和实现，如下。
权限服务模块用于对系统的权限进行划分，管理用户权限，为不同的角色访问赋予角色授权的数据。
地图服务模块，提供厂区测绘地图，对数据展现层的地图模块中提供图层标注的增加、删除、修改服务，使得用户通过地图模块对地图上监测点进行添加和删除，并对监测标注点的数据提供实时显示的接口服务。
报表服务模块，提供按照不同时间周期，对不同工序、设备或者环保监测点的历史环保数据生成统计报表，并提供报表访问接口。
报警服务模块，对排放点的数据按照排放标准进行核算，判断是否超标。
实时数据库服务模块，用于处理实时数据的滤波、存储、压缩和订阅服务。
工作流服务模块，在报警服务模块检测到超标后，根据报警的超标信息发起相应的超标治理流程，并推送到数据展现层的工作流模块。
视频服务模块，接入企业的环保监控视频，采用网络监控与数据采集Web Scada技术，对监测点的关键设备、关键工序、关键工艺流程进行实时监控，监控生产环境中的扬尘排放情况，并通过Web Socket模块与数据展现层进行通信，以便于工作人员能实时了解环保治理设备的工作情况。
调度服务模块，根据扬尘点实时的扬尘状况和洒水车的位置，进行洒水车调度，调度合适的洒水车按照规划的路径去执行洒水任务，实现洒水车快速安排到指定的扬尘点进行降尘。
智能算法模块，集成车辆调度算法、图像识别算法、数据挖掘算法等。车辆调度算法实现洒水车的任务安排和路径规划。图像识别算法对监控视频中污染源进行图像识别。数据挖掘算法用于对环保数据进行挖掘，可通过对数据统计与分析来发现超标原因。
业务数据处理模块，接入一些业务系统的数据，比如生产数字化管理系统MES、企业资源管理系统ERP等业务系统的数据，以帮助实现对环保数据成本的分析，挖掘超标原因。
数据采集模块用于采集监测点的环保数据。环保数据包括生产排放数据、环保监测数据等。通过钢铁企业各种生产设备、环保处理设备可获取生产排放数据，通过连接布置在生产现场的环保监测设备可获取环保监测数据，例如扬尘排放量。
数据服务层各功能模块对比其他环保监控系统有以下几个方面的创新。第一，报警服务模块中，利用现场的各个采样点的报警上下限，结合生产设备和环保处理设备三者的信息，生成报警规则。针对场景中不同生产设备或环保处理设备设置生产排放数据的报警上下限值，生成报警规则，根据报警规则对监测点设备的生产排放进行检测，判断是否超标。第二，实时数据库服务模块采用时序数据库来存储，对实时数据进行存储和检索。目前环保系统中的实时数据因为数据量比较大，一般只存储若干月，如果存储也会选择商业的系统进行存储，费用非常高。本发明中的实时数据库服务模块提供了时序数据库，如图2所示，时序数据库包括一个或以上数据库实例，每个数据库实例包含一个或以上存储策略，每个存储策略包含一个或以上存储片区，每个存储片区包含一个内存缓存区、一个日志文件、一个或以上数据文件，以及写入、压缩、读取三个数据处理模块。在写入时，系统根据数据点所属数据库实例名找到数据库实例，然后由数据库实例找到数据点所属数据存储策略，然后由存储策略根据数据的时标范围找到命中的存储片区，如果片区不存在则创建片区，然后将数据分发给片区执行写入。存储片区负责将数据同时写入到内存缓存与日志文件中，日志文件定时压缩为数据文件，数据文件再逐步压缩为更大的数据文件。在读取时，实时数据库服务模块采用与读取同样的逻辑找到所有命中的片区，由片区判断是从其内存缓存中读取还是从其数据文件中读取，如果是从数据文件中读取，利用文件中的索引快速定位数据位置，读取后由实时数据库服务模块将所有命中片区返回的结果按照时间先后顺序合并返回最终查询结果。本发明采用实时数据库服务模块解决了环保实时信息量大，关系型数据无法有效存储的问题。第三，工作流服务模块将业务系统中的工作流引擎集成在环保监测系统中，当发生环保报警后，根据报警情况，工作流模块自动生成工作流，推送给相关工作人员处理，并将报警监测点、报警类型等相关信息自动生成附件添加到流程上，一起派发给流程处理的工作人员。第四，报表服务模块，本发明对该模块设计的功能特点是集成实时环保数据的统计信息和业务信息，包括环保超标后的处罚信息都集成到报表中，另外通过报表列的可配置实现了报表的自由展示。第五，数据服务层的各个模块之间独立部署，服务模块之间以客户端的形式，通过进程间通讯实现相互调用。
如图3所示，是数据服务层中的部分模块的调用过程，数据采集模块从业务数据和环保采集点采集环保数据；实时数据库服务模块实时读取数据采集模块的环保数据并存储成实时数据文件，同时数据库服务模块还将实时环保数据发送给报警服务模块和报表服务模块；当报警服务模块判断是否需要报警，当需要报警时，从视频服务模块获取对应监测点的现场监控视频，并调用工作流服务模块和调度服务模块；调度服务模块可通过视频服务模块获取当前监测点的扬尘状态和洒水车位置、状态等。
本发明中数据展现层中，地图模块将厂区所有的监测点显示和标注在厂区的测绘地图上，并将实时采集的环保监测信息在监测点上进行标注显示。超标报警模块，当接收到报警信号后，在Web页面进行报警提示，在地图上监测点进行闪烁，并使用颜色标识不同的超标范围。工作流模块接收工作流服务模块推送的工作流，向相应的工作人员发起超标治理操作提示，通过流程驱动工作人员按照标准的步骤和要求处理环保超标问题。报表统计模块，用于展示不同工序、设备或者环保监测点的历史环保数据，用户可对报表数据进行统计分析，以便分析超标的原因。视频展示模块，用于与视频服务模块进行通信，通过WebScada技术实时向用户展现监测点的生产排放状况。调度模块，展示当前钢铁企业的扬尘点和洒水车的状态。调度模块还可以提供人工干预洒水车调度的交互功能。
数据展示层中的超标报警模块和工作流模块是目前环保监控是本发明系统的创新模块。超标报警模块的创新点主要包括两点：第一，当触发报警规则时，报警服务模块推送报警信号到超标报警模块，超标报警模块在Web页面进行报警提示，同时，以手机短信的形式推送报警信息给相关人员的手机上，若超过5分钟不处理，超标报警模块将再次发送短信。第二，报警信息和视频监控信息联动，当发生报警后，超标报警模块在Web界面弹出报警监测点的监控视频，从而降低监控人员需要实时监视视频信号的问题。工作流模块的创新点是，由于将业务系统中工作流引擎集成在环保系统中，所以将根据报警情况，将自动生成的工作流推送给相关工作人员处理，实现了对生产排放的全面和闭环管控的一环。
本发明的Web服务层主要用来实现与用户交互的功能。Web Api模块提供系统所有数据标准化的访问接口；Web Socket模块用于视频流和Web Scada实时监视数据的传输，需要和web服务器进行长连接的功能。本发明的Web服务层的创新点主要有两点，一是将工业领域的监视信息集成在Web中，现有工业中的生产工艺和环保监控都依赖于控制系统(SCADA),对客户端的数量和类型都有限制，本发明通过Web Api服务实现了数据采集信息直接在Web上进行查看，且不依赖终端，终端数量不受限，大大节约了成本，还可以直接在手机终端上查看；二是数据流和视频流可以集成也可以分开部署和横向扩展，大大增强的系统整体能力。
本发明实施例中，客户端通过局域网利用Http协议与服务器进行连接。客户端是计算机系统中浏览器软件。通过在浏览器的地址栏中输入Web服务器的IP地址，访问本发明系统。另外，本发明依赖关系数据库，需要在局域网的Web服务器中，或者局域网的其他支持关系数据库软件的服务器中安装数据库软件，为本发明提供数据存储和读取支持。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。本发明省略了对公知技术的描述。上述实施例中所描述的实施方式也并不代表与本申请相一致的所有实施方式，在本发明技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种钢铁企业超低排放监测系统，其特征在于，包括：部署在Web服务器中的数据展现层和web服务层，部署在应用服务器中的数据服务层；Web服务器和应用服务器通过TCP/IP协议进行通信；
所述的Web服务层包括Web Api模块和Web Socket模块；Web Api模块提供数据标准化访问接口，用于数据展现层对数据服务层的数据访问；Web Socket模块用于传输Web Scada的实时监视视频；Web Scada表示网络监控与数据采集；
所述数据服务层包括：权限服务模块、地图服务模块、报表服务模块、报警服务模块、实时数据库服务模块、工作流服务模块、视频服务模块、调度服务模块以及数据采集模块；地图服务模块提供厂区测绘地图，提供对地图图层标注的增加、删除和修改服务，以及为监测点标注的环保数据提供实时显示的接口服务；报表服务模块按照不同时间周期，对不同工序、设备或者监测点的环保数据生成统计报表，并提供报表访问接口；环保数据为生产排放数据或/和环保监测数据；报警服务模块对监测点的环保数据进行核算，根据报警规则判断是否超标，若超标将触发报警，发送报警信号给数据展现层；实时数据库服务模块采用时序数据库对环保数据进行存储、压缩和检索；工作流服务模块在报警服务模块检测到超标后，根据报警的超标信息发起相应的超标治理流程，并推送到数据展现层；视频服务模块接入企业的环保监控视频，采用Web Scada技术，获取监测点的实时监控视频，并通过WebSocket模块与数据展现层通信；调度服务模块根据实时扬尘点状况和洒水车位置，调度洒水车按照规划路径执行洒水任务；数据采集模块用于采集监测点的环保数据；
所述的数据展现层包括：地图模块、报表统计模块、超标报警模块、工作流模块、视频展示模块和调度模块；其中，地图模块用于将厂区所有的监测点显示和标注在厂区的测绘地图上，并将实时采集的环保数据在监测点上标注显示；报表统计模块展示对不同工序、设备或者监测点的历史环保数据，以用于用户统计分析超标原因；超标报警模块接收到报警信号后，在Web页面进行报警提示，在地图上的监测点进行闪烁显示，推送手机报警短信给用户；工作流模块接收工作流服务模块推送的工作流并推送给工作人员；视频展示模块与视频服务模块通信，对监测点的生产排放实时监控展示；调度模块展示当前钢铁企业的扬尘点和洒水车的状态。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的报警服务模块，针对场景中不同生产设备或环保处理设备设置生产排放数据的报警上下限值，生成报警规则。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的实时数据库服务模块中，时序数据库包括一个或以上数据库实例，每个数据库实例包含一个或以上存储策略，每个存储策略包含一个或以上存储片区，每个存储片区包含一个内存缓存区、一个日志文件、一个或以上数据文件，以及写入、压缩、读取三个数据处理模块；在写入数据时，根据数据所属的数据库实例名找到数据库实例，由数据库实例找到数据所属的存储策略，然后由存储策略根据数据的时标范围找到命中的存储片区，如果片区不存在则创建存储片区，将数据分发给存储片区执行写入；同时，存储片区将数据写入到内存缓存与日志文件中；日志文件定时压缩为数据文件，数据文件再逐步压缩为更大的数据文件；在读取数据时，根据数据所属的数据库实例名和所属的存储策略，找到命中的存储片区，由存储片区判断是从内存缓存中读取还是从存储的数据文件中读取数据，如果是从数据文件中读取，利用文件索引定位数据位置，数据读取后，将所有命中的存储片区返回的结果按照时间先后顺序合并返回最终查询结果。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的工作流服务模块，将业务系统中工作流引擎集成在所述监测系统中，在报警服务模块发出报警后，自动生成工作流，并将报警监测点和报警类型添加到流程上，一起发送给工作人员。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的数据采集模块通过生产设备获取生产排放数据，通过环保监测设备获取环保监测数据。
6.根据权利要求1或5所述的系统，其特征在于，所述的数据服务层还包括智能算法模块，智能算法模块中集成车辆调度算法、图像识别算法和数据挖掘算法；车辆调度算法用于洒水车的任务安排和路径规划；图像识别算法用于对监控视频中污染源的识别；数据挖掘算法用于对环保数据统计和分析。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的数据服务层还包括业务数据处理模块，用于接入企业的业务系统的数据。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述的超标报警模块在接收到报警信号后，在Web页面上推送监测点报警信息提示，在Web界面上弹出报警监测点的监控视频；同时，超标报警模块将推送手机短信报警给工作人员，若超过5分钟不处理，将再次发送短信。
9.根据权利要求1或2或3所述的系统，其特征在于，所述实时数据库服务模块实时读取数据采集模块采集的环保数据并存储成实时数据文件，同时数据库服务模块还将实时环保数据发送给报警服务模块和报表服务模块；报警服务模块判断是否需要报警，当需要报警时，从视频服务模块获取对应监测点的现场监控视频，并调用工作流服务模块和调度服务模块。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111796567A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-20 | 中冶智诚(武汉)工程技术有限公司 | 一种钢铁企业液态金属三维可视化安全管控系统 |
| CN111882143A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-11-03 | 西安能控安远信息技术有限公司 | 一种高危行业企业风险预警与防控系统 |
-
2021
- 2021-12-29 CN CN202111639131.0A patent/CN114398579B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111882143A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-11-03 | 西安能控安远信息技术有限公司 | 一种高危行业企业风险预警与防控系统 |
| CN111796567A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-20 | 中冶智诚(武汉)工程技术有限公司 | 一种钢铁企业液态金属三维可视化安全管控系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 污染企业排污监控预警与应急系统研究与设计;李亚丹;《北京测绘》;20160825(第04期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN114398579A (zh) | 2022-04-26 |
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