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)測網絡建設方案》。該《方案》分為：
（1）總體要求；
（2）全面設點，完善生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網絡；
（3）全國聯網，實現生態(tài)環(huán)境監(jiān)測信息集成共享；
（4）自動預警，科學引導環(huán)境管理與風險防范；
（5）依法追責，建立生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)管聯動機制；
（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）
主要目標是：到2020年，全國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網絡基本實現環(huán)境質量、重點污染源、生態(tài)狀況監(jiān)測全覆蓋，各級各類監(jiān)測數據系統互聯共享，監(jiān)測預報預警、信息化能力和保障水平明顯提升，監(jiān)測與監(jiān)管協同聯動，初步建成陸海統籌、天地一體、上下協同、信息共享的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網絡，使生態(tài)環(huán)境監(jiān)測能力與生態(tài)文明建設要求相適應。
二、系統概述
智易時代環(huán)保網格化管理系統根據國家環(huán)境部門發(fā)布的《環(huán)境信息網絡建設規(guī)范》（HJ460-2009）、《環(huán)境保護應用軟件開發(fā)管理技術規(guī)范》（HJ622-2011）、《污染源在線自動監(jiān)控監(jiān)測系統數據傳輸標準2122005》、《環(huán)境污染源自動監(jiān)控信息傳輸、交換技術規(guī)范》（HJ_T352-2007）等國家標準協議，以環(huán)境監(jiān)測點位數據傳感體系為基礎，針對不同環(huán)境企事業(yè)單位需求，運用的環(huán)保理論研究成果和信息技術，建立智能化環(huán)保網格在線監(jiān)測系統數據平臺。
平臺數據中心可提供所屬地區(qū)各監(jiān)測點位數據的實時采集傳輸、實時監(jiān)控空氣環(huán)境質量，實現在線數據查詢及報表統計、數據自動預警、環(huán)保信息綜合分析、數據歸集和排名反饋等，為環(huán)保的研究提供信息資源和手段，為環(huán)保業(yè)務管理提供統一的管理平臺。
三、功能特點
3.1 WEB端
3.1.1 監(jiān)測點位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GPS無法定位、定位不準或站點坐標移動后，用戶也可以在系統中上傳監(jiān)測儀器經緯度和站點相關信息。站點名稱在初始配置或站點配動時可以進行更改。地圖效果：矢量、衛(wèi)星、三維。
3.1.2 站點數據實時狀態(tài)查看
用戶上傳點位成功，按照環(huán)境部門標準格式發(fā)送數據協議后，系統即可自動解析數據格式生成數據面板，可以按照不同需求配置需要顯示的監(jiān)測因子，顯示時間段分為實時狀態(tài)值、最近一小時值、最近24小時值等。
3.1.3 站點環(huán)境遠程視頻實時監(jiān)控
監(jiān)測現場可以安裝視頻監(jiān)控設備，通過窗口視圖直觀了解監(jiān)測站點的周邊情況和污染物實時排放數據，以保證系統運行的穩(wěn)定性。當數據異常提醒之后，可以通過回傳影像資料判斷現場情況（需人工進行），當發(fā)生不可抗力因素時，同樣可以根據影像資料來判定事故詳情。
3.1.4 預警通知
系統生成數據后，可按照用戶需求設置預警模式（提醒方式：短信、郵件、微信）。
模式1：超標預警
大氣、揚塵標準格式按照AQI指數對應色值顯示，水質、煙氣按照國家標準顯示，非標準格式監(jiān)測因子支持用戶定制開發(fā)，地圖指標根據指數對應顏色顯示，點擊站點顯示數據時，首要污染物通過顏色條注釋，當數據指標超過預警界限后，根據用戶定制發(fā)送提醒。
AQI：空氣污染指數劃分為0－50、51－100、101－150、151－200、201－300和大于300六檔，對應于空氣質量的六個級別，指數越大，級別越高，說明污染越嚴重，對人體健康的影響也越明顯。
模式2：斷線預警
監(jiān)測點位由于設備故障、設備短線等原因導致數據連接中斷后，系統自動給發(fā)送斷線提醒，每小時提醒一次，直至重新正常連接。
模式3：異常值預警
當監(jiān)測數值在某一時間段內出現大幅度起落，或者在較長時間數值無變化，同樣會觸發(fā)預警，報知相關人員核對檢修。
3.1.5 數據報表生成
用戶數據收集達到系統要求數量后，后臺即可啟用數據歸類功能，自動計算小時值、日、周、旬、月、年均值等，生成對應報表供用戶下載查看。
數據生成支持折線圖、柱狀圖、餅狀圖、在線文檔等多種形式，導出打印時支持選用JPG圖片、PDF、EXCEL、WORD文檔多種格式。
3.1.6 環(huán)境質量數據排名
針對相關環(huán)境管理部門以及用戶個性化定制需求，系統設置獨立排名系統，由于接入監(jiān)測因子類型較多，所以排名目前采用AQCI（空氣質量綜合指數）進行，同時可以采用AQI或者根據不同用戶特點定制排名體系。
日均值排名于每天早晨8：30以短信形式發(fā)送至各站點負責人，及時了解動態(tài)。
分級計算參考的標準是新的《環(huán)境空氣質量標準（GB3095-2012）》。AQI采用《環(huán)境空氣質量指數（AQI）技術規(guī)定（試行）（HJ 633—2012）》計算，AQCI按照《環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范（試行）（發(fā)布稿）（HJ633-2013）》計算，參與評價的污染物為SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO六項。發(fā)布頻次為每小時一次。
AQI參考算法：
a）對照各項污染物的分級濃度限值，以實測濃度值分別計算得出空氣質量分指數IAQI；
b）從各項污染物的IAQI中選擇值確定為AQI，當AQI大于50時將IAQI的污染物確定為首要污染物；
c）對照AQI分級標準，確定空氣質量級別、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
收集點位數據后，平臺對各項污染物統計值進行計算分析，初步建立點位污染源模型（當前采用方法為首要污染物比重餅狀圖解析），如果監(jiān)測點位條件允許，能夠實現現場采樣，則可以更加精確的進行污染物對比分析，通過各時間段污染物比重模型結合地區(qū)現狀來分析具體污染源和現場實際情況，并提供針對性治理方案。
污染源分析全面覆蓋污普、環(huán)統、排污申報、總量、監(jiān)察等數據，采用統一標準規(guī)范和統一分析方法，準確反映污染源數據和各類數據間的關系。從多角度進行分析，全面反映污染源狀況，包括污染源數量和分布，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，篩選出重點管理對象，為監(jiān)察工作提供依據。
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，流動源主要包括機動車、船、飛機及非道路機械等顆粒物排放源。源解析中的開放源通常包括土壤風沙塵、道路揚塵、施工揚塵、堆場揚塵和窗臺塵等。特定地區(qū)的源解析工作有時需要考慮生物質燃燒塵、餐飲油煙塵和海鹽離子等顆粒物排放源。
3.1.8 環(huán)境數據動態(tài)云圖展示
根據環(huán)境數據的變化制作地區(qū)熱力圖以及云圖
（圖案僅供參考）
3.1.9 環(huán)境質量預測
大數據平臺運行過程，在收集夠一定量的后，建立監(jiān)測數據三維模型，分析預測未來的環(huán)境質量趨勢。
3.1.10 應急預案管理
基于GIS地圖信息建立環(huán)境預案管理體系，根據不同用戶開放不同編制權限，預案錄入時候系統根據運行規(guī)則自動命名，并生成固定格式編碼，便于快速檢索。
系統運行中，面對突發(fā)狀況時，可根據數據模型提供預案，為環(huán)境管理部門提供相應參考。
3.1.11 遠程維護配置
環(huán)保監(jiān)測點位需要大面積覆蓋，同時需要滿足便攜性、移動性、實用性的需求，因此目前數據網絡傳輸基本通過GPRS傳輸，接入公網進行。監(jiān)測站點發(fā)生故障或數據連接異常時，可通過Internet遠程訪問確定是否需要前往維護，節(jié)約人工成本。
網即國際互聯網（Internet），它是把不同位置、不同規(guī)模的計算機網絡（包括局域網、城域網、廣域網）相互連接在一起所形成的計算機網絡的集合體。我們通常所瀏覽的WWW站點、FTP站點以及溝通時所采用的即時通訊軟件均屬于服務在Internet（公網）的應用程序，因此也稱它們?yōu)?ldquo;網絡應用程序”。
3.2 用戶APP
APP界面圖
3.2.1 環(huán)境質量指數排名查看
移動端可以便捷輔助維護工作之外，還可以為環(huán)境管理人員提供服務。以普通用戶身份登錄APP內，系統會檢測用戶定位，首頁顯示最近點位信息，支持用戶點位綁定。
管理者賬號經過系統認證后，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 超標預警
用戶綁定站點后可以設置站點指標值，如果超出指標，APP向用戶推送通知。
3.2.3 預案提醒
PC端生成預案后，同步至移動端管理，具有日程安排的預案，可以設置提醒功能。
3.3維護APP
3.3.1 使用背景
在以往的案例中，系統剛開始投入使用時、數據傳輸還未趨于穩(wěn)定，在這一時間段，需要大量的運維工作，許多工作場景并不適合攜帶PC設備，所以需要在移動端來輔助完成常規(guī)維護工作，維護人員直接在移動端可以查看點位狀態(tài)信息。
3.3.2 狀態(tài)查詢
維護人員登錄APP，跳轉至點位列表界面，包括點位名稱、點位狀態(tài)與更新時間，可以切換至地圖模式，當前采用地圖接口開發(fā)。點擊刷新可以抓取點位數據信息，以北京時間為標準，最近15分鐘內有數據上傳，狀態(tài)標注為紅色，若無上傳，狀態(tài)標注為灰色。
點擊點位會顯示點位監(jiān)測因子實時數據選項卡。
3.3.3 斷線故障預警
若點位15分鐘未上傳數據，系統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，可以根據用戶需求定制開發(fā)微信通知接口。
站點導航
接入地圖導航功能，可以實時查詢到達點位具體路線時間等。
四、平臺架構與系統工作原理
4.1 環(huán)境數據采集
服務器使用公網固定IP，監(jiān)測儀器發(fā)送數據至此IP地址對應端口，系統自動采集并通過內置協議將字符串解析為需要的信息，實現數據包的校驗、檢查、解析和入庫（數據存儲），采用多線程異步通信技術與各監(jiān)測點通信，可查看原始數據，實現數據同步轉發(fā)。
當監(jiān)測點位斷線或者出現異常時，線程保留五分鐘對接期，五分鐘之內不上傳數據系統關閉線程，降低占用率，直至重新連接再次打開。
4.2 環(huán)境數據存儲
數據庫服務器對接收到的環(huán)境數據進行整體規(guī)劃，對環(huán)保業(yè)務涉及的眾多數據資源進行科學合理的分類，在此基礎上建立數據體系和數據庫體系，形成基礎數據庫、專業(yè)數據庫、元數據庫和標準數據庫。
由于環(huán)境大數據的保密性，數據庫服務器需要關閉公網服務和外接端口，與服務器接入同一局域網，使用內網IP。服務器解析完成后，通過局域網將數據存儲至此。數據庫定期備份、定期殺毒、定期更新軟件服務與相關插件，以保證存儲數據的安全。
4.3 環(huán)境數據分析處理
中心服務器針對各項數據庫進行數據管理，嚴格按照相關法律法規(guī)及環(huán)保行業(yè)規(guī)定進行統計分析運算處理，得出標準的環(huán)境數值。統計功能支持根據原始值值計算小時值、日報、月報、年報等。分析功能包括，對大氣、水質、煙氣等不同行業(yè)進行規(guī)則整合判斷、如煙塵，煙氣的含量跟氧氣關系，COD與濁度及溶解氧的關系等高級功能，根據用戶需求定制開發(fā)。
經過算法運行生成數據模型，實現系統建模分析的關鍵功能。
4.4 環(huán)境數據報表生成與排名
中心服務器生成各項報表后，根據空氣質量指數從低到高進行排名，指數越低排名越靠前。支持總體排名、區(qū)域排名、單站點排名。服務器與EXCEL報表、WORD文檔、JPG圖片、PDF等接口進行對接，使前端頁面可以順利導出打印。
4.5 環(huán)境監(jiān)測指標預警
預務器中置入交互模塊，每30分鐘采集監(jiān)測子站的運行狀態(tài)、設備狀態(tài)、監(jiān)測數據，對服務器進行信息交互傳輸、讀取操作日志，連續(xù)兩次出現異常，系統啟用預警提醒。同時可以將監(jiān)測因子標準接入檢測程序中，如果超標或者出現恒值，則提示相關人員并將信息傳輸至前置服務器。所有預警信息在前端頁面展示。
4.6 CMAQ空氣質量模型建模分析
CMAQ是美國國家研制的第三代空氣質量預報和評估系統(Models-3)。系統采用靈活的模塊化思想，由氣體模式、污染排放模式、空氣質量模式組成。基于CMAQ的空氣質量模擬過程可實現設置可視化和運行自動化，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用平臺。
4.7 環(huán)境質量趨勢預判
中心服務器處理數據，結合實際數據建立源解析模型，結合天氣系統分析環(huán)境質量趨勢。
五、系統硬件構成
1、 環(huán)境指標監(jiān)測儀器子站
2、 GPS子站定位模塊
3、 數據采集設備
4、 無線傳輸設備
5、 數據前置服務器
6、 數據庫服務器
7、 WEB應用服務器
