武漢市環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

程媛媛 楊嘉謨

(武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

環(huán)境是人類賴以生存的空間，環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣將對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重影響.目前，環(huán)境保護(hù)行政管理工作任務(wù)日益繁重，環(huán)保執(zhí)法工作難度日漸加大，傳統(tǒng)的行政管理模式和行政執(zhí)法手段已不能適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境管理和環(huán)境執(zhí)法所面臨的嚴(yán)峻形勢(shì).面對(duì)新的挑戰(zhàn)，環(huán)保行政管理部門必須通過信息化、科學(xué)化的手段改變傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)督和執(zhí)法方式，必須從單純現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法、現(xiàn)場(chǎng)采樣、事后分析所得數(shù)據(jù)，逐步發(fā)展到利用先進(jìn)的設(shè)備和地理信息系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)及監(jiān)控，使環(huán)保執(zhí)法由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng).

環(huán)境監(jiān)控是環(huán)保監(jiān)督部門的重要工作之一，是環(huán)保信息化、數(shù)字化的重要內(nèi)容，是對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制.因此，實(shí)時(shí)有效、動(dòng)態(tài)連續(xù)、準(zhǔn)確完整地獲得環(huán)境數(shù)據(jù)就是環(huán)境監(jiān)控的一個(gè)重要過程.根據(jù)獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行污染預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析決策以及采取重大環(huán)保行動(dòng)構(gòu)成了環(huán)境監(jiān)控的完整過程，是融技術(shù)性、智能性和決策性(復(fù)雜的群決策)為一體的系統(tǒng)處理和活動(dòng)[1].

武漢是中國(guó)重要的工業(yè)基地，現(xiàn)已形成門類比較齊全、配套能力較強(qiáng)的工業(yè)體系.目前，正在大力發(fā)展現(xiàn)代制造業(yè)，著力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)、集群發(fā)展，重點(diǎn)發(fā)展鋼鐵、汽車及機(jī)械裝備、電子信息、石油化工、環(huán)保、煙草及食品、家電、紡織服裝、醫(yī)藥、造紙及包裝印刷十大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，運(yùn)用產(chǎn)業(yè)政策，引導(dǎo)企業(yè)向園區(qū)集中.全市面積8467.11平方公里，其中城區(qū)面積1557平方公里，人口為979萬.對(duì)于這樣一個(gè)工商業(yè)眾多的國(guó)際化大都市，傳統(tǒng)的環(huán)境管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境執(zhí)法手段已經(jīng)不能適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境形勢(shì)，必須依靠計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、自動(dòng)化控制等一體化技術(shù)，建設(shè)一個(gè)覆蓋武漢市的網(wǎng)絡(luò)化、功能化的動(dòng)態(tài)綜合環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控平臺(tái)和指揮中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)流域地表水環(huán)境質(zhì)量、城市環(huán)境空氣質(zhì)量、固體廢物、環(huán)境噪聲等進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)、在線的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境事故的應(yīng)急監(jiān)控和重大污染事故的預(yù)警，為環(huán)境綜合決策、環(huán)保執(zhí)法監(jiān)督等提供及時(shí)、準(zhǔn)確、連續(xù)、有效的數(shù)據(jù).同時(shí)，依靠穩(wěn)定的傳輸網(wǎng)絡(luò)，充分實(shí)現(xiàn)信息通暢、資源共享，加強(qiáng)環(huán)境信息采集能力，提高城市環(huán)境管理的現(xiàn)代化水平.

1 環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的總體框架

武漢市環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜度較高、覆蓋面廣的大項(xiàng)目，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)是環(huán)保部門實(shí)現(xiàn)管理工作現(xiàn)代化、科學(xué)化、信息化過程中遇到的重大新課題.總體框架主要應(yīng)包括建成武漢市環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)和武漢市環(huán)境監(jiān)控指揮中心兩個(gè)主站系統(tǒng).環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)見圖1.

圖1 武漢市環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)框架

環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要內(nèi)容為重點(diǎn)區(qū)域的主要污染源廢氣、廢水在線監(jiān)測(cè)、環(huán)境質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等.包括全市范圍內(nèi)重點(diǎn)工業(yè)污染源和重點(diǎn)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施、重點(diǎn)流域水、工業(yè)集控區(qū)、已投入運(yùn)行的城市污水處理廠、城市垃圾處置場(chǎng)及固體廢物綜合處置場(chǎng)的環(huán)境質(zhì)量及污染物排放自動(dòng)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集與聯(lián)網(wǎng).按要求安裝污染源監(jiān)測(cè)和監(jiān)控設(shè)備[2],并要保證連接本級(jí)的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)與省、市及區(qū)縣級(jí)(如青山區(qū)、洪山區(qū)等)等環(huán)保部門環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)中心之間的數(shù)據(jù)傳輸.

圖2為監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控目標(biāo)示意圖.

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控目標(biāo)

該系統(tǒng)建立在環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，主要涉及武漢市本區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量及市控重點(diǎn)污染源在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及視頻監(jiān)控圖像的采集、傳輸、加工處理、監(jiān)控手段、決策指揮、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法等，具體包括污染源視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)、城市煙塵遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、大屏幕顯示系統(tǒng)、“12369”環(huán)保熱線系統(tǒng)、監(jiān)察車輛GPS定位、環(huán)境地理信息系統(tǒng)、連接各級(jí)環(huán)保部門的系統(tǒng)等7個(gè)子系統(tǒng).

武漢市主要監(jiān)控區(qū)域和監(jiān)控點(diǎn)見表1.

2 系統(tǒng)功能分析

2.1 污染源及污染物的自動(dòng)在線監(jiān)控

建立重點(diǎn)污染源和污染物的自動(dòng)監(jiān)控體系，形成在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)并實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)是武漢市環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié).主要對(duì)武漢市的重點(diǎn)污染企業(yè)(如冶煉、化工、電力、水泥等)的污水及煙塵排放進(jìn)行實(shí)時(shí)(連續(xù)、實(shí)時(shí)或不定時(shí))在線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，包括對(duì)主要污染源和污染物排放濃度以及排放量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè).根據(jù)排污單位和排放主要污染物種類安裝在線監(jiān)測(cè)儀器，如pH值、水溫、濁度、電導(dǎo)率、DO、COD、氨氮、總氮、總磷、懸浮物、石油類、揮發(fā)酚、總氰化物、砷、煙塵、SO2、氮氧化物等；對(duì)污水的排放量進(jìn)行在線監(jiān)控；對(duì)廢氣、廢水污染治理設(shè)施運(yùn)行狀況實(shí)施監(jiān)控，真正實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)控，并通過對(duì)排放污染物的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)污染物排放的總量控制.整個(gè)監(jiān)控體系應(yīng)具有數(shù)據(jù)超標(biāo)、設(shè)施異常、設(shè)備連接異常報(bào)警功能以及監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸功能.

表1 武漢市主要監(jiān)控區(qū)域和監(jiān)控點(diǎn)

2.2 環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)

a. 城市環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控.環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用來采集、處理并存儲(chǔ)環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)報(bào)表、專題地圖等形式進(jìn)行[3].建設(shè)武漢市各區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站(青山鋼花、漢口江灘、漢口花橋等已建成), 實(shí)施連續(xù)、實(shí)時(shí)、在線的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);在全市各個(gè)功能區(qū)安裝空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，并對(duì)監(jiān)測(cè)儀器與傳輸設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)異常、掉電以及通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)實(shí)時(shí)報(bào)警，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)與各環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)傳輸功能.

b. 重點(diǎn)流域地表水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控.建立重點(diǎn)流域地表水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主要河流交界斷面、集中式飲用水源地、重點(diǎn)流域、敏感水域的水質(zhì)變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以數(shù)據(jù)報(bào)表、專題地圖等形式發(fā)布地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)[4].目前我市環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)對(duì)長(zhǎng)江、漢江、府河等11條河流共26個(gè)監(jiān)測(cè)斷面(如舉水、長(zhǎng)江武漢段、漢江武漢段、沙河、金水河、青山港、倒水、東荊河、灄水、馬影河等)和東湖、湯遜湖等31個(gè)湖泊共61個(gè)點(diǎn)位及43個(gè)排污口進(jìn)行了連續(xù)、實(shí)時(shí)、在線的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有pH值、水溫、濁度、電導(dǎo)率、DO、COD、氨氮、總氮、總磷等，并對(duì)監(jiān)測(cè)儀器與傳輸設(shè)備通訊異常實(shí)施報(bào)警，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)與各環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)傳輸功能.

c. 城市噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè).建立全市噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)市環(huán)境噪聲排放情況實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以方便地連接已有的自動(dòng)監(jiān)測(cè)站(青山熱電廠、武昌火車站、航空路口等已建成)，采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并可將所有的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，進(jìn)行匯總分析.

2.3 污染源視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)

主要完成對(duì)前端網(wǎng)絡(luò)視頻編碼設(shè)備的集中管理和配置，能實(shí)現(xiàn)和前端環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的集成與聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全市環(huán)境質(zhì)量和重點(diǎn)污染源的污染物排放、監(jiān)測(cè)儀器工作狀態(tài)等情況的視頻監(jiān)控，同時(shí)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以備查證.

2.4 城市煙塵遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控

該系統(tǒng)由多個(gè)前端圖像采集系統(tǒng)、監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)三部分構(gòu)成，通過攝像機(jī)、長(zhǎng)焦距鏡頭等對(duì)監(jiān)控范圍內(nèi)的重點(diǎn)污染源排污口和城市煙塵進(jìn)行遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控[5]，將收集到的圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)視頻顯示器上，中心能夠及時(shí)快速對(duì)煙塵污染源進(jìn)行監(jiān)視、錄像、抓拍、數(shù)據(jù)分析匯總等各項(xiàng)工作，發(fā)現(xiàn)異常情況可以進(jìn)行圖像錄像并保存，及時(shí)指揮監(jiān)察人員到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督管理.

2.5 大屏幕顯示系統(tǒng)

它是環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要的組成部分，顯示演示系統(tǒng)和所接收的視頻信號(hào).作為視頻的主顯示界面，實(shí)現(xiàn)前端污染源監(jiān)控視頻、會(huì)議視頻、電腦圖像、DVD視頻等的大畫面、高清晰展示.

2.6 “12369”環(huán)保熱線系統(tǒng)

以目前已設(shè)立的市環(huán)保局“12369” 環(huán)保熱線為基礎(chǔ)，建立全市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，24小時(shí)受理群眾舉報(bào)，車輛守候值班，應(yīng)急指揮環(huán)境突發(fā)事件處理，并實(shí)現(xiàn)國(guó)家、省、地市、縣(區(qū))四級(jí)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行.對(duì)公眾投訴的調(diào)查屬實(shí)的環(huán)境污染問題在地理信息圖上做環(huán)境污染物代表符號(hào)，將污染源位置在電子地圖上顯示出來，同時(shí)查詢所有監(jiān)察車輛的具體位置，監(jiān)控中心值班人員可立即通知與事故發(fā)生地最近的監(jiān)察車輛直接到達(dá)現(xiàn)場(chǎng).全市環(huán)境執(zhí)法隊(duì)伍實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)事故的快速反應(yīng)，提高環(huán)境事故應(yīng)急處理能力.

2.7 監(jiān)察車輛GPS定位

在所有監(jiān)察車輛上安裝衛(wèi)星定位裝置，通過GPS在電子地圖上動(dòng)態(tài)顯示車輛的具體位置，通過車載電話和中心保持聯(lián)系，當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)報(bào)警和其他突發(fā)情況時(shí)，在電子地圖的導(dǎo)航下迅速開赴發(fā)生環(huán)境污染事故的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，并把數(shù)據(jù)通過GPRS移動(dòng)通信快速傳回市環(huán)保自動(dòng)監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)基于GPS的動(dòng)態(tài)監(jiān)控及人員合理調(diào)配，全面提升突發(fā)性污染事故應(yīng)對(duì)及處理水平.

2.8 環(huán)境地理信息系統(tǒng)

GIS是市環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中重要的支撐性信息技術(shù)，GIS的主要功能包括空間數(shù)據(jù)訪問、地圖管理、綜合查詢、實(shí)時(shí)報(bào)警以及GIS平臺(tái)的通用功能等.在地理信息以及軟件系統(tǒng)的支持下，不僅可以獲取、存貯、管理和顯示武漢市各種空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站等環(huán)境信息，而且可以對(duì)環(huán)境進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)、模擬、分析和評(píng)價(jià)，同時(shí)也是一個(gè)關(guān)于環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)的動(dòng)態(tài)信息查詢平臺(tái)，將環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成處理，并通過有關(guān)載體向各級(jí)政府、部門、公眾發(fā)布.

2.9 連接各級(jí)環(huán)保部門的系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)控工作開始得到重視，其標(biāo)志就是環(huán)境監(jiān)測(cè)控工作不僅僅從一個(gè)部門或幾個(gè)部門的業(yè)務(wù)來考慮，而是強(qiáng)調(diào)基于網(wǎng)絡(luò)的共享，重視基于信息流的工作流，開始把基于各部門的、部門橫向之間不共享的、具有明顯信息孤島特征的業(yè)務(wù)系統(tǒng)綜合起來考慮.對(duì)于武漢市環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)來說，要在保證連接本級(jí)的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的同時(shí)，向國(guó)家、省的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)提供信息.還要具備接納區(qū)縣級(jí)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)信息的能力，重點(diǎn)在于加強(qiáng)環(huán)境信息在各級(jí)環(huán)保部門之間的流動(dòng)，避免信息“孤島”，努力實(shí)現(xiàn)全市環(huán)境信息資源共享.

3 結(jié) 語

采用環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域主要污染源和污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)對(duì)城市污水、廢氣、噪聲等各類污染源的在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控，使環(huán)保監(jiān)察人員及時(shí)了解企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)排污情況，同時(shí)還可實(shí)時(shí)掌握武漢市總體排污和環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，有利于提高武漢市環(huán)境管理水平，為市政府進(jìn)行與環(huán)境有關(guān)的重大問題決策提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持.另外通過12369和GPS實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，預(yù)防突發(fā)污染事故的發(fā)生，有利于增強(qiáng)環(huán)境事故應(yīng)急處理能力.同時(shí)還可利用現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)更好地收集和公開環(huán)保信息，保障公眾權(quán)益，調(diào)動(dòng)和發(fā)揮公眾參與環(huán)保公共事業(yè)的積極性，這不僅加強(qiáng)了武漢市的環(huán)境監(jiān)控能力，而且還可以促使環(huán)境管理整個(gè)科學(xué)化信息化水平迅速提高.

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