“一體化”環(huán)境監(jiān)測綜合應(yīng)用系統(tǒng)

梁揚(yáng)志

摘要 基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等技術(shù)，研究和設(shè)計由“一張網(wǎng)”和“一個支撐平臺”組成的“一體化”環(huán)境監(jiān)測綜合應(yīng)用系統(tǒng)。本文就系統(tǒng)架構(gòu)及功能模塊進(jìn)行詳細(xì)的闡述，希望對環(huán)境自動監(jiān)測信息化建設(shè)有借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】自動監(jiān)測系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng) 資源整合

目前各地環(huán)保部門都獨(dú)自開發(fā)建設(shè)環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)，但因硬件及軟件系統(tǒng)的差異，導(dǎo)致系統(tǒng)集成和資源整合能力不足，系統(tǒng)的兼容性及拓展性較差，這些因素影響了環(huán)境監(jiān)測信息化建設(shè)的成效。因此，提出了“一體化”環(huán)境監(jiān)測綜合應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)思路。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

以國標(biāo)和行業(yè)規(guī)范為依據(jù)，以物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)為依托，建設(shè)一張覆蓋現(xiàn)場各種監(jiān)測儀器的物聯(lián)網(wǎng)和集各種應(yīng)用軟件于一體的多功能系統(tǒng)，能滿足各級環(huán)保部門的需要。如圖1所示分為四層。

1.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層

由現(xiàn)場端的水、氣和污染源等監(jiān)測設(shè)備組成的一張物聯(lián)網(wǎng)，實時采集和上傳各種監(jiān)測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集傳輸儀（簡稱數(shù)采儀）是系統(tǒng)的必備組件，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的匯總管理。它與具有RS232/RS485輸出接口的儀器進(jìn)行通訊，通過數(shù)字、模擬通道采集、傳輸數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)緩存匯總，并按HJ/T212傳輸協(xié)議進(jìn)行編碼、打包和封裝，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳到上端網(wǎng)絡(luò)（通訊服務(wù)器）。

1.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

VPN、光纖等有線或3/4G無線網(wǎng)絡(luò)按TCP/IP傳輸協(xié)議把數(shù)采儀上傳的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴隙说耐ㄓ嵎?wù)器，保證完整性和安全性。

1.3 數(shù)據(jù)接入和管理層

通訊服務(wù)器實現(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)的接收和匯總，并對數(shù)據(jù)包進(jìn)行校正和解封。系統(tǒng)軟件自動對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、審核和歸類處理后，存儲到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，供應(yīng)用軟件調(diào)取使用。此外，通過服務(wù)器和數(shù)采儀的反向數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控及反控。

1.4 應(yīng)用和共享層

包括環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用門戶和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，門戶為各類用戶提供所需服務(wù)的入口和交互界面。應(yīng)用系統(tǒng)涉及到各類環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)應(yīng)用、預(yù)警報警處理等。通過授權(quán)實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。

2 系統(tǒng)支撐應(yīng)用平臺

2.1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

依據(jù)開放的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)支撐應(yīng)用采用SOA架構(gòu)，以及模塊化和組件化的模式，以業(yè)務(wù)導(dǎo)向為核心構(gòu)建立統(tǒng)一的支撐應(yīng)用平臺。如圖2所示。

軟件系統(tǒng)分五層：一是基礎(chǔ)設(shè)施層，其承載整個SOA應(yīng)用架構(gòu)的基礎(chǔ)，包括基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、系統(tǒng)軟硬件，為應(yīng)用系統(tǒng)提供運(yùn)行環(huán)境和功能支撐;二是數(shù)據(jù)層，系統(tǒng)分不同的存儲區(qū)域，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和共享的功能;三是服務(wù)層，其定義了總線提供的API接口，通過WebServices封裝將API用基于XML的WSDL重新描述，而服務(wù)引擎（ServiceEngine）代表了粗粒度服務(wù)的實現(xiàn);四是支撐層，其是所有業(yè)務(wù)的邏輯集合，組件以Web服務(wù)的方式提供接口，將公共組件和業(yè)務(wù)組件封裝成Bundle的形式，動態(tài)支撐應(yīng)用層各系統(tǒng)的組件調(diào)用;五是智能應(yīng)用層，其實現(xiàn)各種系統(tǒng)應(yīng)用功能，并支持向其它應(yīng)用系統(tǒng)或其他成員提供服務(wù)。實現(xiàn)一站式實時訪問與管理的信息整合平臺。

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用功能

2.2.1 監(jiān)測業(yè)務(wù)

將水、氣、聲和污染源等監(jiān)測業(yè)務(wù)整合在同一平臺上，實現(xiàn)7*24小時自動實時集中監(jiān)測，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

2.2.2 數(shù)據(jù)管理和大數(shù)據(jù)應(yīng)用

以業(yè)務(wù)需求為基礎(chǔ)構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，將實時的分鐘、小時等監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動審核、歸類和存儲，實現(xiàn)各部門之間的數(shù)據(jù)信息交換與共享。建立數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、預(yù)測模型，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)應(yīng)用功能。并在二次數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行綜合查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、趨勢分析、專題分析等，系統(tǒng)能自動對環(huán)境質(zhì)量變化趨勢進(jìn)行評估和跟蹤，為環(huán)保部門提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2.3 預(yù)警報警與應(yīng)急處理

開發(fā)了數(shù)據(jù)異動分析系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化海量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和科學(xué)判讀，及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備和污染源排放異常情況，并通過其趨勢變化分析，提供分級預(yù)警報警服務(wù)。系統(tǒng)自動按報警級別通過短信、手機(jī)APP等渠道發(fā)送告警信息給企業(yè)和環(huán)境執(zhí)法人員，隨之發(fā)起相應(yīng)級別的異常處理響應(yīng)，并形成閉環(huán)管理。

2.2.4 綜合管理功能

實現(xiàn)身份認(rèn)證、用戶、應(yīng)用授權(quán)“統(tǒng)一”管理功能，完成系統(tǒng)安全和日志的管理。通過門戶網(wǎng)站及手機(jī)APP等渠道，實現(xiàn)環(huán)保信息共享和對外公開的功能。

3 結(jié)語

該“一體化”綜合應(yīng)用系統(tǒng)在實踐中的優(yōu)點：

（1）有良好的開放性、兼容性（可兼容舊的監(jiān)測系統(tǒng)）;

（2）集業(yè)務(wù)、分析、服務(wù)、監(jiān)督和管理“五位一體”的綜合性的監(jiān)測系統(tǒng)，節(jié)省成本;

（3）實現(xiàn)7*24小時的實時自動監(jiān)測功能和大數(shù)據(jù)應(yīng)用功能，全面提升環(huán)境監(jiān)測、數(shù)據(jù)應(yīng)用、預(yù)警報警能力和監(jiān)管工作水平。

參考文獻(xiàn)

[1] （HJ/T212-2005），污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn).

[2]張宏偉.物聯(lián)網(wǎng)在環(huán)境監(jiān)測和保護(hù)中的應(yīng)用和研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2011（06） 73-76.