自動化系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境管理中的應(yīng)用

王 奕

（江蘇省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控有限公司，江蘇 南京 210000）

環(huán)境資源一直都是國家社會發(fā)展的重要支撐力量，但在以往發(fā)展過程中，一些城市以犧牲環(huán)境為代價來推動自身的發(fā)展，而隨著現(xiàn)階段可持續(xù)發(fā)展理念的實施，環(huán)境保護問題也越來越受到人們的重視。將自動化系統(tǒng)應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境管理中，一方面能夠降低工作人員的工作強度，另一方面能夠在保證環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量的同時，大幅度提升環(huán)境監(jiān)測效率，為環(huán)境保護工作的開展，提供更加可靠精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，以此達到促進生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展的目的。

1 環(huán)境信息系統(tǒng)

1.1 環(huán)境信息系統(tǒng)的定義

環(huán)境信息系統(tǒng)是指環(huán)境信息從產(chǎn)生到應(yīng)用于環(huán)境保護工作過程中所構(gòu)成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是由工作人員、硬件設(shè)備以及環(huán)境原始信息等組成，環(huán)境信息系統(tǒng)是開展環(huán)境信息監(jiān)測管理工作的根本所在。傳統(tǒng)環(huán)境信息監(jiān)測工作主要是以紙質(zhì)記錄的方式來進行，將所有的環(huán)境信息數(shù)據(jù)進行紙質(zhì)記錄并收藏，這種方式不僅浪費大量時間，而且在進行環(huán)境信息查詢的時候較為繁瑣。應(yīng)用以大數(shù)據(jù)技術(shù)為核心的環(huán)境信息系統(tǒng)，能夠根據(jù)實際工作需求，采集處理不同地區(qū)的相關(guān)環(huán)境信息數(shù)據(jù)。而且環(huán)境信息系統(tǒng)還具有智能化的特性，不管是對環(huán)境信息數(shù)據(jù)的采集處理，還是進行數(shù)據(jù)分析查詢工作，該系統(tǒng)均能自動完成，同時環(huán)境信息系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和數(shù)據(jù)挖掘效率也一直處于上升狀態(tài)，有利于推動相關(guān)工作更加順利地開展[1]。

1.2 環(huán)境信息系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

環(huán)境信息系統(tǒng)主要有信息數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析評估、規(guī)劃決策以及環(huán)境空間信息相互結(jié)合等多種功能，環(huán)境信息系統(tǒng)所有功能共同推動其在環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境管理中發(fā)揮自身的作用。

1.2.1 環(huán)境信息數(shù)據(jù)采集

環(huán)境信息系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域生態(tài)環(huán)境信息數(shù)據(jù)進行采集的功能，該功能的實現(xiàn)主要依靠大數(shù)據(jù)技術(shù)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)工作需求，從目標(biāo)環(huán)境區(qū)域各個方面，收集全部環(huán)境基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，并存儲到環(huán)境信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)，如圖1所示。

圖1 環(huán)境信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在環(huán)境信息數(shù)據(jù)采集結(jié)束之后，環(huán)境信息系統(tǒng)一方面能夠從大量的信息數(shù)據(jù)中分析出有用的數(shù)據(jù)進行分類存儲，另一方面，相關(guān)用戶可以根據(jù)自身的工作需求，在環(huán)境信息系統(tǒng)中查詢對應(yīng)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果?？傊?，環(huán)境信息系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測和管理中的應(yīng)用，能夠在保證環(huán)境信息數(shù)據(jù)采集質(zhì)量的同時，大幅度提升采集效率，從根本上有利于推動環(huán)境數(shù)據(jù)采集工作的開展[2]。

1.2.2 環(huán)境信息數(shù)據(jù)分析

環(huán)境信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的數(shù)據(jù)量較大，而且不同類別的數(shù)據(jù)所能發(fā)揮的作用也有所不同，環(huán)境信息系統(tǒng)也具備分析評估環(huán)境信息數(shù)據(jù)的功能，其能夠根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的信息數(shù)據(jù)算法，將所收集到的有關(guān)信息數(shù)據(jù)進行科學(xué)全面地分析，并依據(jù)分析結(jié)果評估出該地區(qū)環(huán)境的實際情況，同時環(huán)境信息系統(tǒng)還能夠在評估過程中將評估結(jié)果模擬出來，并對該地區(qū)環(huán)境的后期發(fā)展進行一定程度的預(yù)測[3]。

2 環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)與環(huán)境信息系統(tǒng)的關(guān)系

環(huán)境信息系統(tǒng)是應(yīng)用于環(huán)保方面的信息系統(tǒng)的統(tǒng)稱，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)則是環(huán)境信息系統(tǒng)的一個分支，也可稱作環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)有不同的分類。

2.2 環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的組成

2.2.1 服務(wù)器

服務(wù)器為監(jiān)控中心的組網(wǎng)核心，內(nèi)部安裝了監(jiān)控系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)臺及SQL Server數(shù)據(jù)庫軟件，主要功能是對數(shù)據(jù)的處理、保存和轉(zhuǎn)發(fā)。另外，服務(wù)器中還安裝監(jiān)控系統(tǒng)軟件的SC前端模塊，完成對各監(jiān)控站（SS）的信息匯總和管理功能[4]。

2.2.2 監(jiān)控臺

監(jiān)控臺主要指用戶監(jiān)測環(huán)境變化的工作平臺，監(jiān)控臺是自動化環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)功能發(fā)揮作用的中心所在，通過監(jiān)控臺能夠?qū)崟r監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，以及在不同目標(biāo)區(qū)域所采集到的環(huán)境變化數(shù)據(jù)；能夠?qū)δ壳碍h(huán)境進行實時監(jiān)測并能夠及時處理環(huán)境設(shè)備告警；且用戶只需簡單的操作便可實現(xiàn)查看不同區(qū)域環(huán)境變化情況的功能。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備

自動化環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)功能作用的發(fā)揮，需要大量設(shè)備的支持，而設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸需要通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，其能夠?qū)碜圆煌瑐鬏斝诺赖臄?shù)據(jù)，通過接口協(xié)議轉(zhuǎn)換等方式接入監(jiān)控中心的局域網(wǎng)。

2.3 環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)

環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)涉及到多協(xié)議和多網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜環(huán)境，需要認(rèn)真進行系統(tǒng)需求分析，其在建設(shè)時必須能滿足以下目標(biāo):必須充分利用現(xiàn)有成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，在經(jīng)過擴展后形成環(huán)保系統(tǒng)業(yè)務(wù)專用網(wǎng)絡(luò)，為保證環(huán)保局環(huán)境信息系統(tǒng)的運行提供網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；必須能實現(xiàn)業(yè)務(wù)相關(guān)的所有單位，以監(jiān)控中心為核心的橫向與縱向連接，在滿足本系統(tǒng)建設(shè)需要的同時，逐步促進其他各個系統(tǒng)的建設(shè)，提高各業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用水平，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)之間的信息共享；實現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)管理和數(shù)據(jù)交換與共享，完善并規(guī)范在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實現(xiàn)各個監(jiān)測點位與監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，保證聯(lián)網(wǎng)的質(zhì)量[5]（見圖2）。

圖2 環(huán)境監(jiān)測自動化系統(tǒng)

3 自動化系統(tǒng)的組成與應(yīng)用

3.1 子站軟件系統(tǒng)

子站軟件系統(tǒng)是自動化環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)整體作用發(fā)揮的根本所在，其不僅能夠使監(jiān)測儀器受到中心控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)控，而且還能對運行控制參數(shù)等進行調(diào)整，對目標(biāo)環(huán)境進行數(shù)據(jù)采集和分析。一般情況下所應(yīng)用的自動化環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能夠采集目標(biāo)環(huán)境區(qū)域的溫濕度、大氣壓、風(fēng)速等所有工況數(shù)據(jù)，同時還能根據(jù)自動化系統(tǒng)監(jiān)測需求，對大氣或者水環(huán)境等目標(biāo)環(huán)境進行數(shù)據(jù)采集。根據(jù)采集需求，自動化監(jiān)測系統(tǒng)每隔2～3秒便能采集一個重要數(shù)據(jù)，每分鐘都會對所采集到的數(shù)據(jù)進行平均值的估算，每半個小時便會將所有估算的平均值進行存儲。而在數(shù)據(jù)采集分析過程中，如果發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，子站軟件系統(tǒng)也會將其標(biāo)明出來。同時子站軟件系統(tǒng)還能對初始化參數(shù)進行修改，子站編號、測量量程、有效監(jiān)測次數(shù)等均能根據(jù)環(huán)境監(jiān)測的需求進行調(diào)整。總之，子站軟件系統(tǒng)是自動化系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測和管理應(yīng)用中的重要組成部分，其實現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)測的所有需求，在環(huán)境監(jiān)測過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也能及時傳輸?shù)街行目刂葡到y(tǒng)平臺，不斷推動環(huán)境管理工作更加順利地開展[6]。

3.2 中心控制系統(tǒng)

中心控制系統(tǒng)是自動化環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的中心，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)需要根據(jù)實際監(jiān)測需求，在不同的區(qū)域范圍內(nèi)設(shè)立對應(yīng)的監(jiān)測點位，這樣才能實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域的全方位監(jiān)測，能夠最大程度上保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。而中心控制系統(tǒng)則是對這些監(jiān)測點位進行控制的重要平臺，環(huán)境監(jiān)測平臺主要由中位機軟件系統(tǒng)、上位機軟件系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)組成，中位機主要負(fù)責(zé)調(diào)制解調(diào)器與子站進行連接；上位機則主要負(fù)責(zé)對中位機傳輸?shù)母黝悢?shù)據(jù)進行存儲分析，生成各種環(huán)境監(jiān)測報表、圖形和曲線，以備管理層進行調(diào)用。應(yīng)用對中位機軟件系統(tǒng)的要求比較高，現(xiàn)階段大多數(shù)采用Win10以上平臺，能夠自動或手動對監(jiān)測點位所收集到的數(shù)據(jù)進行采集，同時它也起著中心控制系統(tǒng)與監(jiān)測點位關(guān)聯(lián)通訊的作用。如果子站監(jiān)測點位出現(xiàn)故障，中位機系統(tǒng)能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)并將報警信息顯示在窗口，工作人員便可以根據(jù)報警信息，以最快的速度排除子站監(jiān)測點位的故障。此外，中位機軟件系統(tǒng)關(guān)鍵是要將所有數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)缴衔粰C軟件系統(tǒng)，而上位機軟件系統(tǒng)則主要起到數(shù)據(jù)庫的功能，其在收到中位機軟件系統(tǒng)傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)以后會立即將其存儲到數(shù)據(jù)庫中，同時也會對所有數(shù)據(jù)進行再次分析，并將異常數(shù)據(jù)標(biāo)明出來，剩下正常的數(shù)據(jù)將會被上位機軟件系統(tǒng)生成日報表、周報表以及其他各類圖形報表。例如在大氣污染監(jiān)測系統(tǒng)中，其能夠在地圖上將不同地區(qū)的空氣污染濃度，以顏色的深淺來表示，通過顏色的變化直接反應(yīng)出監(jiān)測區(qū)域的大氣變化情況。

3.3 自動化系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境管理中的具體應(yīng)用

自動化系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境管理中能夠起到極其重要的作用，2007年，江蘇省投資1.73億元建成水環(huán)境自動監(jiān)測站37個，如今江蘇水環(huán)境自動監(jiān)測站已經(jīng)多達600余個，江蘇省通過環(huán)境監(jiān)控方式立體化、監(jiān)測指標(biāo)多樣化、管理體系規(guī)范化的方式，不斷推動自動化監(jiān)測系統(tǒng)功能的發(fā)揮，并進一步通過自動化系統(tǒng)實現(xiàn)保護生態(tài)環(huán)境的目的。根據(jù)江蘇自動化環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的實踐，我們能夠得知，自動化系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測和管理中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對區(qū)域地貌環(huán)境進行實時監(jiān)測、污染報警以及分析監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性等功能[7]。

3.3.1 全地形實時化數(shù)據(jù)

自動化系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測中，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域進行實時監(jiān)測的功能，大氣、水資源等生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作需要24小時實時進行，如果單純依靠工作人員來進行監(jiān)測，具有較大的局限性，而自動化系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測和管理中的應(yīng)用能夠很好地解決這一難題。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星云圖地形可視化的功能，根據(jù)衛(wèi)星云圖實際地貌特征對目標(biāo)生態(tài)環(huán)境區(qū)域進行可視化監(jiān)測，生態(tài)環(huán)境的各方面數(shù)據(jù)，均能被直接監(jiān)測采集到系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)進行實時分析，而且可以將不同區(qū)域生態(tài)環(huán)境的污染情況，用不同顏色體現(xiàn)出來。環(huán)境區(qū)域顏色區(qū)分展示：以地理位置圖形化顯示分布，并以不同顏色組合標(biāo)注各污染區(qū)域當(dāng)前的狀態(tài)；污染區(qū)域標(biāo)注于一張圖，可根據(jù)新增污染區(qū)域隨時增加防污染區(qū)域；污染區(qū)域數(shù)據(jù)可視化：鼠標(biāo)移動到各污染區(qū)域時，自動顯示污染區(qū)域面積、背景資料、環(huán)境監(jiān)測管理人員信息、環(huán)境監(jiān)測裝備配置信息及歷史環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)一張圖；通過地圖全面監(jiān)控前端設(shè)備實時運轉(zhuǎn)狀況，可調(diào)取地圖上任意地點實時視頻，做到視頻和地圖實時聯(lián)動，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測視頻監(jiān)控一張圖。

3.3.2 24小時可視化自動預(yù)警

自動化系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測和管理中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)自動報警。環(huán)境監(jiān)測前端采集終端，能夠24小時不間斷采集目標(biāo)環(huán)境的各方面數(shù)據(jù)，實時回傳至平臺中心，平臺中心采用專業(yè)的環(huán)境監(jiān)測算法及分析方式，對前端污染區(qū)域進行等級化分，根據(jù)等級預(yù)警機制，采用大屏預(yù)警彈報、聲光報警、APP遠(yuǎn)程客戶端預(yù)警等多種方式實現(xiàn)24小時自動預(yù)警，及常態(tài)化、不間斷化的預(yù)警功能。環(huán)境監(jiān)測自動化系統(tǒng)能夠?qū)崟r對目標(biāo)監(jiān)測區(qū)域的各方面環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集，如果所采集到的目標(biāo)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)與以往數(shù)據(jù)之間存在較大差異，監(jiān)測區(qū)域環(huán)境出現(xiàn)嚴(yán)重污染情況，環(huán)境監(jiān)測自動化系統(tǒng)平臺便能夠快速分析并鑒別出來，還會根據(jù)實際變化情況發(fā)出警報，并將有關(guān)信息傳輸給管理人員，以便管理人員能夠依據(jù)污染數(shù)據(jù)制定科學(xué)合理的環(huán)境修復(fù)計劃，以此達到降低環(huán)境污染程度的目的。

3.3.3 污染區(qū)域可視化實時視頻監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)工作人員實時通過前端設(shè)備觀看、觀察前端污染區(qū)域白光、熱像、夜視監(jiān)控畫面，實時判斷當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染情況。多光譜攝像機終端可根據(jù)需要放大、縮小，或近距離觀察防污染區(qū)域內(nèi)實際畫面；無人機監(jiān)控終端可進行超低空飛行，并通過可變焦吊艙平臺放大、縮小或近距離觀測污染區(qū)域情況，實現(xiàn)第一視角觀測功能。通過自動化環(huán)境監(jiān)測平臺能夠?qū)η岸谁h(huán)境監(jiān)測設(shè)備進行實時控制，及時了解設(shè)備實際運行情況，在確保環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性的同時，有利于提升其可靠性[8]。

3.3.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)所采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)數(shù)量較多，而且這些數(shù)據(jù)很多都沒有應(yīng)用價值，如果依靠人力進行數(shù)據(jù)分析和鑒別具有較大的局限性。自動化系統(tǒng)能夠在應(yīng)用中起到監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的作用，根據(jù)實際監(jiān)測需求，自動化系統(tǒng)能夠有效辨別出所有有用的信息，并將這些信息進行分類，而一些沒有任何用處的信息則會被自動化系統(tǒng)刪除。同時自動化系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果也較為精準(zhǔn)，該功能的應(yīng)用有利于大幅度提升環(huán)境監(jiān)測效率，從根本上推動環(huán)境治理工作更加順利地開展。

4 結(jié)語

當(dāng)前，我國處于自動化環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵時期，國家相關(guān)部門對此很重視，加強自動化系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測和管理方面的應(yīng)用，對環(huán)境保護事業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，具有非常重要的意義。自動化環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測保護工作中的廣泛應(yīng)用，既是污染源監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，也是環(huán)境管理的迫切需要。因此針對環(huán)境監(jiān)測自動化系統(tǒng)的發(fā)展，相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一認(rèn)識、長遠(yuǎn)規(guī)劃、超前思考和進行全局謀劃，將建設(shè)自動化環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)作為環(huán)境監(jiān)管保護工作落實科學(xué)發(fā)展觀、踐行探索環(huán)保新道路的重要實踐活動，作為拉動內(nèi)需、實現(xiàn)環(huán)境保護歷史性轉(zhuǎn)變的重要措施，這樣才能夠更好地推動社會發(fā)展。