環(huán)保監(jiān)測智慧化控制系統(tǒng)在散貨港區(qū)礦石碼頭的應(yīng)用

張京

摘要：隨著近年來港口建設(shè)的不斷發(fā)展與壯大以及貨物運(yùn)輸量的不斷加大，對港口環(huán)境保護(hù)的要求也越來越高，積極打造節(jié)約資源與綠化環(huán)境的綠色港口是促進(jìn)港口經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展的重要保障。本文主要介紹了環(huán)保監(jiān)測智慧化控制系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成，并具體分析了環(huán)保監(jiān)測智慧化控制系統(tǒng)在開展港區(qū)環(huán)保工作中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：黃驊港；環(huán)保監(jiān)測；控制系統(tǒng)

近些年來，空氣污染對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懺絹碓酱?，如PM2.5、PM10、TSP等對我們的正常作息均有很大影響，過多的此類物質(zhì)吸入會導(dǎo)致各種各樣的呼吸道疾病、功能性疾病甚至不可挽回的器質(zhì)性病變，隨著工作強(qiáng)度的提升，此類現(xiàn)象也會伴隨致死可能。目前，在港口作業(yè)生產(chǎn)中此類污染物的產(chǎn)生比較普遍，是港內(nèi)人員的正常工作生產(chǎn)極其不利的因素之一。因此，需要對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，聯(lián)動現(xiàn)場的環(huán)保措施實(shí)施治理。

一、粉塵產(chǎn)生的原因

港口礦石類碼頭目前物料堆存方式主要為露天堆存，礦石物料堆場為開放性塵源，具有不確定性。物料在堆場堆存和裝卸過程中，起塵量的大小與作業(yè)量、料堆表面積、顆粒粒徑、含水率及風(fēng)速等均有關(guān)系。

二、環(huán)保監(jiān)測智慧化控制系統(tǒng)的功能

系統(tǒng)通過構(gòu)建多樣數(shù)據(jù)模型的智慧環(huán)保平臺，進(jìn)行實(shí)時的流處理并直觀顯示指南文件相關(guān)要求信息，并具備統(tǒng)計(jì)展示模塊、污染源分布圖分析模塊、分析與學(xué)習(xí)模塊、環(huán)保設(shè)備聯(lián)動模塊、系統(tǒng)管理模塊、其他功能組模塊。

（一）統(tǒng)計(jì)展示模塊

該模塊實(shí)時顯示當(dāng)前主要監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過定點(diǎn)采集、計(jì)算和全方位立體展示，使港區(qū)內(nèi)各區(qū)域的揚(yáng)塵污染情況清晰明了。

（二）污染源分布圖分析模塊

該模塊將平臺收集的監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)據(jù)以及除塵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在模型上進(jìn)行展示。約束好控件顏色代表的揚(yáng)塵污染程度，突出顯示當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)報(bào)警點(diǎn)位，通過點(diǎn)位標(biāo)識可以快速進(jìn)入監(jiān)測設(shè)備實(shí)時詳情頁進(jìn)行查看，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過算法分析結(jié)合空氣擴(kuò)散模型的規(guī)律，正向推導(dǎo)污染擴(kuò)散情況，使用熱力圖進(jìn)行呈現(xiàn)，直觀展示的圖像化數(shù)據(jù)也可反向推導(dǎo)污染源頭。

（三）分析與學(xué)習(xí)模塊

該模塊根據(jù)粉塵污染參數(shù)統(tǒng)計(jì)污染來源和影響規(guī)律，根據(jù)已有粉塵污染數(shù)據(jù)，進(jìn)行溯源分析和預(yù)報(bào)未來粉塵污染變化情況及預(yù)警。該模塊還包含顆粒物數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)。

（四）智能聯(lián)動模塊

該模塊與現(xiàn)有各類除塵設(shè)施進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)抑塵設(shè)備智能化聯(lián)動。根據(jù)堆場起塵位置和起塵量的測算結(jié)果，結(jié)合氣象預(yù)警信息和除塵歷史灑水記錄，推送需要灑水抑塵的區(qū)域和垛位，形成“粉塵云監(jiān)測+礦石含水率預(yù)測”的輔助抑塵決策計(jì)劃。一方面，通過智能除塵模式進(jìn)行堆場區(qū)域自適應(yīng)各類除塵設(shè)施控制；另一方面，將通過檢測結(jié)果和抑塵策略推送給港區(qū)內(nèi)各類抑塵設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全港灑水抑塵設(shè)備智能調(diào)度。

（五）系統(tǒng)管理模塊

該模塊經(jīng)過算法優(yōu)化，推送優(yōu)化環(huán)保改造報(bào)告、設(shè)備狀態(tài)、能源消耗情況、超前預(yù)警報(bào)告等內(nèi)容。系統(tǒng)會利用粉塵云監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)時氣象信息進(jìn)行分析，通過智能算法反演實(shí)時反饋是否有場界外粉塵遷移入場及其污染濃度，形成基于 GIS 地圖及位置信息的實(shí)時粉塵濃度云圖、歷史粉塵濃度曲線展示以及超標(biāo)報(bào)警和預(yù)警。

（六）其他功能組模塊

結(jié)合 2020 年交通部所推出的《綠色港口等級評價指南 JTS-T105-4-2020》，智慧環(huán)保綜合平臺通過各類數(shù)據(jù)采集以及港區(qū)內(nèi)其他相關(guān)系統(tǒng)的信息交互，經(jīng)過智能分析，實(shí)時提供港區(qū)各類指標(biāo)報(bào)告，可以作為新時代港口數(shù)字化的理論依據(jù)。

三、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

四、監(jiān)測終端

監(jiān)測終端主要用于粉塵濃度、視頻等數(shù)據(jù)的實(shí)時采集。粉塵濃度、風(fēng)速風(fēng)向、氣壓及溫濕度等信息通過無線的方式傳輸，視頻信號通過光纖的方式傳輸。

五、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性說明

根據(jù)使用的氣體傳感器的物理特性，既需要在感應(yīng)端進(jìn)行設(shè)備上的改良措施，也需要在開發(fā)中進(jìn)行基于MATLAB的計(jì)算處理，并且現(xiàn)場部署了自動化生產(chǎn)校準(zhǔn)系統(tǒng)和環(huán)境校準(zhǔn)系統(tǒng)，保障數(shù)值一致性與準(zhǔn)確性。

六、監(jiān)測設(shè)備運(yùn)營維護(hù)

該平臺及現(xiàn)場設(shè)備每月至少巡視1次，到現(xiàn)場后，對設(shè)備周邊情況進(jìn)行仔細(xì)觀察、檢測并做詳細(xì)的巡查記錄。如有異常情況，能現(xiàn)場處理的，應(yīng)進(jìn)行及時處理；現(xiàn)場不能及時處理的，需上報(bào)協(xié)調(diào)進(jìn)行解決，問題的處理過程需詳細(xì)記錄。

七、報(bào)警與聯(lián)動反饋

系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)測記錄并存儲各種環(huán)境、設(shè)備的狀態(tài)信息，首先應(yīng)建立存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。通過對設(shè)備身份信息的采集，優(yōu)化設(shè)備管理的追溯流程，通過對環(huán)境中各類污染信息的實(shí)時監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)自動預(yù)警和報(bào)警。

其次，系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)提供環(huán)境分析報(bào)告。根據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)對抑塵等設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)、負(fù)載率、能耗等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，協(xié)助工作人員對碼頭設(shè)備進(jìn)行評估，通過選擇能耗最低、治理效果最高的工藝設(shè)備和線路，提高環(huán)保設(shè)備的運(yùn)行效率及經(jīng)濟(jì)效益。

此外，可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析提供設(shè)備檢修及維保建議。通過歷史數(shù)據(jù)分析設(shè)備故障原因，制定檢修計(jì)劃，提供檢修指導(dǎo)方案，預(yù)測設(shè)備使用壽命，評價設(shè)備優(yōu)劣及使用情況，為環(huán)保設(shè)備選擇、設(shè)備檢修等提供建議和數(shù)據(jù)依據(jù)，降低運(yùn)行成本。

系統(tǒng)采用前臺交互與后臺數(shù)據(jù)庫分離模式，兼顧數(shù)據(jù)的可靠性和數(shù)據(jù)調(diào)用的靈活性，既可作為智慧化系統(tǒng)的一部分接入現(xiàn)有全廠DCS、PLC控制系統(tǒng)，也可接入獨(dú)立控制的噴槍站、干霧抑塵、自動堆取等子系統(tǒng)，作為智能管治的一部分，可有效提升設(shè)備管理能力、環(huán)保動作效率及智能化水平。

八、數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

將一些現(xiàn)場已有的設(shè)備數(shù)據(jù)以及其它系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)展示到平臺當(dāng)中：

（一）視頻設(shè)備對接

與現(xiàn)場已有的視頻監(jiān)控設(shè)備、平臺對接，將這部分視頻流接入現(xiàn)有平臺進(jìn)行整合呈現(xiàn)，立體掌控廠區(qū)狀態(tài)，加強(qiáng)現(xiàn)場對于系統(tǒng)智能判斷的驗(yàn)證與策略部署的人為調(diào)配。

（二）現(xiàn)有分表計(jì)電數(shù)據(jù)對接

從市控網(wǎng)或提供的分表計(jì)電接口服務(wù)中或現(xiàn)場已有分表計(jì)電設(shè)備中獲取電表數(shù)據(jù)（將系統(tǒng)上全部參數(shù)傳輸?shù)焦芸仄脚_上）。

（三）現(xiàn)有大氣監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)對接

將現(xiàn)在已部署的大氣監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫下，二者數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時比對，相互校核，確?，F(xiàn)場檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免誤判。

（四）現(xiàn)有有組織數(shù)據(jù)對接

將現(xiàn)在已有組織設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一收集到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，二者數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時比對，相互校核，確?，F(xiàn)場檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免誤判。

（五）與外部氣象數(shù)據(jù)對接

將地市級當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)展示到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，二者數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時比對，相互校核，確保現(xiàn)場檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免誤判。

（六）與國家環(huán)保數(shù)據(jù)對接

從國家環(huán)保網(wǎng)獲取企業(yè)所在地空氣質(zhì)量信息，并展示到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，二者數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時比對，相互校核，確?，F(xiàn)場檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免誤判。

九、系統(tǒng)特點(diǎn)

環(huán)保監(jiān)測智慧化控制系統(tǒng)利用數(shù)字孿生、智慧化模擬和智能業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)，并采用CS架構(gòu)和BS架構(gòu)相結(jié)合的形式，表現(xiàn)部分與數(shù)據(jù)呈現(xiàn)使用前端，分析代碼部分使用后端服務(wù)器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，形成三層體系結(jié)構(gòu)，具有靈活、低成本、復(fù)雜度低、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。

系統(tǒng)利用3D數(shù)字化建模形式，搭建三維GIS模型對接地理信息數(shù)據(jù)，將整個治理設(shè)備和環(huán)保監(jiān)測設(shè)備與地圖相結(jié)合，并通過圖表形式呈現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量、用水量等關(guān)鍵指標(biāo)，便于在掌握整個港區(qū)相關(guān)信息的基礎(chǔ)上科學(xué)管理，高效率、智能化管控。

系統(tǒng)應(yīng)用可視化、數(shù)字化以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合分布式計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、空間地理信息、氣象環(huán)境信息等建立以環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境管理、決策分析、環(huán)保設(shè)備控制為一體的智慧環(huán)保綜合平臺。

智慧環(huán)保采用環(huán)保全方位立體化的環(huán)境監(jiān)控方式，更快速地感知環(huán)境的監(jiān)測指標(biāo)，更全面地掌握環(huán)境污染的過程和變化趨勢，更有效地提升現(xiàn)場治理效果，更快速合理地投入環(huán)保設(shè)備，更智慧地決策重點(diǎn)區(qū)域污染治理方向和重大環(huán)境問題，為環(huán)境預(yù)警與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供決策支撐，以智能管控賦能港口高質(zhì)量發(fā)展，抓好數(shù)智化轉(zhuǎn)型新機(jī)遇為目標(biāo)，推動港口行業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。

十、結(jié)語

綜上所述，利用環(huán)保監(jiān)測智慧化控制系統(tǒng)管控港口環(huán)境，通過定位技術(shù)識別、生產(chǎn)動態(tài)識別和三維網(wǎng)格監(jiān)測系統(tǒng)，獲得粉塵濃度分布、機(jī)械適應(yīng)性大數(shù)據(jù)技術(shù)分析、生產(chǎn)分析和無組織粉塵變化規(guī)律，對不同階段產(chǎn)生的無組織粉塵進(jìn)行管理和控制并降低管控的難度。實(shí)現(xiàn)港口粉塵監(jiān)測和實(shí)時智能抑塵調(diào)度，通過港口粉塵云監(jiān)測與智能抑塵輔助決策技術(shù)來實(shí)現(xiàn)智能分析與呈現(xiàn)，對港口粉塵控制、環(huán)保稅的核減和港口環(huán)境質(zhì)量提升具有重要意義。

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