路思明

[摘要]節(jié)能減排是紡織企業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。紡織企業(yè)的排污主要包括廢水和廢氣兩方面，相對(duì)于廢水的監(jiān)測(cè)和處理，廢氣的排放較難控制。文章基于大數(shù)據(jù)處理技術(shù)提出一種紡織企業(yè)VOC大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合紡織業(yè)務(wù)，優(yōu)化了直接應(yīng)用傳感器進(jìn)行VOC監(jiān)測(cè)的不穩(wěn)定性，為紡織企業(yè)VOC監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)支持。

[關(guān)鍵詞]紡織工業(yè)；節(jié)能減排；廢氣；VOC氣體；大數(shù)據(jù)

[DOI]1013939/jcnkizgsc201704126

1引言

環(huán)境污染是當(dāng)今世界關(guān)注的焦點(diǎn)。治理環(huán)境污染是發(fā)展中國家的重大戰(zhàn)略決策，是科學(xué)發(fā)展的根本要求，是企業(yè)發(fā)展的法定責(zé)任。VOC（Volatile Organic Compounds）氣體是紡織企業(yè)生產(chǎn)過程中的主要排放物之一。要想降低環(huán)境污染，必然要考慮生產(chǎn)過程中的VOC氣體排放監(jiān)測(cè)問題。[1][2]監(jiān)控紡織企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境VOC狀態(tài)，要建設(shè)VOC氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為減排管理提供技術(shù)支持。一套先進(jìn)的、可靠的、安全的紡織企業(yè)VOC氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行、操作和管理平臺(tái)，是實(shí)現(xiàn)紡織企業(yè)系統(tǒng)有毒有害氣體減排解決方案的保障，是實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)平衡、優(yōu)質(zhì)環(huán)保、監(jiān)督考核基本目標(biāo)的前提。

建設(shè)基于大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的紡織企業(yè)VOC風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠與紡織生產(chǎn)業(yè)務(wù)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)VOC氣體減排，保障現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員身體健康，提高減排管理工作效率。強(qiáng)化和完善節(jié)能減排考核和評(píng)價(jià)體系，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善生產(chǎn)和生活環(huán)境質(zhì)量，從而提高企業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，具有良好的作用和效果。本文在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，設(shè)計(jì)紡織企業(yè)VOC氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2紡織企業(yè)VOC大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

21VOC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的紡織企業(yè)VOC大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集模塊、MySQL數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、大數(shù)據(jù)并行處理平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析模塊和業(yè)務(wù)功能模塊5部分。

數(shù)據(jù)采集模塊通過接口服務(wù)器搜集現(xiàn)場(chǎng)的苯送變器、H2S送變器、三乙胺送變器、二甲基甲酰胺送變器、丙烯酸乙酯送變器和氯乙烯送變器采集的VOC氣體值，傳送給MySQL數(shù)據(jù)庫中的實(shí)時(shí)VOC氣體數(shù)據(jù)集。在提供實(shí)時(shí)預(yù)警分析功能的同時(shí)，也用來積累預(yù)警系統(tǒng)的建模數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)VOC氣體數(shù)據(jù)集不具有歷史性，需要通過大數(shù)據(jù)并行處理平臺(tái)中的HDFS數(shù)據(jù)集最終完成建模數(shù)據(jù)的積累。

大數(shù)據(jù)并行處理平臺(tái)采用Spark計(jì)算框架[3]實(shí)現(xiàn)，由Mahout提供具體的分析數(shù)據(jù)功能Vector Distance Job方法和ANN模型。預(yù)警模型訓(xùn)練完成后，仍然提供給關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在MySQL數(shù)據(jù)庫上實(shí)現(xiàn)誤報(bào)警過濾功能和告警類型識(shí)別功能，實(shí)現(xiàn)與用戶應(yīng)用的對(duì)接。

此外，系統(tǒng)中各個(gè)模塊之間除了MySQL數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和大數(shù)據(jù)并行處理平臺(tái)之間通過sqoop進(jìn)行交換外，相互之間均直接通過TCP/IP協(xié)議鏈接。

整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

22VOC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

圖2是項(xiàng)目所研發(fā)的系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程圖。通常情況下，系統(tǒng)開發(fā)完成后由監(jiān)控室應(yīng)用。系統(tǒng)部署完成后，電工首先拉閘接通電源，現(xiàn)場(chǎng)工作人員開始啟動(dòng)VOC氣體送變器。此時(shí)，VOC送變器采集現(xiàn)場(chǎng)的VOC氣體濃度發(fā)送到監(jiān)控室，監(jiān)控室隨時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)靶面的VOC情況，分析監(jiān)測(cè)結(jié)果是否在模型的處理范圍內(nèi)。

與直接安裝傳感器建設(shè)的系統(tǒng)不同，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)有一個(gè)逐漸完善的過程，在運(yùn)行初期，由于積累的經(jīng)驗(yàn)較少，大量監(jiān)測(cè)結(jié)果需要人工處理并標(biāo)注。隨著系統(tǒng)的應(yīng)用和標(biāo)注的增多，系統(tǒng)的處理能力逐漸增強(qiáng)。若監(jiān)測(cè)到的結(jié)果落入系統(tǒng)的處理范圍內(nèi)，則首先系統(tǒng)自動(dòng)判斷是否為誤報(bào)警情，若為誤報(bào)警情，則忽略不處理；如果為真實(shí)警情，則應(yīng)用警情類型識(shí)別模型進(jìn)行判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果處理警情。在運(yùn)行過一段時(shí)間后，系統(tǒng)積累大量人工標(biāo)注的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就能利用大數(shù)據(jù)智能算法，根據(jù)紡織企業(yè)VOC監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)特征，準(zhǔn)確地自動(dòng)分辨VOC監(jiān)測(cè)的狀態(tài)。

23VOC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境

在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境中，本文設(shè)計(jì)的VOC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要部署在安裝有Ubuntu系統(tǒng)的集群中。本文設(shè)計(jì)采用Ubuntu 1404 LTS操作系統(tǒng)，以JRE180為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的各個(gè)系統(tǒng)模塊。這些系統(tǒng)模塊主要包括Apache Maven、Apache Hadoop、Apache Spark、Apache Mahout、異常預(yù)警模塊和功能界面等的研發(fā)、部署和配置。下表是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中用到的軟件資源列表。

軟件模塊實(shí)現(xiàn)資源列表編號(hào)軟件名稱版本發(fā)布時(shí)間下載地址1Ubuntu1404 LTS2014/04/18http：//releasesubuntu.com/1404/2JRE1803Apache Maven3332015/04/28https：//archiveapache.org/dist/maven/maven-3/333/4Apache Hadoop2712015/07/06http：//wwwapacheorg/dyn/closercgi/hadoop/common/hadoop-271/hadoop-271targz5Scala2932013/01/26http：//wwwscala-langorg/download/293html6Apache Spark1412015/07/15http：//sparkapacheorg/downloadshtml7Apache Mahout01102015/08/07 http：//apachefayeacom/mahout/0110/

3結(jié)論

本文基于大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)提出了一種紡織企業(yè)VOC監(jiān)測(cè)方案，研究成果能夠提升企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境VOC氣體控制水平和降低VOC氣體對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的危害。同時(shí)，本文所提的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方案，也可以推廣到其他加工制造類型企業(yè)的VOC氣體風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警應(yīng)用情景，如石油化工有毒有害氣體探測(cè)、煤炭瓦斯監(jiān)測(cè)、船舶機(jī)艙油氣探測(cè)等，具有一定的應(yīng)用普適性特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Sempere F，Martínezsoria V，Penyaroja JM，et alControl of VOC emissions from a flexographic printing facility using an industrial biotrickling filter[J].Water Science & Technology A Journal of the International Association on Water Pollution Research，2012，65（1）：177-182

[2] Wu XCharacteristics and Uncertainty of Industrial VOCs Emissions in China[J].Aerosol & Air Quality Research，2015（3）.

[3] Zaharia M，Chowdhury M，F(xiàn)ranklin MJ，et alSpark：cluster computing with working sets[C]∥Proceedings of the 2nd Usenix Workshop on Hot Topics in Cloud ComputingBoston：Usenix Association，2010：1765-1773