摘要：為解決下屬企業(yè)在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行管理中存在的問題，太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（簡稱太原煤氣化公司）利用物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）、Java 2平臺企業(yè)版（Java 2 Platform Enterprise Edition，J2EE）、5G、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）等技術(shù)，構(gòu)建一套具備實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析、預(yù)警功能的智慧數(shù)據(jù)管理云平臺。該平臺滿足了太原煤氣化公司實(shí)時(shí)掌握下屬各排污單位污染物排放濃度、污染防治設(shè)施運(yùn)行情況的需求，降低了企業(yè)的運(yùn)行成本和超標(biāo)排放風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)監(jiān)測；云平臺；預(yù)測預(yù)警；可視化

中圖分類號：X85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）08-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.067

Construction and Application of Cloud Platform for Automatic Monitoring and Data Management of Enterprise Pollution Sources

LIU Xudong1， YUAN Xin1， FENG Yanming1， WU Hao2

（1. Taiyuan Coal Gasification（Group） Corporation Limited; 2. Cloud Platform （Shanxi） Technology Co.， Ltd.， Taiyuan 030000， China）

Abstract： To solve the problems in the operation and management of online automatic monitoring systems for subordinate enterprises， Taiyuan Coal Gasification（Group） Corporation Limited utilizes technologies such as the Internet of Things （IoT）， Java 2 Platform Enterprise Edition （J2EE）， 5G， Geographic Information System （GIS）， etc. to build a smart data management cloud platform with real-time monitoring， analysis， and warning functions. This platform meets the real-time demand of Taiyuan Coal Gasification（Group） Corporation Limited to grasp the pollutant emission concentration and pollution prevention and control facility operation of its subordinate polluting units， reducing the operating costs and risk of excessive emissions of the enterprise.

Keywords： real time monitoring; cloud platform; predictive warning; visualization

在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）、通信技術(shù)等現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的背景下，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了與多種技術(shù)的融合[1]。目前，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)已經(jīng)成為生態(tài)環(huán)境主管部門進(jìn)行執(zhí)法的重要依據(jù)[2]。近年來，隨著新政策、新制度的出臺，更加明確了排污企業(yè)的主體責(zé)任。同時(shí)，企業(yè)的環(huán)保意識也逐步增強(qiáng)，開始重視污染防治工作。建設(shè)企業(yè)污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺，可以實(shí)現(xiàn)對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面收集、深入分析和高效應(yīng)用，助力企業(yè)更加科學(xué)、精準(zhǔn)地開展污染防治工作?；诖耍芯科髽I(yè)污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺的建設(shè)與應(yīng)用。

1 研究背景

太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（簡稱太原煤氣化公司）旗下共有16家煤礦企業(yè)，其中13家煤礦企業(yè)共計(jì)安裝了17套污染物在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，絕大部分與省監(jiān)控平臺聯(lián)網(wǎng)，污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至省監(jiān)控平臺。太原煤氣化公司在對旗下煤礦企業(yè)的日常監(jiān)督管理過程中發(fā)現(xiàn)以下問題。第一，涉及在線監(jiān)控的企業(yè)分布在不同的城市，監(jiān)管難度大。第二，除政府主管部門和在線監(jiān)測設(shè)備運(yùn)維單位外，太原煤氣化公司和煤礦企業(yè)沒有進(jìn)入在線監(jiān)測站房的權(quán)限，無法及時(shí)掌握污染物排放情況，無法根據(jù)污染物排放濃度的變化情況靈活調(diào)整治污方案，導(dǎo)致煤礦企業(yè)因污染物超標(biāo)排放而受到環(huán)保處罰的情況時(shí)有發(fā)生。第三，為了能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控污染物排放濃度，部分煤礦企業(yè)安排專人24 h值守，實(shí)際效果不理想。第四，由于缺乏專業(yè)的數(shù)據(jù)分析手段，企業(yè)未能充分利用水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。第五，由于各煤礦企業(yè)使用的污染源在線監(jiān)測設(shè)備不同，導(dǎo)致配套軟件的數(shù)據(jù)采集接口與采集設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸端口不統(tǒng)一，無法對各煤礦企業(yè)的排污數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、匯總和統(tǒng)一管理。因此，太原煤氣化公司迫切需要建設(shè)一套能兼容不同排污數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理平臺。

根據(jù)太原煤氣化公司的環(huán)保經(jīng)營管理現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺的設(shè)計(jì)思路和開發(fā)策略。

2 平臺功能介紹

污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺主要由應(yīng)用層、支撐層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、云平臺層及感知層組成，如圖1所示。

2.1 應(yīng)用層

應(yīng)用層采用了瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）模式，主要由大數(shù)據(jù)分析平臺、污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻流媒體系統(tǒng)及移動(dòng)端組成。

大數(shù)據(jù)分析平臺具有在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)分析及預(yù)警等功能，可以用折線圖、柱狀圖、餅狀圖展示數(shù)據(jù)。污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測生產(chǎn)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成各類生產(chǎn)運(yùn)營管理報(bào)表，管理人員可登錄系統(tǒng)查看相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是一款面向管理的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)，采用了面向?qū)ο?、神?jīng)網(wǎng)絡(luò)及Java等技術(shù)，可實(shí)時(shí)采集遠(yuǎn)端站點(diǎn)的參數(shù)，為安全運(yùn)行提供必要的輔助決策信息。視頻流媒體系統(tǒng)將高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)（Network Video Recorder，NVR）等具有協(xié)議輸出功能的設(shè)備接入EasyNVR服務(wù)。EasyNVR不僅能夠?qū)⑦@些設(shè)備源的音/視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換及輸出，還能夠?qū)⒁曨l源的直播數(shù)據(jù)對接第三方內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，CDN）服務(wù)或者第三方流媒體服務(wù)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)安防設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)級別的直播與分發(fā)。移動(dòng)端將平臺業(yè)務(wù)功能拓展到手機(jī)App進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警實(shí)時(shí)推送。

2.2 支撐層

支撐層采用了服務(wù)導(dǎo)向（Service Oriented Architecture，SOA）架構(gòu)，負(fù)責(zé)將軟件系統(tǒng)的服務(wù)模塊從應(yīng)用程序中剝離出來，使系統(tǒng)具備更好的開放性和軟件復(fù)用性，便于系統(tǒng)的維護(hù)升級與應(yīng)用集成。應(yīng)用支撐層主要由組織機(jī)構(gòu)權(quán)限平臺、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、報(bào)表、可視化管理平臺組成。組織機(jī)構(gòu)權(quán)限平臺賦予內(nèi)部成員不同的權(quán)限，只有具備相應(yīng)權(quán)限的用戶才能訪問特定的數(shù)據(jù)和資源，能夠有效防止數(shù)據(jù)泄露和非法訪問。地理信息平臺通過捕獲、存儲、管理、分析和展示地理空間數(shù)據(jù)，直觀展示不同對象之間的關(guān)系。報(bào)表用于增加新的報(bào)表業(yè)務(wù)，能夠?yàn)槠髽I(yè)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行決策提供數(shù)據(jù)支撐。可視化管理平臺能夠?qū)?fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀、易理解的圖表，并對其進(jìn)行統(tǒng)一管理和部署。

2.3 數(shù)據(jù)層

通過采集內(nèi)部數(shù)據(jù)資產(chǎn)和整合外部數(shù)據(jù)資源，如組織機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、文件數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等，完成數(shù)據(jù)資源歸集、加工、整理、重構(gòu)。搭建高性能、擴(kuò)展性強(qiáng)的數(shù)據(jù)計(jì)算環(huán)境，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一交換、數(shù)據(jù)管控等功能，提升數(shù)據(jù)的完整性、易用性。

2.4 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要具有路由選擇、分組轉(zhuǎn)發(fā)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、擁塞控制等功能，能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，為網(wǎng)絡(luò)通信提供保障。

2.5 云平臺層

云平臺層利用云計(jì)算、虛擬化、高性能計(jì)算等技術(shù)手段，整合海量的環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲、實(shí)時(shí)處理、深度挖掘及模型分析。

2.6 感知層

感知層是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)層次，主要具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)識別、信息感知、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)交互等功能。該層可利用在線分析儀、氨氮在線分析儀、總磷在線分析儀、溫度計(jì)、pH計(jì)等識別污染源。

3 平臺應(yīng)用效果

3.1 數(shù)據(jù)采集

污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺利用傳感器和采集裝置實(shí)現(xiàn)對污染源的實(shí)時(shí)、連續(xù)及高精度監(jiān)控，能夠?qū)崟r(shí)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫[3]。同時(shí)，該平臺能夠?qū)崟r(shí)采集遠(yuǎn)端各站點(diǎn)的污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對各站點(diǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，為安全運(yùn)行提供必要的輔助決策信息。

3.2 數(shù)據(jù)分析

污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺能夠自動(dòng)匯總并生成生產(chǎn)運(yùn)營管理報(bào)表，確保數(shù)據(jù)的時(shí)效性與準(zhǔn)確性。管理人員可登錄系統(tǒng)查看數(shù)據(jù)，為制定決策提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)報(bào)表分析功能可取代手工錄入模式，有效提高數(shù)據(jù)的一致性、實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確性。建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫可以整合各類環(huán)境數(shù)據(jù)資源，為后續(xù)污染治理提供大數(shù)據(jù)分析服務(wù)和數(shù)據(jù)支撐[4]。

3.3 在線巡查

太原煤氣化公司旗下的排污單位比較分散，需要巡查組不定期現(xiàn)場巡查，導(dǎo)致管理效率低。污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺具有在線巡查和視頻監(jiān)控功能，巡查組借助該平臺可實(shí)時(shí)掌握各排污單位的排污情況及污染處理設(shè)施的運(yùn)行狀況。

3.4 預(yù)警報(bào)警

污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺將排污企業(yè)分為外排企業(yè)和回用企業(yè)，分別設(shè)置不同的報(bào)警預(yù)警限值，報(bào)警級別分為黃色預(yù)警（有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)）和紅色報(bào)警（已超標(biāo)）。管理人員通過系統(tǒng)可實(shí)時(shí)查看當(dāng)前的報(bào)警信息，可安排專人進(jìn)行應(yīng)急處理，將事后處理轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A(yù)防，把被動(dòng)解決問題變成主動(dòng)管理、主動(dòng)減排，從而避免環(huán)保處罰。同時(shí)，該平臺可通過大屏、短信等方式向相關(guān)人員下發(fā)報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)多重管理。

3.5 決策分析

污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺具有預(yù)警功能，會及時(shí)提醒現(xiàn)場操作人員巡檢設(shè)備，保障出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。后期可以利用平臺的易擴(kuò)充特性，擴(kuò)展智能決策分析功能，進(jìn)一步提高平臺的實(shí)用性。

3.6 預(yù)期效益

社會效益方面，借助污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺能夠?qū)崟r(shí)掌握旗下各排污單位環(huán)保設(shè)施的運(yùn)行情況，提高了環(huán)保管理的主動(dòng)性，減少了超標(biāo)排污的風(fēng)險(xiǎn)，避免了由于環(huán)保處罰造成的不良影響。

經(jīng)濟(jì)效益方面，污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺具有自動(dòng)預(yù)警功能，可省去人力支出，減少一線操作人員的日常統(tǒng)計(jì)工作量。平臺具有超標(biāo)預(yù)警功能，可以讓現(xiàn)場操作人員及時(shí)調(diào)整加藥量，做到用藥足量但不過量，節(jié)省了藥劑成本。

管理效益方面，污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)預(yù)警功能，顯著提高了環(huán)保管理的響應(yīng)速度，提高了環(huán)保管理的工作效率。平臺集成了大量環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，能夠?yàn)榄h(huán)境管理決策提供數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)[5]。

環(huán)境效益方面，污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理云平臺能夠?qū)崿F(xiàn)污染物超標(biāo)預(yù)警，為企業(yè)應(yīng)對各種突發(fā)狀況節(jié)省寶貴的時(shí)間，以便及時(shí)制定相應(yīng)的處理措施，提高了污染治理的針對性和有效性，大幅降低了污染物超標(biāo)排放的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

通過平臺的建設(shè)與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了各排污單位污染處理設(shè)備的數(shù)字化、可視化，實(shí)現(xiàn)了污染物在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的全貌呈現(xiàn)，有助于太原煤氣化公司精準(zhǔn)掌握旗下各煤礦企業(yè)的排污情況和污染處理設(shè)施運(yùn)行情況，推進(jìn)了環(huán)境管理工作的信息化進(jìn)程。

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