關(guān)鍵詞：VOCs排放；排放監(jiān)管；數(shù)據(jù)管理；系統(tǒng)架構(gòu)；.NET Core

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）03-0042-04 開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID） ：

0引言

隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加速，揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs） 排放問題日益突出，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。有效監(jiān)管和控制VOCs排放已成為我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要任務(wù)[1-2]?！笆濉睍r(shí)期，我國(guó)出臺(tái)了一系列政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，旨在加強(qiáng)VOCs污染防治工作，完善VOCs治理體系，例如《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案》等。當(dāng)前，我國(guó)VOCs排放數(shù)據(jù)管理面臨諸多挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)收集困難、準(zhǔn)確性低、共享程度不高以及監(jiān)管手段不足等方面[3]。由于企業(yè)眾多且排放源復(fù)雜，數(shù)據(jù)難以全面、準(zhǔn)確地收集；同時(shí)，上報(bào)數(shù)據(jù)存在主觀性和不確定性。這些因素共同制約了生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的有效開展。因此，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)高效的VOCs重點(diǎn)企業(yè)污染物排放監(jiān)管系統(tǒng)，對(duì)于加強(qiáng)VOCs 排放監(jiān)管，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。

1 需求分析

針對(duì)VOCs重點(diǎn)企業(yè)污染物排放監(jiān)管系統(tǒng)，首先須進(jìn)行需求分析，明確產(chǎn)生VOCs的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過梳理發(fā)現(xiàn)，VOCs排放監(jiān)管系統(tǒng)的需求分析主要集中在生產(chǎn)信息、源頭控制、工藝過程及無組織排放管控、末端治理及企業(yè)排放、監(jiān)測(cè)監(jiān)控水平以及環(huán)境管理等方面。

生產(chǎn)信息是了解企業(yè)排放的基礎(chǔ)，包括產(chǎn)品信息、產(chǎn)能信息和原輔材料信息。產(chǎn)品及產(chǎn)能信息包括：產(chǎn)品名稱、設(shè)計(jì)產(chǎn)量、去年產(chǎn)量。原輔材料信息包括原輔材料名稱、年設(shè)計(jì)使用量、年實(shí)際使用量，這些信息有助于全面了解企業(yè)的生產(chǎn)狀況和潛在的VOCs排放源。

源頭控制記錄企業(yè)生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生VOCs排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和材料[4]。其中包含車間名稱及對(duì)應(yīng)車間的具體工藝名稱。材料選擇信息包括塑料、油墨、涂料、膠粘劑、清洗劑等，對(duì)于在生產(chǎn)過程中可能使用的材料，須根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況選擇對(duì)應(yīng)的材料類型。

工藝過程及無組織排放管控具有源頭減排、過程控制、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理以及持續(xù)改進(jìn)等多重重要作用[5]。此環(huán)節(jié)包括物料儲(chǔ)存、投料和調(diào)配。物料儲(chǔ)存中需要明確VOCs物料是否密閉存儲(chǔ)，廢物是否密閉儲(chǔ)存。在投料信息中須確認(rèn)液態(tài)VOCs物料投加的方式和粉狀、粒狀VOCs物料投加的方式，以及各個(gè)車間工藝過程中的產(chǎn)污環(huán)節(jié)及收集方式。

末端治理指對(duì)生產(chǎn)過程中已經(jīng)產(chǎn)生的VOCs廢氣進(jìn)行處理和凈化的技術(shù)手段[6]。這一部分包含各個(gè)車間使用的工藝名稱和治理工藝名稱，還包括風(fēng)量、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)濃度、第三方監(jiān)測(cè)濃度等參數(shù)。監(jiān)測(cè)監(jiān)控水平用于企業(yè)對(duì)VOCs排放的監(jiān)測(cè)監(jiān)控情況，包括有組織和無組織排放監(jiān)測(cè)的設(shè)置和運(yùn)行狀態(tài)[7]。具體包含有組織監(jiān)測(cè)、廠界無組織監(jiān)測(cè)、廠區(qū)內(nèi)無組織監(jiān)測(cè)、是否規(guī)范設(shè)置監(jiān)測(cè)采樣口位置、是否規(guī)范設(shè)置監(jiān)測(cè)采樣平臺(tái)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)是否正常運(yùn)行并校驗(yàn)記錄。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體架構(gòu)采用分層設(shè)計(jì)，分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、業(yè)務(wù)邏輯層和用戶界面層。數(shù)據(jù)采集層作為系統(tǒng)的起點(diǎn)，負(fù)責(zé)獲取企業(yè)原始排放數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)信息、源頭控制信息、物料儲(chǔ)存信息、末端治理及企業(yè)排放信息等。生產(chǎn)信息反映了企業(yè)的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品類型和產(chǎn)量等基本信息；源頭控制信息指的是企業(yè)在生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生VOCs排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和材料，如車間、工藝、塑料、油墨、涂料、膠粘劑、清洗劑等；物料儲(chǔ)存信息記錄VOCs物料的儲(chǔ)存和廢物儲(chǔ)存情況；末端治理及企業(yè)排放信息則涉及企業(yè)采用的末端治理工藝、治理效果以及實(shí)際的排放數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)處理層對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。數(shù)據(jù)處理層還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的整合和格式化，便于后續(xù)的業(yè)務(wù)邏輯處理。數(shù)據(jù)清洗包括去除重復(fù)數(shù)據(jù)、填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)、糾正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)等；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換則將數(shù)據(jù)從原始格式轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式，以便于存儲(chǔ)和分析；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)則將清洗和轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供后續(xù)查詢和分析。業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)填報(bào)、審核、分析等核心功能。業(yè)務(wù)邏輯層包括用戶管理、數(shù)據(jù)填報(bào)、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)分析等模塊。用戶管理模塊負(fù)責(zé)用戶注冊(cè)、登錄、權(quán)限管理等，確保只有授權(quán)用戶才能訪問和操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)填報(bào)包括數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除。數(shù)據(jù)審核模塊對(duì)填報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核和校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和合規(guī)性。數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成報(bào)表和圖表，幫助用戶直觀地了解排放趨勢(shì)和問題所在。用戶界面層提供用戶操作界面，包括登錄界面、數(shù)據(jù)填報(bào)界面、數(shù)據(jù)審核界面、數(shù)據(jù)分析界面等。用戶界面設(shè)計(jì)注重用戶體驗(yàn)，提供友好的交互方式和清晰的導(dǎo)航指引，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.2 模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要分為前端展示和后臺(tái)管理，前端展示模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)數(shù)據(jù)和VOCs排放數(shù)據(jù)展示，后臺(tái)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)設(shè)置等功能。系統(tǒng)流程如圖2所示。

2.2.1 前臺(tái)展示模塊

前端展示頁(yè)面以直觀、友好的界面展示企業(yè)的VOCs排放情況。系統(tǒng)通過百度地圖提供的API接口接入百度地圖，展示企業(yè)地理位置分布。點(diǎn)擊企業(yè)圖標(biāo)可查看企業(yè)的詳細(xì)基礎(chǔ)信息，如企業(yè)名稱、地址、聯(lián)系方式等。企業(yè)排放量展示模塊通過使用echarts庫(kù)以動(dòng)態(tài)折線圖的形式展示VOCs總排放量。為更深入地分析污染物排放特征，系統(tǒng)可以按行業(yè)類型以柱狀圖的方式展示VOCs排放量，幫助用戶快速識(shí)別不同行業(yè)在VOCs排放方面的差異。系統(tǒng)還提供一鍵導(dǎo)出功能，可將數(shù)據(jù)一鍵導(dǎo)出為Excel、CSV等格式，方便用戶進(jìn)行離線分析和存檔。

2.2.2 后臺(tái)管理模塊

后臺(tái)管理系統(tǒng)是VOCs重點(diǎn)企業(yè)污染物排放監(jiān)管系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的維護(hù)、管理和分析。主要包括以下幾部分。

新增數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)錄入人員在手機(jī)端登錄系統(tǒng)后，打開新增數(shù)據(jù)模塊，根據(jù)頁(yè)面設(shè)計(jì)的各項(xiàng)將核查現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)錄入模塊，包括企業(yè)信息、書面資料、生產(chǎn)信息、源頭控制信息、工藝過程及無組織排放管控信息、末端治理信息、監(jiān)測(cè)監(jiān)控水平信息和環(huán)境管理水平信息。在數(shù)據(jù)錄入過程中，系統(tǒng)會(huì)對(duì)輸入的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)驗(yàn)證，確保數(shù)據(jù)的格式正確、內(nèi)容完整。例如，排放量字段應(yīng)只接受數(shù)字輸入，如果錄入的數(shù)據(jù)不符合要求，系統(tǒng)會(huì)提示用戶進(jìn)行修正。

補(bǔ)錄數(shù)據(jù)：在現(xiàn)場(chǎng)核查過程中，核查人員可能由于時(shí)間限制或其他因素，無法立即完整錄入所有數(shù)據(jù)，因此會(huì)優(yōu)先記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)，而將次要數(shù)據(jù)通過拍照等方式保存，后續(xù)通過補(bǔ)錄數(shù)據(jù)模塊補(bǔ)充數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的完整性。核查人員登錄系統(tǒng)后，打開數(shù)據(jù)補(bǔ)錄模塊，補(bǔ)錄數(shù)據(jù)包括企業(yè)信息、書面資料、生產(chǎn)信息、源頭控制信息、工藝過程及無組織排放管控信息、末端治理及企業(yè)排放信息、監(jiān)測(cè)監(jiān)控水平信息和環(huán)境管理水平信息。可根據(jù)需求選擇其中的某些模塊進(jìn)行補(bǔ)錄。

審核數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)審核員對(duì)提交的數(shù)據(jù)進(jìn)行審查和確認(rèn)，確保所有數(shù)據(jù)都是經(jīng)過驗(yàn)證的。審核員須確認(rèn)錄入數(shù)據(jù)是否完整，包括排放量、排放時(shí)間、排放方式等關(guān)鍵信息。該模塊首先提供一個(gè)待審核數(shù)據(jù)列表，列出所有待審核的數(shù)據(jù)記錄。審核人員登錄系統(tǒng)后，點(diǎn)擊進(jìn)入每一條數(shù)據(jù)記錄的詳細(xì)頁(yè)面，查看包括排放量、排放時(shí)間等在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括文字、數(shù)字以及附件等。審核人員須執(zhí)行審核操作，審核的選項(xiàng)包括通過審核、退回修改和拒絕提交。對(duì)于需要修改的數(shù)據(jù)，審核人員須提供具體的修改建議。審核人員根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，并給出審核結(jié)果。

數(shù)據(jù)分析：對(duì)已審核的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。在該模塊中，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，通過使用echarts庫(kù)編程將污染物排放總量、排放強(qiáng)度、排放趨勢(shì)以折線圖、柱狀圖等形式進(jìn)行展示。同時(shí)對(duì)比不同企業(yè)之間、不同地區(qū)之間以及不同時(shí)間段內(nèi)的污染物排放狀況，以便發(fā)現(xiàn)潛在問題。系統(tǒng)允許用戶自定義報(bào)表，可以指定報(bào)表的內(nèi)容、格式以及展示方式，系統(tǒng)根據(jù)特定的需求生成專屬的分析報(bào)告。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 開發(fā)工具

系統(tǒng)采用.NET Core作為開發(fā)框架，.NET Core是一個(gè)開源的、跨平臺(tái)的開發(fā)框架，它提供了強(qiáng)大的性能和靈活性，非常適合構(gòu)建現(xiàn)代化的應(yīng)用程序[8]。系統(tǒng)選用.NET Core框架，既確保了系統(tǒng)的高效與安全，又能實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的無縫運(yùn)行，極大簡(jiǎn)化了部署與維護(hù)工作。在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)方面，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，其成熟穩(wěn)定的性能和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能能夠滿足系統(tǒng)需求。為實(shí)現(xiàn)對(duì)象關(guān)系映射，系統(tǒng)選擇Sqlsuger作為ORM 框架[9]。Sqlsuger ORM 框架簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)庫(kù)操作，提高了開發(fā)效率。前端開發(fā)方面，前端采用ASP.NET Core MVC 框架和Pear Admin后臺(tái)框架，結(jié)合兩者優(yōu)勢(shì)，可快速構(gòu)建美觀易用的用戶界面[10]。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.2.1 登錄界面

登錄模塊是系統(tǒng)安全性的第一道屏障，登錄模塊的核心在于確保只有經(jīng)過驗(yàn)證的用戶才能訪問系統(tǒng)資源，系統(tǒng)登錄界面如圖3 所示。系統(tǒng)采用JWT（JSON Web Token） 作為用戶身份的傳遞和驗(yàn)證機(jī)制，結(jié)合Asp.Net Core的身份認(rèn)證和授權(quán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)登錄功能。當(dāng)用戶輸入用戶名和密碼并提交登錄請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)首先會(huì)驗(yàn)證用戶名和密碼。如果驗(yàn)證通過，生成JWT token，然后系統(tǒng)將JWT token發(fā)送回客戶端?？蛻舳嗽诤罄m(xù)請(qǐng)求中攜帶JWT token，系統(tǒng)通過驗(yàn)證to?ken來確認(rèn)用戶身份。登錄模塊通過Asp.Net Core的身份認(rèn)證和授權(quán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)資源的有效保護(hù)。關(guān)鍵代碼如圖4所示，通過Asp.Net Core中提供的中間件的方法addAuthentication（）實(shí)現(xiàn)對(duì)身份驗(yàn)證服務(wù)的配置。

3.2.2 數(shù)據(jù)模塊

數(shù)據(jù)模塊主要包括添加數(shù)據(jù)、補(bǔ)錄數(shù)據(jù)、審核數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)列表和數(shù)據(jù)分析。各個(gè)模塊分別實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)信息、源頭控制信息、工藝過程和無組織排放、末端治理、監(jiān)測(cè)監(jiān)控水平以及環(huán)境管理水平數(shù)據(jù)的添加、補(bǔ)錄、審核和分析。

在開發(fā)過程中，首先從數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)著手，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)。在架構(gòu)中，每個(gè)數(shù)據(jù)模型被細(xì)化為多個(gè)實(shí)體，如企業(yè)信息、生產(chǎn)信息等，每個(gè)實(shí)體都對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表，通過表結(jié)構(gòu)來保證數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化和規(guī)范化存儲(chǔ)。

在界面設(shè)計(jì)方面，為提升用戶體驗(yàn)，系統(tǒng)開發(fā)了一個(gè)直觀、易用的數(shù)據(jù)錄入與編輯界面。該界面不僅注重直觀性，確保用戶能夠快速理解并操作，還強(qiáng)調(diào)響應(yīng)性，能夠在用戶輸入數(shù)據(jù)時(shí)提供即時(shí)的驗(yàn)證反饋。此外，界面設(shè)計(jì)的靈活性允許用戶根據(jù)實(shí)際需求錄入不同類型的數(shù)據(jù)，如文本、數(shù)字、日期等，從而滿足多樣化的數(shù)據(jù)錄入需求。

在數(shù)據(jù)驗(yàn)證與處理方面，系統(tǒng)采取嚴(yán)格的數(shù)據(jù)驗(yàn)證策略。前端驗(yàn)證機(jī)制在用戶輸入過程中實(shí)時(shí)檢查數(shù)據(jù)的格式和內(nèi)容，后端驗(yàn)證則進(jìn)一步確保提交的數(shù)據(jù)滿足業(yè)務(wù)規(guī)則和數(shù)據(jù)庫(kù)約束。數(shù)據(jù)清洗和轉(zhuǎn)換過程對(duì)不符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與持久化通過Sqlsuger實(shí)現(xiàn)，這種方式不僅簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)操作，還提高了數(shù)據(jù)的安全性。業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)依賴于.NET Core框架，通過RESTful API 接口提供數(shù)據(jù)的接收、處理和存儲(chǔ)服務(wù)。接口的設(shè)計(jì)充分考慮了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，為未來的系統(tǒng)升級(jí)和功能擴(kuò)展提供了便利。其中數(shù)據(jù)錄入界面如圖5、圖6所示，數(shù)據(jù)補(bǔ)錄界面如圖7所示，數(shù)據(jù)審核界面如圖8所示。

4 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)在測(cè)試過程中使用了多種測(cè)試方法，包括黑盒測(cè)試、白盒測(cè)試、集成測(cè)試和功能測(cè)試等多種策略，全面評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。功能測(cè)試著重于數(shù)據(jù)錄入、驗(yàn)證、編輯和刪除等操作的準(zhǔn)確性。例如，在對(duì)新增數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入測(cè)試時(shí)，模擬用戶錄入各種類型的數(shù)據(jù)，包括必填項(xiàng)和非必填項(xiàng)，驗(yàn)證系統(tǒng)是否能夠正確接收和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。性能測(cè)試主要測(cè)試系統(tǒng)在高負(fù)載和大數(shù)據(jù)量下的響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定性。安全性測(cè)試則測(cè)試用戶身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)保護(hù)的有效性，穩(wěn)定性測(cè)試須測(cè)試系統(tǒng)的恢復(fù)能力和日志記錄的完整性。測(cè)試結(jié)果如表1所示。

通過對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，系統(tǒng)完善了數(shù)據(jù)驗(yàn)證規(guī)則，增加了異常數(shù)據(jù)測(cè)試用例，并通過引入緩存機(jī)制和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)查詢來改善高負(fù)載情況下系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的延遲。安全性測(cè)試表明用戶身份驗(yàn)證機(jī)制有效，但須定期更新密碼策略并加強(qiáng)用戶安全教育。穩(wěn)定性測(cè)試發(fā)現(xiàn)部分日志記錄不完整，已通過優(yōu)化日志記錄機(jī)制確保關(guān)鍵信息的完整記錄。未來將繼續(xù)關(guān)注這些改進(jìn)措施的效果，并持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。

5小結(jié)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于.NET Core的VOCs重點(diǎn)企業(yè)污染物排放監(jiān)管系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用分層架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)錄入、審核、分析和展示等核心功能，并通過測(cè)試驗(yàn)證其功能性和可靠性，可有效提升VOCs重點(diǎn)排放企業(yè)的數(shù)字化監(jiān)管水平。在未來的研究中，將繼續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)性能，提升大數(shù)據(jù)處理能力，并集成人工智能分析算法，進(jìn)一步提高VOCs重點(diǎn)企業(yè)污染物排放監(jiān)管系統(tǒng)的實(shí)用性和高效性，為環(huán)境保護(hù)工作提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持。