基于物联网的危险废物处置设施工况监控系统研究

徐 洁，查建宁

（1.江苏省生态环境监控中心，江苏南京 210036；2.江苏省固体有害废物登记和管理中心，江苏南京 210036）

0 引言

根据江苏省生态环境监控系统建设的总体要求，开展危险废物集中焚烧处置设施在线监控与视频监控物联网集成工作，对危险废物集中焚烧处置设施联网，实现危险废物集中焚烧处置设施工况在线监控信息服务调用接口，实现对危险废物集中焚烧处置设施工况在线监控信息的调用、分析、展示。

1 物联网在环境保护的应用

随着“十二五”规划的出台，物联网被上升到国家战略的高度，成为了全国最炙手可热的名词。但同时早在物联网概念提出之前，环境保护已经是传感网（物联网的前身）探索和实践并大力推进的热点领域之一。经过了这么多年的发展，物联网从单纯的人力替代，到现在的强化环境执法、提升污染监控效率、促进节能减排等方面都发挥了比较明显的作用。但同时，与其他物联网相关应用领域一样，环保物联网的应用依然还停留在基础应用阶段，拥有相对广阔的发展前景。

本文将物联网应用于危废处置设施工况监控当中，这一技术将为这项业务的工作模式带来巨大的变革。从这个角度来讲，物联网对环境管理理念、方法、体制的改革能形成推动力量，从而以技术手段为契机提高我国污染的控制效率和对环境进行更为有效的保护。

2 系统总体架构

本项目的主要内容是实现对危废处置设施的工况监控和视频监控，将现场的工况数据和视频实时发送到监控中心，进行统一的监控和管理分析。

整个系统可分为现场端和监控中心端两大部分，系统的结构如图1所示。

现场端位于危废处置单位现场，由工况过程服务器及多个工况采集单元、视频监控设备组成，工况采集单元主要负责采集各类控制系统（DCS或PLC系统）和设备中的相关过程参数，并存储到本单位的工况过程数据服务器中，工况过程服务器负责通过网络与监控中心的工况接收服务器进行通讯。

视频监控设备一般由视频编码器（视频服务器）、摄像机、硬盘录像机等组成，通过网络与监控中心连接。

中心端主要负责汇总各个现场端的工况数据，并由分析统计平台对工况数据做分析及统计，最终提供给应用模块使用及展示。监控中心端主要设备包括工况过程数据库服务器及WEB应用服务器，并接入目前监控中心既有网络中。

各类客户端应用（包括移动应用）通过访问WEB应用服务器实现对工况数据及视频图像的查询和分析。

3 功能模块设计

3.1 实时监控

实时监控子系统基于中心工况过程数据库，通过对全省危险危废集中焚烧处置设施工况在线监控点及其现场视频监控点进行有效整合，形成统一整体，实现对危险危废集中焚烧处置设施运行状况、监控设备运转情况、网络连通情况的实时和视频监控。实时查询企业生产的工艺流程图，图中显示当前生产装置的状态，信号显示，生产流向，异常报警。

图1 总体架构

实时监控子系统的展示方式以组态画面展示为主，以形象直观的方式显示前端采集到的各类实时参数和状态数据。在本系统中，将提供组态的设置配置工具，满足各企业在工艺流程、位置布局等方面的差异化需求。利用组态配置工具，首先需要根据工艺处理流程画出组态背景，然后根据企业各类设施的具体类型和安装位置，把相应的控件布置到背景，并设置控件的属性（名称、报警参数、数据格式等），控件分开关量、数字量和流程线等。

组态完成之后可以先在工具环境中进行测试运行，测试无误后就可以将组态导出并发布到中控监控系统中，并由公司研发的SilverLight组态运行控件进行仿真。利用组态软件，根据每个处置单位的处置工艺，建立完备的监控数据显示界面，各自动监测站点采集到的实时监控数据和设备运行状态实时在线显示，可以趋势曲线等形式实时显示连续自动采集的数据，可查询指定的任意时间段的数据，包括当日的实时数据、日数据、月数据和往日历史数据。

当监测值超过报警阈值时，系统按指定的报警颜色进行显示。在组态图上同时显示系统各监测点各设备运行工作状态，以绿色表示正常运行，红色表示故障或停止运行，使管理人员能一目了然地了解每个处置设置的当前运行状态。

基于采集到的实时数据，根据设定的报警规则，对监测数据和设备运行状态提供报警监控功能。实时报警分为报警设置、自动报警、报警信息查询三部分功能。

根据每个参数采集点，设定需要报警的参数名称、报警类型、报警阈值（报警触发条件）、报警方式、报警对象等信息。当监控数据超出了预先设定的报警阈值或设备运行状态出现偏离时，系统自动告警，报警信息可通过邮件、短信等方式向设定的报警对象自动发送，也可通过声光的方式进行报警。对报警信息按关键字进行查询统计，报警信息包括：报警设施、所属行政区、所属企业、报警类别、报警开始时间、结束时间、报警原因等。报警通过信号灯的闪烁区分报警是否为新产生的报警。以诊断数据传输是否正常。跟踪数据传输各模块的运行状态是否正常，包括数据接收传输模块、数据处理模块、后台报警模块等。

包括实时视频查看和视频录像查看两个功能：可实时播放现场视频监控点的视频图像，可单窗口播放，也可多窗口同时播放不同监控点的视频图像，可对现场摄像设备进行远程控制，控制云台和镜头的转动缩放。可按焚烧设施名称、焚烧时间（点/分/秒、年/月/日）等实现视频录像的条件查询和回放。

3.2 查询分析

以工况过程数据库（分析库）中的数据为主要数据源，以图表、报表为主要展示方式，对工况数据进行汇总、统计、分析，并对工况数据中的关联关系进行分析。以数据表格、曲线的方式显示各类监测统计数据，查询各参数的小时均值、日均值、月均值、年均值等数据，支持多参数同时查询显示。

对指定时间段内处置设施的各类数据进行多种形式的汇总统计，如年度/月度设施停运次数及停运时间统计、焚烧温度分布情况统计、污染物排放量统计、电力消耗统计等，支持同比、环比等分析，以反映其变化趋势和规律。

根据设定的规则，对企业工况数据之间的关联性关系进行分析，调取实时/历史工况数据，分析这些关联参数变化是否一致，当比例参数超出正常范围时，系统将记录下起始时间，列出可能的原因。根据选定的范围（类型、区域、规模等条件），对范围内的多个企业的同类参数进行比较，计算其平均水平及每个企业与平均值的差异程度，便于管理人员发现异常情况。

利用Report Services报表组件，基于中心工况应用数据库，自动生成各类报表和报告，在系统中实现报表查询，也可根据设定的规则将生成的报表和报告向指定人员自动发送。

3.3 综合分析

以工况应用数据库的数据为主要数据源，结合其它相关业务数据（如污染源自动监控数据、危废转移和处置统计数据、建设项目审批数据等），对危废处置设施的整体状况作综合分析，对不同业务系统的数据关联分析。

以“一厂一档”的形式，对危废处置企业的各类信息进行综合查询，包括企业基本信息、经营许可证信息、危废处置分类数量信息、项目审批信息、污染物排放监控信息、日常监管信息等。

将同一危废处置企业同时段的工况监控数据和污染源自动监控数据进行对比，判断其是否一致，自动找出超过允许偏差范围的企业数据，提醒管理人员及时处理。

根据危废处置台帐中的危废类别及处置数量信息，与工况监控数据进行比较，判断不同类别的危险废物是否按规定的工艺进行处置、炉温是否达到规定的焚烧温度，焚烧时间是否足够等，系统将自动划定存在违规嫌疑的企业，由管理人员进行确认。

利用“1831”GIS地理信息系统，提供图形化展示功能，对在线监控数据进行动态显示，包括危废处置单位信息、实时监控数据、报警信息，生成监测数据统计专题图。

4 结语

本文基于物联网概念，建立了危废处置设施工况监控系统，在江苏省生态环境监控系统（“1831”项目）的统一架构下，实现了对危险废物集中焚烧处置设施工况在线监控信息的调用、分析、展示。当然物联网的整体发展还处在雏形阶段，怎样将物联网技术更深入的与环保工作结合，怎样使环保工作人员更熟练的掌握全新的系统，怎样将环保物联网各个层次的成功经验普及到更多的地区依然是摆在环保部门面前的难题，建成全覆盖、全运转、全应用、可持续的环境监控体系之路任重道远。

［1］姜书汉.物联网应用之环境保护［J］.物联网技术，2011（3）.

［2］尹晓远，李红华，杨竞佳.物联网应用之环境保护［C］.中国环境科学学会学术年会论文集，2012（4）.

［3］张巍，冯涛，朱锐.智慧环保物联网监控应用与系统集成研究［J］.北方环境，2012（5）.