环境自动监控系统设计与实现

杨昆

摘 要：实现环境监管的科学化、自动化、信息化和可视化，是提升决策支持能力，提高现代化环保工作水平，增强污染监管效能的可靠保证，也是解决环境保护的根本途径之一。该文的研究成果为环境监控自动化提供了系统的支持，并为环境管理提供了可靠的信息化途径。进行环境自动监控系统的设计与实现，该系统以自动分析仪器为核心，应用现代传感器、自动测量、自动控制、计算机技术和相关专业软件组成的一套综合性的自动监测体系，为环境管理、规划和决策提供实时、准确的监控信息。

关键词：环境自动监控 信息系统 数据采集 设计开发

中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0127-02

近年来，随着我国工业化和城市化进程的加快，我国的环境安全问题也日益凸显。信息化技术对环境问题的监管支撑作用十分突出，尤其是在治污减排工作中，环境自动监控系统建设已然成为重点建设任务。建立一个高效、快捷、安全的环境自动监测网络十分必要，使其能为环境管理部门准确掌握污染企业、大气监测点、地表水监测点以及其他监测点的实时数据，掌握重点污染企业主要污染因子的排放总量，并对企业的污染治理设施的运行状况进行实时监督，对排污费的收缴、稽查起到监督作用，为决策提供参考。

1 总体结构设计

环境自动监控信息系统是以自动分析仪器为核心，应用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机技术和相关的专用分析软件和网络技术所组成的一套综合性的自动监测体系，可对排污单位污染物排放情况和环境质量状况进行实时、连续自动监控，对具有地理属性和空间属性的数据信息进行综合分析与管理，及时做出相应反馈，为环境管理、规划、决策和研究提供必需而充实的监测信息。

2 平台主要设计

2.1 环境自动监测监控信息化网络

基于VPN的网络互通互连，安全可靠，系统以B/S结构为主，实现各种信息的共享和集成，包括废气自动监控、水污染源监控、水环境质量监控、大气环境质量监控信息等。

2.2 智能数据采集与高可靠性传输

数据采集仪器能够实现智能化的数据采集，内置的多规约转换的适配器，能够智能化的处理各种不同的采集规约，能够支持各种厂家的自动监测设备，支持各种通讯规约，可以同各监测站点的自动监测设备进行通讯、控制设备、采集监测数据。系统采用一套数采仪的远程参数配置软件，该软件通过TELNET、FTP，TCP/IP网络向数采仪发送设置参数的命令，设置数采仪的相关参数，从而作到支持各种厂家的自动设备和通讯规约。数采仪支持多发功能，向省环保厅数据中心、地市监测站同时发送采集数据，前置SCADA系统，将数采仪传输过来的数据分析处理后，存储在内存数据库和网络数据库当中，从系统的底层保证了自动监测数据的一致性。

2.3 数据采集传输体系

保证数据一致性，数据中心的自动监测数据库，同下级环境监测站的自动监测数据库形成了一个自动监测系统的分布式数据库体系，这些数据库数据结构差异很大，而且来自不同的厂商，因此保持数据的一致性是一个复杂的问题。为了能够统一全省环境自动监测数据数据采集传输体系，我们开发了一套完整、规范、统一的环境自动监测数据传输、处理、分析软件。

2.4 开发技术与环境自动监测业务的无缝集成

该系统基于三层结构体系，以C#、ASP.NET、DELPHI、C++BUILDER作为开发平台，涵盖了全省环境自动监测系统的所有业务，从前端数据采集传输到后台数据存储、数据处理与以及基于WEB的综合查询，报表打印，能够很好的为环境监测工作服务。

3 数据库设计

3.1 系统采用了内存数据库提高查询性能

系统基于内存数据库和规约适配器技术，能够适应不同的通讯规约，能够将数采仪传输过来的数据分析处理后，存储在内存数据库和关系数据库当中。采用独有的内存数据库技术（ExtremeDB），使前端的WEB程序，直接从内存数据库中读写数据，大大提高数据访问速度。

3.2 据库设计能够很好的支持海量数据

数据库设计时充分注意数据库的可扩展性。在数据库设计时遵循由顶向下的原则，在数据库实现时要由底向上，逐个开发实现，从而保证新开发的应用程序可以很容易地共享已建立数据库中的数据。另外也很容易地对已建立的数据库进行扩展，增加数据种类。

根据该系统有关的地理数据、运行管理、污染源监测数据等数据的要求，我们设计出一套合理的数据库体系，使之在冗余度和可操作性等方面有一个合理的平衡和可扩充性。系统通过建立索引、分区等技术，提高海量数据的查询性能。

3.3 分布式开放式的系统

良好的扩展性和兼容性。系统采用开放式和分步式的多层结构，有很强的兼容性功能，可以灵活配置，可大可小，能够适应省市县三级环保局。

4 数据内容

4.1 环保自动监测基础数据

内容包括污染源水类、污染源烟气、大气质量、地表水质、城市噪声等五个大类的100种以上的监测数据种类，还包括仪表运行状态、设备开关量等监测数据种类，数据采样和存储间隔频率高，并可动态设置，数据可长期存放。

4.2 系统数据库其它监测的数据

包括电源、空调电流、室温等监控子站的环境数据、自动水样采集器的采集状态数据以及企业排污治理设施运行状态数据，可长期存放，数据采样和存储间隔设置合理，可以通过数据交换接口，将有关设施的运行和管理数据引入和转化，存储到该系统的管理数据库。在数据库中，按实际需求还包括水污染源监测站基本信息表、地表水水质监测点信息表、入河排污口基本信息表、物理特性项目数据表、入河排污口排污量统计表、污染事件数据表、项目评价标准表、评价对象基本情况表、评价对象与水质监测站关系表、数据字典等内容，数据可以永久存放。系统能够按照一定编号存储水污染源监控站（点）水样采样口的有关的静态图像数据，并可根据需要增加建设其他所需的数据库内容。

根据现有其它监测运行数据和数据库的特点，设计该系统的其它监测数据库。通过数据交换接口，将有关设施的运行和管理数据引入和转化，存储到该系统的管理数据库。

5 结语

系统产生的数据已经应用于省、市、县三级环保部门的环境执法、总量减排、排污收费、以奖代补、环境统计等实际工作中。该系统广泛应用于某省各级环保部门的环境业务监管中，有效提高了环境监管水平，为地表水环境监管、城市空气质量监控、废水污染源及废气污染源监控能力的进一步增强奠定了有力的技术基础。

参考文献

[1] 万黎，刘玉，李彦.山东省水环境自动监测监控系统数据的应用设计和使用方法[J]，中国环境管理干部学院学报，2007，17（2）：96-99.

[2] 邓志强，廖斌，褚洪波，等.基于关系数据库的环境监测知识库的建立[J].中国环境监测，2003，19（1）：5-8.

[3] 狄飞，张莉君.基于GPS/GPRS的环境监测终端的研究与设计[J].计算机测量与控制，2011，19（8）：1844-1846.

[4] 白云，文德振，刘平波，等.环境监测业务管理系统的开发及应用[J].环境科学与技术，2004，27（B08）：90-91.