基于三维地图的石化环保监测系统设计与实现

刁俊武，陈明康

（中国海油信息科技有限公司智能制造（惠州）分公司，广东惠州516086）

石化企业废水和烟气排放的指标和总量直接和企业的生产负荷、工艺水平、维护管理完善程度等因素相关［1.2］。随着国家对环保管控力度加强，各级政府环保平台先后上线，石化行业也开发了自己的生产信息化管理平台，随着环保工作体系化系统化的发展，逐步显现出环保信息分散、管控不集中等问题，成为了限制环保管理提升的瓶颈。

为贯彻新《环保法》，落实国务院《关于落实科学发展观加强环境保护工作的决定》，石化行业需要开展环保监测预警系统建设［3］，建立环境保护信息化标准体系，满足环保信息化的新标准要求。

1 建设方案

基于三维地图［4］的石化行业环保监测预警系统的建设按照工业互联网平台开发标准［5］进行设计，并在工业互联网平台的统一发布环境部署。三维地图引擎集成在工业互联网平台中，形成工业互联网平台的通用组件。环保监测预警系统将基于环保专属数据库、环保三维地图引擎、报表、接口等组件，形成应用集合。

环保监测预警系统建设内容为：环保专属数据库、环保地图、环保报表、废固排放计划管理、废水监测管理、废气监测管理、应急管理。

2 系统架构

基于三维地图的石化行业环保监测预警系统是按照工业互联网平台开发标准设计的，在边缘层接入DCS、LIMS、PHD、监控视频信号；在IaaS配置服务器、网络、存储资源；在PaaS层集成地图引擎通用组件、地图服务通用组件、数据采集微服务；在SaaS层开发环保报表、废固排放计划管理、废水监测管理、废气监测管理、应急管理功能。

3 系统功能设计

3.1 环保专属数据库

环保专属数据库搭建在平台数据库集群中，通过微服务等方式实现与DCS、LIMS、PHD及在线监测系统的数据共享和自动生成，满足系统的数据需求，系统提供环保数据的查询与修改功能。

3.2 环保地图

三维地图引擎集成在工业互联网平台中，环保地图实现3级覆盖，1级为总貌图，展示总体环保运行状态，包含各个国控重点污染源排放情况以及天气、环境质量等；2级为各装置环保情况，包含该装置水、气、声、渣的排放及异味管控情况等，为各装置环保管理提供支持；3级为环保装置相关工艺参数及运行状态等。

环保地图实现设备资源日常管理、摄像机管理、环保相关装置信息、设备目录管理、设备快速定位和数据监测、生产装置环保日常监测、环保超标告警、告警设备定位、关联视频查看。

设备资源日常管理：对资产设备进行可视化管理，实现资产设备在三维场景中的定位、信息查询、统计分析等功能。如储罐的具体位置、储存材料类型、储存容量等信息展示。

摄像机管理：对摄像机信息进行可视化管理，包括摄像机名称点位、监控区域等信息，实现资产设备在三维场景中可以直接查询信息功能。

环保相关装置信息：对企业内与环保相关的安全生产装置信息进行可视化管理，包括生产介质、生产规模等信息、实现资产设备在三维场景中可以直接查询信息功能。

设备目录管理：针对摄像机、安全生产装置等不同类型的设备，支持设备目录管理，在整体三维界面的左侧，展示设备目录管理列表，系统支持按管理区域、设备类型进行分类目录管理。

设备快速定位和数据监测：监控人员在日常监测工作中，可通过对摄像机、生产装置等设备直行搜索或在设备列表中选择，则三维地图可即时联动，在三维地图中定位到设备的具体位置；并通过设备的具体标签，可对设备实时环保数据或视频图像的信息查阅，实现对关注设备的快速监测。

生产装置环保日常监测：对环保关注的固控源、空气监测站、异味管控监测站、废气、移动监测等各类环保监测站进行可视化呈现和直接信息查询。可按业务对数据进行划分，实现各业务数据的独立图层展示。

环保超标告警：当装置环保监测数据超标发生告警后，系统以弹出框在系统中提示，并触发邮件报警。

告警设备定位：系统接收告警信息，在弹出告警窗口中点击“定位”，根据告警设备ID，系统自动定位至三维模型上对应报警设备图标位置。

关联视频查看：根据告警设备关联的视频监控设备，可调取对应的视频画面进行查看。

3.3 环保报表

实现各类报表自动生成，提高工作效率。报表集成到环保监测预警系统中。

小时均值报表数据来自DCS，提供按日、月、季、年的呈现方式，报表底部呈现最大值、最小值、平均值、累计值，日、月、季、年的均值均采用小时均值进行计算。

污染物参数报表，数据来自DCS、lims、第3方检测报告，污染物参数报表中的限值以排污许可证为准，对超限值标红。

环保管理台账，采用报表的方式，报表数据来自DCS、LIMS、人工填表。

3.4 固废排放计划管理

实现固废排放计划管理，提高管理水平。功能包含：运行部年度计划、运行部月度计划、运行部环评量维护、实际排放量录入、地图报表展示。

运行部月度计划：运行部每月在指定时间内提前提报固废排放计划；运行部需把上月的收运记录录入。

运行部年度计划：运行部每年在指定时间内提前提报固废排放计划，如果年度计划超出环评量，则提示操作者；运行部需要把上1年的收运记录录入。

运行部环评量维护：用于维护各运行部的环评量，各运行部提的年度计划不能超各运行部的环评量，仅环保部有权限。

实际排放量录入：业务人员线下核对完成后，将各运行部每月实际排放的固废数据录入系统。

地图报表展示：在地图上将各运行部固废排放点标记出来，点击排放点展示报表，报表展示环评量、年度计划量、月度计划量（显示当月）、当月实际排放量、累计量（年度）和排放比例（累计量/年度计划量）。

3.5 废水监测管理

废水监测管理功能包含：环保地图展示、外排点废水监测、污水提升泵站监测、污水流向展示、废水统计分析、预警管理。

环保地图展示：废水的排放点在地图上标记，点击弹窗，弹窗信息包括附近摄像机列表、排放点设备开关状态、废水信息（如总量、浓度、液位等）。弹窗中加附近摄像机列表，点击可查看监控视频。

外排点废水监测：支持查询2个废水外排点的化验信息。

污水提升泵站监测：实时监测污水提升泵站的数据，包括泵的开停状态、液位、流量、压力。

污水流向展示：以图层叠加的方式在环保地图展示污水流向。

废水统计分析：统计、分析废水的超标情况。

预警管理：与手持机后台系统做接口，在现场发现不合规情况时，可用手持机拍摄，填写相关信息后，将照片和信息通过手持机后台用接口发送至环保监测预警系统，系统进行记录，并发送邮件通知运行部，运行部需登录系统进行整改。

3.6 废气监测管理

废气监测管理功能包含：废气排放分析、环保设备监控、LDAR报表查看。

废气排放分析：获取lIMS上的废气数据，每月汇总成报表，含最大值、最小值、平均值，将报表数据做成折线图、散点图等图表。

环保设备监控：获取环保设备的开停状态、流量等信息。

LDAR报表查看：集成LDAR系统中的图表。

3.7 应急管理

实现应急管理。功能包含：隐患系统数据查看、环境风险评估报告管理、天气查看、监测仪表查看。

隐患系统数据查看：以链接的形式接入隐患系统，支持查看系统列表和数据。

环境风险评估报告管理：以文件管理的方式呈现，提供上传下载功能。

天气查看：获取自建的气象站的气象数据，并集成在环保地图上。

监测仪表查看：以表单的形式展示重点监测仪表，具备增、删、改、查功能。

4 接口集成

4.1 与地图模块的数据集成接口

地图模块通过调用该接口，从环保数据库获取地图模块需要展示的环保监测数据。接口方式类型为REST接口，提交方式为HTTP+POST。调用时，把环保数据库查询方法封装成REST API，以微服务的方式部署在工业互联网平台。地图模块把请求参数打包成json报文，通过POST请求从该微服务接口获取到相应的数据。

4.2 与LIMS系统的数据集成接口

废水监测、废气监测、环保数据管理模块通过调用该接口，从LIMS获取需要展示的环保监测数据。接口方式类型为REST接口，提交方式为HTTP+POST。调用时，拼接URL、QueryParams，通过POST请求获取相应的数据，或者调用Spring Boot框架的Rest Template方法获取。

4.3 与PHD实时数据库的数据集成接口

废水监测、废气监测、环保数据管理模块通过调用该接口，从PHD获取需要展示的环保监测数据。接口方式类型为REST接口，提交方式为HTTP+POST。调用时，拼接URL、QueryParams，通过POST请求获取相应的数据，或者调用Spring Boot框架的Rest Template方法获取。

5 结束语

信息技术在环保管理方面的应用有助于企业创新环保管理模式，提高环保管理水平。基于三维地图的石化行业环保监测预警系统是在工业互联网平台的基础上，以三维地图为核心，以环保数据库为基础，通过三维地图直观监控全厂环保运行实时状态，以“桌面管理”促进现场管理；实现环保报表自动生成，提升工作效率；实现与多个环保信息平台的网络互通、数据共享，满足企业项目环评需求及对外环保信息公示需求。基于三维地图的石化行业环保监测预警系统成功在石化企业应用，实现石化企业环保管理信息化、集中化、系统化、可视化，显著提升石化企业智能制造水平。