烟台市入海排污口智慧监管平台的建设与应用

陈大炜，孙 伟，夏 亮

(烟台市大数据中心，山东 烟台 264003)

0 引言

烟台市是一座沿海城市，前期对于入海排污口整治工作进行了大量探索，积累了一定的工作经验和数据基础。不过在实际治理过程中仍然存在一定问题，如排污口定位不准确、缺少污水排放溯源体系、无法预测预警只能被动治理等，且现有数据孤立分散在各个系统中，存在“数据孤岛”现象[1]，无法借助大数据技术[2]进行预测和分析，制约了入海排污口整治工作的快速开展。因此急需建立一套覆盖排污口全流域的智慧监管平台，形成管理监测机制，全方位提升政府在入海排污口方面的服务监管水平，持续改善海水质量，提升市民满意度。

本文提出了利用云计算[3]、物联网、大数据等先进技术手段，整合已建设视频监控系统和水质在线监控系统的数据资源，实现烟台市入海排污口排查、监测、溯源、整治、保护、督导等工作的信息化、智能化、可视化，提升环境监测能力、企业监管能力、公众服务能力、分析决策能力，为持续改善海洋生态环境提供全方位的数据支撑。

1 需求分析

借助先进技术手段，建立一套基于大数据的入海排污口综合管理平台，建立数字监管体系。在排查、监测、溯源、治理、保护等方面，提高信息化、智能化监管水平，为烟台市海洋生态环境改善提供长期、全方位的数字化支撑。需求主要有以下四点：

1.1 开展入海排污口监测和溯源

根据生态环境部要求，烟台市需要开展入海排污口监测、溯源工作，针对排放量大、污染严重、水质较差、群众反响强烈的排污口，提出“一口一策”整改建议。烟台市当前排污口数量大、范围广、涉及县市区多，多个数据处于相互割裂的阶段，需要利用大数据分析技术，整合相关数据资源，开发溯源分析、智能预警、排污趋势等算法模型，开展监测和溯源工作。

1.2 系统推进入海排污口整治

整治是排污口治理工作的重中之重。入海排污口整治与城市基础设施建设、黑臭水体治理、水体达标行动等工作紧密相关。平台需要根据全市污水管网、污水处理设施运行情况、雨污分流改造情况、沿海地区工厂化养殖和池塘养殖状况进行汇总分析，通过综合分析提出“一口一策”治理方案，系统改善海水质量。

1.3 加大入海排污口监管力度

借助平台对入海排污口开展视频监控和水质在线监控，根据系统分析研判和群众监督举报，开展入海排污口执法检查。借助信息化手段对日常排查、监测、溯源工作进行督查督办，建设入海排污口整治工作全景地图，围绕业务流程的各个环节开展监督，准确把握排污口治理情况。

1.4 完善入海排污口管理制度体系

汇集现有的烟台市入海排污口管理办法、入海排污口备案管理实施细则、山东省海水养殖尾水排放标准等政策法规，形成系统知识库；明确排查工作过程，完成入海排污口备案，形成入海排污口管理台账，在系统中进行统一监管；在线监测与人工监测结合，严格执行对标分析，形成排污口监测数据和超标统计；借助本系统实施溯源倒查、关联筛查工作，形成溯源工作方式总结。

2 系统设计

平台总体架构采用面向服务架构（SOA）模式[4]，按照“一云、一网、一数据资源池、七系统、一图、三终端”的总体架构建设。

2.1 一云

烟台市已基于云计算技术建成全市统一的电子政务云平台，为各级各部门非涉密领域的政务应用提供计算、存储、基础软件、信息安全等服务。智慧监管平台依托全市统一的电子政务云平台建设。

2.2 一网

烟台市已建成全市统一的电子政务外网[5]，实现了市、县（市区）、乡镇（街道）全覆盖，村居（社区）按需接入，为各级各部门非涉密领域的政务应用提供网络服务。智慧监管平台依托全市统一的电子政务外网建设。

图1 系统架构设计图Fig.1 system architecture design

2.3 一数据资源池

建设烟台市入海排污口整治工作数据资源池，采集涉烟台市入海排污口整治工作的数据资源，融合政务数据、社会数据，通过对数据资源的梳理规整，实现生态环境相关信息资源的整合共享，解决信息孤岛、数据壁垒等问题。通过对各类数据资源进行科学的质量控制、分析应用，为生态环境评价、数据集成展示、决策部署提供全方面的服务，真正实现数据深度的“聚、通、用”。

2.4 七业务系统

2.4.1 排查系统

利用无人机航拍、人工现场确认等手段，排查入海排污口数量，建立烟台市入海排污口动态管理台账。同时结合卫星影像及GIS区域定位技术[6]，制作3D排污口分布图，对排污口上下游水源及周边工矿企业、养殖区、人口密集区等进行定位标注。

2.4.2 监测系统

系统利用物联网MQTT技术[7]，实时获取水质监测设备在线运行情况，定期采集排污口水质状况，针对超标排污、偷排污水、雨污混排等违法行为做到自动监测，实时上报。整合现有视频监控资源，实时观察并记录排污口周边环境状况。针对排污量大、污染严重、对海洋环境影响较大的重点入海排污口，开展“污水来源—排污通道—排污口—受纳水体”一体化监测，确保做到入海排污口监测全覆盖、无遗漏。

2.4.3 溯源系统

依托入海排污口基础信息和监测数据，针对污水排放超标的排污口，对上游河流水质进行分析比对，确定污染物排放类型，明确排污单位主体责任，形成溯源档案。通过三维立体建模，实现管网、管路、排污口立体化、可视化、数字化展示，直观还原排污口场景。

2.4.4 整治系统

对需要整治的入海排污口，按照“一口一策”的工作原则，提出迁建、关闭、依法查处、清理等整改方案。对于整治进度和过程，工作人员可以利用手机APP进行视频、照片上传，坚持立行立改，确保整治工作全程留痕。

2.4.5 保护系统

利用视频监控系统和水质在线监控系统，对已完成整改的入海排污口，长期对标监督。对位于生态保护红线内、饮用水水源保护区、自然保护区内违法设置的排污口，通过手机APP消息推送等功能，提醒执法人员依法采取相关措施。

2.4.6 督导系统

各级领导可以通过督导系统全面掌握烟台市入海排污口整治工作进展情况，实时查看督导整治工作的进度和存在的问题。建立权责清晰、监控到位、管理规范的长效督导体系，实现跟踪管理、督促整改、限期销号。

2.4.7 大数据分析系统

基于入海排污口整治工作中汇聚整合的各类数据，依托各种算法模型，开展大数据分析挖掘，智能预警预测，生成数据报告等工作。

2.5 一图

建设烟台市入海排污口整治工作全景地图，打造在线查询、统计分析、信息动态、互动交流为一体的综合展示窗口，通过单点登录、门户技术等实现各业务系统的集成和整合。

2.6 三终端

智慧监管平台的用户可以按照业务需要、应用场景、网络情况选择通过电脑、移动终端或电子大屏幕登录智慧监管平台，提高平台使用的便利性和快捷性。

3 系统实现

平台基于云计算、大数据、高性能计算、深度学习等技术构建，采用高可用架构，使用反向代理、应用交付网关等技术部署，最大程度保障业务连续性。

3.1 网络部署

智慧监管平台部署于烟台市政务云平台，依托政务云平台提供的基础运行环境、网络安全开展排污口相关整治工作，应用系统部署于公共服务域互联网区，用户和物联网设备可直接通过互联网访问，数据库部署于公共服务域，与互联网域采用安全边界设备隔绝，最大程度保证数据安全。

图2 网络拓扑图Fig.2 network topology

3.2 应用系统设计实现

智慧监管平台使用目前安全性能高，扩展性好，框架技术最为完善的 JAVA语言开发，遵循J2EE标准规范[8]，采用B/S（浏览器/服务器）架构模式，将数据查询、视频调用、GIS地图标注等少数逻辑在前端实现，业务数据的增、删、改和数据流转、分析等主要业务在服务器端实现。平台采用组件技术进行搭建，前后端采用标准接口进行关联通信，满足快速变化的业务需求，支持大数据量、复杂、异步计算。同时借助成熟的GIS地图技术和新兴的大数据技术进行构建，根据实际业务需求、用户角色特定合理架构，具备较强的开放性、可扩展性、易维护性、易用性和稳定性。

图3 应用系统层级图Fig.3 application system hierarchy diagram

3.3 数据资源池

数据资源池采用结构化数据库和非结构化数据库相结合的方式进行建设。结构化数据存入MySQL数据库，非结构化数据存入 MongoDB数据库[9]。数据资源池根据不同数据来源和类型，选择MQTT、标准化接口等方式进行数据汇聚，在对相关数据进行清洗、比对、分析后存入结构化或非结构化数据库。平台对数据资源池中的数据进行充分挖掘和分析，最大程度发挥数据资源的价值。数据资源池在对外提供服务时，针对手机客户端和数据统计分析等高并发或统计计算等复杂业务场景，使用Redis数据缓存技术[10]充分利用内存资源，大幅提高系统响应速度和计算时间，高效支撑业务系统应用和数据分析展示。

图4 数据资源池架构图Fig.4 data resource pool architecture diagram

3.4 流程再造

入海排污口智慧监管平台建设了排查系统、监测系统、溯源系统、整治系统、保护系统、督导系统和大数据分析系统7个业务子系统，结合实际业务需求，形成“查-测-溯-治-保-督”业务管理流程，实现入海排污口监管工作闭环管理。基于沿海城市特点，打造一套可复制、可推广的长效监管机制，确保入海排污口整治工作权责清晰、监控到位、管理规范。

图5 平台业务子系统引导页Fig.5 business subsystem guide page

4 结论

烟台市入海排污口智慧监管平台对原本孤立分散的各类数据资源进行规范、整合，实现了生态环境相关信息系统数据共享和业务无缝对接。将数据与业务相融合，从智能化、标准化、规范化、可追溯化、可视化等多维度进行应用功能拓展。一举解决入海排污口监管方面“信息孤岛”现象，智能化应用缺乏，数据利用率不足等问题，从而适应生态问题日益发展带来的挑战。智慧监管平台的建设大幅提高了排污口生态数据一体化和智能化水平，提升了社会综合效益，使烟台市海洋生态安全得到持续改善。