自动化系统在环境监测和环境管理中的应用

王 奕

（江苏省生态环境监测监控有限公司，江苏 南京 210000）

环境资源一直都是国家社会发展的重要支撑力量，但在以往发展过程中，一些城市以牺牲环境为代价来推动自身的发展，而随着现阶段可持续发展理念的实施，环境保护问题也越来越受到人们的重视。将自动化系统应用到环境监测和环境管理中，一方面能够降低工作人员的工作强度，另一方面能够在保证环境监测质量的同时，大幅度提升环境监测效率，为环境保护工作的开展，提供更加可靠精准的数据支持，以此达到促进生态环境良性发展的目的。

1 环境信息系统

1.1 环境信息系统的定义

环境信息系统是指环境信息从产生到应用于环境保护工作过程中所构成的系统，该系统主要是由工作人员、硬件设备以及环境原始信息等组成，环境信息系统是开展环境信息监测管理工作的根本所在。传统环境信息监测工作主要是以纸质记录的方式来进行，将所有的环境信息数据进行纸质记录并收藏，这种方式不仅浪费大量时间，而且在进行环境信息查询的时候较为繁琐。应用以大数据技术为核心的环境信息系统，能够根据实际工作需求，采集处理不同地区的相关环境信息数据。而且环境信息系统还具有智能化的特性，不管是对环境信息数据的采集处理，还是进行数据分析查询工作，该系统均能自动完成，同时环境信息系统的应用范围和数据挖掘效率也一直处于上升状态，有利于推动相关工作更加顺利地开展[1]。

1.2 环境信息系统功能的实现

环境信息系统主要有信息数据采集、数据分析评估、规划决策以及环境空间信息相互结合等多种功能，环境信息系统所有功能共同推动其在环境监测和环境管理中发挥自身的作用。

1.2.1 环境信息数据采集

环境信息系统能够实现对目标区域生态环境信息数据进行采集的功能，该功能的实现主要依靠大数据技术，该系统能够根据工作需求，从目标环境区域各个方面，收集全部环境基础信息数据，并存储到环境信息系统数据库内，如图1所示。

图1 环境信息系统结构图

在环境信息数据采集结束之后，环境信息系统一方面能够从大量的信息数据中分析出有用的数据进行分类存储，另一方面，相关用户可以根据自身的工作需求，在环境信息系统中查询对应的数据分析结果。总之，环境信息系统在环境监测和管理中的应用，能够在保证环境信息数据采集质量的同时，大幅度提升采集效率，从根本上有利于推动环境数据采集工作的开展[2]。

1.2.2 环境信息数据分析

环境信息系统数据库内部的数据量较大，而且不同类别的数据所能发挥的作用也有所不同，环境信息系统也具备分析评估环境信息数据的功能，其能够根据系统内部的信息数据算法，将所收集到的有关信息数据进行科学全面地分析，并依据分析结果评估出该地区环境的实际情况，同时环境信息系统还能够在评估过程中将评估结果模拟出来，并对该地区环境的后期发展进行一定程度的预测[3]。

2 环境自动监测系统

2.1 环境自动监测系统与环境信息系统的关系

环境信息系统是应用于环保方面的信息系统的统称，环境监控系统则是环境信息系统的一个分支，也可称作环境监测系统。环境自动监测系统有不同的分类。

2.2 环境自动监测系统的组成

2.2.1 服务器

服务器为监控中心的组网核心，内部安装了监控系统软件的数据台及SQL Server数据库软件，主要功能是对数据的处理、保存和转发。另外，服务器中还安装监控系统软件的SC前端模块，完成对各监控站（SS）的信息汇总和管理功能[4]。

2.2.2 监控台

监控台主要指用户监测环境变化的工作平台，监控台是自动化环境监测管理系统功能发挥作用的中心所在，通过监控台能够实时监测设备运行状态，以及在不同目标区域所采集到的环境变化数据；能够对目前环境进行实时监测并能够及时处理环境设备告警；且用户只需简单的操作便可实现查看不同区域环境变化情况的功能。

2.2.3 网络接入设备

自动化环境监测管理系统功能作用的发挥，需要大量设备的支持，而设备之间的数据传输需要通过网络实现，其能够将来自不同传输信道的数据，通过接口协议转换等方式接入监控中心的局域网。

2.3 环境自动监测系统建设的目标

环境自动监测系统涉及到多协议和多网络的复杂环境，需要认真进行系统需求分析，其在建设时必须能满足以下目标:必须充分利用现有成熟的网络技术和通信技术，在经过扩展后形成环保系统业务专用网络，为保证环保局环境信息系统的运行提供网络环境；必须能实现业务相关的所有单位，以监控中心为核心的横向与纵向连接，在满足本系统建设需要的同时，逐步促进其他各个系统的建设，提高各业务的网络化应用水平，实现各业务信息系统之间的信息共享；实现统一的业务管理和数据交换与共享，完善并规范在线监测网络建设，实现各个监测点位与监控中心联网，保证联网的质量[5]（见图2）。

图2 环境监测自动化系统

3 自动化系统的组成与应用

3.1 子站软件系统

子站软件系统是自动化环境监测系统整体作用发挥的根本所在，其不仅能够使监测仪器受到中心控制系统的远程调控，而且还能对运行控制参数等进行调整，对目标环境进行数据采集和分析。一般情况下所应用的自动化环境监测系统，能够采集目标环境区域的温湿度、大气压、风速等所有工况数据，同时还能根据自动化系统监测需求，对大气或者水环境等目标环境进行数据采集。根据采集需求，自动化监测系统每隔2～3秒便能采集一个重要数据，每分钟都会对所采集到的数据进行平均值的估算，每半个小时便会将所有估算的平均值进行存储。而在数据采集分析过程中，如果发现异常数据，子站软件系统也会将其标明出来。同时子站软件系统还能对初始化参数进行修改，子站编号、测量量程、有效监测次数等均能根据环境监测的需求进行调整。总之，子站软件系统是自动化系统在环境监测和管理应用中的重要组成部分，其实现了环境监测的所有需求，在环境监测过程中所产生的数据也能及时传输到中心控制系统平台，不断推动环境管理工作更加顺利地开展[6]。

3.2 中心控制系统

中心控制系统是自动化环境监测系统的中心，环境监测系统需要根据实际监测需求，在不同的区域范围内设立对应的监测点位，这样才能实现对目标区域的全方位监测，能够最大程度上保证监测数据的精准性。而中心控制系统则是对这些监测点位进行控制的重要平台，环境监测平台主要由中位机软件系统、上位机软件系统和通讯系统组成，中位机主要负责调制解调器与子站进行连接；上位机则主要负责对中位机传输的各类数据进行存储分析，生成各种环境监测报表、图形和曲线，以备管理层进行调用。应用对中位机软件系统的要求比较高，现阶段大多数采用Win10以上平台，能够自动或手动对监测点位所收集到的数据进行采集，同时它也起着中心控制系统与监测点位关联通讯的作用。如果子站监测点位出现故障，中位机系统能够在第一时间发现并将报警信息显示在窗口，工作人员便可以根据报警信息，以最快的速度排除子站监测点位的故障。此外，中位机软件系统关键是要将所有数据全部传输到上位机软件系统，而上位机软件系统则主要起到数据库的功能，其在收到中位机软件系统传输的信息数据以后会立即将其存储到数据库中，同时也会对所有数据进行再次分析，并将异常数据标明出来，剩下正常的数据将会被上位机软件系统生成日报表、周报表以及其他各类图形报表。例如在大气污染监测系统中，其能够在地图上将不同地区的空气污染浓度，以颜色的深浅来表示，通过颜色的变化直接反应出监测区域的大气变化情况。

3.3 自动化系统在环境监测和环境管理中的具体应用

自动化系统在环境监测和环境管理中能够起到极其重要的作用，2007年，江苏省投资1.73亿元建成水环境自动监测站37个，如今江苏水环境自动监测站已经多达600余个，江苏省通过环境监控方式立体化、监测指标多样化、管理体系规范化的方式，不断推动自动化监测系统功能的发挥，并进一步通过自动化系统实现保护生态环境的目的。根据江苏自动化环境监测系统的实践，我们能够得知，自动化系统在环境监测和管理中的应用，能够实现对区域地貌环境进行实时监测、污染报警以及分析监测数据可靠性等功能[7]。

3.3.1 全地形实时化数据

自动化系统在环境监测中，能够实现对目标区域进行实时监测的功能，大气、水资源等生态环境监测工作需要24小时实时进行，如果单纯依靠工作人员来进行监测，具有较大的局限性，而自动化系统在环境监测和管理中的应用能够很好地解决这一难题。环境监测系统能够实现卫星云图地形可视化的功能，根据卫星云图实际地貌特征对目标生态环境区域进行可视化监测，生态环境的各方面数据，均能被直接监测采集到系统内，系统将这些数据进行实时分析，而且可以将不同区域生态环境的污染情况，用不同颜色体现出来。环境区域颜色区分展示：以地理位置图形化显示分布，并以不同颜色组合标注各污染区域当前的状态；污染区域标注于一张图，可根据新增污染区域随时增加防污染区域；污染区域数据可视化：鼠标移动到各污染区域时，自动显示污染区域面积、背景资料、环境监测管理人员信息、环境监测装备配置信息及历史环境监测数据，实现环境监测数据一张图；通过地图全面监控前端设备实时运转状况，可调取地图上任意地点实时视频，做到视频和地图实时联动，实现环境监测视频监控一张图。

3.3.2 24小时可视化自动预警

自动化系统在环境监测和管理中的应用能够实现自动报警。环境监测前端采集终端，能够24小时不间断采集目标环境的各方面数据，实时回传至平台中心，平台中心采用专业的环境监测算法及分析方式，对前端污染区域进行等级化分，根据等级预警机制，采用大屏预警弹报、声光报警、APP远程客户端预警等多种方式实现24小时自动预警，及常态化、不间断化的预警功能。环境监测自动化系统能够实时对目标监测区域的各方面环境数据进行采集，如果所采集到的目标环境监测数据与以往数据之间存在较大差异，监测区域环境出现严重污染情况，环境监测自动化系统平台便能够快速分析并鉴别出来，还会根据实际变化情况发出警报，并将有关信息传输给管理人员，以便管理人员能够依据污染数据制定科学合理的环境修复计划，以此达到降低环境污染程度的目的。

3.3.3 污染区域可视化实时视频监测

环境监测系统可实现工作人员实时通过前端设备观看、观察前端污染区域白光、热像、夜视监控画面，实时判断当地环境污染情况。多光谱摄像机终端可根据需要放大、缩小，或近距离观察防污染区域内实际画面；无人机监控终端可进行超低空飞行，并通过可变焦吊舱平台放大、缩小或近距离观测污染区域情况，实现第一视角观测功能。通过自动化环境监测平台能够对前端环境监测设备进行实时控制，及时了解设备实际运行情况，在确保环境监测数据精准性的同时，有利于提升其可靠性[8]。

3.3.4 监测数据分析

环境监测系统所采集到的环境数据数量较多，而且这些数据很多都没有应用价值，如果依靠人力进行数据分析和鉴别具有较大的局限性。自动化系统能够在应用中起到监测数据分析的作用，根据实际监测需求，自动化系统能够有效辨别出所有有用的信息，并将这些信息进行分类，而一些没有任何用处的信息则会被自动化系统删除。同时自动化系统的环境监测数据分析结果也较为精准，该功能的应用有利于大幅度提升环境监测效率，从根本上推动环境治理工作更加顺利地开展。

4 结语

当前，我国处于自动化环境监测管理系统建设的关键时期，国家相关部门对此很重视，加强自动化系统在环境监测和管理方面的应用，对环境保护事业的长远发展，具有非常重要的意义。自动化环境监测管理系统在生态环境监测保护工作中的广泛应用，既是污染源监测技术发展的必然趋势，也是环境管理的迫切需要。因此针对环境监测自动化系统的发展，相关部门应当统一认识、长远规划、超前思考和进行全局谋划，将建设自动化环境监测管理系统作为环境监管保护工作落实科学发展观、践行探索环保新道路的重要实践活动，作为拉动内需、实现环境保护历史性转变的重要措施，这样才能够更好地推动社会发展。