企业污染源自动监控数据管理云平台的建设与应用

摘要：为解决下属企业在线自动监控系统运行管理中存在的问题，太原煤炭气化（集团）有限责任公司（简称太原煤气化公司）利用物联网（Internet of Things，IoT）、Java 2平台企业版（Java 2 Platform Enterprise Edition，J2EE）、5G、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）等技术，构建一套具备实时监控、分析、预警功能的智慧数据管理云平台。该平台满足了太原煤气化公司实时掌握下属各排污单位污染物排放浓度、污染防治设施运行情况的需求，降低了企业的运行成本和超标排放风险。

关键词：实时监测；云平台；预测预警；可视化

中图分类号：X85 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）08-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.067

Construction and Application of Cloud Platform for Automatic Monitoring and Data Management of Enterprise Pollution Sources

LIU Xudong1， YUAN Xin1， FENG Yanming1， WU Hao2

（1. Taiyuan Coal Gasification（Group） Corporation Limited; 2. Cloud Platform （Shanxi） Technology Co.， Ltd.， Taiyuan 030000， China）

Abstract： To solve the problems in the operation and management of online automatic monitoring systems for subordinate enterprises， Taiyuan Coal Gasification（Group） Corporation Limited utilizes technologies such as the Internet of Things （IoT）， Java 2 Platform Enterprise Edition （J2EE）， 5G， Geographic Information System （GIS）， etc. to build a smart data management cloud platform with real-time monitoring， analysis， and warning functions. This platform meets the real-time demand of Taiyuan Coal Gasification（Group） Corporation Limited to grasp the pollutant emission concentration and pollution prevention and control facility operation of its subordinate polluting units， reducing the operating costs and risk of excessive emissions of the enterprise.

Keywords： real time monitoring; cloud platform; predictive warning; visualization

在互联网、物联网（Internet of Things，IoT）、通信技术等现代科技飞速发展的背景下，环境监测技术也实现了与多种技术的融合[1]。目前，在线监测数据已经成为生态环境主管部门进行执法的重要依据[2]。近年来，随着新政策、新制度的出台，更加明确了排污企业的主体责任。同时，企业的环保意识也逐步增强，开始重视污染防治工作。建设企业污染源自动监控数据管理云平台，可以实现对在线监测数据的全面收集、深入分析和高效应用，助力企业更加科学、精准地开展污染防治工作。基于此，研究企业污染源自动监控数据管理云平台的建设与应用。

1 研究背景

太原煤炭气化（集团）有限责任公司（简称太原煤气化公司）旗下共有16家煤矿企业，其中13家煤矿企业共计安装了17套污染物在线自动监测系统，绝大部分与省监控平台联网，污染源在线监测数据实时上传至省监控平台。太原煤气化公司在对旗下煤矿企业的日常监督管理过程中发现以下问题。第一，涉及在线监控的企业分布在不同的城市，监管难度大。第二，除政府主管部门和在线监测设备运维单位外，太原煤气化公司和煤矿企业没有进入在线监测站房的权限，无法及时掌握污染物排放情况，无法根据污染物排放浓度的变化情况灵活调整治污方案，导致煤矿企业因污染物超标排放而受到环保处罚的情况时有发生。第三，为了能够实时监控污染物排放浓度，部分煤矿企业安排专人24 h值守，实际效果不理想。第四，由于缺乏专业的数据分析手段，企业未能充分利用水质监测数据。第五，由于各煤矿企业使用的污染源在线监测设备不同，导致配套软件的数据采集接口与采集设备的数据传输端口不统一，无法对各煤矿企业的排污数据进行集成、汇总和统一管理。因此，太原煤气化公司迫切需要建设一套能兼容不同排污数据传输设备的污染源自动监控数据管理平台。

根据太原煤气化公司的环保经营管理现状，重点阐述污染源自动监控数据管理云平台的设计思路和开发策略。

2 平台功能介绍

污染源自动监控数据管理云平台主要由应用层、支撑层、数据层、网络层、云平台层及感知层组成，如图1所示。

2.1 应用层

应用层采用了浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）模式，主要由大数据分析平台、污染源在线监测系统、工业互联网监控系统、视频流媒体系统及移动端组成。

大数据分析平台具有在线监测、数据展示、数据分析及预警等功能，可以用折线图、柱状图、饼状图展示数据。污染源在线监测系统能够实时监测生产数据，自动生成各类生产运营管理报表，管理人员可登录系统查看相关生产数据。工业互联网监控系统是一款面向管理的数据采集与监视系统，采用了面向对象、神经网络及Java等技术，可实时采集远端站点的参数，为安全运行提供必要的辅助决策信息。视频流媒体系统将高清网络摄像机、网络视频录像机（Network Video Recorder，NVR）等具有协议输出功能的设备接入EasyNVR服务。EasyNVR不仅能够将这些设备源的音/视频数据进行采集、转换及输出，还能够将视频源的直播数据对接第三方内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）服务或者第三方流媒体服务，实现传统安防设备互联网级别的直播与分发。移动端将平台业务功能拓展到手机App进行展示，实现数据实时监控和报警实时推送。

2.2 支撑层

支撑层采用了服务导向（Service Oriented Architecture，SOA）架构，负责将软件系统的服务模块从应用程序中剥离出来，使系统具备更好的开放性和软件复用性，便于系统的维护升级与应用集成。应用支撑层主要由组织机构权限平台、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）、报表、可视化管理平台组成。组织机构权限平台赋予内部成员不同的权限，只有具备相应权限的用户才能访问特定的数据和资源，能够有效防止数据泄露和非法访问。地理信息平台通过捕获、存储、管理、分析和展示地理空间数据，直观展示不同对象之间的关系。报表用于增加新的报表业务，能够为企业领导进行决策提供数据支撑。可视化管理平台能够将复杂的数据转化为直观、易理解的图表，并对其进行统一管理和部署。

2.3 数据层

通过采集内部数据资产和整合外部数据资源，如组织机构数据、业务数据、文件数据、地理信息数据等，完成数据资源归集、加工、整理、重构。搭建高性能、扩展性强的数据计算环境，实现数据统一交换、数据管控等功能，提升数据的完整性、易用性。

2.4 网络层

网络层主要具有路由选择、分组转发、异构网络互联、拥塞控制等功能，能够提高数据传输的稳定性，为网络通信提供保障。

2.5 云平台层

云平台层利用云计算、虚拟化、高性能计算等技术手段，整合海量的环境信息，实现海量数据存储、实时处理、深度挖掘及模型分析。

2.6 感知层

感知层是物联网架构的基础层次，主要具有数据采集、数据识别、信息感知、数据传输及数据交互等功能。该层可利用在线分析仪、氨氮在线分析仪、总磷在线分析仪、温度计、pH计等识别污染源。

3 平台应用效果

3.1 数据采集

污染源自动监控数据管理云平台利用传感器和采集装置实现对污染源的实时、连续及高精度监控，能够实时将监控数据输入数据库[3]。同时，该平台能够实时采集远端各站点的污染源在线监测数据，实现对各站点数据的统一管理，为安全运行提供必要的辅助决策信息。

3.2 数据分析

污染源自动监控数据管理云平台能够自动汇总并生成生产运营管理报表，确保数据的时效性与准确性。管理人员可登录系统查看数据，为制定决策提供数据支撑。数据报表分析功能可取代手工录入模式，有效提高数据的一致性、实时性及准确性。建立统一的数据库可以整合各类环境数据资源，为后续污染治理提供大数据分析服务和数据支撑[4]。

3.3 在线巡查

太原煤气化公司旗下的排污单位比较分散，需要巡查组不定期现场巡查，导致管理效率低。污染源自动监控数据管理云平台具有在线巡查和视频监控功能，巡查组借助该平台可实时掌握各排污单位的排污情况及污染处理设施的运行状况。

3.4 预警报警

污染源自动监控数据管理云平台将排污企业分为外排企业和回用企业，分别设置不同的报警预警限值，报警级别分为黄色预警（有超标风险）和红色报警（已超标）。管理人员通过系统可实时查看当前的报警信息，可安排专人进行应急处理，将事后处理转变为事前预防，把被动解决问题变成主动管理、主动减排，从而避免环保处罚。同时，该平台可通过大屏、短信等方式向相关人员下发报警信息，实现多重管理。

3.5 决策分析

污染源自动监控数据管理云平台具有预警功能，会及时提醒现场操作人员巡检设备，保障出水水质达标。后期可以利用平台的易扩充特性，扩展智能决策分析功能，进一步提高平台的实用性。

3.6 预期效益

社会效益方面，借助污染源自动监控数据管理云平台能够实时掌握旗下各排污单位环保设施的运行情况，提高了环保管理的主动性，减少了超标排污的风险，避免了由于环保处罚造成的不良影响。

经济效益方面，污染源自动监控数据管理云平台具有自动预警功能，可省去人力支出，减少一线操作人员的日常统计工作量。平台具有超标预警功能，可以让现场操作人员及时调整加药量，做到用药足量但不过量，节省了药剂成本。

管理效益方面，污染源自动监控数据管理云平台具有实时监控、数据分析和自动预警功能，显著提高了环保管理的响应速度，提高了环保管理的工作效率。平台集成了大量环境监测数据和相关信息，能够为环境管理决策提供数据支撑和科学依据[5]。

环境效益方面，污染源自动监控数据管理云平台能够实现污染物超标预警，为企业应对各种突发状况节省宝贵的时间，以便及时制定相应的处理措施，提高了污染治理的针对性和有效性，大幅降低了污染物超标排放的风险。

4 结论

通过平台的建设与应用实现了各排污单位污染处理设备的数字化、可视化，实现了污染物在线自动监测系统的全貌呈现，有助于太原煤气化公司精准掌握旗下各煤矿企业的排污情况和污染处理设施运行情况，推进了环境管理工作的信息化进程。

参考文献

1 张翠荣，宇文志峰.浅谈我国环境监测技术的现状及发展趋势[J].绿色科技，2012（7）：187-188.

2 齐 丹.基于云计算的环保物联网污染源在线监控系统设计与实现[D].天津：天津大学，2014：23.

3 商国栋.污染源在线自动监测技术在环境保护中的应用研究[J].皮革制作与环保科技，2023（22）：136-138.

4 刘树成.环境在线监测态势数据融合预测分析研究[D].济南：山东大学，2012：41.

5 李雪莹.哈尔滨市地表水环境污染在线监测系统的构建研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2014：13-15.