基于物联网的环保监测管理信息系统方案.doc

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基于物联网的环境监测管理信息系统白皮书

感知环境，智慧环保

基于物联网的环境监测

管理信息系统

XXXX有限公司

2011年5月

序言

党中央、国务院高度重视环境监测工作。

党的十六届六中全会通过的《中共中央关于构建社会主义和谐社会若干重大问题的决定》中提出要“加强环境监测，定期公布环境状况信息”；温家宝总理明确要求建立先进的环境监测预警体系，全面反映环境质量状况和趋势，准确预警各类环境突发事件，并强调加强基层环境监测能力建设；李克强副总理专程赴中国环境监测总站视察，就加强环境监测工作做出了重要指示，并要求统筹城乡环境监测体系建设，这些都充分说明中央领导同志对环境监测工作的高度重视。

周生贤部长在前不久结束的2011年全国环境保护工作会议上，对“十一五”期间环境监测工作取得的成绩给予了充分肯定，并对“十二五”期间的监测工作提出了明确要求。

“十二五”是我国环境保护事业充满希望的五年，也将是环境监测事业大有作为的五年，监测事业站在新的历史起点上，面临着难得的发展机遇。

2011年全国环保工作会议已经对做好今年乃至“十二五”的环境监测工作有了总体的部署，“十二五”环境监测要牢牢把握科学监测这个主题，以提高环境监测质量为主线，客观反映环境质量、掌握污染源排放、预警应急环境风险、监督考核环境质量状况、保障公众环境知情权，为环境管理提供有力的技术支撑。

环境监测数据是环境管理与决策的基本依据，离开了监测，环保就会变成“聋子”、“瞎子”，环境管理的科学化、精准化也就无从谈起。

一方面环境管理部门要在总量减排、污染防治、环境影响评价、环境处罚、领导干部环保政绩考核和政府环保目标考核等方面充分使用环境监测数据。

另一方面，环境监测支撑作用的发挥取决于环境管理对监测成果的使用，使用越多，监测水平提高的越快，存在的问题才能及早得到解决，环境监测事业发展的空间也就越大。

物联网与环保设备的融合实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。

在重点排污企业排污口安装无线传感设备，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故发生。

物联网使环境监测更便利、更快捷、更准确。

目录

第一章 物联网与环保 4

第二章 必要性与意义 5

第三章 需求分析 6

第四章 解决方案 9

第五章 系统成效 18

第六章 典型案例 19

声明：

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第一章物联网与环保

物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。

世界各国如美国、欧盟、日本、韩国等都提出了明确的物联网发展规划，我国2009年也提出要着力突破传感网、物联网关键技术，这意味着我国已经把发展物联网确定为国家科研和产业发展的战略。

在这个战略和方针的指引下，各地纷纷提出各个行业的物联网计划，而“感知环境，智慧环保”即是结合物联网技术对水体水源、大气、噪声、放射源、废弃物等进行感知、处置与管理，建设成为一个集智能感知能力、智能处理能力和综合管理能力于一体的新一代网络化智能环保系统，达到“测得准、传得快、算得清、管得好”的总体目标，旨在推进污染减排、加强环境保护，实现环境与人、经济乃至整个社会的和谐发展。

环境保护部是最早开始物联网探索和实践并大力推进的单位之一。

环境在线监控就是在点线面源合适的点位上安装各种自动监测仪器仪表和数据采集传输仪，通过各种通讯信道与环境监控中心的通信服务器相连，实现在线实时通讯，这样传感器感知点位的环境状态就被源源不断地送到环保部门，并存储在海量数据库服务器上，以供环保信息化各种应用系统使用。

污染源自动监控是对物联网技术的典型应用，这一技术的广泛应用将是未来污染源自动监控工作的重点，将给这项业务的工作模式带来巨大变革。

环境在线监控等技术手段的应用，对环境管理理念、方法、体制、机制的变革形成推动力量，从而借助技术手段实现中国污染的有效控制和环境的有效保护。

环保物联网的发展是变事后监管为事前预防的重要技术手段。

环保物联网的应用可以使污染物的排放实现在时间和空间上的可控，常规环境管理因技术手段受限无法做到。

环境监控系统集成可以对企业污染物的排放量每小时进行自动统计，结合纳污体环境的状况，系统可以给出企业的允许排污量，通过自动反馈来保证纳污体环境质量的稳定。

可以将企业年度的排污总量分解成定期的（如一个月）的排污总量控制，实现“凭卡排污、超值报警、充值申请、环保批准”的模式，同时也为其他环境管理手段例如:

排污费收取、信访处理提供了控制手段，应急情况下环境管理部门可通过环境监控系统集成远程应急关闭企业排污口，实现真正意义上的总量控制。

第二章必要性与意义

2.1必要性

2.1.1环境安全保障的需要

环境问题越来越突出，对环境污染的监测是治理的前提条件，是环境安全保障的基础。

利用物联网技术加强对环境污染的监测，通过分析监测数据，加强对环境污染情况的掌握，从而对环境治理提出更加科学的方法，达到保护环境安全的需要。

2.1.1加强“两个能力”的建设

为满足对环境安全保障工作的需要，落实《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》中关于加强环境监测和监管两个能力建设的精神，各级环保机构需要通过技术手段来补充完善环境监管、监测措施和手段，更好地发挥职能作用，而基于物联网的环境监测管理信息系统正是加强这两个能力的有效手段。

2.2意义

确保辖区内的环境安全是各级环保机构环境保护工作的重中之重；同时，为更好地落实《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》中有关“健全环境监察、监测和应急体系”的精神，需要补充完善环境监管、监测措施和手段，提高环境保护管理的有效性和时效性。

基于物联网的环境监测管理信息系统充分利用最新的物联网技术、无线通讯技术、GIS技术，从硬件、软件两方面提高环境保护管理工作水平，为环境监测探索新的、科学的管理方法。

新技术的应用，提高了环境监测的实时性和有效性，具有广泛的积极意义。

第三章需求分析

3.1监测需求

环境监测部门作为国家环境保护系统的技术部门，是环境管理工作的重要基础。

随着市民环境意识的增强，越来越多的人开始关心所处环境质量的好坏，要求环境保护工作透明化；上级主管部门也需要数量大、种类多、更新快的信息。

所有这一切，给环境监测部门提出了一个应引起重视的问题：

如何建立起实用性强、覆盖面广、灵活性好的环保数据采集系统，满足各方面对环境监测信息的需求。

在环保系统中，常常需要对众多的污染排放点进行实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。

由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较恶劣的地区，通过电话线传送数据往往事倍功半。

通过无线网络进行数据传输，成为环保部门选择的通信手段之一。

污染源监测设备可将采集到的污染数据和告警信息通过无线网络及时发送到环保监测部门，实现对排污单位或个人的及时管理，可以大大提高环保部门的工作效率。

环保数据采集系统是由污染源排放监测点和监测中心组成的污染源监测系统。

该系统可对污染源进行自动采样、对主要污染因子进行在线监测；掌握城市污染源排放情况及污染源排放总量，监测数据自动传输到环保监测中心；由监测中心的计算机进行数据汇总、整理和综合分析；监测信息传至环保局，由环保局对污染源进行监督管理。

目前，各污染源排放监测点安装污染源监测仪，对污染源进行监测。

监测中心接收监测点传输的监测信息；并负责对监测信息进行分类、筛选和综合分析。

环保局作为系统的决策中心，对从监测中心站获得的监测信息进行分析、调研，及时做出管理决策，增加管理力度。

利用无线通讯网络，如GPRS、CDMA或各种制式的3G来传输监测数据，具有速度快、使用费用低的特点，采用无线通信方式有组网灵活、扩展容易、运行费用低、维护简单、性价比高等优点。

3.2数据需求

环保信息化目前主要集中在加强对污染源自动监控系统的建设上，各地纷纷建立了一定规模的污染源监控系统，也获取了一定的监测数据。

目前环保行政机构把环保信息化的工作集中在前端，即监测监控端。

污染源按照污染类型可分为大气污染源、水污染源、固体废物污染源、环境噪声污染源、辐射污染源等，这意味着每一种类型的污染源有一种或多种监测监控仪器，而每一种监控仪器都有一套自己的监控软件，这些监控软件主要是为仪器仪表配套使用的，仪器生产厂家很多，这样的监控软件也非常多，各监控软件数据定义都不一样，生成了自己的数据格式，很难实现规范化监控的需要。

1、应用系统多

各地的信息化程度不一，面对迫切的环保信息化要求，一些环保行政部门陆续建立了一些信息化系统，满足当前需要。

但这些应用系统多由不同的开发商完成，他们之间的数据格式各异，造成数据共享困难。

2、垃圾数据多

由于缺乏统一的数据标准，造成垃圾数据多。

每种仪器都产生数据，这些数据经汇总后要上报给上级机关，同样的数据可能存储于不同的物理空间上。

而且，每建设一个监测系统后，就有一套监控软件，以满足存储监测数据的需要，这样大量重复建设，导致垃圾数据不断增多。

当真正想利用数据时，却发现无法找到有利的数据。

3、有用的数据分散

基于前面三点的分析，有用的数据分散于各个监控软件或应用系统中，由于缺乏统一的交换标准，数据利用较为困难，一般采取二次开发或上线前要求接口统一，无论哪一种方式，你会发现要有效利用这些分散的数据是十分困难的。

重要的原因是目前的数据交换存在着极大的弊端，没有统一的标准。

数据采集是由采集仪器完成的，传输是由数据采集传输仪完成的，最后由各自的监控软件进行存储，应用系统要想利用数据，必须去这些监控软件中取数。

而在没有标准的情况下，要想获取这些分散在各自的监控软件中的数据是极其困难的。

数据分散如下图所示，主要分散在以下几个地方。

第一，分散于各监控软件中。

由于监控软件与监测监控仪器配套使用，一般一种仪器配一套监控软件，目前的仪器不下几百种，而且会随着监测项目的出现而新增，大量的数据分散于庞大而复杂的监控仪器中，使数据的转换、利用十分困难。

第二，分散于各应用系统中。

不同环保部门的信息化程度不同，在信息化的过程中产生了大量的环保应用系统，这些应用系统一般也是由不同的软件开发商承建，它们产生的数据格式各异，平台也各异。

要综合利用这些异构数据，对建设单位来说是一个难道。

第三，分散于各级环保部门中。

环保监测系统是按照自下而上体系进行建设的，环保数据的需求则是自上而下的。

处于监测第一线的环保单位收集到的各种监测数据一般存于自身的监控系统中，上级单位若想利用数据，一般要求按照上报数据。

若上报不成功，上级单位就无法获取数据。

这些弊端造成信息化过程中数据利用的不便，降低了数据的利用率，有必要重新梳理环保信息化数据利用的流程，构建一个环境监测数据标准化平台，满足不同业务系统、不同级别的环保部门对环境监测数据的应用需求。

第四章解决方案

4.1总体目标

在利用物联网、无线网等各种传输网络的基础上，将监测仪器采集到的数据实时传送到后台进行海量存储，进行计算、数据挖掘和分析，从而达到“测得准、传得快、说得清和管得好”的总体目标。

同时，建设一个环境数据标准化转换平台，将环境监测数据传送到后台，进行数据导入、转换、存储等处理，形成一套标准的、统一的数据，便于利用。

4.2总体结构

基于物联网的环保监测管理信息系统整体的功能结构如下图所示：

整体结构分为感知层、网络层、处理层和应用层等四层。

感知层利用传感器采集各个监测、监控对象的数据，通过网络层传递到后台，经过数据计算、分析后达到管理和应用的目的。

4.2方案功能

基于物联网的环保监测管理信息系统由“一个中心、一个平台和七个系统”组成，具体由十个方面的内容构成。

“一个中心”即环保监控中心，是整个系统的集中点，起到了大集成的作用，所有数据展示及应急决策指挥系统将在此展示和模拟。

“一个平台”即环保数据标准化转换平台，将各个监控系统的数据按照协议转换成标准的数据进行统一存储。

“七个系统”即“环境质量在线监测系统”、“污染源监管系统”、“移动视频监控系统”、“环境质量预测系统”、“环保应急指挥系统”、“环保GIS系统”和“移动环保监控执法系统”

“环境质量在线监测系统”主要采用在线监测的方式，包括“大气质量在线监测子系统”、“水质量在线监测子系统”、“声质量在线监测子系统”，主要对大气、水、声环境质量实现实时监测；

“污染源监管系统”主要是对燃煤锅炉和医院污水等排放实现监测和监控；

“移动视频监控系统”主要针对工地扬尘、交通干线等重点地区环境污染情况实现监控，包括“固定前端视频监控子系统”和“PDA移动视频监控子系统”。

基于这些系统构成“智慧环保”，其框架包括“基础数据”、“综合平台”、“应用平台”、“具体应用”四部分，具体图示如下：

4.2.1环境质量监控中心

通过对监控监测环境数据进行记录和存储，为环保执法提供先进和有效的手段及依据。

同时，最大限度地将各个监控子系统有机的集成到一起，并为今后的功能扩展预留接口。

监控中心将建设大屏幕显示系统和应急控制系统的配套设施，并为其建立专门的机房和应急指挥室，为领导决策和指挥提供有力的支持和快速的反应系统。

4.2.2环保数据标准化转换平台

以“两平台一中心”为总体规划思想来构建环境监测（监控）数据传输交换方案，在此基础上将可定义表单、可伸缩性数据交换、可视化交互式数据处理等先进技术应用到本方案中来，使其通过先进的设计、技术理念实现功能应用的创新。

“两平台一中心”，即“数据接口平台”、“数据转换平台”和“环境监测数据中心”。

“数据接口平台”负责与各种监控软件和应用系统所产生的数据进行对接，“数据转换平台”负责将各种监控软件和应用系统产生的数据转换成统一标准的数据，“环境监测数据中心”负责按照标准进行存储转换后的数据。

转换平台结构示意图如下所示：

4.2.3环境质量在线监测系统

环境质量在线监测系统由大气环境质量、水环境质量在线监控子系统和声环境在线监控子系统组成。

各个子系统由多参数的监控监测仪器组成。

4.2.3.1大气环境质量在线监测子系统

将无线传输设备连接至监控点指定的接口，并将获取的数据记录传送到西城环保监控中心的环境质量在线监测系统，通过记录、分析和汇总，及时掌握大气污染情况。

大气环境质量在线监测子系统由在线监测设备、数据采集、处理和记录模块以及无线传输系统组成。

如下图所示：

4.2.3.2水环境质量在线监测子系统

今年，市环保局将在我区的重点水域建立水质自动监测站，通过水环境质量在线监控子系统可实现对区域内河流、湖泊断面监测数据的实时传输，从而对全区的水环境质量有一个更加全面的、及时的了解。

为配合市局工作，我区通过在企业、医院、污水处理厂等排污口安装水质在线监测设备，实时收集和记录现场真实的排污情况，并将数据通过无线传输系统传送到监控中心。

水环境质量在线监测子系统由在线监测设备、数据采集、处理和记录模块以及无线传输系统组成。

如下图所示：

4.2.3.3声环境质量在线监测子系统

随着城市工业生产、交通运输、城市建设的发展以及人口密度的增加，环境噪声日益严重，已成为污染环境的一大公害。

为改善群众居住环境，提高居民生活质量，解决百姓关注的噪声污染问题，随时掌握区域噪声状况，在一些街道安装噪声在线监测仪，运用无线网络传输数据信息，使工作人员及时、准确地掌握区域噪声环境状况，分析其变化趋势和规律，了解各类噪声源的污染程度和范围，为噪声污染源的监督管理提供准确的监测数据和科学依据。

噪声污染不同于大气污染和水污染，其空间分布是不连续的，由于受地形地貌、建筑物等遮挡，噪声信号会发生反射、折射、衍射、吸收等波动现象，而使声能量的分布发生变化，导致空间分布的不连续性。

只有采用多点抽样法测量，才能真实地反映一个区域的噪声污染平均水平。

功能区噪声监测的目的在于掌握城市内不同区域环境噪声的时间分布规律。

目前大都采用小时采样法，即在每小时内测量10分钟或20分钟，用以代表该小时的平均噪声水平，每季测量1次，每次连续监测24小时。

声环境质量在线监测子系统由在线监测设备、数据采集、处理和记录模块以及无线传输系统组成。

如下图所示：

4.2.4污染源监管系统

利用CDMA等无线传输手段，实现对燃煤锅炉SO2的在线监测，以及施工工地扬尘污染、医院污水处理设施运转情况、重点餐饮业油烟排放情况等污染源的视频监控，将实时拍摄到的图文信息汇集到监控中心，经汇总、分析，为决策指挥提供依据。

4.2.5移动视频监控系统

移动视频监控系统重点用于大气污染源、施工工地、交通干线和区域环境敏感点的监控。

新开工工地的土方施工极易产生扬尘污染，安装CDMA无线视频监控设施可实现对这些工地的高效、快速的监控管理；另外为实时掌握重点地区污染源的变化状况、交通干线机动车流量及污染程度等情况，也需安装CDMA无线视频监控设施。

移动视频监控系统是基于无线IP网络的即时、交互式高清晰图文通信系统，适用于应急通信或需要高清晰图片即时传输的领域。

　　移动视频监控系统以图片为主要信息载体，辅以文字、地理位置等信息，将现场情况以高清晰图文形式即时呈现，实现了即时图文信息采集、处理、通信和应用的一体化，为后方实时查看前方现场情况提供了高效率、低成本的全新解决方案。

移动视频监控系统应用方式灵活多样，用户既可以携带移动前端外出作业，在使用数码相机拍摄现场图片的同时，实现图片即时传送，又可以通过固定前端定时自动拍摄、发送现场图片，还可以远程操控固定前端拍照，实时获取前方高清晰图片。

4.2.6环境质量预测系统

利用数学模型，对采集到的有关污染物的数据进行模拟计算，可对区域突发环境污染事件造成的影响程度、影响范围以及区域空气质量状况进行预测，为应急处置和领导决策提供准确的数据依据。

预测系统的数据来源于多个子系统，以子系统的数据为预测基础，通过有效的整合、统计、分析等手段为预测提供数据基础。

预测系统基础数据包括每日空气质量数据、气象五参数等数据及空气总量模型所计算出的数据。

并在此基础上进行汇总、统计、分析，最终得到各个污染源的污染物的排污情况，以预测污染物排放趋势及对周围环境所造成的影响。

最终形成的统计结果展现在GIS系统中，通过GIS系统中的污染源分布直接进入具体某个污染源以查看该污染源的实时排放情况及排放历史记录与统计信息，并可通过该污染源直接查出该污染源所在单位的基本信息以及该污染源的事故发生记录等相关信息。

4.2.7环保应急指挥系统

针对区域重点污染源污染状况及可能出现的突发事件，如危险化学品、加油站、加气站、电磁辐射、放射源等，制定相应的突发环境污染事件的应急预案，根据应急监测车在现场监测到的数据及视频信息，为应急处置和领导决策提供准确的数据和依据，联系专家，采纳其专业意见，最后将领导决策及时反馈给执法人员，实现双向互动。

应急决策指挥系统包括下面10个子系统组成，有一些系统虽然在其他系统里出现过，但同时它也是应急决策指挥系统的构成部分，不可或缺。

1、通信子系统（包括有线、无线通信系统）；

　　2、业务汇聚及处理子系统；

　　3、计算机辅助调度子系统（CAD）；

　　4、地理信息子系统（GIS）；

　　5、GPS车载监控子系统；

　　6、数字录音子系统（RMS）；

　　7、监控监测子系统；

　　8、大屏幕显示子系统；

　　9、辅助决策子系统；

10、调度系统。

根据环保突发事件的污染性质、扩散状态等，结合保障体系、对比相关案例、分析专家意见后自动生成最佳的应急处理预案。

4.2.8环保GIS系统

利用GIS系统可方便地建立专题图层，对污染源进行标点，通过环境地理信息系统与各业务系统的整合，可直观演示各种环境信息，对各种环境信息、数据、资料进行汇总、统计、分析、计算，提高我区的城市环境管理水平，增强环境管理的有效性。

4.2.9移动环保监控执法系统

移动环境监察执法系统，可实现日常环境监察、行政执法的移动处理，通过日常工作的信息化管理，有利于更方便的处理日常工作。

l 该系统在手持设备上实现“现场法规应用、现场数据（音像）采集，现场数据的远程传输，文书、票据打印”等功能，切实提高执法现场工作效率及业务水平。

l 移动环境监察执法系统与原内网业务管理系统的集成，解决远程的现场执法与内网办公系统、应急管理等业务处理系统的协同机制，完善并优化执法管理、突发事件快速反应机制。

l移动环境监察执法系统所采集的数据及内部办公、内部业务管理系统中数据的综合应用，解决各级管理人员、外出执法人员在现场管理时调用数据迟滞、决策信息不完善、应急指挥手段单一等问题。

第五章系统成效

基于物联网的环保监测管理信息系统，将从根本上解决污染数据采集困难、环保机构人手少、业务压力大等诸多因素，提高了对重点污染源的监测和监控能力，同时也提高了对环境突发事件的应对能力。

1、全方位的监测系统。

利用先进的物联网技术，将天、地、水等环境要素进行全面、全方位的监测监控，监测监控现场的数据及时地采集到后台，大大提高了监测监控的实时性。

2、标准、统一的数据转换平台。

利用数据抽取、数据导入、数据清洗等数据处理技术，将各种不统一的监测数据集中按照标准转换到数据中心，统一的、标准的数据提高了数据的利用效率。

3、直观、形象的展示平台。

监测、监控数据与GIS的紧密结合，环保管理对象和监测数据可以更加直观和形象地进行展示。

同时，利用质量预测系统，可形象的在GIS上进行预测演练，动态的查看影响范围。

第六章典型案例

XX保护局自2003年起开始加大环保监测监控能力的建设，在充分利用物联网技术的同时，上线了大气、水、噪声、烟尘等在线监测仪器，建成了环境质量数据中心和污染源数据中心，为西城环保的环境管理工作提供有益的支持和帮助。

XX环保通过建设基于物联网的环保监测管理信息系统，建设成了一套先进的集监测监控、数据整合、质量预测、污染源管理、应急指挥、移动执法和环境质量分析于一体的综合性管理平台，为日常环保工作提供了强有力的支持。