面向循環經濟環衛產業園區的智能管理系統

蔣金明，王 玥，孔 超，楊 程，李 妍

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074）

環境衛生產業作為城市環境保護與生態建設的關鍵手段，具有公益性與經濟性雙重特征，逐漸成為了綠色循環經濟新的增長點［1］。隨著國內“節能減排”政策的不斷推進，環境衛生產業已經從以廢棄物處置、回收和利用為特征的低層次單一循環，逐步向區域化、規?；匝h體系的多層次系統化循環演變［2］。以某循環經濟環衛產業園區為研究對象，提出了“現代化、智能化”的園區一體化智能管控方案，旨在統籌發展、提升效率、降低能耗，實現“高效、節能、綠色、智能”的管控目標。主要功能涵蓋城市垃圾分類處置、集中管理和循環利用。主要環衛處理企業為生活垃圾焚燒發電廠、城市污泥處置中心、建筑垃圾處置中心、餐廚垃圾處置中心、醫療垃圾處置中心和園區污水處理中心。

1 智能管控系統基本構架

智能管理系統以高速數據傳輸網絡為核心，構建面向循環經濟環衛產業園區的信息融合平臺，統籌規劃調度全區生產管理、能源管理、環保管理和交通管理，建立以生產信息管理系統，智能能源管理系統、環保信息管理系統和智能交通管理系統為主體的管控一體化系統。系統網絡結構如圖1所示。

為了保證數據高速傳輸與高度共享，提出了園區綜合信息高速主干網絡，考慮園區內各生產企業的實際情況，園區綜合信息高速主干網絡采用有線-無線混合組網模式：有線網絡為主體，無線網絡作為補充。有線網絡采用光纖主干網絡，協議為高速工業以太網協議，通訊速率為100 Mb/s；無線網絡采用移動3G網絡，穩定的無線數據傳輸方案，尤其適用于本園區內的實際情況。

圖1 智能管控系統網絡結構

在網絡資源劃分上，對于分布相對集中或具有一定分布規律的傳輸節點，盡量采用有線光纖環網進行數據傳輸；對于分布較為分散且很難接入光纖環網的傳輸節點，采用無線網絡進行數據傳輸。此外，對于一些關鍵性參數及數據量較大的參數，采用有線光纖環網進行數據傳輸。有線/無線的混合組網模式可以在保證數據通訊的實時性與可靠性的前提下兼顧經濟性與靈活性。

2 智能管控系統功能劃分

2.1 生產信息管理系統

生產信息管理系統面向區內各個生產企業的生產過程，旨在實現園區內各生產企業生產信息的集中管理，從而實現環衛循環經濟全流程的統籌調度與協調生產，實現全區“零排放”的生產控制目標。該系統通過與垃圾焚燒發電廠、醫療廢棄物處理中心、餐廚垃圾處理中心、城市污泥中心和污水處理廠等園區企業的WEB服務器聯網，實現全區生產過程信息的采集、存儲與處理，使園區管理人員能夠全面掌握產業園內各個生產企業的生產信息與輔助決策信息，充分利用和共享信息資源，提高決策科學性。

該系統由數據采集模塊、數據處理模塊和數據發布模塊組成，其中數據采集模塊主要由各個生產企業的WEB站和高速傳輸網絡組成，其中園區各個生產企業的WEB站對各自處置流程的生產數據進行處理，而后利用園區綜合信息高速主干網絡傳輸至生產信息管理中心。數據處理模塊主要是由數據服務器和性能計算服務器組成，其中數據服務器負責完成生產信息的處理與存儲，生成數據報表與趨勢報表；性能計算服務器完成生產信息的深度挖掘，對園區內各個生產企業的生產流程進行性能計算與效能評價，輸出優化調度方案，從而為管理者提供客觀的決策輔助。

2.2 智能能源管理系統

本方案針對循環產業園區的能耗特點，設計了基于能源介質平衡的能源管理方案，依據整個園區能源介質管網的結構特點與能源耗損、產出特點，解決能源介質的生產、回收、消耗的平衡問題［3-4］，提高能源的綜合利用效率。

本套系統可實現能源介質運行狀態監測、能耗分項計量和能源管理優化功能。智能能源管理系統通過在線智能儀表實時采集園區內各生產單元的電、水、煤、油、燃氣、蒸汽等能耗數據，通過園區綜合信息高速主干網絡將實時數據傳輸到智能能源管理中心，管理中心內的管理工作站將各個現場儀表所采集的能耗信息進行綜合處理與能耗計算，輸出實時準確的能耗數據報表，給出給予能耗最優的生產調度方案，統籌各個環衛企業的生產調度，實現“節能降耗，循環生產”的管理目標。

本套系統由能源在線監測模塊和數據綜合處理模塊2個關鍵部分組成。其系統基本架構采用類DCS的C/S（Client/Server） 的模式，該模式可實現能源參數分散檢測和集中管理，同時實現風險分散與優勢集中。

1）能源在線監測模塊。針對產業園區內能源介質管網錯綜復雜，分布范圍廣，全面維護與管理難度大等問題，本方案設計了基于GIS平臺的在線監測方案，其方案的核心在于利用智能測量儀表完成能源介質運行狀態的實時測量和累加計算，而后通過園區綜合信息高速網絡傳入處于能源管理中心的數據服務器上完成數據采集，最后與GIS系統融合，實時監測電、水、煤氣、蒸汽等關鍵能源網絡運行情況；實現能源介質的實時精細計量，從系統的角度實施能源介質的平衡調度；考核能源實績、控制能源成本，提高能源管理的效果和水平。

2）數據綜合處理模塊。數據綜合處理模塊主要完成現場數據的存儲、處理和發布，其硬件組成為實時數據服務器、歷史數據服務器、防病毒服務器、GIS服務器與計算服務器。本方案中，為了實現能源管理的可視化操作，針對不同的能源介質，分設相應的熱電操作員站、供配電操作員站、供氣操作員站、燃氣操作員站和給排水操作員站等。同時為了實現能源信息對外發布，設置相應的WEB站，使之與互聯網相連，完成相應能耗指標的外網發布。

2.3 環保信息管理系統

環保信息管理系統通過B/S（Browser/Server）的運行模式構建環保信息發布平臺，實現園區內環保信息的實時可視化發布，提供多模式的數據輸出形式，實現環保數據直觀化、友好化。本套系統由基礎數據管理系統、數據監測系統和環保管理系統組成。

1）基礎數據管理系統?；A數據管理系統由各類分析儀表與高速數據網絡組成，針對園區內企業的生產特性，其主要涉及儀表包括氣體成分（CO、SO2、NOx、HCl、HF、CO2、O2、Hg等） 分析儀表、水質分析儀表（pH、ORP、COD、氨氮等）及其他監測儀表。各類環保參數由上述分析儀表實時在線監測，而后用園區綜合信息高速主干網絡傳輸至數據處理中心。

2）數據監測系統。數據監測系統包括數據監測、圖形監測和統計分析3個部分。數據監測以數據報表的方式實時監測某個采樣點或某個分析項目的污染物排放值，圖形監測以線狀圖的方式監測污染物排放值，這2種方式可以相互切換監測。當某一分析項目的排放值超過標準值，將會以紅色閃爍報警。統計分析是對某個采樣點或某個分析項目的歷史數據進行分析，以統計各種分析項目的超標情況。

3）環保管理系統。環保管理系統包括環保臺賬管理、環保計劃管理、文件管理、報表生成和報表管理。環保臺賬、環保計劃和環保文件的管理，使環保的日常工作納入到信息化管理中來。其中報表生成功能，可按報表的要求生成各種上報報表，一鍵完成，完全消除了原來大量繁瑣的工作。報表管理功能列出了所有生成的報表，統一管理。

2.4 智能交通管理系統

智能交通管理系統由若干個相對獨立又互有聯系的子系統組成。各子系統在GIS平臺上實現統一操作管理。為產業園區管理提供智能化、專業化、多功能一體化的交通服務保障［5］。

1）數字高清道路綜合自適應監控系統。為了實現對產業園內各主要路段及路口的監控，本方案采用基于網絡化的數字攝像頭的監控網絡，通過合理的規劃計算，將監控攝像頭科學地分布在園區內各主干道路和關鍵路口，最大化地平衡監控范圍與監控成本，同時依托高速光纖環網，實現園區道路自適應高清監控。

2）交通信號控制系統。交通信號控制是采用有效的負反饋原理和自適應控制算法，根據埋設在路口的交通流檢測器所采集的交通流信息，實時自動調整相應的交通信號，以提供最佳的交通流，實現自適應區域交通信號控制。

3）交通路況檢測系統。交通路況檢測系統是利用檢測線圈、微波等多種檢測方式，全天候自動采集路面、隧道、立交橋等多種路況下的交通流量、流速、占有率等運行數據。同時，本系統通過中心平臺與信號燈控制系統互聯互通。為信號燈控制系統提供底層流量信息，并深層次挖掘、融合以及分析各種流量數據，使隧道出入口附近信號燈及周邊路口交通信號在協調控制功能方面更加完善。

4）交通信息分析與發布系統。連續誘導的交通信息分析與發布是利用分布在道路的路側可變情報信息屏，將本園區實時路況信息以個性化的方式提供給道路交通參與者。即以紅、黃、綠3種顏色分別表示擁堵、緩行和暢通。同時每天發布交通管制、道路限行、繞行路線等交通服務信息，實現對車輛的全程連續誘導。

3 結束語

本智能管理系統全面貫徹現代化、智能化的設計思想，以節能降耗、綠色環保、服務高效為設計目標，分別設計了以生產信息管理系統、智能能源管理系統、環保信息管理系統和智能交通管理系統為主體的園區智能管理系統，實現了循環經濟環衛產業園自上而下的智能管控一體化，大幅提升產業園區的生產效率，有效保障環衛產業園區的生產安全，充分發揮循環產業經濟的巨大優勢，為打造智能、環保、綠色的循環經濟環衛產業示范基地提供有力的技術保障與數據支撐。

［1］謝清煥．推進垃圾處理產業化實現環衛經濟循環［J］．環境衛生工程，2005，13（2）：60-61．

［2］李元寧,王敏，靳俊平，等.關于我國環衛行業發展總體趨勢及主要特征的思考：以中新天津生態城環衛規劃系統設計為例［J］.環境衛生工程，2009，17（3）：7-11．

［3］羅先喜，苑明哲，徐化巖，等．面向鋼鐵企業的先進能源管理系統研究新進展［J］．信息與控制，2011，40（6）：819-828．

［4］董奧，平星星，姜亮，等．基于能效監測的能源管理優化［J］.節能技術，2013，31（3）：269-273．

［5］隋亞剛.北京智能交通管理系統研究與應用［J］.道路交通與安全，2007，7（6）：1-7．