基于三維地圖的石化環保監測系統設計與實現

刁俊武，陳明康

（中國海油信息科技有限公司智能制造（惠州）分公司，廣東惠州516086）

石化企業廢水和煙氣排放的指標和總量直接和企業的生產負荷、工藝水平、維護管理完善程度等因素相關［1.2］。隨著國家對環保管控力度加強，各級政府環保平臺先后上線，石化行業也開發了自己的生產信息化管理平臺，隨著環保工作體系化系統化的發展，逐步顯現出環保信息分散、管控不集中等問題，成為了限制環保管理提升的瓶頸。

為貫徹新《環保法》，落實國務院《關于落實科學發展觀加強環境保護工作的決定》，石化行業需要開展環保監測預警系統建設［3］，建立環境保護信息化標準體系，滿足環保信息化的新標準要求。

1 建設方案

基于三維地圖［4］的石化行業環保監測預警系統的建設按照工業互聯網平臺開發標準［5］進行設計，并在工業互聯網平臺的統一發布環境部署。三維地圖引擎集成在工業互聯網平臺中，形成工業互聯網平臺的通用組件。環保監測預警系統將基于環保專屬數據庫、環保三維地圖引擎、報表、接口等組件，形成應用集合。

環保監測預警系統建設內容為：環保專屬數據庫、環保地圖、環保報表、廢固排放計劃管理、廢水監測管理、廢氣監測管理、應急管理。

2 系統架構

基于三維地圖的石化行業環保監測預警系統是按照工業互聯網平臺開發標準設計的，在邊緣層接入DCS、LIMS、PHD、監控視頻信號；在IaaS配置服務器、網絡、存儲資源；在PaaS層集成地圖引擎通用組件、地圖服務通用組件、數據采集微服務；在SaaS層開發環保報表、廢固排放計劃管理、廢水監測管理、廢氣監測管理、應急管理功能。

3 系統功能設計

3.1 環保專屬數據庫

環保專屬數據庫搭建在平臺數據庫集群中，通過微服務等方式實現與DCS、LIMS、PHD及在線監測系統的數據共享和自動生成，滿足系統的數據需求，系統提供環保數據的查詢與修改功能。

3.2 環保地圖

三維地圖引擎集成在工業互聯網平臺中，環保地圖實現3級覆蓋，1級為總貌圖，展示總體環保運行狀態，包含各個國控重點污染源排放情況以及天氣、環境質量等；2級為各裝置環保情況，包含該裝置水、氣、聲、渣的排放及異味管控情況等，為各裝置環保管理提供支持；3級為環保裝置相關工藝參數及運行狀態等。

環保地圖實現設備資源日常管理、攝像機管理、環保相關裝置信息、設備目錄管理、設備快速定位和數據監測、生產裝置環保日常監測、環保超標告警、告警設備定位、關聯視頻查看。

設備資源日常管理：對資產設備進行可視化管理，實現資產設備在三維場景中的定位、信息查詢、統計分析等功能。如儲罐的具體位置、儲存材料類型、儲存容量等信息展示。

攝像機管理：對攝像機信息進行可視化管理，包括攝像機名稱點位、監控區域等信息，實現資產設備在三維場景中可以直接查詢信息功能。

環保相關裝置信息：對企業內與環保相關的安全生產裝置信息進行可視化管理，包括生產介質、生產規模等信息、實現資產設備在三維場景中可以直接查詢信息功能。

設備目錄管理：針對攝像機、安全生產裝置等不同類型的設備，支持設備目錄管理，在整體三維界面的左側，展示設備目錄管理列表，系統支持按管理區域、設備類型進行分類目錄管理。

設備快速定位和數據監測：監控人員在日常監測工作中，可通過對攝像機、生產裝置等設備直行搜索或在設備列表中選擇，則三維地圖可即時聯動，在三維地圖中定位到設備的具體位置；并通過設備的具體標簽，可對設備實時環保數據或視頻圖像的信息查閱，實現對關注設備的快速監測。

生產裝置環保日常監測：對環保關注的固控源、空氣監測站、異味管控監測站、廢氣、移動監測等各類環保監測站進行可視化呈現和直接信息查詢。可按業務對數據進行劃分，實現各業務數據的獨立圖層展示。

環保超標告警：當裝置環保監測數據超標發生告警后，系統以彈出框在系統中提示，并觸發郵件報警。

告警設備定位：系統接收告警信息，在彈出告警窗口中點擊“定位”，根據告警設備ID，系統自動定位至三維模型上對應報警設備圖標位置。

關聯視頻查看：根據告警設備關聯的視頻監控設備，可調取對應的視頻畫面進行查看。

3.3 環保報表

實現各類報表自動生成，提高工作效率。報表集成到環保監測預警系統中。

小時均值報表數據來自DCS，提供按日、月、季、年的呈現方式，報表底部呈現最大值、最小值、平均值、累計值，日、月、季、年的均值均采用小時均值進行計算。

污染物參數報表，數據來自DCS、lims、第3方檢測報告，污染物參數報表中的限值以排污許可證為準，對超限值標紅。

環保管理臺賬，采用報表的方式，報表數據來自DCS、LIMS、人工填表。

3.4 固廢排放計劃管理

實現固廢排放計劃管理，提高管理水平。功能包含：運行部年度計劃、運行部月度計劃、運行部環評量維護、實際排放量錄入、地圖報表展示。

運行部月度計劃：運行部每月在指定時間內提前提報固廢排放計劃；運行部需把上月的收運記錄錄入。

運行部年度計劃：運行部每年在指定時間內提前提報固廢排放計劃，如果年度計劃超出環評量，則提示操作者；運行部需要把上1年的收運記錄錄入。

運行部環評量維護：用于維護各運行部的環評量，各運行部提的年度計劃不能超各運行部的環評量，僅環保部有權限。

實際排放量錄入：業務人員線下核對完成后，將各運行部每月實際排放的固廢數據錄入系統。

地圖報表展示：在地圖上將各運行部固廢排放點標記出來，點擊排放點展示報表，報表展示環評量、年度計劃量、月度計劃量（顯示當月）、當月實際排放量、累計量（年度）和排放比例（累計量/年度計劃量）。

3.5 廢水監測管理

廢水監測管理功能包含：環保地圖展示、外排點廢水監測、污水提升泵站監測、污水流向展示、廢水統計分析、預警管理。

環保地圖展示：廢水的排放點在地圖上標記，點擊彈窗，彈窗信息包括附近攝像機列表、排放點設備開關狀態、廢水信息（如總量、濃度、液位等）。彈窗中加附近攝像機列表，點擊可查看監控視頻。

外排點廢水監測：支持查詢2個廢水外排點的化驗信息。

污水提升泵站監測：實時監測污水提升泵站的數據，包括泵的開停狀態、液位、流量、壓力。

污水流向展示：以圖層疊加的方式在環保地圖展示污水流向。

廢水統計分析：統計、分析廢水的超標情況。

預警管理：與手持機后臺系統做接口，在現場發現不合規情況時，可用手持機拍攝，填寫相關信息后，將照片和信息通過手持機后臺用接口發送至環保監測預警系統，系統進行記錄，并發送郵件通知運行部，運行部需登錄系統進行整改。

3.6 廢氣監測管理

廢氣監測管理功能包含：廢氣排放分析、環保設備監控、LDAR報表查看。

廢氣排放分析：獲取lIMS上的廢氣數據，每月匯總成報表，含最大值、最小值、平均值，將報表數據做成折線圖、散點圖等圖表。

環保設備監控：獲取環保設備的開停狀態、流量等信息。

LDAR報表查看：集成LDAR系統中的圖表。

3.7 應急管理

實現應急管理。功能包含：隱患系統數據查看、環境風險評估報告管理、天氣查看、監測儀表查看。

隱患系統數據查看：以鏈接的形式接入隱患系統，支持查看系統列表和數據。

環境風險評估報告管理：以文件管理的方式呈現，提供上傳下載功能。

天氣查看：獲取自建的氣象站的氣象數據，并集成在環保地圖上。

監測儀表查看：以表單的形式展示重點監測儀表，具備增、刪、改、查功能。

4 接口集成

4.1 與地圖模塊的數據集成接口

地圖模塊通過調用該接口，從環保數據庫獲取地圖模塊需要展示的環保監測數據。接口方式類型為REST接口，提交方式為HTTP+POST。調用時，把環保數據庫查詢方法封裝成REST API，以微服務的方式部署在工業互聯網平臺。地圖模塊把請求參數打包成json報文，通過POST請求從該微服務接口獲取到相應的數據。

4.2 與LIMS系統的數據集成接口

廢水監測、廢氣監測、環保數據管理模塊通過調用該接口，從LIMS獲取需要展示的環保監測數據。接口方式類型為REST接口，提交方式為HTTP+POST。調用時，拼接URL、QueryParams，通過POST請求獲取相應的數據，或者調用Spring Boot框架的Rest Template方法獲取。

4.3 與PHD實時數據庫的數據集成接口

廢水監測、廢氣監測、環保數據管理模塊通過調用該接口，從PHD獲取需要展示的環保監測數據。接口方式類型為REST接口，提交方式為HTTP+POST。調用時，拼接URL、QueryParams，通過POST請求獲取相應的數據，或者調用Spring Boot框架的Rest Template方法獲取。

5 結束語

信息技術在環保管理方面的應用有助于企業創新環保管理模式，提高環保管理水平。基于三維地圖的石化行業環保監測預警系統是在工業互聯網平臺的基礎上，以三維地圖為核心，以環保數據庫為基礎，通過三維地圖直觀監控全廠環保運行實時狀態，以“桌面管理”促進現場管理；實現環保報表自動生成，提升工作效率；實現與多個環保信息平臺的網絡互通、數據共享，滿足企業項目環評需求及對外環保信息公示需求。基于三維地圖的石化行業環保監測預警系統成功在石化企業應用，實現石化企業環保管理信息化、集中化、系統化、可視化，顯著提升石化企業智能制造水平。