智慧礦山環保監控平臺的研究與應用

李 夏

（冀中能源峰峰集團有限公司梧桐莊礦，河北 邯鄲 056200）

1 概況

傳統的環保管理模式，監管人員現場檢查發現問題，屬于事后監管，耗時耗力，效率較低。智慧環保是數字環保系統的延伸和發展，系統采用物聯網、云計算、大數據、移動互聯網、空間地理信息等集成新一代信息技術，把傳感設備應用到環境監控對象中，通過環保云技術將環保領域物聯網整合起來，同時借助移動互聯網技術，將環境現狀與環境業務系統緊密聯系起來，以更加精細和動態的方式實現環境管理和決策的智慧。

2 技術路線及總體架構

通過現場排放及治理監控體系、數據接受傳輸系統、集中管控平臺三個層級，將各類數據接入管、控、治一體化平臺中，實現全廠區的GIS綜合定位展示。

圖1 GIS綜合定位流程圖

3 監控平臺建設內容

根據生產設施運行情況和污染源排放情況，運用物聯網、大數據、機器學習等技術手段，實現對污染源排放的智能化管控和治理。

圖2 智慧礦山對污染源排放的管控圖

3.1 無組織排放過程動態監控

系統可監控記錄無組織排放源相關生產設備的啟停數據，如配料開啟/關閉、上料皮帶開/停機等。

3.2 污染源視頻監控

料場出入口等易產塵點安裝高清視頻監控裝置，并對產塵環節安裝自動抓拍揚塵功能的視頻監控裝置，對作業和揚塵過程進行監控記錄。

3.3 環保設施運行監控

監控記錄風機、干霧抑塵、車輛清洗裝置等無組織排放治理設施的啟停狀態和運行參數，如電流、風量、風壓、閥門開閉、水量、水壓等。

3.4 環境監測系統

（1）在廠界南北方向安裝兩套MH1031-L型8參數監測設備、主生產設備產塵源安裝一套MH1031-L型7參數監測設備，實時監測周邊PM2.5、PM10、TSP、大氣壓、風向、風力、空氣溫度、濕度等數值，實現企業無組織排放動態監測。

（2）污水處理進出水監測口配備水質在線檢測儀器，每兩小時檢測采集COD、氨氮、總磷、總氮等控制指標，以列表的形式顯示監測項目的監測時間、實時監測濃度、標準值、超標倍數和運行狀態；生活污水處理中厭氧、好氧池配備DO傳導儀，生活污水的曝氣量結合環境溫度、菌種活性進行調整，缺氧池溶解氧一般控制在0.2mg/l～0.5mg/l以下，厭氧池溶解氧控制在0.2mg/l左右，好氧池控制在2mg/l～3mg/l，為生化細菌的良好的生存環境。

4 監控平臺功能

系統采用AcrelCloud-3000環保監管云平臺，平臺依托于電力傳感、物聯網、大數據和智能云計算等技術，系統主要設計六大功能模塊，實現實時監測、點位管理、數據查詢、趨勢分析、報警記錄、統計分析的監控功能。監控系統界面如下：

圖3 監控系統界面

4.1 實時監控管理

安裝分表計電傳輸設備，采集企業用電設備電參量數據，可以查看地面“儲存、裝卸、運輸”系統設備的用電情況，包括生產狀態、設備狀態、用電、功率等，生成用電負荷曲線圖，其中用電和功率曲線中包含設置的設備啟停閥值，可根據啟停要求進行設置。

通過系統可以查看監測顆粒物（PM2.5、PM10）、氣象參數等，通過抓拍生產區域作業環境的視頻監控畫面，更加直觀查看區域內所有監測點的部署情況和環境質量狀況，實現了實時、遠程、自動監控顆粒物濃度。

4.2 點位控制管理

系統設計監測點位增減功能，通過點位管理欄可以自由添加可選點位，按要求對監控點位進行信息采集，收集填入序號、點位編號、點位名稱、詳細地址等，設置啟動設備，變更地理位置選項，簡單方便實現平臺更新以及編輯、刪除、預警設置，增強了系統可擴展性。

4.3 歷史數據查詢

系統提供歷史數據查詢功能，通過設置時間類型、點位名稱、查詢時間選項后，即可查看到所選擇點位的歷史數據信息，包括各項監測因子、數據更新時間等，查詢結果支持選用 OFFICE EXCEL文檔形式導出。

4.4 趨勢分析圖表

數據展示支持折線圖、柱狀圖、表格等多種形式，展示的內容包括各項監測因子濃度的實時與歷史分鐘值、小時值，同時可快速查看時間段內各項監測因子變化趨勢，進而實現監測點位之間的各項參數的對比分析。

4.5 異常實時報警

污染物濃度預警設置是針對污染物一旦超過某一數值系統會自動給使用者發送預警提示信息，一旦各項監測因子濃度出現異常波動時，系統啟動超標報警，當達到預警設置后會發出報警信號，便于在報警以后查看分析。通過關聯分析、超限分析、啟停時間分析，及時發現環保治理設備未開啟、異常關閉及減速、空轉、降頻等異常情況，同時通過數據分析還可以實時監控限產和停產整治企業運行狀態。

4.6 數據統計分析

統計企業在某個時間段內的產污數量、監測數據，包括：實時數值、限值以及倍數，統計企業在生產日、非生產日的負荷對比，以小時為單位展示功率曲線，可查詢企業用電設施的日功率曲線，通過不同時間段、不同監測區域，系統分析企業用電及污染物控制狀況。

5 數據接入與平臺搭建

信息化平臺采用實時接收海量現場端上傳的各類監測數據，實現數據包的效性檢查、解析和入庫（數據存儲）；采用多線程異步通信技術與各監測點通信，并可實現數據同步轉發。

5.1 監測數據傳輸特點

（1）支持 HJ/T 212協議。

（2）具備系統日志，可追朔近期每一條數據的原始記錄。

（3）穩定接收，不丟數。

（4）可實現對本項目中廢水在線監測數據、生產/治污設施運行數據的實時接收入庫。

5.2 采用阿里云服務器，性能強勁、運行穩定

配置為：2核8GCPU、200G云盤、4M帶寬。

5.3 監控平臺搭建

5.3.1 無組織排放清單管理

以列表形式展現企業無組織排放源清單信息。可查看不同點位無組織排放源的詳細信息，包括排放源基本信息、對應生產設施和治污設施、治污設施運行狀態、對應的微站數據。

5.3.2 治理設施管理

以列表項形式展示除塵器、霧炮、洗車臺、噴淋的運行狀態信息，點擊可查看站點詳情，包括設備基本信息、設備運行曲線。

5.3.3 空氣質量監測

以列表的形式顯示各空氣監測站點監測項目（PM10、PM2.5等）的監測值，不同的空氣質量等級以不同的顏色圓點區分顯示。

5.3.4 有組織排放監控管理

以列表的形式顯示廠區內排水口在線化學需氧量、pH值、污水流量、氨氮等監測項目的監測時間、實時監測濃度、標準值、超標倍數和運行狀態，且超標項目以高亮顏色突出展示。

通過對廠區內有組織排放、無組織排放的實時監測，結合廠區主要節點空氣質量微站的設置，將各類數據接入管、控、治一體化平臺中，有效掌握有組織和無組織排放分布、濃度、變化規律等數據，為企業揚塵深度治理提供有力支撐。

6 智慧平臺應用效果及優勢

通過智慧環保系統，將企業整體環境質量狀況、污染源在線監控、環保移動監控終端等多系統整合到一起，進行大數據分析、智慧監管，逐步建立起連續、可控、可追溯的智慧化監管模式。

6.1 應用效果

（1）在環境質量監測方面，全礦3個空氣自動監測子站，對全礦空氣質量進行綜合統計分析，為精準管理提供依據。

（2）在污染源自動在線監控方面，對污水處理安裝自動在線監測設備進行24小時管控。

（3）在環保設施運行情況方面，通過電量監控系統，智能判斷企業生產狀態、生產負荷、污染治理設施運轉狀況。

6.2 特點優勢

（1）智慧環保綜合管控平臺，以物聯網、GIS、移動互聯技術為支撐，以企業生命周期管理為主要抓手，利用智能分析、異常監測和工作流引擎等技術，使管理人員全面掌握環境發展態勢及存在問題，進一步解決了人員缺乏與監管任務繁重的矛盾，最大程度地減少環境保護管理業務的人力成本，提高環保管理效率。

（2）將企業生產設備用電和治污設備用電納入云平臺監控，通過關聯分析、停電分析、停產限產分析等計算方法，及時發現環保治污設備未開啟、停電、空轉和異常關閉等異常工作狀況，同時結合調取視頻監控抓拍畫面，遠程核實環保設施的運行狀態。

（3）信息平臺實現了一站式自動化管控方式，污染物指標超過限定值后直接顯示報警，使得操作人員“足不出室”就能作出預判并第一時間匯報，為事故搶修和應急處理贏得了寶貴時間，進一步增強了系統的穩定性和可控性。

（4）信息平臺可以及時、全面的掌握環境監測數據，更有說服力，為環保監管、企業內部考核提供了可靠的數據支撐，大大提高企業的環境監管水平，推動環境治理和管控方式的轉變，逐步邁向自動化、智能化。

（5）智慧礦山環保監控平臺可實現數據上傳和共享，增強了企業的環保透明度，公眾可通過環境信息門戶網站了解當前環境的各種監測指標，保護了公眾對于環境狀況的知情權。