自動化系統在環境監測和環境管理中的應用

王 奕

（江蘇省生態環境監測監控有限公司，江蘇 南京 210000）

環境資源一直都是國家社會發展的重要支撐力量，但在以往發展過程中，一些城市以犧牲環境為代價來推動自身的發展，而隨著現階段可持續發展理念的實施，環境保護問題也越來越受到人們的重視。將自動化系統應用到環境監測和環境管理中，一方面能夠降低工作人員的工作強度，另一方面能夠在保證環境監測質量的同時，大幅度提升環境監測效率，為環境保護工作的開展，提供更加可靠精準的數據支持，以此達到促進生態環境良性發展的目的。

1 環境信息系統

1.1 環境信息系統的定義

環境信息系統是指環境信息從產生到應用于環境保護工作過程中所構成的系統，該系統主要是由工作人員、硬件設備以及環境原始信息等組成，環境信息系統是開展環境信息監測管理工作的根本所在。傳統環境信息監測工作主要是以紙質記錄的方式來進行，將所有的環境信息數據進行紙質記錄并收藏，這種方式不僅浪費大量時間，而且在進行環境信息查詢的時候較為繁瑣。應用以大數據技術為核心的環境信息系統，能夠根據實際工作需求，采集處理不同地區的相關環境信息數據。而且環境信息系統還具有智能化的特性，不管是對環境信息數據的采集處理，還是進行數據分析查詢工作，該系統均能自動完成，同時環境信息系統的應用范圍和數據挖掘效率也一直處于上升狀態，有利于推動相關工作更加順利地開展[1]。

1.2 環境信息系統功能的實現

環境信息系統主要有信息數據采集、數據分析評估、規劃決策以及環境空間信息相互結合等多種功能，環境信息系統所有功能共同推動其在環境監測和環境管理中發揮自身的作用。

1.2.1 環境信息數據采集

環境信息系統能夠實現對目標區域生態環境信息數據進行采集的功能，該功能的實現主要依靠大數據技術，該系統能夠根據工作需求，從目標環境區域各個方面，收集全部環境基礎信息數據，并存儲到環境信息系統數據庫內，如圖1所示。

圖1 環境信息系統結構圖

在環境信息數據采集結束之后，環境信息系統一方面能夠從大量的信息數據中分析出有用的數據進行分類存儲，另一方面，相關用戶可以根據自身的工作需求，在環境信息系統中查詢對應的數據分析結果。總之，環境信息系統在環境監測和管理中的應用，能夠在保證環境信息數據采集質量的同時，大幅度提升采集效率，從根本上有利于推動環境數據采集工作的開展[2]。

1.2.2 環境信息數據分析

環境信息系統數據庫內部的數據量較大，而且不同類別的數據所能發揮的作用也有所不同，環境信息系統也具備分析評估環境信息數據的功能，其能夠根據系統內部的信息數據算法，將所收集到的有關信息數據進行科學全面地分析，并依據分析結果評估出該地區環境的實際情況，同時環境信息系統還能夠在評估過程中將評估結果模擬出來，并對該地區環境的后期發展進行一定程度的預測[3]。

2 環境自動監測系統

2.1 環境自動監測系統與環境信息系統的關系

環境信息系統是應用于環保方面的信息系統的統稱，環境監控系統則是環境信息系統的一個分支，也可稱作環境監測系統。環境自動監測系統有不同的分類。

2.2 環境自動監測系統的組成

2.2.1 服務器

服務器為監控中心的組網核心，內部安裝了監控系統軟件的數據臺及SQL Server數據庫軟件，主要功能是對數據的處理、保存和轉發。另外，服務器中還安裝監控系統軟件的SC前端模塊，完成對各監控站（SS）的信息匯總和管理功能[4]。

2.2.2 監控臺

監控臺主要指用戶監測環境變化的工作平臺，監控臺是自動化環境監測管理系統功能發揮作用的中心所在，通過監控臺能夠實時監測設備運行狀態，以及在不同目標區域所采集到的環境變化數據；能夠對目前環境進行實時監測并能夠及時處理環境設備告警；且用戶只需簡單的操作便可實現查看不同區域環境變化情況的功能。

2.2.3 網絡接入設備

自動化環境監測管理系統功能作用的發揮，需要大量設備的支持，而設備之間的數據傳輸需要通過網絡實現，其能夠將來自不同傳輸信道的數據，通過接口協議轉換等方式接入監控中心的局域網。

2.3 環境自動監測系統建設的目標

環境自動監測系統涉及到多協議和多網絡的復雜環境，需要認真進行系統需求分析，其在建設時必須能滿足以下目標:必須充分利用現有成熟的網絡技術和通信技術，在經過擴展后形成環保系統業務專用網絡，為保證環保局環境信息系統的運行提供網絡環境；必須能實現業務相關的所有單位，以監控中心為核心的橫向與縱向連接，在滿足本系統建設需要的同時，逐步促進其他各個系統的建設，提高各業務的網絡化應用水平，實現各業務信息系統之間的信息共享；實現統一的業務管理和數據交換與共享，完善并規范在線監測網絡建設，實現各個監測點位與監控中心聯網，保證聯網的質量[5]（見圖2）。

圖2 環境監測自動化系統

3 自動化系統的組成與應用

3.1 子站軟件系統

子站軟件系統是自動化環境監測系統整體作用發揮的根本所在，其不僅能夠使監測儀器受到中心控制系統的遠程調控，而且還能對運行控制參數等進行調整，對目標環境進行數據采集和分析。一般情況下所應用的自動化環境監測系統，能夠采集目標環境區域的溫濕度、大氣壓、風速等所有工況數據，同時還能根據自動化系統監測需求，對大氣或者水環境等目標環境進行數據采集。根據采集需求，自動化監測系統每隔2～3秒便能采集一個重要數據，每分鐘都會對所采集到的數據進行平均值的估算，每半個小時便會將所有估算的平均值進行存儲。而在數據采集分析過程中，如果發現異常數據，子站軟件系統也會將其標明出來。同時子站軟件系統還能對初始化參數進行修改，子站編號、測量量程、有效監測次數等均能根據環境監測的需求進行調整。總之，子站軟件系統是自動化系統在環境監測和管理應用中的重要組成部分，其實現了環境監測的所有需求，在環境監測過程中所產生的數據也能及時傳輸到中心控制系統平臺，不斷推動環境管理工作更加順利地開展[6]。

3.2 中心控制系統

中心控制系統是自動化環境監測系統的中心，環境監測系統需要根據實際監測需求，在不同的區域范圍內設立對應的監測點位，這樣才能實現對目標區域的全方位監測，能夠最大程度上保證監測數據的精準性。而中心控制系統則是對這些監測點位進行控制的重要平臺，環境監測平臺主要由中位機軟件系統、上位機軟件系統和通訊系統組成，中位機主要負責調制解調器與子站進行連接；上位機則主要負責對中位機傳輸的各類數據進行存儲分析，生成各種環境監測報表、圖形和曲線，以備管理層進行調用。應用對中位機軟件系統的要求比較高，現階段大多數采用Win10以上平臺，能夠自動或手動對監測點位所收集到的數據進行采集，同時它也起著中心控制系統與監測點位關聯通訊的作用。如果子站監測點位出現故障，中位機系統能夠在第一時間發現并將報警信息顯示在窗口，工作人員便可以根據報警信息，以最快的速度排除子站監測點位的故障。此外，中位機軟件系統關鍵是要將所有數據全部傳輸到上位機軟件系統，而上位機軟件系統則主要起到數據庫的功能，其在收到中位機軟件系統傳輸的信息數據以后會立即將其存儲到數據庫中，同時也會對所有數據進行再次分析，并將異常數據標明出來，剩下正常的數據將會被上位機軟件系統生成日報表、周報表以及其他各類圖形報表。例如在大氣污染監測系統中，其能夠在地圖上將不同地區的空氣污染濃度，以顏色的深淺來表示，通過顏色的變化直接反應出監測區域的大氣變化情況。

3.3 自動化系統在環境監測和環境管理中的具體應用

自動化系統在環境監測和環境管理中能夠起到極其重要的作用，2007年，江蘇省投資1.73億元建成水環境自動監測站37個，如今江蘇水環境自動監測站已經多達600余個，江蘇省通過環境監控方式立體化、監測指標多樣化、管理體系規范化的方式，不斷推動自動化監測系統功能的發揮，并進一步通過自動化系統實現保護生態環境的目的。根據江蘇自動化環境監測系統的實踐，我們能夠得知，自動化系統在環境監測和管理中的應用，能夠實現對區域地貌環境進行實時監測、污染報警以及分析監測數據可靠性等功能[7]。

3.3.1 全地形實時化數據

自動化系統在環境監測中，能夠實現對目標區域進行實時監測的功能，大氣、水資源等生態環境監測工作需要24小時實時進行，如果單純依靠工作人員來進行監測，具有較大的局限性，而自動化系統在環境監測和管理中的應用能夠很好地解決這一難題。環境監測系統能夠實現衛星云圖地形可視化的功能，根據衛星云圖實際地貌特征對目標生態環境區域進行可視化監測，生態環境的各方面數據，均能被直接監測采集到系統內，系統將這些數據進行實時分析，而且可以將不同區域生態環境的污染情況，用不同顏色體現出來。環境區域顏色區分展示：以地理位置圖形化顯示分布，并以不同顏色組合標注各污染區域當前的狀態；污染區域標注于一張圖，可根據新增污染區域隨時增加防污染區域；污染區域數據可視化：鼠標移動到各污染區域時，自動顯示污染區域面積、背景資料、環境監測管理人員信息、環境監測裝備配置信息及歷史環境監測數據，實現環境監測數據一張圖；通過地圖全面監控前端設備實時運轉狀況，可調取地圖上任意地點實時視頻，做到視頻和地圖實時聯動，實現環境監測視頻監控一張圖。

3.3.2 24小時可視化自動預警

自動化系統在環境監測和管理中的應用能夠實現自動報警。環境監測前端采集終端，能夠24小時不間斷采集目標環境的各方面數據，實時回傳至平臺中心，平臺中心采用專業的環境監測算法及分析方式，對前端污染區域進行等級化分，根據等級預警機制，采用大屏預警彈報、聲光報警、APP遠程客戶端預警等多種方式實現24小時自動預警，及常態化、不間斷化的預警功能。環境監測自動化系統能夠實時對目標監測區域的各方面環境數據進行采集，如果所采集到的目標環境監測數據與以往數據之間存在較大差異，監測區域環境出現嚴重污染情況，環境監測自動化系統平臺便能夠快速分析并鑒別出來，還會根據實際變化情況發出警報，并將有關信息傳輸給管理人員，以便管理人員能夠依據污染數據制定科學合理的環境修復計劃，以此達到降低環境污染程度的目的。

3.3.3 污染區域可視化實時視頻監測

環境監測系統可實現工作人員實時通過前端設備觀看、觀察前端污染區域白光、熱像、夜視監控畫面，實時判斷當地環境污染情況。多光譜攝像機終端可根據需要放大、縮小，或近距離觀察防污染區域內實際畫面；無人機監控終端可進行超低空飛行，并通過可變焦吊艙平臺放大、縮小或近距離觀測污染區域情況，實現第一視角觀測功能。通過自動化環境監測平臺能夠對前端環境監測設備進行實時控制，及時了解設備實際運行情況，在確保環境監測數據精準性的同時，有利于提升其可靠性[8]。

3.3.4 監測數據分析

環境監測系統所采集到的環境數據數量較多，而且這些數據很多都沒有應用價值，如果依靠人力進行數據分析和鑒別具有較大的局限性。自動化系統能夠在應用中起到監測數據分析的作用，根據實際監測需求，自動化系統能夠有效辨別出所有有用的信息，并將這些信息進行分類，而一些沒有任何用處的信息則會被自動化系統刪除。同時自動化系統的環境監測數據分析結果也較為精準，該功能的應用有利于大幅度提升環境監測效率，從根本上推動環境治理工作更加順利地開展。

4 結語

當前，我國處于自動化環境監測管理系統建設的關鍵時期，國家相關部門對此很重視，加強自動化系統在環境監測和管理方面的應用，對環境保護事業的長遠發展，具有非常重要的意義。自動化環境監測管理系統在生態環境監測保護工作中的廣泛應用，既是污染源監測技術發展的必然趨勢，也是環境管理的迫切需要。因此針對環境監測自動化系統的發展，相關部門應當統一認識、長遠規劃、超前思考和進行全局謀劃，將建設自動化環境監測管理系統作為環境監管保護工作落實科學發展觀、踐行探索環保新道路的重要實踐活動，作為拉動內需、實現環境保護歷史性轉變的重要措施，這樣才能夠更好地推動社會發展。