環保監測智慧化控制系統在散貨港區礦石碼頭的應用

張京

摘要：隨著近年來港口建設的不斷發展與壯大以及貨物運輸量的不斷加大，對港口環境保護的要求也越來越高，積極打造節約資源與綠化環境的綠色港口是促進港口經濟和諧發展的重要保障。本文主要介紹了環保監測智慧化控制系統的系統構成，并具體分析了環保監測智慧化控制系統在開展港區環保工作中的應用。

關鍵詞：黃驊港；環保監測；控制系統

近些年來，空氣污染對人們日常生活的影響越來越大，如PM2.5、PM10、TSP等對我們的正常作息均有很大影響，過多的此類物質吸入會導致各種各樣的呼吸道疾病、功能性疾病甚至不可挽回的器質性病變，隨著工作強度的提升，此類現象也會伴隨致死可能。目前，在港口作業生產中此類污染物的產生比較普遍，是港內人員的正常工作生產極其不利的因素之一。因此，需要對環境進行監控，聯動現場的環保措施實施治理。

一、粉塵產生的原因

港口礦石類碼頭目前物料堆存方式主要為露天堆存，礦石物料堆場為開放性塵源，具有不確定性。物料在堆場堆存和裝卸過程中，起塵量的大小與作業量、料堆表面積、顆粒粒徑、含水率及風速等均有關系。

二、環保監測智慧化控制系統的功能

系統通過構建多樣數據模型的智慧環保平臺，進行實時的流處理并直觀顯示指南文件相關要求信息，并具備統計展示模塊、污染源分布圖分析模塊、分析與學習模塊、環保設備聯動模塊、系統管理模塊、其他功能組模塊。

（一）統計展示模塊

該模塊實時顯示當前主要監測數據。通過定點采集、計算和全方位立體展示，使港區內各區域的揚塵污染情況清晰明了。

（二）污染源分布圖分析模塊

該模塊將平臺收集的監測點位數據以及除塵設備運行狀態在模型上進行展示。約束好控件顏色代表的揚塵污染程度，突出顯示當前監測數據報警點位，通過點位標識可以快速進入監測設備實時詳情頁進行查看，將采集到的數據經過算法分析結合空氣擴散模型的規律，正向推導污染擴散情況，使用熱力圖進行呈現，直觀展示的圖像化數據也可反向推導污染源頭。

（三）分析與學習模塊

該模塊根據粉塵污染參數統計污染來源和影響規律，根據已有粉塵污染數據，進行溯源分析和預報未來粉塵污染變化情況及預警。該模塊還包含顆粒物數據統計分析系統。

（四）智能聯動模塊

該模塊與現有各類除塵設施進行連接，實現抑塵設備智能化聯動。根據堆場起塵位置和起塵量的測算結果，結合氣象預警信息和除塵歷史灑水記錄，推送需要灑水抑塵的區域和垛位，形成“粉塵云監測+礦石含水率預測”的輔助抑塵決策計劃。一方面，通過智能除塵模式進行堆場區域自適應各類除塵設施控制；另一方面，將通過檢測結果和抑塵策略推送給港區內各類抑塵設備，實現全港灑水抑塵設備智能調度。

（五）系統管理模塊

該模塊經過算法優化，推送優化環保改造報告、設備狀態、能源消耗情況、超前預警報告等內容。系統會利用粉塵云監測數據，結合實時氣象信息進行分析，通過智能算法反演實時反饋是否有場界外粉塵遷移入場及其污染濃度，形成基于 GIS 地圖及位置信息的實時粉塵濃度云圖、歷史粉塵濃度曲線展示以及超標報警和預警。

（六）其他功能組模塊

結合 2020 年交通部所推出的《綠色港口等級評價指南 JTS-T105-4-2020》，智慧環保綜合平臺通過各類數據采集以及港區內其他相關系統的信息交互，經過智能分析，實時提供港區各類指標報告，可以作為新時代港口數字化的理論依據。

三、網絡架構

四、監測終端

監測終端主要用于粉塵濃度、視頻等數據的實時采集。粉塵濃度、風速風向、氣壓及溫濕度等信息通過無線的方式傳輸，視頻信號通過光纖的方式傳輸。

五、數據準確性說明

根據使用的氣體傳感器的物理特性，既需要在感應端進行設備上的改良措施，也需要在開發中進行基于MATLAB的計算處理，并且現場部署了自動化生產校準系統和環境校準系統，保障數值一致性與準確性。

六、監測設備運營維護

該平臺及現場設備每月至少巡視1次，到現場后，對設備周邊情況進行仔細觀察、檢測并做詳細的巡查記錄。如有異常情況，能現場處理的，應進行及時處理；現場不能及時處理的，需上報協調進行解決，問題的處理過程需詳細記錄。

七、報警與聯動反饋

系統可以實時監測記錄并存儲各種環境、設備的狀態信息，首先應建立存儲關鍵數據的數據庫。通過對設備身份信息的采集，優化設備管理的追溯流程，通過對環境中各類污染信息的實時監測，實現自動預警和報警。

其次，系統可以根據實時數據提供環境分析報告。根據實時數據對抑塵等設備運行指標、負載率、能耗等數據進行綜合分析，協助工作人員對碼頭設備進行評估，通過選擇能耗最低、治理效果最高的工藝設備和線路，提高環保設備的運行效率及經濟效益。

此外，可以根據數據分析提供設備檢修及維保建議。通過歷史數據分析設備故障原因，制定檢修計劃，提供檢修指導方案，預測設備使用壽命，評價設備優劣及使用情況，為環保設備選擇、設備檢修等提供建議和數據依據，降低運行成本。

系統采用前臺交互與后臺數據庫分離模式，兼顧數據的可靠性和數據調用的靈活性，既可作為智慧化系統的一部分接入現有全廠DCS、PLC控制系統，也可接入獨立控制的噴槍站、干霧抑塵、自動堆取等子系統，作為智能管治的一部分，可有效提升設備管理能力、環保動作效率及智能化水平。

八、數據接口設計

將一些現場已有的設備數據以及其它系統中的數據展示到平臺當中：

（一）視頻設備對接

與現場已有的視頻監控設備、平臺對接，將這部分視頻流接入現有平臺進行整合呈現，立體掌控廠區狀態，加強現場對于系統智能判斷的驗證與策略部署的人為調配。

（二）現有分表計電數據對接

從市控網或提供的分表計電接口服務中或現場已有分表計電設備中獲取電表數據（將系統上全部參數傳輸到管控平臺上）。

（三）現有大氣監測設備數據對接

將現在已部署的大氣監測設備數據統一收集到系統數據庫下，二者數據進行實時比對，相互校核，確保現場檢測結果的準確性，避免誤判。

（四）現有有組織數據對接

將現在已有組織設備數據統一收集到系統數據庫，二者數據進行實時比對，相互校核，確保現場檢測結果的準確性，避免誤判。

（五）與外部氣象數據對接

將地市級當前氣象數據展示到系統數據庫中，二者數據進行實時比對，相互校核，確保現場檢測結果的準確性，避免誤判。

（六）與國家環保數據對接

從國家環保網獲取企業所在地空氣質量信息，并展示到系統數據庫中，二者數據進行實時比對，相互校核，確保現場檢測結果的準確性，避免誤判。

九、系統特點

環保監測智慧化控制系統利用數字孿生、智慧化模擬和智能業務應用建設，并采用CS架構和BS架構相結合的形式，表現部分與數據呈現使用前端，分析代碼部分使用后端服務器進行實現，形成三層體系結構，具有靈活、低成本、復雜度低、通用性強的特點。

系統利用3D數字化建模形式，搭建三維GIS模型對接地理信息數據，將整個治理設備和環保監測設備與地圖相結合，并通過圖表形式呈現該區域內的空氣質量、用水量等關鍵指標，便于在掌握整個港區相關信息的基礎上科學管理，高效率、智能化管控。

系統應用可視化、數字化以及物聯網技術，結合分布式計算、大數據分析、空間地理信息、氣象環境信息等建立以環境監測、環境管理、決策分析、環保設備控制為一體的智慧環保綜合平臺。

智慧環保采用環保全方位立體化的環境監控方式，更快速地感知環境的監測指標，更全面地掌握環境污染的過程和變化趨勢，更有效地提升現場治理效果，更快速合理地投入環保設備，更智慧地決策重點區域污染治理方向和重大環境問題，為環境預警與產業結構調整提供決策支撐，以智能管控賦能港口高質量發展，抓好數智化轉型新機遇為目標，推動港口行業綠色低碳高質量發展。

十、結語

綜上所述，利用環保監測智慧化控制系統管控港口環境，通過定位技術識別、生產動態識別和三維網格監測系統，獲得粉塵濃度分布、機械適應性大數據技術分析、生產分析和無組織粉塵變化規律，對不同階段產生的無組織粉塵進行管理和控制并降低管控的難度。實現港口粉塵監測和實時智能抑塵調度，通過港口粉塵云監測與智能抑塵輔助決策技術來實現智能分析與呈現，對港口粉塵控制、環保稅的核減和港口環境質量提升具有重要意義。

參考文獻：

[1]鄒云飛，周家海，張鵬.港口散貨裝卸工藝流程粉塵污染防治技術研究[J].中國水運 （下半月），2014，14 （12）：30 9-310.

[2]朱利， 李濤.《綠色港口等級評價指南》（JTS/T105-4—2020）解析[J].交通節能與環保， 2022， 18（3）：3.