基于.NETCore的VOCs重點企業(yè)污染物排放監(jiān)管系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

關鍵詞：VOCs排放；排放監(jiān)管；數(shù)據(jù)管理；系統(tǒng)架構(gòu)；.NET Core

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）03-0042-04 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0引言

隨著工業(yè)化和城市化進程的加速，揮發(fā)性有機化合物（VOCs） 排放問題日益突出，對環(huán)境造成嚴重影響。有效監(jiān)管和控制VOCs排放已成為我國生態(tài)環(huán)境保護的重要任務[1-2]。“十三五”時期，我國出臺了一系列政策法規(guī)和標準，旨在加強VOCs污染防治工作，完善VOCs治理體系，例如《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》等。當前，我國VOCs排放數(shù)據(jù)管理面臨諸多挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)收集困難、準確性低、共享程度不高以及監(jiān)管手段不足等方面[3]。由于企業(yè)眾多且排放源復雜，數(shù)據(jù)難以全面、準確地收集；同時，上報數(shù)據(jù)存在主觀性和不確定性。這些因素共同制約了生態(tài)環(huán)境保護工作的有效開展。因此，設計和實現(xiàn)高效的VOCs重點企業(yè)污染物排放監(jiān)管系統(tǒng)，對于加強VOCs 排放監(jiān)管，促進產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展至關重要。

1 需求分析

針對VOCs重點企業(yè)污染物排放監(jiān)管系統(tǒng)，首先須進行需求分析，明確產(chǎn)生VOCs的關鍵環(huán)節(jié)。通過梳理發(fā)現(xiàn)，VOCs排放監(jiān)管系統(tǒng)的需求分析主要集中在生產(chǎn)信息、源頭控制、工藝過程及無組織排放管控、末端治理及企業(yè)排放、監(jiān)測監(jiān)控水平以及環(huán)境管理等方面。

生產(chǎn)信息是了解企業(yè)排放的基礎，包括產(chǎn)品信息、產(chǎn)能信息和原輔材料信息。產(chǎn)品及產(chǎn)能信息包括：產(chǎn)品名稱、設計產(chǎn)量、去年產(chǎn)量。原輔材料信息包括原輔材料名稱、年設計使用量、年實際使用量，這些信息有助于全面了解企業(yè)的生產(chǎn)狀況和潛在的VOCs排放源。

源頭控制記錄企業(yè)生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生VOCs排放的關鍵環(huán)節(jié)和材料[4]。其中包含車間名稱及對應車間的具體工藝名稱。材料選擇信息包括塑料、油墨、涂料、膠粘劑、清洗劑等，對于在生產(chǎn)過程中可能使用的材料，須根據(jù)實際生產(chǎn)情況選擇對應的材料類型。

工藝過程及無組織排放管控具有源頭減排、過程控制、環(huán)境風險管理以及持續(xù)改進等多重重要作用[5]。此環(huán)節(jié)包括物料儲存、投料和調(diào)配。物料儲存中需要明確VOCs物料是否密閉存儲，廢物是否密閉儲存。在投料信息中須確認液態(tài)VOCs物料投加的方式和粉狀、粒狀VOCs物料投加的方式，以及各個車間工藝過程中的產(chǎn)污環(huán)節(jié)及收集方式。

末端治理指對生產(chǎn)過程中已經(jīng)產(chǎn)生的VOCs廢氣進行處理和凈化的技術(shù)手段[6]。這一部分包含各個車間使用的工藝名稱和治理工藝名稱，還包括風量、現(xiàn)場監(jiān)測濃度、第三方監(jiān)測濃度等參數(shù)。監(jiān)測監(jiān)控水平用于企業(yè)對VOCs排放的監(jiān)測監(jiān)控情況，包括有組織和無組織排放監(jiān)測的設置和運行狀態(tài)[7]。具體包含有組織監(jiān)測、廠界無組織監(jiān)測、廠區(qū)內(nèi)無組織監(jiān)測、是否規(guī)范設置監(jiān)測采樣口位置、是否規(guī)范設置監(jiān)測采樣平臺、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、在線監(jiān)測是否正常運行并校驗記錄。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 整體設計

系統(tǒng)的總體架構(gòu)采用分層設計，分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、業(yè)務邏輯層和用戶界面層。數(shù)據(jù)采集層作為系統(tǒng)的起點，負責獲取企業(yè)原始排放數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)信息、源頭控制信息、物料儲存信息、末端治理及企業(yè)排放信息等。生產(chǎn)信息反映了企業(yè)的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品類型和產(chǎn)量等基本信息；源頭控制信息指的是企業(yè)在生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生VOCs排放的關鍵環(huán)節(jié)和材料，如車間、工藝、塑料、油墨、涂料、膠粘劑、清洗劑等；物料儲存信息記錄VOCs物料的儲存和廢物儲存情況；末端治理及企業(yè)排放信息則涉及企業(yè)采用的末端治理工藝、治理效果以及實際的排放數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)處理層對采集到的數(shù)據(jù)進行清洗、轉(zhuǎn)換和存儲，確保數(shù)據(jù)的準確性和一致性。數(shù)據(jù)處理層還負責數(shù)據(jù)的整合和格式化，便于后續(xù)的業(yè)務邏輯處理。數(shù)據(jù)清洗包括去除重復數(shù)據(jù)、填補缺失數(shù)據(jù)、糾正錯誤數(shù)據(jù)等；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換則將數(shù)據(jù)從原始格式轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式，以便于存儲和分析；數(shù)據(jù)存儲則將清洗和轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，以供后續(xù)查詢和分析。業(yè)務邏輯層實現(xiàn)數(shù)據(jù)填報、審核、分析等核心功能。業(yè)務邏輯層包括用戶管理、數(shù)據(jù)填報、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)分析等模塊。用戶管理模塊負責用戶注冊、登錄、權(quán)限管理等，確保只有授權(quán)用戶才能訪問和操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)填報包括數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除。數(shù)據(jù)審核模塊對填報的數(shù)據(jù)進行審核和校驗，確保數(shù)據(jù)的準確性和合規(guī)性。數(shù)據(jù)分析模塊對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，生成報表和圖表，幫助用戶直觀地了解排放趨勢和問題所在。用戶界面層提供用戶操作界面，包括登錄界面、數(shù)據(jù)填報界面、數(shù)據(jù)審核界面、數(shù)據(jù)分析界面等。用戶界面設計注重用戶體驗，提供友好的交互方式和清晰的導航指引，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.2 模塊設計

系統(tǒng)主要分為前端展示和后臺管理，前端展示模塊主要實現(xiàn)對企業(yè)數(shù)據(jù)和VOCs排放數(shù)據(jù)展示，后臺管理模塊主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)設置等功能。系統(tǒng)流程如圖2所示。

2.2.1 前臺展示模塊

前端展示頁面以直觀、友好的界面展示企業(yè)的VOCs排放情況。系統(tǒng)通過百度地圖提供的API接口接入百度地圖，展示企業(yè)地理位置分布。點擊企業(yè)圖標可查看企業(yè)的詳細基礎信息，如企業(yè)名稱、地址、聯(lián)系方式等。企業(yè)排放量展示模塊通過使用echarts庫以動態(tài)折線圖的形式展示VOCs總排放量。為更深入地分析污染物排放特征，系統(tǒng)可以按行業(yè)類型以柱狀圖的方式展示VOCs排放量，幫助用戶快速識別不同行業(yè)在VOCs排放方面的差異。系統(tǒng)還提供一鍵導出功能，可將數(shù)據(jù)一鍵導出為Excel、CSV等格式，方便用戶進行離線分析和存檔。

2.2.2 后臺管理模塊

后臺管理系統(tǒng)是VOCs重點企業(yè)污染物排放監(jiān)管系統(tǒng)的核心，主要負責數(shù)據(jù)的維護、管理和分析。主要包括以下幾部分。

新增數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)錄入人員在手機端登錄系統(tǒng)后，打開新增數(shù)據(jù)模塊，根據(jù)頁面設計的各項將核查現(xiàn)場的數(shù)據(jù)錄入模塊，包括企業(yè)信息、書面資料、生產(chǎn)信息、源頭控制信息、工藝過程及無組織排放管控信息、末端治理信息、監(jiān)測監(jiān)控水平信息和環(huán)境管理水平信息。在數(shù)據(jù)錄入過程中，系統(tǒng)會對輸入的信息進行實時驗證，確保數(shù)據(jù)的格式正確、內(nèi)容完整。例如，排放量字段應只接受數(shù)字輸入，如果錄入的數(shù)據(jù)不符合要求，系統(tǒng)會提示用戶進行修正。

補錄數(shù)據(jù)：在現(xiàn)場核查過程中，核查人員可能由于時間限制或其他因素，無法立即完整錄入所有數(shù)據(jù)，因此會優(yōu)先記錄關鍵數(shù)據(jù)，而將次要數(shù)據(jù)通過拍照等方式保存，后續(xù)通過補錄數(shù)據(jù)模塊補充數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)的完整性。核查人員登錄系統(tǒng)后，打開數(shù)據(jù)補錄模塊，補錄數(shù)據(jù)包括企業(yè)信息、書面資料、生產(chǎn)信息、源頭控制信息、工藝過程及無組織排放管控信息、末端治理及企業(yè)排放信息、監(jiān)測監(jiān)控水平信息和環(huán)境管理水平信息。可根據(jù)需求選擇其中的某些模塊進行補錄。

審核數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)審核員對提交的數(shù)據(jù)進行審查和確認，確保所有數(shù)據(jù)都是經(jīng)過驗證的。審核員須確認錄入數(shù)據(jù)是否完整，包括排放量、排放時間、排放方式等關鍵信息。該模塊首先提供一個待審核數(shù)據(jù)列表，列出所有待審核的數(shù)據(jù)記錄。審核人員登錄系統(tǒng)后，點擊進入每一條數(shù)據(jù)記錄的詳細頁面，查看包括排放量、排放時間等在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括文字、數(shù)字以及附件等。審核人員須執(zhí)行審核操作，審核的選項包括通過審核、退回修改和拒絕提交。對于需要修改的數(shù)據(jù)，審核人員須提供具體的修改建議。審核人員根據(jù)標準對數(shù)據(jù)進行審核，并給出審核結(jié)果。

數(shù)據(jù)分析：對已審核的數(shù)據(jù)進行處理和分析。在該模塊中，首先對數(shù)據(jù)進行匯總分析，通過使用echarts庫編程將污染物排放總量、排放強度、排放趨勢以折線圖、柱狀圖等形式進行展示。同時對比不同企業(yè)之間、不同地區(qū)之間以及不同時間段內(nèi)的污染物排放狀況，以便發(fā)現(xiàn)潛在問題。系統(tǒng)允許用戶自定義報表，可以指定報表的內(nèi)容、格式以及展示方式，系統(tǒng)根據(jù)特定的需求生成專屬的分析報告。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 開發(fā)工具

系統(tǒng)采用.NET Core作為開發(fā)框架，.NET Core是一個開源的、跨平臺的開發(fā)框架，它提供了強大的性能和靈活性，非常適合構(gòu)建現(xiàn)代化的應用程序[8]。系統(tǒng)選用.NET Core框架，既確保了系統(tǒng)的高效與安全，又能實現(xiàn)跨平臺的無縫運行，極大簡化了部署與維護工作。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方面，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫，其成熟穩(wěn)定的性能和強大的數(shù)據(jù)管理功能能夠滿足系統(tǒng)需求。為實現(xiàn)對象關系映射，系統(tǒng)選擇Sqlsuger作為ORM 框架[9]。Sqlsuger ORM 框架簡化了數(shù)據(jù)庫操作，提高了開發(fā)效率。前端開發(fā)方面，前端采用ASP.NET Core MVC 框架和Pear Admin后臺框架，結(jié)合兩者優(yōu)勢，可快速構(gòu)建美觀易用的用戶界面[10]。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

3.2.1 登錄界面

登錄模塊是系統(tǒng)安全性的第一道屏障，登錄模塊的核心在于確保只有經(jīng)過驗證的用戶才能訪問系統(tǒng)資源，系統(tǒng)登錄界面如圖3 所示。系統(tǒng)采用JWT（JSON Web Token） 作為用戶身份的傳遞和驗證機制，結(jié)合Asp.Net Core的身份認證和授權(quán)系統(tǒng)，實現(xiàn)登錄功能。當用戶輸入用戶名和密碼并提交登錄請求時，系統(tǒng)首先會驗證用戶名和密碼。如果驗證通過，生成JWT token，然后系統(tǒng)將JWT token發(fā)送回客戶端。客戶端在后續(xù)請求中攜帶JWT token，系統(tǒng)通過驗證to?ken來確認用戶身份。登錄模塊通過Asp.Net Core的身份認證和授權(quán)系統(tǒng)，實現(xiàn)了對系統(tǒng)資源的有效保護。關鍵代碼如圖4所示，通過Asp.Net Core中提供的中間件的方法addAuthentication（）實現(xiàn)對身份驗證服務的配置。

3.2.2 數(shù)據(jù)模塊

數(shù)據(jù)模塊主要包括添加數(shù)據(jù)、補錄數(shù)據(jù)、審核數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)列表和數(shù)據(jù)分析。各個模塊分別實現(xiàn)對生產(chǎn)信息、源頭控制信息、工藝過程和無組織排放、末端治理、監(jiān)測監(jiān)控水平以及環(huán)境管理水平數(shù)據(jù)的添加、補錄、審核和分析。

在開發(fā)過程中，首先從數(shù)據(jù)模型設計著手，采用關系型數(shù)據(jù)庫SQL Server構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)。在架構(gòu)中，每個數(shù)據(jù)模型被細化為多個實體，如企業(yè)信息、生產(chǎn)信息等，每個實體都對應一個數(shù)據(jù)庫表，通過表結(jié)構(gòu)來保證數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化和規(guī)范化存儲。

在界面設計方面，為提升用戶體驗，系統(tǒng)開發(fā)了一個直觀、易用的數(shù)據(jù)錄入與編輯界面。該界面不僅注重直觀性，確保用戶能夠快速理解并操作，還強調(diào)響應性，能夠在用戶輸入數(shù)據(jù)時提供即時的驗證反饋。此外，界面設計的靈活性允許用戶根據(jù)實際需求錄入不同類型的數(shù)據(jù)，如文本、數(shù)字、日期等，從而滿足多樣化的數(shù)據(jù)錄入需求。

在數(shù)據(jù)驗證與處理方面，系統(tǒng)采取嚴格的數(shù)據(jù)驗證策略。前端驗證機制在用戶輸入過程中實時檢查數(shù)據(jù)的格式和內(nèi)容，后端驗證則進一步確保提交的數(shù)據(jù)滿足業(yè)務規(guī)則和數(shù)據(jù)庫約束。數(shù)據(jù)清洗和轉(zhuǎn)換過程對不符合要求的數(shù)據(jù)進行修正，以保證數(shù)據(jù)的準確性和一致性。

數(shù)據(jù)存儲與持久化通過Sqlsuger實現(xiàn)，這種方式不僅簡化了數(shù)據(jù)操作，還提高了數(shù)據(jù)的安全性。業(yè)務邏輯的實現(xiàn)依賴于.NET Core框架，通過RESTful API 接口提供數(shù)據(jù)的接收、處理和存儲服務。接口的設計充分考慮了系統(tǒng)的可擴展性和可維護性，為未來的系統(tǒng)升級和功能擴展提供了便利。其中數(shù)據(jù)錄入界面如圖5、圖6所示，數(shù)據(jù)補錄界面如圖7所示，數(shù)據(jù)審核界面如圖8所示。

4 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)在測試過程中使用了多種測試方法，包括黑盒測試、白盒測試、集成測試和功能測試等多種策略，全面評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。功能測試著重于數(shù)據(jù)錄入、驗證、編輯和刪除等操作的準確性。例如，在對新增數(shù)據(jù)模塊進行數(shù)據(jù)錄入測試時，模擬用戶錄入各種類型的數(shù)據(jù)，包括必填項和非必填項，驗證系統(tǒng)是否能夠正確接收和存儲數(shù)據(jù)。性能測試主要測試系統(tǒng)在高負載和大數(shù)據(jù)量下的響應時間和穩(wěn)定性。安全性測試則測試用戶身份驗證和數(shù)據(jù)保護的有效性，穩(wěn)定性測試須測試系統(tǒng)的恢復能力和日志記錄的完整性。測試結(jié)果如表1所示。

通過對測試結(jié)果的分析，系統(tǒng)完善了數(shù)據(jù)驗證規(guī)則，增加了異常數(shù)據(jù)測試用例，并通過引入緩存機制和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫查詢來改善高負載情況下系統(tǒng)響應時間的延遲。安全性測試表明用戶身份驗證機制有效，但須定期更新密碼策略并加強用戶安全教育。穩(wěn)定性測試發(fā)現(xiàn)部分日志記錄不完整，已通過優(yōu)化日志記錄機制確保關鍵信息的完整記錄。未來將繼續(xù)關注這些改進措施的效果，并持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。

5小結(jié)

本文設計并實現(xiàn)了一套基于.NET Core的VOCs重點企業(yè)污染物排放監(jiān)管系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用分層架構(gòu)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)錄入、審核、分析和展示等核心功能，并通過測試驗證其功能性和可靠性，可有效提升VOCs重點排放企業(yè)的數(shù)字化監(jiān)管水平。在未來的研究中，將繼續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)性能，提升大數(shù)據(jù)處理能力，并集成人工智能分析算法，進一步提高VOCs重點企業(yè)污染物排放監(jiān)管系統(tǒng)的實用性和高效性，為環(huán)境保護工作提供更強大的技術(shù)支持。