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上海市工业区大气污染预警监测信息平台研究与设计

2018-07-18 09:30:18 

根据上海市工业区大气污染排放特征,在构建大气特征污染监控网络的基础上,搭建了工业区大气污染预警监测信息平台,并研究了适用于大气特征污染自动站的通信传输规范,确保数据联网和应用。平台设置了大气质量监、大气数据管理、污染源一厂一档、大气质量分析评价、污染源溯源分析、应急监测数据管理、智能移动终端查询等7个子系统,可为上海市工业区大气污染预警和管控提供实时监测数据。

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近年来,我国工业产业发展迅速,工业集中化程度逐步提高,工业区数量迅速增加。目前,产业基地、开发区、工业园区的体系化发展已成为主流趋势。工业区在产生巨大经济收益的同时,其大气污染物排放也带来了包括恶臭和大气复合污染在内的一系列问题。上海市作为全国工业发展的主导城市之一,工业园区数量、规模巨大,大气污染隐患是人们关注的重点。为有效控制工业区大气污染,加强全市各类工业区的大气污染排放监控,在重点工业区、大气污染投诉居民集中区(即工业区周边区域)建立特征污染因子专业监测网,最终形成高效的预警监测信息平台是必经之路。通过监测网和信息平台的有效监控,为处理周边居民投诉、突发性污染事故预警及源追踪等环境管理工作提供技术依据,这也是摸清工业区排放对环境质量的影响和工业区环境综合整治效果评估的关键。

1大气污染预警监测信息平台

1.1信息平台关键要求和建设目标

大气污染预警监测信息平台是基于监控网集成的数据,将监测数据、仪器信息实时传输和储存,并以多种呈现方式展示,从而将监测数据信息化管控的平台。优质的大气监测系统应集系统集成化、传输高效化、响应快速化、数据整合化、预警反控化等优点于一身,并通过功能齐全、脉络清晰的信息平台统筹控制。

1.2信息平台发展局限

大气污染监测系统发展至今,国内外建成了众多特点不一的信息平台。就国内现状而言,多数监测系统仍存在着数据量过小或数据重合,数据整合、传输、呈现形式单一,数据有效率过低,系统集成化不足,平台功能模块不清晰等问题。信息平台发展的局限性主要体现在以下几个方面:①数据传输、呈现,指监测数据上传至信息平台并呈现。虽然使用的数据接口类型众多,但常常仅使用1种固定式传输方式,效率受限。②数据有效率,指监测数据的有效性覆盖率。多数平台缺乏合理的数据审核、剔除机制和数据管理机制,数据捕集率低于90%,有效率低于75%。③设备反控,指经信息平台监察和反控监测设备。平台和在线监测设备无法形成有效监察和联动,可反控率不到10%,大部分仍处于人工控制阶段。④系统集成化,指监测因子、监测手段和设备等集成。集成化程度较低,在各检测因子监测手段的定位、互补、联动集成化方面缺乏系统化设计。⑤突发响应度,指监控系统对突发事件的响应效能。多数信息平台的预警、响应机制存在缺陷,缺乏自动报警功能,预警机制单一,响应速度过慢。

1.3国内外发展现状

国内外工业集中区的大气污染监测系统经历了从初期缺乏系统建设规划、监测因子代表性不足、信息共享度低、管理规范不足和数据处理功能欠缺到现今自动化、智能化和信息化的发展历程,如美国德克萨斯州的休斯敦区域监测网,加州旧金山湾区、纽约等地的自动站,我国台湾地区六轻工业区、宁波镇海和上海市的大气监测网等诸多探索。其中,休斯敦区域监测网集成了多台监测仪器,并于平台中设置了多种数据评估模块;六轻工业区监测网则实现了几乎所有监测设施的即时反控,以及运维中仪器的实时掌控。

总体而言,优秀的工业区大气污染预警监测信息平台具备以下特点:①高度集成化,规划全面的监测系统可集成色谱仪器、质谱仪器、光学仪器、传感器等近10种不同原理、功能互补、不同型号的监测仪器于一体,确保数据全面、准确;②数据整合化,监测系统能获取全面、海量的数据,以供污染趋势和污染状况评估,并可将不同区域和类型的数据整合评估;③传输高效,设置相对统一的工控接口和适宜各种情形的多种传输方式,保证数据传输效率最大化;④即时反控、响应,通过远程仪器反控和客户端自动化预警信息,消除人工操控的滞后性,降低监控网络运维成本,提高工作效率。

2上海市工业区大气污染预警监测信息平台建设

针对上海市工业区大气污染监控需求和监测网络存在的问题,提出搭建统一、针对性强的工业区大气自动监控和管理应用平台,实时掌控大气质量变化及主导污染因子、浓度、源等信息,有效管控市区大气污染问题

2.1信息平台建设目标

旨在提高工业区大气污染的信息化管理水平,改善大气环境质量,其建设目标包括:①整合工业企业污染源信息、在线监测数据、污染源普查数据,实现环境污染风险预警、溯源和环境监管;②集环境监测数据在线监控系统、GIS地理信息管理系统、环保部门办公自动化系统于一体,实现硬件和软件的高效整合;③为环境管理部门提供集监测、科研和业务化于一体的综合信息展示平台,为制定经济、有效的大气环境污染治理策略提供数据支持。

2.2自动监控系统结构与功能

自动监控系统的结构主要包括自动监测站、传输网络和监控中心3个部分。其中,自动监测站包括自动监控设备、网络设备、环境条件保障设施等;传输网络将现场采集的数据由通信网络传输至监控中心;监控中心则向各自动监测站发布监测和通信命令,收集并处理监测数据,同时实施监督或控制,保证系统稳定运行。

针对现有监测系统的缺陷,借鉴国内外已建优秀系统的经验,从设备数据采集、数据审核、统计分析、运维管理、污染源整合、预警预测、GIS应用、移动端应用等8个方面完善信息平台,建立上海市工业区大气环境质量自动监控系统。该系统包括工业区空气质量监控子系统、应急监测数据管理子系统、工业区大气数据管理子系统、污染源一厂一档子系统、空气质量分析评价子系统、污染源溯源分析子系统和智能移动终端查询子系统,具备数据采集、数据传输、数据查询、仪器反控、监控报警、数据导出、各类特征因子接入、工业区大气质量自动站整合、监测点地图定位等功能。系统在实际运行中,工业区、超级站、交通站等大气数据和仪器数据将统一采集,严格按规范上传至上位机平台,实现不同区域的监测站数据一体化存储、共享和管控。管理人员通过信息平台,实现数据的查询、导出、仪器反控,以及监测点地图信息调取。报警单元在数据信息超出设定值时,以短信、邮件、声音等方式自动报警。系统实现了工业区空气污染监测从前端采样和仪器测定、监测数据的分析管理、企业信息记录和溯源评估,到最终为应急管理提供技术支撑等各个阶段的有机整合,达到了快速、准确、智能的目的。

3信息平台通信传输规范及设计

信息平台通信传输规范及设计遵循以下基本原则:充分考虑技术先进性;规范指标与平台无关性;规范具有可扩展性;规范具有实用性、可操作性和兼容性。信息平台通信接口、通信流程、监测因子编码等定义主要参考相关标准。

3.1通信传输网络

通过比较GPRS、ADSL、CDMA,以及PSTN、短消息数据通信等的性能特点,综合考虑各地技术条件的差异,以一种或几种数据传输方式并存的模式构建自动监控系统数据传输网络,实现全市范围内的监测数据资源共享、数据交换和相互操作。

3.2通信协议

3.2.1协议层次
数据传输通信协议对应于ISO/OSI定义的7层协议的应用层,在基于不同传输网络的自动监测站与监控中心之间提供交互通信,其结构见图1。应用层依赖于所选用的传输网络,数据通信在选定的传输网络上进行。当基础传输层建立后,整个应用层的协议与具体传输网络无关,适用于所有通信介质。

3.2.2通信协议确立

通信协议旨在确定全市环境质量监控系统的数据通信网络应建立于何种协议,以及监测信息传输的支撑环境,保证各监控系统用户的互联。信息平台通信协议的制定是在通信网络和通信平台已确定的基础上,参照国家标准数据包的格式完成。其主要内容包括:梳理适宜保留的内容;剔除不适用于环境质量方面的内容;增加与上传数据异常状态、提取仪器状态、提取校准数据等相关的命令。通信协议数据结构见图2,协议要求所有的通信包均由ACSII码字符组成(CRC校验码除外)。

4结语

工业区的规模化和集约化给城市大气环境质量带来了巨大压力和潜在问题。上海工业区数量较多,污染特征明显,迫切需要建立大气污染预警监测信息平台。

(1)根据上海市工业区大气污染的排放特征和影响,通过构建工业区大气特征污染监控网络,搭建了工业区大气污染预警监测信息平台,实现了监测数据的有机整合和多元呈现。

(2)立足管理和系统化需求,设计了工业区大气污染物监控信息化平台,研究了适用于工业区大气自动站及其他环境监测站的通信传输规范,确保数据的联网和应用。

(3)工业区大气污染预警监测信息平台具有实时性强、准确度高、响应能力强、智能反控化等特点,具备实时采集、传输、分析数据等多项功能,可即时呈现大气环境质量,为区域大气污染治理、政府决策和突发事件控制等提供有效的数据支撑。

来源:环境监测管理与技术

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