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當前位置:首頁 » 行業動態 » 上海市工業區大氣污染預警監測信息平臺研究與設計

根據上海市工業區大氣污染排放特征,在構建大氣特征污染監控網絡的基礎上,搭建了工業區大氣污染預警監測信息平臺,并研究了適用于大氣特征污染自動站的通信傳輸規范,確保數據聯網和應用。平臺設置了大氣質量監、大氣數據管理、污染源一廠一檔、大氣質量分析評價、污染源溯源分析、應急監測數據管理、智能移動終端查詢等7個子系統,可為上海市工業區大氣污染預警和管控提供實時監測數據。

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近年來,我國工業產業發展迅速,工業集中化程度逐步提高,工業區數量迅速增加。目前,產業基地、開發區、工業園區的體系化發展已成為主流趨勢。工業區在產生巨大經濟收益的同時,其大氣污染物排放也帶來了包括惡臭和大氣復合污染在內的一系列問題。上海市作為全國工業發展的主導城市之一,工業園區數量、規模巨大,大氣污染隱患是人們關注的重點。為有效控制工業區大氣污染,加強全市各類工業區的大氣污染排放監控,在重點工業區、大氣污染投訴居民集中區(即工業區周邊區域)建立特征污染因子專業監測網,最終形成高效的預警監測信息平臺是必經之路。通過監測網和信息平臺的有效監控,為處理周邊居民投訴、突發性污染事故預警及源追蹤等環境管理工作提供技術依據,這也是摸清工業區排放對環境質量的影響和工業區環境綜合整治效果評估的關鍵。

1大氣污染預警監測信息平臺

1.1信息平臺關鍵要求和建設目標

大氣污染預警監測信息平臺是基于監控網集成的數據,將監測數據、儀器信息實時傳輸和儲存,并以多種呈現方式展示,從而將監測數據信息化管控的平臺。優質的大氣監測系統應集系統集成化、傳輸高效化、響應快速化、數據整合化、預警反控化等優點于一身,并通過功能齊全、脈絡清晰的信息平臺統籌控制。

1.2信息平臺發展局限

大氣污染監測系統發展至今,國內外建成了眾多特點不一的信息平臺。就國內現狀而言,多數監測系統仍存在著數據量過小或數據重合,數據整合、傳輸、呈現形式單一,數據有效率過低,系統集成化不足,平臺功能模塊不清晰等問題。信息平臺發展的局限性主要體現在以下幾個方面:①數據傳輸、呈現,指監測數據上傳至信息平臺并呈現。雖然使用的數據接口類型眾多,但常常僅使用1種固定式傳輸方式,效率受限。②數據有效率,指監測數據的有效性覆蓋率。多數平臺缺乏合理的數據審核、剔除機制和數據管理機制,數據捕集率低于90%,有效率低于75%。③設備反控,指經信息平臺監察和反控監測設備。平臺和在線監測設備無法形成有效監察和聯動,可反控率不到10%,大部分仍處于人工控制階段。④系統集成化,指監測因子、監測手段和設備等集成。集成化程度較低,在各檢測因子監測手段的定位、互補、聯動集成化方面缺乏系統化設計。⑤突發響應度,指監控系統對突發事件的響應效能。多數信息平臺的預警、響應機制存在缺陷,缺乏自動報警功能,預警機制單一,響應速度過慢。

1.3國內外發展現狀

國內外工業集中區的大氣污染監測系統經歷了從初期缺乏系統建設規劃、監測因子代表性不足、信息共享度低、管理規范不足和數據處理功能欠缺到現今自動化、智能化和信息化的發展歷程,如美國德克薩斯州的休斯敦區域監測網,加州舊金山灣區、紐約等地的自動站,我國臺灣地區六輕工業區、寧波鎮海和上海市的大氣監測網等諸多探索。其中,休斯敦區域監測網集成了多臺監測儀器,并于平臺中設置了多種數據評估模塊;六輕工業區監測網則實現了幾乎所有監測設施的即時反控,以及運維中儀器的實時掌控。

總體而言,優秀的工業區大氣污染預警監測信息平臺具備以下特點:①高度集成化,規劃全面的監測系統可集成色譜儀器、質譜儀器、光學儀器、傳感器等近10種不同原理、功能互補、不同型號的監測儀器于一體,確保數據全面、準確;②數據整合化,監測系統能獲取全面、海量的數據,以供污染趨勢和污染狀況評估,并可將不同區域和類型的數據整合評估;③傳輸高效,設置相對統一的工控接口和適宜各種情形的多種傳輸方式,保證數據傳輸效率最大化;④即時反控、響應,通過遠程儀器反控和客戶端自動化預警信息,消除人工操控的滯后性,降低監控網絡運維成本,提高工作效率。

2上海市工業區大氣污染預警監測信息平臺建設

針對上海市工業區大氣污染監控需求和監測網絡存在的問題,提出搭建統一、針對性強的工業區大氣自動監控和管理應用平臺,實時掌控大氣質量變化及主導污染因子、濃度、源等信息,有效管控市區大氣污染問題 。

2.1信息平臺建設目標

旨在提高工業區大氣污染的信息化管理水平,改善大氣環境質量,其建設目標包括:①整合工業企業污染源信息、在線監測數據、污染源普查數據,實現環境污染風險預警、溯源和環境監管;②集環境監測數據在線監控系統、GIS地理信息管理系統、環保部門辦公自動化系統于一體,實現硬件和軟件的高效整合;③為環境管理部門提供集監測、科研和業務化于一體的綜合信息展示平臺,為制定經濟、有效的大氣環境污染治理策略提供數據支持 。

2.2自動監控系統結構與功能

自動監控系統的結構主要包括自動監測站、傳輸網絡和監控中心3個部分。其中,自動監測站包括自動監控設備、網絡設備、環境條件保障設施等;傳輸網絡將現場采集的數據由通信網絡傳輸至監控中心;監控中心則向各自動監測站發布監測和通信命令,收集并處理監測數據,同時實施監督或控制,保證系統穩定運行。

針對現有監測系統的缺陷,借鑒國內外已建優秀系統的經驗,從設備數據采集、數據審核、統計分析、運維管理、污染源整合、預警預測、GIS應用、移動端應用等8個方面完善信息平臺,建立上海市工業區大氣環境質量自動監控系統。該系統包括工業區空氣質量監控子系統、應急監測數據管理子系統、工業區大氣數據管理子系統、污染源一廠一檔子系統、空氣質量分析評價子系統、污染源溯源分析子系統和智能移動終端查詢子系統,具備數據采集、數據傳輸、數據查詢、儀器反控、監控報警、數據導出、各類特征因子接入、工業區大氣質量自動站整合、監測點地圖定位等功能。系統在實際運行中,工業區、超級站、交通站等大氣數據和儀器數據將統一采集,嚴格按規范上傳至上位機平臺,實現不同區域的監測站數據一體化存儲、共享和管控。管理人員通過信息平臺,實現數據的查詢、導出、儀器反控,以及監測點地圖信息調取。報警單元在數據信息超出設定值時,以短信、郵件、聲音等方式自動報警。系統實現了工業區空氣污染監測從前端采樣和儀器測定、監測數據的分析管理、企業信息記錄和溯源評估,到最終為應急管理提供技術支撐等各個階段的有機整合,達到了快速、準確、智能的目的。

3信息平臺通信傳輸規范及設計

信息平臺通信傳輸規范及設計遵循以下基本原則:充分考慮技術先進性;規范指標與平臺無關性;規范具有可擴展性;規范具有實用性、可操作性和兼容性。信息平臺通信接口、通信流程、監測因子編碼等定義主要參考相關標準 。

3.1通信傳輸網絡

通過比較GPRS、ADSL、CDMA,以及PSTN、短消息數據通信等的性能特點,綜合考慮各地技術條件的差異,以一種或幾種數據傳輸方式并存的模式構建自動監控系統數據傳輸網絡,實現全市范圍內的監測數據資源共享、數據交換和相互操作。

3.2通信協議

3.2.1協議層次
數據傳輸通信協議對應于ISO/OSI定義的7層協議的應用層,在基于不同傳輸網絡的自動監測站與監控中心之間提供交互通信,其結構見圖1。應用層依賴于所選用的傳輸網絡,數據通信在選定的傳輸網絡上進行。當基礎傳輸層建立后,整個應用層的協議與具體傳輸網絡無關,適用于所有通信介質。

3.2.2 通信協議確立

通信協議旨在確定全市環境質量監控系統的數據通信網絡應建立于何種協議,以及監測信息傳輸的支撐環境,保證各監控系統用戶的互聯。信息平臺通信協議的制定是在通信網絡和通信平臺已確定的基礎上,參照國家標準數據包的格式完成。其主要內容包括:梳理適宜保留的內容;剔除不適用于環境質量方面的內容;增加與上傳數據異常狀態、提取儀器狀態、提取校準數據等相關的命令。通信協議數據結構見圖 2,協議要求所有的通信包均由 ACSII 碼字符組成( CRC 校驗碼除外) 。

4結語

工業區的規模化和集約化給城市大氣環境質量帶來了巨大壓力和潛在問題 。上海工業區數量較多,污染特征明顯,迫切需要建立大氣污染預警監測信息平臺。

(1)根據上海市工業區大氣污染的排放特征和影響,通過構建工業區大氣特征污染監控網絡,搭建了工業區大氣污染預警監測信息平臺,實現了監測數據的有機整合和多元呈現。

(2)立足管理和系統化需求,設計了工業區大氣污染物監控信息化平臺,研究了適用于工業區大氣自動站及其他環境監測站的通信傳輸規范,確保數據的聯網和應用。

(3)工業區大氣污染預警監測信息平臺具有實時性強、準確度高、響應能力強、智能反控化等特點,具備實時采集、傳輸、分析數據等多項功能,可即時呈現大氣環境質量,為區域大氣污染治理、政府決策和突發事件控制等提供有效的數據支撐。

來源:環境監測管理與技術

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