一、大氣網(wǎng)格化在線(xiàn)監測總體設計
在整個(gè)系統的設計上，在保證效率的前提下，遵循技術(shù)*進(jìn)、分配合理、功能齊全、性能穩定、節約成本的原則，綜合考慮施工、維護及使用操作等因素，預留發(fā)展、增加、改造、完善等因素的擴充余地，并有效融合標準化、模塊化、易用實(shí)用、性能優(yōu)化、可靠穩定等特點(diǎn)。通過(guò)對多個(gè)監測平臺工作內容及專(zhuān)業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步的分析與研究，對比分析國內相關(guān)的研究成果和應用成果，并結合我國國情及相關(guān)部門(mén)的人員規劃，參照頒發(fā)的國家標準及文件，遵照超前性、實(shí)用性、客觀(guān)性相結合，信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)相結合，以及*進(jìn)性與經(jīng)濟性相兼顧，管理手段與應用效果相兼顧的指導思想，zui終設計并開(kāi)發(fā)了該套PC端與移動(dòng)端配套使用、相互共存的大氣網(wǎng)絡(luò )化質(zhì)控平臺。
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設計原則
2.1 *進(jìn)性和成熟性原則
在系統設計時(shí)，將充分應用*進(jìn)和成熟的技術(shù)，提出*進(jìn)合理的功能規劃，保持系統軟硬件及技術(shù)方法、數據管理上的*進(jìn)與成熟，使系統具有較高性能，符合當今技術(shù)的發(fā)展方向，符合未來(lái)的發(fā)展趨勢；同時(shí)保證系統具有較強的可移植性、可重用性，以便在將來(lái)能迅速采用技術(shù)，長(cháng)期保持系統的*進(jìn)性。
2.2 可靠性和穩定性原則
以可靠成熟的軟件產(chǎn)品為基礎，結合具體需求進(jìn)行配置、定制和二次開(kāi)發(fā)的方式進(jìn)行實(shí)施，系統各環(huán)節具備故障分析與恢復和容錯的能力，降低風(fēng)險，以保證項目穩定實(shí)施。系統支持多個(gè)客戶(hù)端（包括移動(dòng)端和PC端）同時(shí)瀏覽、編輯、推送、上傳等與數據庫的交互式操作；當意外事件發(fā)生時(shí)，能通過(guò)快速的應急處理，實(shí)現故障修復，保證數據的完整，避免了重要數據的丟失。
2.3 安全性和保密性原則
系統的安全性和保密性是系統穩定運行的至關(guān)重要因素，因為既要考慮信息資源的充分共享，又要考慮信息的保護和隔離，所以系統在各個(gè)層次對訪(fǎng)問(wèn)都進(jìn)行了控制，將用戶(hù)劃分為多個(gè)角色并設置了嚴格的操作權限，同時(shí)，利用日志系統、備份系統和完善的恢復策略將系統的安全性能和保密性能進(jìn)一步提升。
2.4 可擴展性和易維護性原則
設計系統時(shí)要有一定的前瞻性，需要充分考慮系統升級、修改、擴容、擴充和維護等的可行性，因為隨著(zhù)系統長(cháng)期的使用，數據量也會(huì )逐步增加，因此軟件系統的建設要能夠適應不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)需求，能夠靈活擴充、易于調整，并以較小的代價(jià)升級系統，zui大限度的滿(mǎn)足業(yè)務(wù)的需求。
本系統采用插件化、面向服務(wù)的設計體系，選用符合國際標準的通信協(xié)議和設備技術(shù)參數，使系統的硬件系統、軟件系統、操作平臺之間的相互依懶減至zui小，提供完整的應急預案和恢復預案。同時(shí)，系統還采用容錯或容災配置，對系統可能出現的故障備有完善的處理預案，并配有必要的技術(shù)手段支持。
2.5 經(jīng)濟性和易用性原則
系統具有較好的性?xún)r(jià)比，設計面向實(shí)際，注重實(shí)效，堅持實(shí)用，充分合理利用現有設備和信息資源，幫助用戶(hù)節省投資；同時(shí)，系統具有*的、友好的客戶(hù)化界面，遵循簡(jiǎn)單實(shí)用的原則，操作簡(jiǎn)便，易于使用和推廣，使用戶(hù)能夠快速的掌握方法，無(wú)論是PC端用戶(hù)還是移動(dòng)端用戶(hù)都能有一個(gè)良好的人機交互體驗。
2.6 機動(dòng)性和靈活性原則
作為需要為現場(chǎng)執法任務(wù)提供服務(wù)的系統平臺，機動(dòng)性和靈活性也是不可少的原則，運用PC端與移動(dòng)端相結合的設計，分工合作，在保證安全性的基礎上，提供一定的共享、交互功能。
面對突發(fā)事件，移動(dòng)端用戶(hù)能夠*時(shí)間趕赴現場(chǎng)，有效采集*手資料并分享上傳至PC端，為輔助決策提供依據支撐。
三、設計依據
系統建設嚴格執行系統的標準化和規范化，以保證信息系統工作過(guò)程的規范化和信息系統數據的標準化。所遵從的主要標準有：
《中華人民共和國環(huán)境保護法》
《中華人民共和國大氣污染防治法》
《大氣污染防治行動(dòng)計劃》（國發(fā)〔2013〕37號）
《大氣污染防治目標責任書(shū)》
《國家環(huán)境保護“十二五"科技發(fā)展規劃》（環(huán)發(fā)〔2011〕63號）
《關(guān)于開(kāi)展環(huán)境保護重點(diǎn)城市環(huán)境空氣質(zhì)量預報工作的通知》（環(huán)發(fā)〔2000〕231號）
《污染源自動(dòng)監控管理辦法》（國家環(huán)?？偩至畹?8號）
《國控重點(diǎn)污染源自動(dòng)監控能力建設項目建設方案》（國家環(huán)?？偩趾痆2007]241號
《污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控信息傳輸、交換技術(shù)規范》（HJ/T355-2007）
《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095-2012）
《污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控（監測）系統數據傳輸標準》（HJ/T212-2005）
《環(huán)境污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控信息傳輸、交換技術(shù)規范》（HJ/T352-2007）
《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）
大氣網(wǎng)格化在線(xiàn)監測建設內容
大氣網(wǎng)格化平臺是指環(huán)境保護相關(guān)部門(mén)通過(guò)通信傳輸線(xiàn)路與自動(dòng)監控設備鏈接，用于對環(huán)境空氣質(zhì)量等監測項目實(shí)施自動(dòng)監控的軟件和硬件，硬件主要包括子站數采儀、子站VPN、子站交換機、數據庫服務(wù)器、VPN、機柜等；軟件部分包括兩個(gè)平臺，PC端平臺和移動(dòng)端平臺。
4.1 平臺整體規劃
根據大氣網(wǎng)格系統建設的總體目標及任務(wù)要求，系統劃分為2 個(gè)平臺，共包含10個(gè)子系統（信息管理子系統、任務(wù)管理子系統、移動(dòng)辦公終端、考核評價(jià)子系統、統計分析子系統、用戶(hù)/權限管理子系統、運維管理子系統、地理位置服務(wù)子系統、發(fā)布系統、環(huán)境移動(dòng)執法子系統），其體系結構如圖所示。
4.2 信息管理子系統
信息管理子系統是大氣網(wǎng)格平臺的核心模塊之一，它攘括了平臺中所有監測類(lèi)型的小系統，如微型空氣站系統、油煙監測系統，揚塵監測系統等，每個(gè)小系統中又包含數據采集、數據查詢(xún)、站點(diǎn)排名、數據修約、超標排名、預報預警等多種功能，為環(huán)境管理者對環(huán)境空氣質(zhì)量變化情況的掌握提供了便利條件。
系統建設充分考慮可拓展性原則，為未來(lái)數據接入預留足夠的接口，在不用對系統做任何更改的情況下，可以自由增加監測站點(diǎn)數據資源，能夠與擴展的監測站點(diǎn)進(jìn)行無(wú)障礙對接。系統建設完成后，具有以下功能特點(diǎn)：
（1）數據采集
人工設置一定的數據接收時(shí)間間隔后，系統自動(dòng)按照設定的接收頻率采集各類(lèi)監測數據，包括分鐘、小時(shí)監測數據以及狀態(tài)數據、設備參數等，過(guò)程中無(wú)需人工干預，全天自動(dòng)采集。
（2）數據查詢(xún)
系統接收實(shí)時(shí)監測數據的同時(shí)，將采集的大量數據統一存儲到本地數據庫中，并實(shí)現數據備份功能，方便用戶(hù)根據實(shí)際需要進(jìn)行歷史數據的查詢(xún)。
站點(diǎn)排名
系統可根據用戶(hù)的需求對接收的各站點(diǎn)的數值信息進(jìn)行排名，包括各監測指標的小時(shí)區間、日區間等時(shí)間段的站點(diǎn)數據排名。
數據修約
系統傳輸過(guò)程中，針對各項數據進(jìn)行自動(dòng)審核，可以預定義數據校驗規則，有效保證數據質(zhì)量，自動(dòng)審核能夠基于《國家空氣監測網(wǎng)監測數據標識體系》對異常數據進(jìn)行篩選剔除。對數據項有效值的上、下限以及表達格式按規范進(jìn)行設置；監測項目的數值間邏輯關(guān)系也是審核的重點(diǎn)，進(jìn)一步校對數據的合理性和準確性。
雖然在自動(dòng)審核的過(guò)程中，系統按照設定程序進(jìn)行數據質(zhì)量的審核，但由于缺乏對整個(gè)運行平臺宏觀(guān)掌控，可能會(huì )將無(wú)效數據標識為有效數據，或將有效數據標識為無(wú)效數據。這時(shí)就需要進(jìn)行人工復審，人工復審就是要實(shí)現數據的第二次過(guò)濾和篩查，通過(guò)對分析儀的運行狀態(tài)、子站維護情況、數采情況、網(wǎng)絡(luò )等信息的了解，來(lái)確定自動(dòng)審核數據的客觀(guān)性和準確度，對自動(dòng)審核誤標識的數據進(jìn)行修約。數據修約需要對數據審核操作進(jìn)行詳細記錄，包括審核人、審核時(shí)間、審核的監測項目、審核所采取的操作等。
（5）超標預警
超標排名和預警報警是系統平臺不能缺少的內容，一旦空氣質(zhì)量狀況出現異常，監測數值出現波動(dòng)時(shí)，系統自行啟動(dòng)超標報警并對超過(guò)兩個(gè)以上的站點(diǎn)進(jìn)行排名。此功能中分數據上下限與預警上下限，數據上下限為數據有效性判定標準值，超過(guò)界限的則被判定為無(wú)效。預警上下限為當監測因子不在設定值范圍內一定時(shí)間之后，則會(huì )自動(dòng)給設定發(fā)送預警提醒信息，保證系統的正常、穩定運行。同時(shí)日報通知將轄區內各個(gè)行政區環(huán)境質(zhì)量指數日均值以短信形式發(fā)送給站點(diǎn)負責人或主管領(lǐng)導，讓環(huán)境管理者及時(shí)掌握環(huán)境空氣質(zhì)量變化情況，在空氣質(zhì)量惡化時(shí)*時(shí)間知道詳細信息。
4.3 任務(wù)管理子系統
在任務(wù)管理子系統中管理員可以對任務(wù)進(jìn)行編輯、下達、查詢(xún)等操作，也可查看任務(wù)的完成狀態(tài)，對任務(wù)進(jìn)行分類(lèi)，并根據重要程度和zui后完成時(shí)間進(jìn)行排序。
同時(shí)，PC端平臺接收到的反饋、舉報或投訴等其他來(lái)源的信息，也能在*時(shí)間推送給相應的移動(dòng)端執法人員，實(shí)現靈活、快捷、高速執法。
4.4 移動(dòng)辦公終端
移動(dòng)辦公終端是移動(dòng)端信息的接收匯總點(diǎn)，包括移動(dòng)端實(shí)時(shí)信息、執法信息、多項預警等功能。
4.4.1 實(shí)時(shí)信息
通過(guò)GIS系統、實(shí)時(shí)定位、軌跡回放等技術(shù)，系統自動(dòng)對移動(dòng)端執法人員上下班打卡以及工作時(shí)間的位置信息進(jìn)行監管，另外可以通過(guò)定位校準執法所在具體位置，方便以后對環(huán)境質(zhì)量的持續監管。
4.4.2 執法信息
接收執法人員上傳的現場(chǎng)執法照片及視頻，了解現場(chǎng)執法任務(wù)完成情況，了解限期整改、限期治理、處罰建議的后續情況，掌握環(huán)境監管的動(dòng)態(tài)信息。
4.4.3 各項預警
通過(guò)系統設置，對執法任務(wù)過(guò)期、審批批復過(guò)期、許可證過(guò)期、許可證年檢過(guò)期、限期治理過(guò)程、限期整改過(guò)程、行政處罰過(guò)期未執行、處罰收費過(guò)期未繳等情況進(jìn)行預警，方便對業(yè)務(wù)進(jìn)行全面的管理。
4.5 考核評價(jià)子系統
根據移動(dòng)端執法人員對任務(wù)完成數、任務(wù)完成率、管轄企業(yè)達標數、管轄企業(yè)達標率、信訪(fǎng)任務(wù)完成率等指標的量化，從工作質(zhì)量和工作成效兩個(gè)方面，系統自動(dòng)按照評價(jià)權值對其工作情況進(jìn)行分析評價(jià)并自動(dòng)輸出考核結果。
4.6 統計分析子系統
統計分析子系統是對各點(diǎn)位監測數據的統計與分析，經(jīng)過(guò)算法運行生成數據模型，實(shí)現系統建模分析的關(guān)鍵功能；同時(shí)，統計支持根據原始值計算分鐘值、小時(shí)值、日報、月報、年報的功能。管理員可以通過(guò)該子系統查看選定點(diǎn)位在某時(shí)間段內的數據統計報表、分析圖（展示支持折線(xiàn)圖、柱狀圖、表格等多種形式）以及首要污染物來(lái)源，系統還支持導出打印功能。
4.7 用戶(hù)/權限管理子系統
用戶(hù)/權限管理子系統就是對用戶(hù)進(jìn)行添加、編輯、刪除等管理。每個(gè)用戶(hù)都會(huì )設定對應的角色，系統對于不同的角色設置了相應權限管理，一個(gè)角色關(guān)聯(lián)了一套操作權限。系統用戶(hù)：擁有系統的所有功能操作權限；管理用戶(hù)：擁有部分業(yè)務(wù)相關(guān)的功能操作權限；普通用戶(hù)：只能進(jìn)行系統中相關(guān)內容的查詢(xún)操作，實(shí)現不同級別操作人員對數據訪(fǎng)問(wèn)范圍和數據讀寫(xiě)性的嚴格控制，建立統一用戶(hù)管理平臺實(shí)現所有用戶(hù)的身份管理，包括用戶(hù)個(gè)人身份信息、角色信息、電子等，同時(shí)執法人員移動(dòng)端平臺登錄的個(gè)人賬號和密碼也由此設定。
4.8 運維管理子系統
系統可以通過(guò)運維管理子系統實(shí)現實(shí)時(shí)監視在線(xiàn)監測儀器工作是否正常，數據上傳是否正常，從而清楚設備的運行狀況及運行進(jìn)度，當前端數據采集設備或儀器出現故障時(shí)，系統自動(dòng)提供報警信息方便站點(diǎn)負責人及時(shí)知曉，并采取相應的解決措施，保證系統的正常、穩定運行。
4.9 地理位置服務(wù)子系統
地理位置服務(wù)子系統是在整合地理信息數據和環(huán)境監測數據的基礎上，將傳統的靜態(tài)記錄以多樣化的地圖形式展現給用戶(hù)。通過(guò)地理位置服務(wù)子系統的可視化地圖展示，實(shí)現大氣網(wǎng)格化監測系統發(fā)布平臺和手機APP按地理位置進(jìn)行顯示和查詢(xún)，可以幫助環(huán)保部門(mén)工作人員直觀(guān)地獲取環(huán)境要素的空間分布，以及各要素間的空間關(guān)系等信息。
在系統前端界面上，顯示各監測、監控點(diǎn)位置分布狀況，并對各監測監控點(diǎn)實(shí)施監控，實(shí)現在線(xiàn)監測數據的實(shí)時(shí)刷新、臨界提示、超標報警。實(shí)時(shí)調用刷新現在在線(xiàn)監控監測數據。用戶(hù)可以通過(guò)空氣質(zhì)量的查詢(xún)定位后，直接查看與監測項目相關(guān)的監測數據。
GIS用戶(hù)通過(guò)部署一個(gè)集中式的GIS服務(wù)器在大型組織之內以及Internet的用戶(hù)之間發(fā)布和共享地理信息。服務(wù)端的GIS軟件適用于任何集中執行GIS計算，并計劃擴展支持GIS數據管理和空間處理的場(chǎng)合。除了為客戶(hù)端提供地圖和數據服務(wù)，GIS服務(wù)器還在一個(gè)共享的中心服務(wù)器上支持GIS工作站的所有功能，包括制圖，空間分析，復雜空間查詢(xún)，高級數據編輯，分布式數據管理，批量空間處理，空間幾何完整性規則的實(shí)施等等。
本項目地圖采用baidu開(kāi)源地圖數據，系統內所有監測點(diǎn)位按所屬行政區域進(jìn)行歸類(lèi)和展示，并通過(guò)系統配置經(jīng)緯度計算坐標體系內所在位置顯示；地圖支持矢量、衛星、三維相互切換來(lái)展示監測儀器及移動(dòng)端執法人員的位置。
4.10 發(fā)布系統
系統自動(dòng)將接收到的實(shí)時(shí)監測數據上傳至移動(dòng)端、PC端以及監測終端，方便相關(guān)人員的查看。PC端和移動(dòng)端人員均可在界面首頁(yè)中點(diǎn)擊想要查詢(xún)的站點(diǎn)，即可得到實(shí)時(shí)信息，監測終端可在LED屏或設備自帶的可觸摸屏上直接查看。
4.11 環(huán)境移動(dòng)執法子系統
環(huán)境移動(dòng)執法子系統為手機版發(fā)布系統，是指智能手機客戶(hù)端程序和數據。系統支持Android、IOS等主流的手機操作系統，界面簡(jiǎn)潔、大方，易于操作。系統結合地理位置服務(wù)子系統，實(shí)時(shí)發(fā)布各個(gè)監測站點(diǎn)的監測因子小時(shí)濃度值及滑動(dòng)平均值，并自動(dòng)繪制過(guò)去24小時(shí)的濃度曲線(xiàn)圖。發(fā)布各監測站點(diǎn)的監測站點(diǎn)信息、環(huán)境質(zhì)量AQI、首要污染物、指數類(lèi)別以及多項排名信息，不僅可以查看實(shí)時(shí)數據，還可以查詢(xún)歷史數據。按照《HJ633-2012環(huán)境質(zhì)量指數(AQI)技術(shù)規定》，根據環(huán)境質(zhì)量AQI進(jìn)行顏色標識。
系統在智能手機里，安裝專(zhuān)門(mén)定制的程序，實(shí)現責任人實(shí)時(shí)定位，接收環(huán)境監督任務(wù)，環(huán)境管理現場(chǎng)業(yè)務(wù)的執行、監管，并通過(guò)系統將靈活表單、現場(chǎng)拍照、視頻等執法信息上傳，同時(shí)滿(mǎn)足對環(huán)境管理全覆蓋的信息以及常規法律、環(huán)保知識等信息的查詢(xún)功能。
