硅谷杂志：环境空气实时监测系统的设计 |
| 2013-01-07 11:41 作者：王蕾 崔俊峰 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第21期刊文称，设计一套集空气质量参数实时采集、数据智能分析、基于WEB技术动态展现为一体的环境空气实时监测系统，该系统实现对环境空气质量数据与仪器运行状态参数的实时在线连续监测，对监测数据进行实时传输，自动生成数据报表并及时对故障与异常数据进行短信报警，同时动态显示环境空气监测数据与污染指数。
1概述
环境监测是指连续或者间断地测定环境中污染物浓度，进而观察、分析其变化及对环境影响的过程。只有以空气污染源监测、环境空气质量监测为中心任务，建立先进的环境空气监测预警系统，才能为环境监测体系提供有力的技术支撑，改善城市环境的科学决策提供支持。
针对上述要求，以吉林市市区为监测目标设计环境空气实时监测信息系统，通过该系统可有效的提高现有环境空气监测系统的自动监测能力，实现环境空气质量监测数据的实时传输、报告与分析，实现环境监测设备运行状况的在线连续监测，及时发现设备运行问题并有效处理，保障环境空气监测系统的连续稳定运行。
2系统的功能设计
构建环境空气实时监测信息系统，实现对环境空气质量（对空气监测的常规指标为SO2、NO2、PM10）监测数据的实时传输和监测仪器运行状态的实时监控，在发生监测数据异常和监测仪器运行故障时自动进行报警；通过相应公式计算得出空气污染指数，判断出环境空气污染级别和主要污染物，评估环境空气质量，最终生成日报、月报、季报以及年报，以便在中心站信息平台中以各种图表形式直观、动态、实时地显示出来，并向相关领导和部门上报相应数据统计报表。
环境空气实时监测信息系统包含两个方面：
2.1中心站信息平台
中心站安装一台专用服务器（Linux服务器）存储各子站监测数据，中心站计算机通过网络调取服务器数据实时显示在大屏幕上，同时在局域网中经授权后均可观看数据情况。中心站监控程序能够对子站监测数据、网络连接状况、子站站房环境自动分析判断，并根据实际情况通过短信报警和屏幕声光显示等方式分别报告到管理员、故障处理员，并将警报内容、警报级别、警报时间存入对应数据库，以备复查。对于可忽略错误由管理员授权给予关闭一段时间。
中心站信息平台主要包含如下功能：
1）子站实时监测功能：中心站信息平台实时分析各子站数据采集设备通过VPN网络上报的环境空气监测数据、仪器运行状态、子站内部环境状况、网络连接状态等。对空气环境质量数据及监测仪器运行状态数据设置阀值，在设定的时间范围内对超出阀值的次数进行累计，一旦发现监测数据超出设定的累计次数时，立即通过中心站信息平台实时显示对应报警信息及相应处理方案，并发送报警短信提示仪器维护人员及时响应。
2）监测数据统计功能：中心站信息平台每日定时根据监测数据统计运算吉林市当日空气空气污染指数，并判断当日环境空气中首要污染物，进而得到当日环境空气质量状况和生成当日环境空气质量日报，经工作人员审核合格后以短信形式发送到站内领导和相关人员手机中，同时上报到国家总站、省站和媒体。中心站信息平台中预留空气质量预报信息接口，以便将来开展空气质量预报后能够将之纳入到信息平台当中。中心站信息平台可根据每日监测数据的实时变化自动生成各个污染物的监测浓度日变化曲线、月变化曲线和年度变化曲线，并根据实际要求绘制成各子站的同一污染物参数的日、月、季、年比较曲线，不同功能区的污染物参数的日、月、季、年比较曲线。
3）监测仪器管理功能：中心站信息平台每日定时生成各子站仪器信息统计报表，对异常数据和仪器状态做出标示，工作人员根据报表情况对子站仪器设备进行校准、维护、检修、更换等，避免仪器设备异常运行影响监测数据的准确性。对监测仪器校准、维护、检修次数进行记录，统计监测仪器的故障率、不同运行环境下的安全运行时间等相应参数，为提前安排仪器维护维修的备品备件提供支持。
4）远程管理功能：中心站信息平台开放相应远程操作权限，工作人员可以通过3G手机网络或其它宽带联接方式登录服务器，以对中心站信息平台做远程管理维护。中心站信息平台还允许工作人员登录到子站相应仪器操作界面，开启远程校零、校标，并自动生成校准报表记录入数据库，以备维护仪器查询使用。
2.2子站数据采集模块：
子站数据采集模块通过模拟量和数字量连接方式连接监测仪器，并实时采集各污染物监测数据，采集数据通过VPN网络传送到中心站服务器数据库中，同时预留视频监控接口以及O3、CO和气象5参数等仪器接口，以便以后安装视频监控备和O3、CO及气象5参数的监测设备。
3系统的关键技术
1）基于VPN通信技术，以XML文件的形式发送到中心站服务器端。
交换数据文件采用XML标准格式，由声明部分和包体部分组成，如下图1所示：
声明 包体
图1XML数据文件格式
①声明部分声明数据交换数据文件符合XML1.0规范，文字编码采用GB2312标准。使用XML语言表述如下：
<?xmlversion="1.0"encoding="GB2312"?>
②包体部分包体部分由报文头和交换内容组成，交换内容由多条交换记录组成。交换内容的描述根据数据包类型的不同具有不同的组成和描述方法。包体组成如下图2所示：
报文头 数据记录1 。。。。。 数据记录n
数据项1 。。。。。。 数据项n
图2包体部分组成
包体部分的所有内容放置在标记<Body>…</Body>之间。数据包描述中的所有内容放置在标记<Head>…</Head>之间。所有的交换内容放置在标记<Data>…</Data>之间。每一条交换记录放置在标记<Item>…</Item>之间。
2）采用C/S与B/S相结合的系统模式。
要使中心站能以网页的形式浏览子站监测端的数据、图像等，采用B/S结构己能充分满足要求，如仍采用分布式监测系统通常使用的C/S结构，则易造成资源浪费和软件的重复开发。而由于在现场监测端与监测中心的数据采集服务器间需要复杂的数据采集、计算和处理等工作，采用C/S结构非常有效，如使用B/S结构则无法满足要求。故本信息平台采用C/S、B/S相结合的方式，如图3所示。
图3C/S与B/S结合系统模式
4结束语
本系统综合利用计算机、数据库、Internet、VPN等技术实现监测信息从收集、处理、分析到发布的整个管理过程，可以达到环境质量信息实时查询、站内业务管理、领导远程监测的目标，并在Internet上动态发布环境质量、环境监测和污染源监测信息，为环境监测站管理业务提供了科学的依据和手段。
吉林市科技局科技支撑计划项目：项目编号[201030004]
作者简介：
王蕾（1979-），男，吉林吉林人，硕士，实验师，研究方向：计算机应用技术。 |
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