一、環境空氣質量監測預警預報發布系統系統架構

 
1 系統結構

    空氣質量監測系統采用多層次的系統結構設計，可以對接不同國控，省空，區域等，不同廠家的空氣質量子站相關數據，建立一套完善的、預警、發布的可視化平臺。同時用數據質控，遠程反控、統計分析等信息化手段，幫助環境監測部門及時、全面、準確地掌握本轄區的空氣質量現狀，實現對本轄區監測站點空氣質量進行準確分析，為空氣質量的溯源提供決策平臺。系統通過VPN網絡向上級傳輸實時監測數據，并與其它職能部門的物聯網平臺對接，實現數據資源的互聯共享。
 
2系統邏輯架構

    系統邏輯結構采用四層架構，包括數據采集層、基礎支撐層、數據資源層和應用層。數據采集層實時獲取監測對象的各類原始數據，并將采集到的不同傳輸協議的數據轉換成統一格式上送至監控中心軟件平臺，實現監測結果、設備運行狀態等數據及時自動上報；基礎支撐層處理數據管理與交換業務，包括從監測子站工控機及其它源采集數據，對采集的數據進行存儲、處理、分析以及備份等；數據資源層包括對采集的空氣質量數據和業務應用數據進行分類和管理，為功能展示層提供支持。系統在應用層可以進行空氣質量結果展示、統計分析、預報預警、發布空氣質量實況等。系統邏輯結構如圖所示：
 
 

3．系統網絡部署

（1）可依據電子政務的安全要求，外網可使用PCM安全線路，環保局內部網不與Internet連接。
（2）通過VPN網絡向總站、省站、市站等多級、多個環境監測監控中心轉發環境監測數據，保證數據傳輸的安全性、可靠性。
（3）結合GSM/GPRS無線網，極大的拓展了環境檢測范圍和實現了移動辦公。
（4）數據采集器可選用RS232、RS485（1.2km）、無線數傳（5km）方式通信，降低通信費用。
（5）環境監測站不必和信息中心局域網聯網，可通過接入Internet遠程辦公。
（6）利用信息中心設備的可靠性，監測數據集中存儲，保證了數據的安全性，又可以實現全天候監控。
（7）可通過移動設備（手機、筆記本電腦）使用短信或者GPRS上網方式，進行移動監測。
 

4．系統技術路線

    軟件系統架構以Windows7.Net Server作為網絡平臺，以Microsoft.Net為開發平臺，后臺數據庫可在SQL Server 2008、Oracle8i、DB2間自由掛接，內部架構要采用分層設計、構件化設計，采用TCP和UDP協議，通過Socket等通信技術和服務實現。系統有良好的開放性、集成性、穩定性等諸多優點，是目前*的*基于B/S結構、GIS實時監測、多層分布式的在線監測預報預警系統，客戶端無需安裝、無需配置任何軟件，通過瀏覽器就可以實現全部操作；瘦客戶端設計，無需在客戶端下載任何插件，可以使得系統在窄帶網絡上運行流暢。
環境質量信息實時發布系統移動端應用是環境質量信息發布在移動終端上的延伸實現，方便用戶通過移動互聯網（3G、GPRS等）在智能手機等移動設備上查看當地各個監測站的空氣質量實時數據、歷史趨勢等信息。
 
5．系統接口設計

    系統在接口設計方面主要考慮數據提取與匯交、數據同步、用戶認證以及對外數據交換。本項目采用Web Service接口技術，Web Service可以將運行在Intranet/Internet分布式服務器上的應用集成在一起，使地理上分布在不同區域的計算機和設備協同工作，為用戶提供各種各樣的服務。利用Web Service接口能夠迅速的通過互聯網向用戶提供服務，在廣泛的范圍內尋找可能的合作伙伴。隨著Web Service技術的發展和運用，信息處理活動的重點將從目前的開發和使用應用程序過渡到開發和使用Web Service，Web Service將取代應用程序成為Web上的基本開發和應用實體。作為下一代Web的主流技術，Web Service為真正融入Internet奠定了堅實的基礎。
系統提供與各級環境質量監測系統、環境質量聯網系統等各類監測系統標準接口。整合各類數據，實現環境污染防治的實時監控和預警，滿足人民群眾的環境知情權。

二、建設內容
 
1． 數據接收系統

    數據接收系統主要作用是接收溫濕度、風速風向、氣壓等各類傳感器，SO2、NO2、O3等氣體分析儀和PM2.5、PM10粉塵分析儀等的實時環境空氣質量原始監測數據，其工作原理是：傳感器和分析儀將多路測試信號按序通過接口協議進入無線通訊節點設備DVR的獨立（DTU）傳輸通道，經避雷處理后輸入到單元內數據采集器，采集器將采集的數據經過無線數據傳輸終端通過 TCP/IP 網絡傳入到數據接收系統，數據接收系統將接收到的數據進行解析、存儲及上傳等處理。
 

                           數據接收系統工作原理拓撲圖

    中心接收到相關參數數據，通過后臺監測管理系統進行數據匯總、整理和綜合分析并轉化成詳細信息實時在監測終端或大屏幕上進行顯示，工作人員可以在監控中心或辦公室進行監測，隨時得到即時數據報告，實現遠端無人值守。
    系統提供與市、省、國級環境質量監測系統、環境質量聯網系統等各類監測系統標準接口。整合各類數據，實現環境污染防治的實時監控和預警，為全省乃至全國平臺聯成“一張網”奠定基礎。
    數據接收子系統能實現對大范圍內多級、多層次、多種類環境要素質量進行自動連續在線的實時接收、上傳、審核、備份等功能，在將分布于不同地方的采集設備的監測數據在線接收的同時，能夠通過VPN網絡向總站、省站、市站等多級、多個環境監測監控中心轉發環境監測數據，實現數據采集終端設備之間還能夠相互通信，組織成一個互聯互通的網絡系統，提供了允許支持多種數據傳輸方式、多協議多目標數據通信的高可靠、高可信的數據接收系統。
    數據的上傳將嚴格按照《污染源在線自動監控(監測)系統數據傳輸標準》（HJ/212-2005）和《污染源在線自動監控（監測）數據采集傳輸儀技術要求》（征求意見稿）以及地方數據采集和傳輸協議的相關規定，設定傳輸軟件程序，實現相關監測數據向上級環保部門相應系統的自動上報功能，實現上下級的數據傳輸。
    系統可同時向國家、省、市、縣環保業務部門和多級、多個環境監控中心轉發原始環境自動監測數據，系統中數據在向上傳輸的同時，可將現場的數據通過網絡定期地上傳到監測中心和環境主管部門，實現動態異地數據備份功能。在現場數據遭到破壞的情況下，通過遠程調用備份在監測中心和環境主管部門上的備份數據實現數據恢復功能。系統接收數據包時采用CRC校驗等多種校驗方式，確保了上傳的實時數據的準確性。
    數據接收子系統具有以下功能：
1）數據接收
    根據30秒實時數據，按照所執行的技術標準、規范，自動統計5分鐘及1小時、1日數據平均值，并根據儀器運行狀態與質控執行情況，作出相應的數據狀態標識；同時按照“向上備份”規則及時把監測數據報送到各級監控中心，能夠以word、excel等形式導出。
2）數據上傳
    滿足實時、多點直報的需求，能即時向多個目標直接傳輸數據，同時系統提供兩種上傳方式，自動上傳和手動上傳，用戶設置對應程序后，系統按照設定時間自動上傳采集數據，也可以不定期地通過手動方式批量上傳，傳輸網絡主要利用VPN網絡，用戶通過接入企業內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對整個數據傳送過程進行加密保護，保證數據傳輸的安全性和可靠性。
3）數據存儲
    系統在向上級環保系統傳輸監測數據的同時，將上傳數據統一存儲到中心數據庫中，實現動態異地數據備份功能。還可以人工設置本地數據保存時間，超出設定時間后數據將會自動被清理，避免由于數據快速積累導致內存空間不夠的情況發生。
4）儀器通用智能接入
    實現智能化接口技術，具備快捷接入不同品牌、不同種類、不同監測方法的分析儀器的能力，以實行標準化處理，并保證設備的穩定運行。可同時連接多臺不同的分析儀器，能快速兼容新類型設備，滿足各種測控需求。
5）監測中心反控功能
    系統可以實現由監測中心向監測子站發送命令調取數據，也可以實時監視在線監測儀器是否正常工作，從而清楚設備的運行狀況及運行進度，當前端數據采集設備或儀器出現故障時，可以在后臺發送命令實現設備的正常運行。

2 數據庫管理系統

    數據庫管理系統通過利用大型關系型數據庫在數據安全、*性和分布式處理等方面的優勢，將常規6參數、氣象五參數等數據集中起來，使用戶通過單一界面就可以方便的管理、查詢、分析大量的環境數據，從而簡化環境數據管理的難度，提高環境數據管理水平。  
    數據管理平臺建設遵循《環境數據庫設計與運行管理規范》相應要求。采用Web Service數據訪問技術、ETL數據加工分析技術等整合環境質量監測各項數據，并通過對數據的整理、加工、挖掘、分析，提取綜合、有效的環境數據結果，為環境質量數據的發布提供支撐，為環境管理決策提供數據支持。架構如下圖所示：
 

          
    數據管理平臺采用四層設計，主要有標準層、采集層、數據庫層、服務層。在標準層采用標準及國家標準對輸入數據標準化，采用標準編碼，使進入數據庫的數據格式共享，實現了數據格式標準、數據接口標準、數據傳輸標準、數據集成標準，通過這些標準的制定，系統就能夠實現各個層面的良好交流。
    數據采集層主要實現對數據的采集。數據入庫的方式主要有兩種批量導入和手工輸入。在這個層面系統對采集到的數據進行校驗，合格后才能入庫。這些數據在經過校驗、規則處理后再進行歸類入庫。
    在數據服務層主要有數據調用、數據寫入、數據加密、數據交換這些功能，通過Web Service接口與數據庫相連。
    數據庫層主要用于元數據、基礎數據的存儲和管理等功能，對于已經建設空氣自動監測管理數據庫的縣來說，保持現有數據庫管理體系，在現有數據庫管理體系作進一步開發，作好與省、市級數據庫管理系統的借口與數據交換功能，數據庫管理系統的主要功能包括建庫管理、數據輸入、數據查詢輸出、數據維護管理、代碼維護、數據庫安全管理、數據庫備份恢復、數據庫外部接口等，是數據更新、數據庫建立和維護的主要工具，也是在系統運行過程中進行原始數據處理和查詢的主要手段。
(1)元數據庫
    元數據是關于數據的描述性數據信息，大量地反映數據集自身的特征規律，方便于用戶對數據集的準確、高效與充分的開發與利用。通過元數據可以檢索、訪問數據庫，可以有效利用計算機的系統資源。
(2)配置數據庫
    配置數據庫主要是針對數據庫所支撐的各個平臺的相應系統配置做數據支撐，如：信息化標準和規范體系、系統的后臺管理模塊等。
(3)基礎數據庫
    基礎數據庫存儲點基礎信息等，是其業務模塊運行的基礎，系統提供功能對這些基礎信息進行管理維護，保證基礎數據在整個業務系統中的*性和準確性，避免基礎數據前后不*造成的系統功能異常。
(4)業務數據庫
    根據國標的相關要求以及業務系統相對應標準搭建，在確保數據格式的準確以及可更新性的基礎上搭建。采用標準及國家標準對輸入數據標準化，采用標準編碼，使進入數據庫的數據格式共享，實現數據庫之間的數據從技術上可*交互。
對空氣質量在線監測數據進行整合，形成統一的數據庫，為數據分析、數據的實時發布提供基礎支撐。

3 數據審核處理系統

    數據審核處理系統的建設主要為實現縣級監測中心數據資源的管理。根據信息管理運行的方式與特點，系統的功能應該滿足監測數據的審核、處理、查詢、統計、分析等等。數據綜合管理平臺的應用能夠為環境部門進行環境空氣質量綜合管理、環境規劃、決策分析提供支持。
審核處理系統主要實現對數據的審核和處理。數據審核的方式主要有兩種：自動審核和人工復審。數據處理主要是對采集上來的數據進行匯總、集成、日均值修約等等，合格后才能入庫，保證上報的監測數據的代表性和準確性。
1）數據審核
    在數據傳輸過程中，針對各項數據上報類型和規范要求，可以預定義數據校驗規則，有效保證數據質量。對數據項有效值的上、下限以及表達格式按規范進行設置；監測項目的數值間邏輯關系也是審核的重點，進一步校對數據的合理性和準確性。當上述審核過程中未出現異常情況，則數據審核通過并即可入庫，整個檢驗審核過程由系統程序完成，接收數據時通過采用CRC校驗等多種方式，避免了數據錄入時的很多錯漏狀況。對于任何的標記或剔除操作，系統自動記憶，作為日志備查。
2）人工復審
    在自動審核的過程中，系統按照設定程序進行數據質量的審核，但由于缺乏對整個運行平臺宏觀掌控，可能會將無效數據標識為有效數據，或將有效數據標識為無效數據。人工復審就是要實現數據的第二次過濾和篩查，通過對分析儀的運行狀態、子站維護情況、數采情況、網絡等信息的了解，來確定自動審核數據的客觀性和準確度，對自動審核未做標識的無效數據記為無效并說明無效原因，對自動審核誤標識的數據，要將其還原為有效數據并按審核技術要求進行修約。
人工復審時整個數據審核過程中zui重要的一環，對審核人員提出了較高的要求，包括*性檢查、無效數據審核為有效、有效數據審核為無效、負值與零值數據的處理四部分。

4 ．環境預警預報發布系統

    環境預警預報發布系統是整合地理信息系統和環境專題數據基礎上的環境綜合管理體系，在環境業務管理中實現了對污染源、環境質量、在線監測、建設項目審批、總量控制等業務信息基于地圖的空間展示、預警預報、信息發布，將傳統的靜態記錄以多樣化的地圖形式展現給用戶，實現了數據可視化。通過直接對地圖要素進行查詢,可以獲得環境監測點位、污染源等的空間分布及其與環境敏感區域的空間關系等信息，對各種環境數據進行綜合的統計并分析以及采用直觀的豐富多樣的表現方式進行展示，它使環境主管部門對各種環境要素的管理變得直觀、簡單和輕松。

4.1 Web端發布系統
4.1.1 空氣質量子站點位GIS地圖在線顯示
    系統提供多種方式的地圖效果（矢量、衛星、三維）來實時顯示空氣子站的位置和實時數據，如果是帶有GPS模塊的監測儀器，可以直接向平臺開放的接口發送定位信息，對接成功并審核完成后，即可在GIS地圖上顯示。當GPS無法定位、定位不準或站點坐標移動后，用戶也可以在系統中直接標注監測儀器經緯度和站點相關信息。站點名稱在初始配置或站點配動時可以進行更改。
 

4.1.2 站點數據實時狀態查看

　　用戶點擊監測點位圖標后系統自動顯示空氣質量指數AQI、站點地理位置、首要污染物、發布時間、各項監測因子實時數據等信息，空氣質量指數AQI數值與表示顏色搭配顯示，直觀展示站點當前污染情況，監測因子可以按照不同需求進行定制，顯示時間段分為實時狀態值、zui近一小時值、zui近24小時值等。

4.1.３站點環境遠程視頻實時監控

監測現場可以安裝視頻監控設備，通過窗口視圖直觀了解監測站點的周邊情況和污染物實時排放數據，當周圍污染源濃度超標時自動抓拍，為公眾和環保部門監督與*提供依據，同時可以了解監測設備的實時狀況。當數據異常提醒之后，可以通過回傳影像資料判斷現場情況（需人工進行），當發生不可抗力因素時，同樣可以根據影像資料來判定事故詳情。

4.1.４ 預警、日報通知

系統提供預警、日報通知功能，預警包括超標預警、斷線預警和異常值預警，在監測數值超標、數據連接中斷和出現異常值時，自動給設定發送提醒信息，保證系統的正常、穩定運行，日報通知將轄區內各個行政區空氣質量指數日均值以短信形式發送給站點負責人或主管，讓環境管理者及時掌握環境空氣質量變化情況，在空氣質量惡化時*時間知道詳細信息。

4.1.５數據圖表展示

數據展示支持折線圖、柱狀圖、表格等多種形式，展示的內容包括空氣質量指數和各項監測因子濃度的分鐘值、小時值，方便用戶查看時間段內空氣質量變化趨勢和污染物濃度變化情況，同時可以進行監測點位之間的各項參數的對比分析，用戶可以自主設定展示的時間區間，導出打印時支持選用JPG圖片、PDF、EXCEL、WORD文檔多種格式。

4.1.６環境質量數據排名

針對相關環境管理部門以及用戶個性化定制需求，系統設置獨立排名系統，目前采用AQI（空氣質量指數），提供日排名、小時排名數據，用戶可以查詢當天排名信息和歷史數據，除了空氣質量指數AQI外，還列出了PM10、PM2.5、CO等監測因子小時值、日均值、首要污染物、空氣質量類別等信息。

4.1.７       AQI實時報、日報自動生成

按照HJ633-2012環境空氣質量指數(AQI)技術規定要求，自動生成實時報、日報數據報表，發布的指標包括各監測站點的監測站點信息、空氣質量指數（AQI）、首要污染物、空氣質量指數類別以及空氣質量指數說明等信息，可自動生成word、Excel、PDF多種格式格式的報表格式，日報格式如下表：

4.1.８     污染物來源分析

收集點位數據后，平臺對各項污染物統計值進行計算分析，初步建立點位污染源模型（當前采用方法為首要污染物比重餅狀圖解析），如果監測點位條件允許，能夠實現現場采樣，則可以更加精確的進行污染物對比分析，通過各時間段污染物比重模型結合地區現狀來分析具體污染源和現場實際情況，并提供針對性治理方案。

4.1.９       設備監控

系統可以實現實時監視在線監測儀器是否正常工作，數據上傳是否正常，從而清楚設備的運行狀況及運行進度，當前端數據采集設備或儀器出現故障時，系統自動提供報警信息方便站點負責人及時知曉，并采取相應的解決措施，保證系統的正常、穩定運行。

4.１．１０  環境數據動態云圖展示

由于區域間空氣質量狀況的差別，系統基于各個區域內監測數值實時以污染物濃度云圖形式渲染這種差別，云圖取每小時點位數值，顏色采用空氣質量指數AQI表示顏色，實現由“點”到“面”全面展示大范圍內空氣質量狀況。

（圖案僅供參考）

4.１．１１        空氣質量、氣象數據導出

系統提供空氣質量、氣象數據導出功能，用戶在設置時間類型、站點、時間段以后即可實現數據導出，內容包括點位信息、數據更新時間、常規6參數濃度值、主要污染物、空氣質量指數AQI。其中數據有效率按照國家標準進行計算，分鐘值以后端數據傳輸判定為準，小時值以每小時收集45個分鐘值為準，日均值以每天收集22個小時值為準，其余時間區間以日均值有效天數為準。

4.１.  １２     站點管理

用戶在此模塊可以實現監測點位信息的增、改、查、刪等基本操作，點位信息包括監測點位名稱、地址、經緯度、站點ID、所在區域名稱等內容，實現點位信息的動態管理，區域與編號為鎖定狀態，可自行配置名稱、經緯度、排名、公開、掉線預警等選項。

4.1.１３   短信配置

此功能可以查看短信配置詳情，添加條目可以新增加短信推送人員信息和發送內容，編輯選項可對接收短信用戶推送內容進行管理操作，配置的信息內容包括預警信息、日報、狀態預警、掉線預警，完成設置以后，列表中人員可以收到短信信息。

4.1.１４    污染物濃度預警

一旦空氣質量狀況出現異常波動時，系統啟動超標報警。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，超過界限的則被判定為無效。預警上下限為當監測因子不在設定值范圍內一定時間之后，則會發送預警短信。

選擇站點便捷，將預警上下限設定臨界值，即可使用預警功能（0為默認）。

4.1.1５   數據修約

此功能可對程序中未揀出的有誤數據進行人工修正，點擊數據修約選項即可進行修正，當值被設定為無效時，數據被揀出，不參與統計運算。（因系統計算規則因素，只可提供分鐘值與小時值的修約功能，目前只開放分鐘值修約）。

4.1.1６  用戶管理

對于不同的角色設置相應權限管理，一個角色關聯了一套操作權限。系統共提供了三種操作權限。系統用戶：擁有系統的所有功能操作權限；管理用戶：擁有部分業務相關 的功能操作權限；普通用戶：只能進行系統中相關內容的查詢操作，實現不同級別操作人員對數據訪問范圍和數據讀寫性的嚴格控制，建立統一用戶管理平臺實現所有用戶的身份管理，包括用戶個人身份信息、角色信息、電子、個人賬號和密碼。

4.2移動端發布系統

手機版發布系統支持Android、IOS等主流的手機操作系統，系統界面簡潔、大方，易于操作。發布各個監測站點的PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、O₃、CO小時、日均、月均濃度值，提供查看轄區內各站點空氣質量排名功能，并繪制過去24小時的濃度曲線圖。發布城市、區域的環境質量AQI、首要污染物、環境質量指數類別、環境質量指數說明以及健康提示等信息。按照《HJ633-2012環境質量指數(AQI)技術規定》，根據環境質量AQI進行顏色標識。

4.2.1用戶權限控制

根據用戶級別不同，分別設定不同權限，普通用戶登入后只可查看賬號所屬站點詳情，以管理員身份登入之后，則可查看全部點位狀況與其均值顯示。

4.2.2數據查看與分析

主界面可查看權限范圍內點位數據詳情，點擊不同監測因子所在方格，下方折線圖則對應顯示其zui近24小時內污染因子變化情況。

4.2.3GIS地理信息顯示

點位狀況與web端同步，獲取坐標信息后即可在地圖上顯示，支持當前總體數據情況與單項指數切換，污染指數根據等級不同以不同顏色顯示。

如果點位信息過多時，可切換至列表進行搜索，一目了然，快捷高效。

4.2.4歷史數據查詢

移動端在web端基礎上提供簡單的查詢功能，該模塊按照權限不同所屬轄區不同，可以查看站點zui近24小時、或zui近30天、或zui近12個月，綜合指數或者分項指數的均值狀況。

4.2.5環境質量指數排名查看

移動端可以便捷的為環境管理人員提供服務，管理者賬號登錄后，開放排名信息功能，提供當日轄區內站點排名，明確污染方向。

4.2.6系統設置、功能標準、預警處理

輔助功能全部歸集于側邊欄內，APP向用戶推送通知，個人設置中可以設置是否接收消息、提醒方式等。

4.3面向公眾的環境空氣質量發布平臺

空氣質量一直是公眾非常關注的問題，各級環保監測部門目前大部分采用了的形式向公眾發布空氣質量情況，除了提供、微博、手機APP，我們還進一步升級空氣質量信息的發布渠道，可以建立如公眾賬號等新的發布平臺。通過政府公眾號發布空氣質量信息，方便公眾查看。

五、基礎硬件支撐環境

５.1發布軟件及服務器