大氣網(wǎng)格化精準(zhǔn)決策支持系統(tǒng)
一、概述
人與自然和諧相處是人類社會發(fā)展的一個永恒主題，社會文明進步呼喚環(huán)保自覺。建設(shè)民生環(huán)保，要始終堅持“環(huán)保為民、環(huán)保便民、環(huán)保利民”的民本理念。著力解決影響群眾健康的突出環(huán)保問題。中共中央、國wu院于2016年10月印發(fā)《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》，其要求深入開展大氣、水、土壤等污染防治，明確加強影響健康的環(huán)境問題治理，以提高環(huán)境質(zhì)量為核心，推進聯(lián)防聯(lián)控和流域共治，實行環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)考核，實施嚴(yán)格的環(huán)境保護制度，切實解決影響廣大人民群眾健康的突出環(huán)境問題。
大氣網(wǎng)格化精準(zhǔn)決策支持系統(tǒng)
為進一步深入貫徹落實國家和省市關(guān)于生態(tài)環(huán)境的決策部署，全面提高生態(tài)環(huán)境保護綜合決策、監(jiān)管治理和公共服務(wù)水平，切實解決重點區(qū)域、流域重大環(huán)境管理問題，改善環(huán)境質(zhì)量,增強人民群眾獲得感，全面加強市環(huán)境監(jiān)管水平，適應(yīng)新形勢下環(huán)境管理工作量化考核需求，建成天地一體、上下協(xié)同、信息共享的智慧環(huán)保監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，使環(huán)境空氣網(wǎng)格化監(jiān)測能力與生態(tài)文明建設(shè)要求相適應(yīng)。
二、總體設(shè)計
2.1主要內(nèi)容
- 環(huán)境保護立體監(jiān)測系統(tǒng)體系。根據(jù)XX市的發(fā)展特點，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)規(guī)劃布局和環(huán)保工作重心，建設(shè)從市、縣、鄉(xiāng)三級聯(lián)動的縱向和全市承擔(dān)環(huán)保職責(zé)的部門行業(yè)橫向的監(jiān)管體系，實現(xiàn)“縱向到底、橫向到邊、覆蓋全市”的智慧環(huán)保監(jiān)管體系。以消除環(huán)境監(jiān)管盲區(qū)、提升監(jiān)管效能為目標(biāo)，完善網(wǎng)格化環(huán)境監(jiān)管體系，建立專業(yè)的網(wǎng)格員隊伍，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)管無縫隙全覆蓋。
- 環(huán)境質(zhì)量大氣網(wǎng)格化平臺體系。以“物聯(lián)網(wǎng)+智慧感知”為核心，建立覆蓋全市的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測分析全污染源覆蓋的自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。加大環(huán)境信息公開力度，以便民為核心，全面推動環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境監(jiān)管、重點排污單位等環(huán)保重點領(lǐng)域的信息公開。
- 日常監(jiān)管運維體系。依托XX市電子政務(wù)云、服務(wù)器、防火墻以及運維服務(wù)等充分利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+等*進技術(shù)和理念，建設(shè)智慧環(huán)保大數(shù)據(jù)平臺、智慧環(huán)保綜合監(jiān)控平臺、智慧環(huán)保決策支撐平臺和智慧環(huán)保運維管理平臺等信息服務(wù)系統(tǒng)。
2.2設(shè)計依據(jù)
《國wu院辦公廳關(guān)于加強環(huán)境監(jiān)管zhi法的通知》(國辦發(fā)〔2014〕56號)
《關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動計劃的通知》（國發(fā)〔2013〕37號）
《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）
《環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范》（HJ663-2013）
《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定》（HJ633-2012）
《環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ/T193-2005）
《關(guān)于加強環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測能力建設(shè)的意見》（環(huán)發(fā)[2012]33號）
《環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報信息交換技術(shù)指南》（環(huán)辦函[2014]1471-1）
《環(huán)境空氣質(zhì)量可視化預(yù)報會商技術(shù)指南》（環(huán)辦函[2014]1471-2）
《環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式源清單技術(shù)指南》（環(huán)辦函[2014]1471-3）
《全國環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警實施方案》（環(huán)辦函[2015]330號）
《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》（第四版）
《污染源在線自動監(jiān)控(監(jiān)測)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T212-2005）
《環(huán)境污染源自動監(jiān)控信息傳輸、交換技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ/T 352-2007)
《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》
《國家環(huán)境保護“十二五”計劃》
《國家環(huán)境監(jiān)測能力建設(shè)“十二五”規(guī)劃》
三、系統(tǒng)概況
整套系統(tǒng)由感知層、平臺層和應(yīng)用層三部分組成。
其中，感知層由微型空氣監(jiān)測站、車載式空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備、無人機載環(huán)境監(jiān)測儀、激光雷達監(jiān)測系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控等前端監(jiān)測設(shè)備組成，并通過無線網(wǎng)絡(luò)把各個監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到中心平臺。
平臺層接收到來自感知層的實時數(shù)據(jù)進行分析，利用大數(shù)據(jù)分析進行數(shù)據(jù)處理和歸集整理。
在應(yīng)用層，可以GIS方式直觀、形象的實時顯示各監(jiān)測點位和整個區(qū)域的空氣質(zhì)量狀況，以及污染物濃度水平，并提供異常報警、區(qū)域空氣質(zhì)量變化趨勢等多種服務(wù)。
3.1系統(tǒng)特點
1)*監(jiān)測大氣環(huán)境空氣質(zhì)量,微型空氣站、車載式環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、無人機載大氣環(huán)境監(jiān)測、激光雷達走航監(jiān)測、視頻監(jiān)控等。
2)設(shè)置污染預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)，輔助相關(guān)部門應(yīng)急管理
3)云服務(wù)平臺，B/S 架構(gòu)軟件平臺，可隨時查看、下載和在線分析數(shù)據(jù)。
4)利用*進技術(shù)，保證傳感器的精度，穩(wěn)定性，和環(huán)境耐受力。
6)數(shù)據(jù)有 RTU ，網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器三級緩存，斷點數(shù)據(jù)主動續(xù)傳，保證數(shù)據(jù)的完整不丟失。
7)支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸協(xié)議加密，保證數(shù)據(jù)傳輸安全，不被惡意截獲和解析。
8）平臺功能強大，運行穩(wěn)定，界面友好，畫面精致。
9）移動式點位與固定式站點相配合，監(jiān)測全面，提升效率。
3.2系統(tǒng)組成
1）大氣網(wǎng)格化平臺體系
云平臺，服務(wù)器，防火墻、LED展示屏，移動zhi法APP
★大氣網(wǎng)格化在線監(jiān)測平臺系統(tǒng)
★APP
★公眾號
2)立體監(jiān)測系統(tǒng)體系
★微型空氣站
★車載式環(huán)境監(jiān)測設(shè)備
★無人機大氣監(jiān)測
★激光雷達在線監(jiān)測
★視頻監(jiān)控等
3）日常監(jiān)測體系
★產(chǎn)品質(zhì)量保證措施
★運維及售后服務(wù)
四、網(wǎng)格化管理系統(tǒng)平臺功能
環(huán)境管理一張圖
結(jié)合GIS的應(yīng)用，以業(yè)務(wù)信息和環(huán)境信息的空間化、可視化為目的，按市綜合監(jiān)管zhi法業(yè)務(wù)設(shè)計在線監(jiān)控、污染源管理，將全市環(huán)境監(jiān)管狀況一覽無余地展現(xiàn)于環(huán)境管理者面前，真正實現(xiàn)環(huán)境管理的*、無盲區(qū)監(jiān)管。將zhi法主體、企業(yè)主體與環(huán)境要素客體有機的統(tǒng)一起來，包括空氣質(zhì)量監(jiān)測點位、污染源監(jiān)測點位、監(jiān)測報警的點位、視頻攝像頭點位、巡檢員的點位、污染事件的點位以及各種點位的實時信息。在地圖上及時、動態(tài)、形象的反映出監(jiān)管區(qū)域內(nèi)的環(huán)境、zhi法狀況，實現(xiàn)全市環(huán)境管理工作的可視化、透明化管理。
環(huán)保一張圖參考樣式一
環(huán)保一張圖參考樣式二
4.3綜合監(jiān)管一平臺
滿足當(dāng)前環(huán)境管理需要，基于現(xiàn)有資源，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、GIS等技術(shù)，整合大氣監(jiān)測、視頻監(jiān)控設(shè)施形成綜合監(jiān)測平臺，并結(jié)合GIS服務(wù)平臺，對監(jiān)控因子、監(jiān)控數(shù)據(jù)進行立體、可視化展示。其次，以實現(xiàn)zhi法規(guī)范化、智能化、解決現(xiàn)階段人員不足、zhi法壓力大為目標(biāo)，建設(shè)環(huán)境zhi法平臺，規(guī)范zhi法工作程序，實現(xiàn)流程化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化。
（1）環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測模塊
根據(jù)空氣質(zhì)量監(jiān)測的特點，該模塊主要通過分區(qū)域，并按照日、周、月、季度和全年進行評價。系統(tǒng)實現(xiàn)評價結(jié)果的保存、修改、刪除、打印功能。空氣質(zhì)量評價內(nèi)容主要有空氣質(zhì)量指數(shù)和依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)劃分空氣質(zhì)量指數(shù)級別以及首要污染物和超標(biāo)污染物。
污染月歷圖
數(shù)據(jù)報表
（2）車載式大氣監(jiān)測、無人機環(huán)境監(jiān)測模塊
考慮到油煙污染具有數(shù)量多、分布廣、間歇性排放、監(jiān)測難度大等特點，所以本案將油煙從空氣質(zhì)量中提取出來，專為油煙搭建監(jiān)測模塊，實時監(jiān)測油煙濃度，依照《餐飲業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)定預(yù)警限值，對區(qū)域內(nèi)各餐飲企業(yè)，實施*濃度監(jiān)測與凈化設(shè)備及時管控。
（3）開展激光雷達走航模塊
按規(guī)定頻次開展激光雷達走航探測，積累走航數(shù)據(jù)，分析研究當(dāng)?shù)卮髿忸w粒物污染的時空分布和輸送規(guī)律，快速獲取區(qū)域內(nèi)大氣顆粒物剖面。同時，結(jié)合氣象、地形等因素，分析顆粒物污染的生消過程和污染輸送，提高時空分辨率和分辨速度。
為了能夠在環(huán)境監(jiān)測信息收集、整理、加工和數(shù)據(jù)處理方面具備快速反應(yīng)能力和綜合分析能力，并達到規(guī)范化、科學(xué)化管理的監(jiān)測管理工作要求，需要對環(huán)境監(jiān)測信息進行規(guī)范化科學(xué)管理
搭建基于 WEB 服務(wù)的平臺，具有以下功能：
實時監(jiān)測
統(tǒng)計分析
預(yù)警預(yù)報
來源分析
視頻監(jiān)測
4.4.1APP模塊
APP的系統(tǒng)用戶是的一線zhi法人員，部署于zhi法人員日常zhi法使用的移動終端上，可見環(huán)境zhi法APP的用戶中多，滿足一線zhi法人員的工作需要和環(huán)境監(jiān)管zhi法數(shù)據(jù)采集需求。
具有以下功能：1、實時監(jiān)測；2、預(yù)警預(yù)報；3、任務(wù)管理；4、統(tǒng)計分析；5、系統(tǒng)設(shè)置
4.4.2公眾號模塊
公眾號則為系統(tǒng)的另一個功能特點用戶可根據(jù)實際需求選擇是否添加，在公眾號上可直接查看推送信息以及監(jiān)控視頻，隨時隨地掌握現(xiàn)場情況。
關(guān)注公眾號之后，進入公眾號可選擇污染源地圖及視頻監(jiān)控，在污染源地圖中可查看當(dāng)前點位信息，各個監(jiān)測因子數(shù)值。
可切換衛(wèi)星地圖：
五、立體監(jiān)測設(shè)備體系
5.1空氣質(zhì)量監(jiān)測儀
ZWIN-AQMS06微型環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站是我公司推出的一款用于提供室外空氣污染物實時、準(zhǔn)確檢測經(jīng)濟型產(chǎn)品。與市面上便宜的備選產(chǎn)品相比，ZWIN-AQMS06可以給網(wǎng)格化平臺提供強大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，而且能根據(jù)現(xiàn)場進行校對，確保其具有極佳的可追溯性。
儀器可依據(jù)實際情況搭載多種高精度氣體傳感器，配置PM2.5、PM10、一氧化碳、二氧化氮、臭氧、二氧化硫等空氣質(zhì)量參數(shù)以及氣象五參數(shù)，用戶可根據(jù)具體實際需求進行定制。
1）產(chǎn)品特點
- 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確：采用進口高靈敏度的氣體傳感器，響應(yīng)速度快，分辨率高，線性好，檢測下限可達ppb級，高溫條件下穩(wěn)定運行；
- 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，可同時監(jiān)測氣體參數(shù)和可吸入顆粒物、氣象參數(shù)等，監(jiān)測參數(shù)為PM2.5、PM10、NO2、SO2、O3、CO六項，俗稱“兩塵四氣”；氣象參數(shù)為溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向；
- 氣體、顆粒物分兩路采樣，氣體又單獨分路進氣，避免互相干擾，氣體采樣內(nèi)置微型真空泵，反應(yīng)時間比普通擴散式采集方式快1.5倍；
- 采用插拔式支架固定風(fēng)速、風(fēng)向傳感器，安裝靈活、拆卸方便、不易破損、便于運輸；
- 移動式熱插拔SD卡，隨時更新替換升級程序，支持本地查看數(shù)據(jù)，無需插拔SD卡，可遠程升級程序；
- 實時監(jiān)測：各項監(jiān)測指標(biāo)傳感器精準(zhǔn)測量，快速輸出，快速響應(yīng)；
- 集中監(jiān)測：可實現(xiàn)多項監(jiān)測指標(biāo)同時進行；
- 數(shù)據(jù)查看：采用液晶屏顯示，可直觀動態(tài)顯示各項監(jiān)測數(shù)據(jù)、儀器工作狀態(tài)，提供全中文菜單和友好的人機對話界面；
- 模塊化設(shè)計，各部件獨立運行，系統(tǒng)可靠性高；
- 一鍵式開機運行，觸摸屏顯示，面板顯示有氣體種類、濃度、溫度、IP地址、流量、時間等；
- 防水防塵設(shè)計，壁掛式或落地式部署；
- 環(huán)境使用范圍廣，風(fēng)沙、雨雪及揚塵等惡劣天氣均可；
- 無線傳輸數(shù)據(jù)設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)配置智能除濕系統(tǒng)、自動排污系統(tǒng)；
- 集成GPRS無線通訊技術(shù)，實時監(jiān)測大氣環(huán)境數(shù)據(jù)，成本低，適合網(wǎng)格化布點；
- 可選配GPS定位，實現(xiàn)設(shè)備跟蹤功能；
- 可選配太陽能供電，實現(xiàn)太陽能、市電互補。
現(xiàn)場實例
5.2車載式環(huán)境監(jiān)測
本產(chǎn)品是基于3G/4G移動式互聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)的新一代高精度監(jiān)測產(chǎn)品，符合GB3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、GB3095-2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本產(chǎn)品可包含3G/4G數(shù)傳單元、GPS定位單元、顆粒物監(jiān)測單元、噪聲監(jiān)測單元、氣象環(huán)境監(jiān)測單元、視頻監(jiān)控及存儲單元、LED顯示單元等多個單元，主要應(yīng)用于城市功能區(qū)監(jiān)測、工業(yè)企業(yè)廠界監(jiān)測和施工場界監(jiān)測領(lǐng)域，為相關(guān)zhi法部門提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和畫面證據(jù)。
ZWIN-AQMS10型車載式空氣站按照環(huán)境監(jiān)測GB3095-2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進行設(shè)計制造，滿足環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境應(yīng)急情況下對監(jiān)測參數(shù)快速測量要求。產(chǎn)品具有高靈敏、高精度、實時監(jiān)測系統(tǒng)，通過車載地圖及GPS實時定位系統(tǒng)可把監(jiān)測數(shù)值實時顯示在車載電子地圖上而且可疊加現(xiàn)場監(jiān)控視頻畫面，為環(huán)境監(jiān)測提供大數(shù)據(jù)和決策。
車輛可采用SUV或中巴車進行改造，可適應(yīng)復(fù)雜路況的行駛。車輛改裝后可提供車載設(shè)備的安裝及固定并為之提供電源。車輛可滿足電磁兼容有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具有防雷能力，可全天候工作。ZWIN-AQMS10型車載式空氣站配置豐富，具體配置通過客戶定制確定。
1）產(chǎn)品特點：
●配備GPS定位模塊實現(xiàn)監(jiān)測點位實時回傳，軌跡沿途監(jiān)測數(shù)值實時顯示；
●全天候24小時實時監(jiān)控取得依據(jù)，可設(shè)置報警閾值；
●車載移動點位使zhi法地點不受限制，確保了數(shù)據(jù)的真實性、有效性；
●配合固定式微型空氣站監(jiān)測設(shè)備，可形成點面結(jié)合的完整監(jiān)測網(wǎng)，實現(xiàn)零死角零漏洞的目標(biāo)；
●具有自動記錄、超限報警、抓拍取得依據(jù)和數(shù)據(jù)通訊等功能，可實現(xiàn)區(qū)域性環(huán)境數(shù)據(jù)的自動采集、處理和儲存，擴展性強，系統(tǒng)程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便功能擴展或屏蔽以及各種傳感器的接入；
●采用IP65防護等級的防雨設(shè)計，各個傳感器具有快速反應(yīng)和長期在惡劣環(huán)境下工作的特點，測量精度高，存儲容量大，可連續(xù)監(jiān)測，性能穩(wěn)定，可靠性高；
●汽車電源直接供電。
5.3視頻監(jiān)控單元
移動式實時視頻監(jiān)控，支持高、標(biāo)清圖像瀏覽分屏顯示及輪巡功能；
圖像可疊加環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，直觀顯示當(dāng)前環(huán)境信息；
實時視頻與監(jiān)測數(shù)值疊加在同一畫面，同時上傳；支持超標(biāo)數(shù)據(jù)視頻抓怕，疊加數(shù)值并儲存，可調(diào)取歷史視頻；
5.3無人機載環(huán)境監(jiān)測設(shè)備
我司專門針對生態(tài)環(huán)境中氣體的監(jiān)測研發(fā)出一款智能型“四氣兩塵”傳感器組件。該組件的傳感器采用高靈敏的進口電化學(xué)傳感器，采取擴散式氣體檢測方法；操作方便、測量準(zhǔn)確、工作可靠、體積輕小；利用我們設(shè)計的支架可以方便安裝至無人機上，利用無人機的*優(yōu)勢可以實現(xiàn)空中軌跡的氣體監(jiān)測。同時利用我們的軟件平臺，集成顯示經(jīng)緯度、高度、飛機狀態(tài)、溫度、濕度、PM2.5、PM10、CO、O3、SO2、NO2、CO2、VOC等參數(shù)的實時監(jiān)測和三維可視化展示。為三維立體空間的空氣質(zhì)量分析提供一個有效的監(jiān)測手段。
（1）主要技術(shù)指標(biāo)
5.4激光雷達監(jiān)測系統(tǒng)
激光雷達可用于連續(xù)監(jiān)測大氣氣溶膠的分布，分析氣溶膠的組成結(jié)構(gòu)和時空演變。由激光雷達的探測數(shù)據(jù)可獲得大氣邊界層（PBL)的結(jié)構(gòu)和時空演變特征、大氣氣溶膠（飄塵）消光系數(shù)垂直廓線和時間演變特征、云層高度及多層云結(jié)構(gòu)、大氣能見度和PM2.5、PM10濃度等信息。同時激光雷達可監(jiān)測工業(yè)煙塵的排放等城市上空環(huán)境污染物的擴散規(guī)律,監(jiān)測灰霾和沙塵暴等天氣過程，對大氣環(huán)境監(jiān)測和大氣科學(xué)研究都有著重要的意義。
大氣消光系數(shù)、通偏振比廓線、邊界層高度、光學(xué)厚度等參數(shù)。
（1）技術(shù)參數(shù)
測試項目：
非分散紅外（NDIR）：一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、碳氫化合物（HC）
測量范圍：
●出射激光波長：355nm/532nm/1064nm
●激光重復(fù)頻率：10Hz—2500H
●激光單脈沖能量：10μJ—200mJ
●接收望遠鏡直徑：160mm—400mm
●采集器采樣方式：光子計數(shù)、A/D采集
功能特點：
●穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，消除盲區(qū)，降低幾何重疊因子
●工作環(huán)境溫度范圍廣
●集成化設(shè)計，移動攜帶方便
●雷達遠程重啟模塊功能，遠程一鍵操作即可恢復(fù)雷達正常運轉(zhuǎn)
●光學(xué)傳感艙溫、濕度顯示控制功能
●激光能量可控，通過人眼安全德國TUV認(rèn)證
