一、背景介紹
2015年7月26日，辦公廳以國辦發〔2015〕56號印發《生態環境監測網絡建設方案》。該《方案》分為：
（1）總體要求；
（2）全面設點，完善生態環境監測網絡；
（3）全國聯網，實現生態環境監測信息集成共享；
（4）自動預警，科學引導環境管理與風險防范；
（5）依法追責，建立生態環境監測與監管聯動機制；
（6）健全生態環境監測制度與保障體系。（共6部分20條）
主要目標是：到2020年，全國生態環境監測網絡基本實現環境質量、重點污染源、生態狀況監測全覆蓋，各級各類監測數據系統互聯共享，監測預報預警、信息化能力和保障水平明顯提升，監測與監管協同聯動，初步建成陸海統籌、天地一體、上下協同、信息共享的生態環境監測網絡，使生態環境監測能力與生態文明建設要求相適應。
二、系統概述
智易時代環保網格化管理系統根據國家環境部門發布的《環境信息網絡建設規范》（HJ460-2009）、《環境保護應用軟件開發管理技術規范》（HJ622-2011）、《污染源在線自動監控監測系統數據傳輸標準2122005》、《環境污染源自動監控信息傳輸、交換技術規范》（HJ_T352-2007）等國家標準協議，以環境監測點位數據傳感體系為基礎，針對不同環境企事業單位需求，運用的環保理論研究成果和信息技術，建立智能化環保網格在線監測系統數據平臺。
平臺數據中心可提供所屬地區各監測點位數據的實時采集傳輸、實時監控空氣環境質量，實現在線數據查詢及報表統計、數據自動預警、環保信息綜合分析、數據歸集和排名反饋等，為環保的研究提供信息資源和手段，為環保業務管理提供統一的管理平臺。
三、功能特點
3.1 WEB端
3.1.1 監測點位GIS地圖在線顯示
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上傳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。地圖效果：矢量、衛星、三維。
3.1.2 站點數據實時狀態查看
用戶上傳點位成功，按照環境部門標準格式發送數據協議后，系統即可自動解析數據格式生成數據面板，可以按照不同需求配置需要顯示的監測因子，顯示時間段分為實時狀態值、最近一小時值、最近24小時值等。
3.1.3 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，以保證系統運行的穩定性。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。
3.1.4 預警通知
系統生成數據后，可按照用戶需求設置預警模式（提醒方式：短信、郵件、微信）。
模式1：超標預警
大氣、揚塵標準格式按照AQI指數對應色值顯示，水質、煙氣按照國家標準顯示，非標準格式監測因子支持用戶定制開發，地圖指標根據指數對應顏色顯示，點擊站點顯示數據時，首要污染物通過顏色條注釋，當數據指標超過預警界限后，根據用戶定制發送提醒。
AQI：空氣污染指數劃分為0－50、51－100、101－150、151－200、201－300和大于300六檔，對應于空氣質量的六個級別，指數越大，級別越高，說明污染越嚴重，對人體健康的影響也越明顯。
模式2：斷線預警
監測點位由于設備故障、設備短線等原因導致數據連接中斷后，系統自動給發送斷線提醒，每小時提醒一次，直至重新正常連接。
模式3：異常值預警
當監測數值在某一時間段內出現大幅度起落，或者在較長時間數值無變化，同樣會觸發預警，報知相關人員核對檢修。
3.1.5 數據報表生成
用戶數據收集達到系統要求數量后，后臺即可啟用數據歸類功能，自動計算小時值、日、周、旬、月、年均值等，生成對應報表供用戶下載查看。
數據生成支持折線圖、柱狀圖、餅狀圖、在線文檔等多種形式，導出打印時支持選用JPG圖片、PDF、EXCEL、WORD文檔多種格式。
3.1.6 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，由于接入監測因子類型較多，所以排名目前采用AQCI（空氣質量綜合指數）進行，同時可以采用AQI或者根據不同用戶特點定制排名體系。
日均值排名于每天早晨8：30以短信形式發送至各站點負責人，及時了解動態。
分級計算參考的標準是新的《環境空氣質量標準（GB3095-2012）》。AQI采用《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）（HJ 633—2012）》計算，AQCI按照《環境空氣質量評價技術規范（試行）（發布稿）（HJ633-2013）》計算，參與評價的污染物為SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO六項。發布頻次為每小時一次。
AQI參考算法：
a）對照各項污染物的分級濃度限值，以實測濃度值分別計算得出空氣質量分指數IAQI；
b）從各項污染物的IAQI中選擇值確定為AQI，當AQI大于50時將IAQI的污染物確定為首要污染物；
c）對照AQI分級標準，確定空氣質量級別、類別及表示顏色、健康影響與建議采取的措施。
3.1.7 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。
污染源分析全面覆蓋污普、環統、排污申報、總量、監察等數據，采用統一標準規范和統一分析方法，準確反映污染源數據和各類數據間的關系。從多角度進行分析，全面反映污染源狀況，包括污染源數量和分布，主要污染物排放總量和變化趨勢等，按行業、污染物、企業情況等因素，篩選出重點管理對象，為監察工作提供依據。
污染源可分成固定源、流動源、開放源等。固定源主要包括燃煤（油）的各類電廠鍋爐、民用爐灶、建材和冶金工業爐窯等顆粒物排放源，流動源主要包括機動車、船、飛機及非道路機械等顆粒物排放源。源解析中的開放源通常包括土壤風沙塵、道路揚塵、施工揚塵、堆場揚塵和窗臺塵等。特定地區的源解析工作有時需要考慮生物質燃燒塵、餐飲油煙塵和海鹽離子等顆粒物排放源。
3.1.8 環境數據動態云圖展示
根據環境數據的變化制作地區熱力圖以及云圖
（圖案僅供參考）
3.1.9 環境質量預測
大數據平臺運行過程，在收集夠一定量的后，建立監測數據三維模型，分析預測未來的環境質量趨勢。
3.1.10 應急預案管理
基于GIS地圖信息建立環境預案管理體系，根據不同用戶開放不同編制權限，預案錄入時候系統根據運行規則自動命名，并生成固定格式編碼，便于快速檢索。
系統運行中，面對突發狀況時，可根據數據模型提供預案，為環境管理部門提供相應參考。
3.1.11 遠程維護配置
環保監測點位需要大面積覆蓋，同時需要滿足便攜性、移動性、實用性的需求，因此目前數據網絡傳輸基本通過GPRS傳輸，接入公網進行。監測站點發生故障或數據連接異常時，可通過Internet遠程訪問確定是否需要前往維護，節約人工成本。
網即國際互聯網（Internet），它是把不同位置、不同規模的計算機網絡（包括局域網、城域網、廣域網）相互連接在一起所形成的計算機網絡的集合體。我們通常所瀏覽的WWW站點、FTP站點以及溝通時所采用的即時通訊軟件均屬于服務在Internet（公網）的應用程序，因此也稱它們為“網絡應用程序”。
3.2 用戶APP
APP界面圖
3.2.1 環境質量指數排名查看
移動端可以便捷輔助維護工作之外，還可以為環境管理人員提供服務。以普通用戶身份登錄APP內，系統會檢測用戶定位，首頁顯示最近點位信息，支持用戶點位綁定。
管理者賬號經過系統認證后，開放排名信息功能，提供近七天日均值或者近三月月均值排名。
3.2.2 超標預警
用戶綁定站點后可以設置站點指標值，如果超出指標，APP向用戶推送通知。
3.2.3 預案提醒
PC端生成預案后，同步至移動端管理，具有日程安排的預案，可以設置提醒功能。
3.3維護APP
3.3.1 使用背景
在以往的案例中，系統剛開始投入使用時、數據傳輸還未趨于穩定，在這一時間段，需要大量的運維工作，許多工作場景并不適合攜帶PC設備，所以需要在移動端來輔助完成常規維護工作，維護人員直接在移動端可以查看點位狀態信息。
3.3.2 狀態查詢
維護人員登錄APP，跳轉至點位列表界面，包括點位名稱、點位狀態與更新時間，可以切換至地圖模式，當前采用地圖接口開發。點擊刷新可以抓取點位數據信息，以北京時間為標準，最近15分鐘內有數據上傳，狀態標注為紅色，若無上傳，狀態標注為灰色。
點擊點位會顯示點位監測因子實時數據選項卡。
3.3.3 斷線故障預警
若點位15分鐘未上傳數據，系統則判斷其為離線狀態，通過推送功能將斷線通知發送至維修人員APP內，可以根據用戶需求定制開發微信通知接口。
站點導航
接入地圖導航功能，可以實時查詢到達點位具體路線時間等。
四、平臺架構與系統工作原理
4.1 環境數據采集
服務器使用公網固定IP，監測儀器發送數據至此IP地址對應端口，系統自動采集并通過內置協議將字符串解析為需要的信息，實現數據包的校驗、檢查、解析和入庫（數據存儲），采用多線程異步通信技術與各監測點通信，可查看原始數據，實現數據同步轉發。
當監測點位斷線或者出現異常時，線程保留五分鐘對接期，五分鐘之內不上傳數據系統關閉線程，降低占用率，直至重新連接再次打開。
4.2 環境數據存儲
數據庫服務器對接收到的環境數據進行整體規劃，對環保業務涉及的眾多數據資源進行科學合理的分類，在此基礎上建立數據體系和數據庫體系，形成基礎數據庫、專業數據庫、元數據庫和標準數據庫。
由于環境大數據的保密性，數據庫服務器需要關閉公網服務和外接端口，與服務器接入同一局域網，使用內網IP。服務器解析完成后，通過局域網將數據存儲至此。數據庫定期備份、定期殺毒、定期更新軟件服務與相關插件，以保證存儲數據的安全。
4.3 環境數據分析處理
中心服務器針對各項數據庫進行數據管理，嚴格按照相關法律法規及環保行業規定進行統計分析運算處理，得出標準的環境數值。統計功能支持根據原始值值計算小時值、日報、月報、年報等。分析功能包括，對大氣、水質、煙氣等不同行業進行規則整合判斷、如煙塵，煙氣的含量跟氧氣關系，COD與濁度及溶解氧的關系等高級功能，根據用戶需求定制開發。
經過算法運行生成數據模型，實現系統建模分析的關鍵功能。
4.4 環境數據報表生成與排名
中心服務器生成各項報表后，根據空氣質量指數從低到高進行排名，指數越低排名越靠前。支持總體排名、區域排名、單站點排名。服務器與EXCEL報表、WORD文檔、JPG圖片、PDF等接口進行對接，使前端頁面可以順利導出打印。
4.5 環境監測指標預警
預務器中置入交互模塊，每30分鐘采集監測子站的運行狀態、設備狀態、監測數據，對服務器進行信息交互傳輸、讀取操作日志，連續兩次出現異常，系統啟用預警提醒。同時可以將監測因子標準接入檢測程序中，如果超標或者出現恒值，則提示相關人員并將信息傳輸至前置服務器。所有預警信息在前端頁面展示。
4.6 CMAQ空氣質量模型建模分析
CMAQ是美國國家研制的第三代空氣質量預報和評估系統(Models-3)。系統采用靈活的模塊化思想，由氣體模式、污染排放模式、空氣質量模式組成。基于CMAQ的空氣質量模擬過程可實現設置可視化和運行自動化，減少人工操作，通過適量定制化開發，可以作為區域臭氧、能見度、酸沉降等過程的整合應用平臺。
4.7 環境質量趨勢預判
中心服務器處理數據，結合實際數據建立源解析模型，結合天氣系統分析環境質量趨勢。
五、系統硬件構成
1、 環境指標監測儀器子站
2、 GPS子站定位模塊
3、 數據采集設備
4、 無線傳輸設備
5、 數據前置服務器
6、 數據庫服務器
7、 WEB應用服務器
