智慧地球系列之智慧環保解決方案

第1章 項目建設背景及意義

1.1 智慧環保建設背景

根據《科學技術部工業和信息化部　人民政府共同推進新一代寬帶無絲移動通信網國家科技重在專項成果轉移轉化試點示範框架協議》、《移動物聯網產業發展規劃》（贛府廳發[2018]1號、《推進新一代寬帶無線移動通信網國家科技重大專項成果轉移轉化試點示範實施方案》（贛府廳字[2018]12號），為貫徹落實省試點示範工作領導小組第一次會議精神（贛府專紀[2018]6號），搶抓戰略機遇，把我省打造成全國範圍內重在科技成果轉移轉化的區域樣板、全球範圍內新一代寬帶無線移動通信產業創新發展的中國名片，2018年試點示範工作將圍繞實現「網絡、平臺、應用、產業」四個領先總體目標，重點實施四大工程，開展五項活動，強化六維保障，落實26項重點任務，推進60項重點工作。

2018年1月23，政府出臺了《推進新一代寬帶無線移動通信網國家科技重大專項成果轉移轉化試點示範實施方案》（贛府廳字〔2018〕12號）。「新一代寬帶無線移動通信網」國家科技重大專項(以下簡稱「03專項」)成果轉移轉化試點示範工作領導小組印發了《2018年新一代寬帶無線移動通信網國家科技重大專項成果轉移轉化試點示範工作要點》（贛專字〔2018〕1號），根據《關於印發〈2018年南昌市推進「新一代寬帶無線移動通信網」國家科技重大專項成果轉移轉化試點示範工作要點〉的通知》（洪新網字〔2018〕2號），需要切實做好2018年「03專項」試點示範應用工作。

2017年成功獲得「全國文明城市」榮譽稱號，實現了縣級文明城市零的突破、實現了全國百強縣第一次成功創建、實現了縣級城市首次申報首創成功。在今後的創建工作中，創建為民、利民、惠民等方面出經驗、作表率；要在加強思想道德建設、提高全縣人民的文明素質上出經驗、作表率；要在推進城鄉一體化，以城帶鄉，全域創建上出經驗、作表率。因此，如果將文明城市建設與信息化、物聯網進行融合，則更大程度的實現智慧城市建設目標。

在此基礎上，抓住城市發展契機，借力強政、興業、惠民的內在需求，抓住機遇，搶佔市場先機，充分發揮基礎資源、物聯網技術及NB-IoT/eMTC等網絡通訊技術優勢，全力打造智慧昌南。

智慧昌南建設將按照實現「網絡、平臺、應用、產業」為方向，堅持應用示範和發展產業雙輪驅動，通過示範應用帶動產業發展，產業進步為應用示範提供有力支撐，搭建省內一流的移動物聯網公共服務平臺，在工業、農業、環保、城市管理、服務業等領域試點應用。

1.2 智慧環保政策支持在「十三五」時期我國經濟新常態的大邏輯下，增長速度、經濟結構、增長方式和增長動力等均將發生深刻變化，對環境管理也將提出新的要求。2015年實施的《新環保法》中大氣、水及土壤汙染防治思路日趨清晰，為全面改善環境質量奠定了基礎。同時，黨的十八大報告提出「推進綠色發展、循環發展、低碳發展」和「建設美麗中國」，國家對於生態文明建設的重視度顯著提高。智慧環保項目的建設順應中國經濟發展趨勢，是新形勢下生態建設實現穩步提升的重要抓手和環保行業創新發展的轉型方向。

2016年國家發改委發布《「網際網路+」綠色生態三年行動實施方案》的通知，提出大力發展「智慧環保」的要求，明確了具體的執行單位及時間表，標誌著智慧環保提上了國家日程。緊接著，環境保護部印發了《生態環境大數據建設總體方案》，明確我國將通過大數據建設，為了加強環境保護工作，黨中央、國務院高度重視大數據在推進生態文明建設中的地位和作用。習近平總書記明確指出，要推進全國生態環境監測數據聯網共享，開展生態環境大數據分析。

2018年6月，江西召開全省生態環境保護大會，省委書記、省長劉奇強調，要以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，深入貫徹落實習近平生態文明思想，按照全國生態環境保護大會的部署要求，堅持生態優先、綠色發展，著力打好汙染防治攻堅戰，推動國家生態文明試驗區建設取得新成效，以更高標準打造美麗中國「江西樣板」，確保在生態文明建設上走在全國前列。作為全國百強縣、國家級經濟技術開發區，加快經濟發展速度的同時，也要注重綠色經濟、循環經濟體制的建立。

目前，信息技術已經廣泛應用到環保局的各個業務部門中。政府管理信息化從信息系統相互獨立向信息資源整合和業務協同方向發展，信息化向上下遊延伸，環境保護管理方面的決策智能化程度越來越高；同時，信息技術產業以及與「兩化融合」有關的信息服務業發展水平越來越高，湧現一批物聯網、雲計算等新興技術；依託這些新的技術，加速環境保護的信息化程度。

智慧環保項目充分利用物聯網技術、雲計算技術、遙感技術和專業智能模型，建設集信息共享、業務協同、應急指揮、科學決策、公眾服務於一體的專業化、智能化、多維度的智慧化環境管理平臺，實現監測監控的現代化和環境管理的智慧化，滿足環境保護中「消總量、改質量、防風險」的總體目標，有效服務於城市產業結構優化、城市汙染靶向治理，妥善處理經濟發展與環境保護的關係，保障城市健康可持續發展，為全省智慧城市建設保駕護航。

1.3 智慧環保的作用

環境監控方面：建立全方位立體監控網絡，對水汙染源、氣汙染源、水站、氣站、噪聲站等進行全面的監控，方便、實時、全面的了解環境狀況。

企業評價方面：可以根據企業的排汙狀況和環境行為，建立完善的企業信用評價體系，從而加強對企業的管理。

執法方面：執法人員在辦公室、監控中心、甚至執法現場可隨時隨地掌握企業實時的排汙狀況（實時的濃度和某一時間段的總量）、排汙設施工況運行情況（直觀的視頻圖像和各類運行參數）、黃標車輛或超標車輛所在的位置。領導可以隨時查看執法人員所在的位置和行走的軌跡以及各類執法任務完成的情況。

環境管理方面：可以對環境安全和企業的環境風險作出科學的評價，對環境風險高的企業進行預警；可以通過模型和評價體系解決重點城市、區域和流域重大環境管理問題。

環境預測預報方面：可以隨時了解實時的環境質量（大氣環境、水環境、聲環境和輻射環境）狀況，同時可以對某個區域的環境質量進行預測預報。

環境決策方面：可以針對環境質量較差的區域落實限批、停產、關停等環境經濟手段；可以準確核算區域環境資源容載能力，為產業結構調整提供科學依據。

1.4 智慧環保建設效益

效益分析：

（一）政府效益分析

基於雲計算建設智慧環保項目，面向各級環保管理部門支持應用系統的動態加載，實現數據資源的共享交換。項目建設通過統一規劃，協同服務，既可以盤活數據資源，減少政府部門信息重複採集建設、節省人力成本、提高信息利用率和時效性，產生直接經濟效益，為各級政府環保部門的業務系統的建設提供宏觀指導作用的建設方案，直接降低建設投入，節約財政資金。

通過智慧環保項目建設，將在質量監測、汙染源監控、環境應急管理、排汙收費管理、汙染投訴處理、環境信息發布、核與輻射管理等方面為環保行政部門提供監管手段，有效提高環保部門的管理效率，提升環境保護效果，解決人員缺乏與監管任務繁重的矛盾，是利用科學技術提高管理水平的典型應用。

通過智慧環保項目建設，實現環保移動辦公、移動執法、移動公文審批，移動查看汙染源監控視頻等功能，極大的提升環保部門的效率，為環保部門的工作人員減壓減負。

通過智慧環保項目建設，以多渠道發布環境監測信息、環境事件信息，並通過智能化的信息系統加強環境事件的應急處置能力。極大的提升環保部門在社會公眾和企業的公信力。

（二）企業效益分析

企業通過與智慧環保平臺的對接，通過信息化手段可以提高企業管理水平，對企業產生的廢水、廢氣、廢渣數量可準確掌握，有助於企業實現精準減排，幫助企業及時有效的完成減排任務。

企業通過與智慧環保平臺的對接，通過數據分析和檢測，對生產線各流程產生的三廢排量進行控制，提高去汙設備（淨化裝置）的處理效果，及時發現三廢排量過高的設備，避免因超標排放或不合格排放所面臨的環保部門的罰單避免經濟損失。同時，使得企業承擔起應有的社會責任。

（三）公眾效益分析

智慧環保項目建設可以很好地滿足公眾對於環境狀況的知情權，公眾可通過環境信息門戶網站了解當前環境的各種監測指標，公眾可以通過環境汙染舉報與投訴處理平臺，向環保部門提出投訴與舉報，從而幫助環保部門更加有效地管理違規排汙企業，使得人人可以參加環境保護，保持環境良好。

智慧環保項目建設可以多渠道多方式進行環境檢測、環境事件的信息發布，及時滿足公眾生活、出行和生產的需求，幫助公眾提升環境信息獲取和判斷能力。特別是通過信息多渠道的及時發布可以減少重大環境事件對公眾的影響。

第2章「智慧環保」總體規劃

2.1建設目標

「智慧環保」是在「數字環保」的基礎上，藉助物聯網技術，把感應器和相關設備嵌入到各種環境監控對象(物體)中，以雲計算為支撐將環保領域物聯網整合起來，實現人類社會與環境業務系統的整合，通過先進的環境監測監控體系，紮實的信息化基礎平臺建設以及全面完整業務應用體系，以更加精細和動態的方式實現環境管理和決策的「智慧」化構，達成「廣泛感知、海量聚集、智能處理、及時響應」的 「智慧環保」的建設目標。

1、廣泛感知、一體化管理。

通過在線監測與業務管理一體化，點源管理到面源管理的一體化，業務辦理與業務分析的一體化，工作與考核一體化，GIS系統與業務系統一體化，日常管理與應急管理一體化等達到方便工作人員業務辦理，信息共享，真正做到工作人員所需的信息、手段全部體現在系統中。

2、海量聚集、智能處理。

將在線監控系統數據、綜合業務系統數據等進行整合，將分散在各處的信息資源形成統一的信息資產，並提供統計、分析、挖掘工作，結合GIS及模型分析，為領導決策提供數據支撐。

3、面向決策、面向管理

在實現數據整合、信息共享的基礎，信息化建設的方向更強調面向決策、面向管理，通過對環境信息的統計分析、智慧技術、模型仿真，並進一步從管理、決策角度出發，使信息化建設能夠真正為環保局領導決策提供輔助支撐，

4、應急決策、及時響應。

提供移動執法、移動辦公支持，並將應急決策系統與業務系統實時互動，任一系統的數據變化都會實時體現在另一系統中，保證環保執法人員隨時隨地獲取最新數據，提高事務處理和應急響應效率。

2.2建設原則為實現建設目標，本項目將遵循以下原則：

1）統籌規劃、分步實施。基於環保局業務流程梳理的基礎上，進行總體設計，按照總體建設方案和實際運行效果分步推進。

2）需求導向驅動、界面友好。系統設計和開發、使用和維護均以實際應用為主導，從「想用」到「享用」，明確數據維護責任，推動項目的持續優化和完善發展。

3）保護既往投資、整合現有資源。系統建設立足對已有業務應用系統和資料庫等資源的完善與整合，重視業務流與信息流的結合和重組優化，使既往投資和現有資源發揮更大作用。

4）充分發揮各領域專業廠商的優勢、做到強強聯合。環境保護是涉及多個學科的複雜科學，需要各個領域的優秀廠商全力參與，為環保局打造一個技術先進、功能完善的物聯網智慧環保平臺。

5）統一標準規範、保障安全。建立統一目錄體系和數據交換體系等標準規範，創建感知、傳輸、存儲和共享環境；同時，按照國家相關標準法規劃定信息安全域和信任域，實施等級保護，加強系統信息安全管理。

2.3總體框架

智慧環保項目融合了物聯網、雲計算、大數據、3S、多網融合等多種技術，通過實時採集汙染源、環境質量、生態、環境風險等信息，構建全方位、多層次、全覆蓋的生態環境監測網絡，推動環境信息資源高效、精準的傳遞及海量數據資源中心和統一服務支撐平臺建設，重視資源的融合和優化，實現動態應用平臺的組件和應用，以更加精細和動態的方式實現環境管理和決策的「智慧」，從而構築「感知測量更透徹，互聯互通更可靠，智能應用更深入」的「智慧環保」體系，實現環境保護的智慧化。

智慧環保項目圍繞「全面設點、全市聯網、自動預警、依法追責」的總體要求，建立政府主導、部門協同、社會參與、公眾監督的生態環境監測監管體系。智慧環保項目建設內容包括基礎設施、信息資源、應用支撐、系統應用和服務渠道，還包括一個機制和兩套體系的支撐建設。

基礎設施層：由基於新一代信息技術的環境數據採集與感知設備、傳輸網絡和基礎設施雲平臺組成。數據採集與感知設備包括噪聲揚塵檢測儀、溫溼度檢測儀、風向風速檢測設備、煙氣監測設備和各類監控視頻等。傳輸網絡主要包括網際網路、物聯網、通信網、電子政務網等。基礎設施雲平臺是集約化建設的IT基礎設施層，為環境監測數據信息的處理和應用提供統一基礎計算資源和存儲資源的支撐。

信息資源層：主要是整合各政府部門的環保、國土、水利等信息化數據，以及現有的各類應用數據，為其上層應用提供數據基礎和服務。主要包括城市公共信息數據、智慧應用數據、第三方數據和行業產業數據等。在信息資源層實現實時服務對接與數據交換的統一平臺。使得用戶服務應用擺脫面向技術的解決方案的束縛，輕鬆應對用戶服務應用變化、發展的需要；在不用修改現有系統架構的情況下，可以將已有系統和應用迅速轉換為服務，同時可實現系統之間數據的交換與共享。

應用支撐層：服務所需要的公共功能統一，以服務組件的方式提供及進行管理，從而形成平臺通用的服務能力。主要包括推薦服務、移動服務、工作流服務、辦事服務、即時通訊服務、簡訊服務、郵件服務、統一認證服務、服務評價、系統消息服務、訂閱服務、建議投訴服務、業務日誌服務、文件服務、圖片服務、報表服務、地理位置服務等。

系統應用層：通過基礎設施層、信息資源層和應用支撐層的基礎作用，面向環境監測不同方向和業務提供應用，主要包括：環境應急指揮系統、環境地理信息系統、移動執法系統、固定汙染源超低排放在線監測系統、智能化煙氣在線監測系統、大氣環境監測預警系統、環境監察信息化管理系統、智能化水質監測系統等。

一個機制：生態環境大數據管理工作機制包括數據共享開放、業務協同等工作機制，以及生態環境大數據科學決策、精準監管和公共服務等創新應用機制，促進大數據形成和應用。

兩套體系：組織保障和標準規範體系為大數據建設提供組織機構、人才資金及標準規範等體制保障；統一運維和信息安全體系為大數據系統提供穩定運行與安全可靠等技術保障。

智慧環保頂層框架

2.4建設內容

為了實現智慧環保建設的總體目標，我司將依託於整個環保事業的各項保障措施，從環保標準體系推進、智慧環保平臺支撐、環保服務產業持續發展三大方向進行落實。

智慧環保頂層框架的制定，決定了總體規劃的範圍和高度。我們將以「整合、服務、協同、創新」為核心，進行全面的頂層框架設計。在頂層架構示意圖設計基礎上，對智慧環保系統架構進行深化。支持共享感知層、融合網絡層能力以及業務基礎層平臺大數據存儲、分析能力，在該基礎上構建環保業應用，同時也支持作為獨立平臺存在，支撐城市級智慧環保專項項目建設。

在建立環境監測網絡，實時採集汙染源數據、水環境質量數據、空氣環境質量數據、固廢監控數據、危化品監控數據等環境參數的網格化信息採集的基礎上，對重點區域實施智能化遠程監測，對各種環境信息進行智能分析，將為「智慧環保」的全面推進奠定良好基礎。充分利用網格化監測手段及建立環保大數據的先進技術理念，構建全覆蓋監控網絡和監管信息平臺，實現汙染信息的精準定位、精確監測、精益智能、精細網格，做到環境汙染「測得準、說得清、看得見、管得住」，同時引入第三方「環保管家」機構，在整個縣區建立環保監控網絡的數據基礎之時，通過大數據管理和分析，了解到汙染從哪裡來到哪裡去，在即將引起環境風險的時候，能夠通過大數據的及時預測，做出有效的風險評估和應急預案，同時也能夠給到管理單位及轄區企業一定的環保技術諮詢服務和環境治理服務，將自己不熟悉的治汙交給專業公司，統籌解決環境管理問題。

（1）智能感知層

感知層作為物聯網應用中的末端，負責對縣區內的監管對象進行感知各類被測的環境參數，從而形成以智能硬體設備為基礎的網格化監測站部署。

（2） 智能傳輸層

通過智能感知層的硬體設備部署及採集，傳輸層作為物聯網應用的中間層，負責將感知數據通過現有的通訊技術進行與應用層的對接。

（3） 智能應用層

以大數據為基礎構建出的智能應用平臺，在數據分析的基礎上衍生出不同層面的應用，以開創縣級管理新理念。建立面向對象的業務應用系統和信息服務門戶，為環境質量、汙染防治、生態保護等業務提供服務。

「點面域」網格化全覆蓋監測網

依據不同的監管目標，在全縣範圍內「點面域」網格化全覆蓋監測網絡可分為：有組織排放監控網絡、無組織排放在線監控網絡、廠界及敏感點監控網絡、背景點監控和移動監測系統。部分排放源雖然有固定的排放口，但是由於單個源排放量小，排放口不集中且數量多分布廣，作為無組織排放點進行處理。

表2-1 各監控網絡的範圍及管控目標

第3章 智慧環保空氣品質監測系統

3.1網格化空氣品質監測系統概述

網格化空氣品質監測系統，是將城市以區縣、街道、鄉鎮、社區(村)為單位，分級劃定大氣汙染防治管理網格，大範圍、高密度的布點，能夠區域網格全覆蓋，實時了解汙染來源，客觀真實反映汙染現狀，綜合分析汙染原因。

網格化空氣品質監測系統能形成一張監測空氣的「天網」，可以將採集到的數據和現有的標準站監測站點進行疊加、對比分析和校準，二者結合，生成時空動態趨勢圖從而獲取全區高密度高頻度的大氣顆粒物濃度監測數據，運用基於GIS的後臺數據分析統，進行監測數據的篩查、校準、統計分析和動態圖繪製，實現全區大氣顆粒物濃度的時空動態變化趨勢分析，進而判斷汙染來源，追溯汙染物擴散趨勢，對汙染源起到極大程度的監管作用，為環境監管和決策提供直接依據。

網格化空氣品質監測系統是一種集數據採集、存儲、傳輸和管理於一體的無人值守的空氣品質監測系統。空氣品質環境監測系統採用單元網格布點的方式，對空氣裡的PM10、PM2.5、NO2、SO2、O3、CO等6個參數因子進行24小時連續不斷監測，能夠全面反映監測地區的環境空氣品質變化趨勢。一旦出現超標，可對超標監測點位周邊環境狀況進行跟蹤調查，鎖定汙染源，有針對性地採取控制措施，實現精準控汙，切實改善環境空氣品質，讓老百姓看到更多的藍天白雲。

3.2網格化空氣品質監測系統功能

網格化環境空氣品質監測系統可實現區域空氣品質的在線自動監測，能全天候、連續、自動地監測環境空氣中的二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、PM2.5、PM10 和有機揮發物等實時變化情況，迅速、準確的收集、處理監測數據，能及時、準確地反映區域環 境空氣品質狀況及變化規律，為環保部門的環境決策、環境管理、汙染防治提供詳實的 數據資料和科學依據。

網格化監測最大的特點在於微觀站成本投入低，設備維修維護便利，適合大範圍、高密度布點。因此通過網格化布點，可以採集到全面、精細的汙染數據，經過對海量數據進行深度分析，實時掌握汙染趨勢動態，實現汙染溯源，這是原有的一個城市僅有幾個大氣監測標準站所無法媲美的。

網格化監測數據的主要用途是快速定位汙染來源，以利於政府及時確定責任人並消除影響。「未來，網格化監測數據可以結合氣象、交通數據，挖掘出更多對汙染控制和汙染治理有效的信息。

未來可能的應用包括：

第一是判斷局地汙染源貢獻來優化環境達標規劃。通過加密監測，判斷局地汙染受本地汙染貢獻和異地遷移的影響，從而制定更準確的局地環境達標規劃;

第二個是通過智能學習來進行空氣品質預測。經過一兩年的數據積累，可以對各種氣象條件下不同汙染情況進行聚類分析，當出現類似氣象條件時就可以用歷史數據對未來空氣品質進行預測，這也稱之為統計預測、經驗預測或半經驗預測。與模型預測相比，此方法速度快、成本低，特別適合縣級城市使用;

第三是汙染過程統計分析。網格化監測數據可以監測到汙染爆發、擴散和消散的全過程，通過多次汙染過程觀察，可以計算不同汙染源控制方案降低汙染事件的概率，從而優化汙染源控制方案;

第四是優化現有空氣監測站點的布置。通過長期大量密集的空氣品質監測，可以充分了解當地的微氣候和汙染情況，從而找到具有更高空間代表性的站點。

3.3網格化空氣品質監測系統布點

3.3.1網格化環境監測布設原則

依據《環境空氣品質監測點位布設技術規範（試行）》（HJ 664-2013），此技術規範中空氣品質監測點位布設原則和空氣品質監測點位布設要求，在實際布點規劃中，可以按其功能劃分為不同的大區域；結合各自區域內產生汙染物的工廠企業、建築工地、機動車尾氣等不同類型汙染源，採取「有的放矢」的方法，針對這些不同類型的監測對象，科學合理的部署點位並部署相對應的監測設備；同時，為了弄清不同區域的汙染源成因，監測周邊區域的輸入型汙染物，採用在不同區域邊界布置數個監測站點的策略，結合氣象條件綜合判斷不同區域的汙染來源。

按照網格布點等其他方法在不同區域內，單獨的按照微觀站的建設要求，按每平方公裡範圍設立一個點位，進行基本參數微觀站點網格化建設。

合理的布設採樣點是確保分析數據有效性的前提之一。對於不同區域，由於汙染源的分布和氣象條件不盡相同，多以必須選擇不同的布點方法。目前常用的布點方法主要有四種：功能區布點法、網格布點法、同心圓布點法和扇形布點法。

表3-1 4種布點方法對比

3.3.2網格化環境監測實際布設

以下為2種網格布設方案供參考：

方案一：按2*2公裡劃分網格，每個網格內布設1套空氣品質監測設備。

2*2公裡空氣品質監測點網格分布圖

3.4網格化環境監測設備

網格化空氣品質監測站是我司生產的新型空氣品質在線多參數監測系統，主要監測PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3、VOCs、溫溼度等多種參數。空氣品質監測設備可實現區域空氣品質的在線自動監測，能全天候、連續、自動地監測環境空氣中的二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、PM2.5、PM10和有機揮發物等實時變化情況，迅速、準確的收集、處理監測數據，能及時、準確地反映區域環境空氣品質狀態及變化規律。建立大氣環境數據監測與分析系統，可以提高對大氣汙染監測數據的處理和管理能力，為環保部門的環境決策、環境管理、汙染防治提供詳實的數據資料和科學依據。主要用於企業化工業園區、城市環境監測、市政環境監測、移動環境監測、交通汙染環境監測、居民區/學校/醫院空氣品質監測、公園/森林環境監測。

表3-2 網格化環境監測設備

監測參數支持定製增加：標準汙染物氨氣（NH4）、甲烷（CH4）、氮氧化物（NOx）、硫化氫（H2S）、二氧化碳（CO2）等氣象參數。

第4章 智慧環保軟體平臺建設

4.1建設目標

「智慧環保」系統的建設，緊緊圍繞環境保護管理需求，以「挖潛增效，內強能力，外樹形象，不斷提高環境管理和公眾服務水平」為宗旨，利用先進的物聯網技術、自動控制技術、通訊技術、資料庫技術、GIS技術等，統籌規劃，建成涵蓋環境監控預警、信息共享、業務管理、應急指揮、科學決策、公眾服務於一體的專業化、智能化、圖文一體化的信息化系統，實現環境監管可視化、業務管理一體化、綜合辦公自動化、績效評估規範化、環境決策科學化。

1）通過環境地理信息系統建設，基於二維、影像等地圖數據，為其他各類系統提供地理信息平臺接口，對環境質量、汙染源、在線監測、建設項目審批、總量控制等業務信息基於地圖的空間分析和時空分析，通過空間化的表達和分析各類環境問題，解決環境管理、環境決策等工作中各種空間分析問題，為其他應用系統提供地圖服務和功能服務。

2）通過環境專題決策系統建設，藉助GIS 平臺的專題分析能力，實現對專題數據的製作和管理，並按照行業、流域、區域（人工選擇區域和特定區域）等分類對數據進行專題展示。基於專題對業務數據進行統計分析。

3）通過環境數據中心建設，實現各類環境數據資源的統一存儲、統一管理、統一應用、統一展示，解決「數出多門」、信息孤島」現象，做到一數一源、一數多用、全局共享，實現各部門業務聯動，加強部門間的信息交流，並能夠快速得到想要的環境信息。

4）通過環境應急指揮管理系統建設，加強風險源的監控和管理，以國際和國家通用的應急預防、預備、響應、恢復體系總則為依據，以環境汙染事件應急指揮平戰結合為思想，充分利用現有資源來完成危險源的控制以及應急指揮管理的目標。

4.2建設原則

（1）先進性原則

系統的整體設計採用行業中先進的中間件和資料庫產品，具有較長的產品生命力，系統設計中充分考慮系統的發展和升級，採用較為先進的技術指標，確保系統能適應現代信息技術高速發展，在一定時間內不落後，避免以後的投資浪費。採用信息交換技術，保持信息的一致性，保證信息統一公用的輸出格式。

（2）實用性原則

緊密結合環境管理的際需求，針對不同業務的工作特點，確保系統使用簡便，功能實用完備，應用流暢。系統的設計能切實提高用戶的工作效率，改善工作效能，通過系統的建設，能為其它系統提供有效的數據支持。

（3）標準化原則

為確保系統建設的順利進行、系統建成後的自身運行以及與其它系統的連接，在系統的設計和建設過程中強調標準化、規範化和一體化，主要是數據編碼、數據格式的規範化和一致性，軟體開發過程和文檔的規範化、項目實施的標準化等。在系統的設計和開發過程中，採用國際通用的標準和協議，保證系統的開放性和通用性，在以後的擴展和升級中在底層不會出現太大的改動，以達到保護前期的投資的目的。

（4）開放性原則

在總體設計中，採用開放式的體系結構，使系統容易擴充，使相對獨立的分系統易於進行組合調整。有適應外界環境變化的能力，即在外界環境改變時，系統可以不作修改或僅作小量修改就能在新環境下運行。使網絡的硬體環境、通訊環境、軟體環境、操作平臺之間的相互依賴減至最小，發揮各自優勢。同時，保證網絡的互聯，為信息的互通和應用創造有利的條件。

（5）兼容性原則

採用統一靈活的數據交換機制保證了平臺與其他應用系統之間能輕鬆的做到鬆耦合；通過平臺封裝了各種資料庫的細節，保證了應用層基本不作改動即可兼容大多數資料庫。

（6）安全性原則

系統安全可靠運行是整個系統建設的基礎。鑑於環保信息的重要性，網絡系統有較高的可靠性。另外，確保系統的正確性、數據傳輸的正確性，防止異常情況的發生。通過建立一套完整、合理的認證體系，對登陸的用戶進行身份認證，確保身份的真實性。在敏感信息的傳送中採用加密技術，防止重要信息的洩漏。同時，對重要操作要進行日誌記錄，並可對這些操作日誌進行審計。

（7）可維護性原則

採用簡單、直觀的圖形化界面和多種輸入方式，最大程度方便非計算機人員的使用。提供統一的圖形化的維護界面，維護人員通過簡單的滑鼠操作即可完成對整個系統的配置、管理。

4.3總體架構設計

「智慧環保」的總體架構包括：感知層、傳輸層、智能應用層。

感知層：利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設備、系統或流程，實現對環境質量、汙染源、生態等環境因素「更透徹的感知」；

傳輸層：利用環保專網、運營商網絡，結合4G、5G、衛星通訊等技術，將個人電子設備、組織和政府信息系統中存儲的環境信息進行交互和共享，實現「更全面的互聯互通」；

智能應用層:建立面向對象的業務應用系統和信息服務門戶，為環境質量、汙染防治、生態保護、輻射管理等業務提供「更智慧的決策」。

總體架構設計如下圖所示：

環境管理規範化體系和環境信息標準化

4.4 技術架構設計

利用目前成熟計算機技術、網絡技術、通訊技術、通信技術、3S技術、視頻監控技術，基於SOA體系架構建立成熟的應用支撐技術體系，同時採用統一的數據引擎總線技術，利用空間數據引擎實現統一的空間數據管理。採用國內主流GIS軟體平臺實現各種服務的建立、發布、共享，並能夠提供二次開發接口。在此基礎上，通過用戶集成、界面集成、數據集成、地圖集成、流程集成等多種集成方式為各類業務應用系統提供統一的集成環境。最後終端通過B/S、C/S以及移動終端等進行應用。

軟體技術架構圖

4.5系統集成設計

4.5.1數據集成

數據集成是將數據模塊化劃分，以業務流和數據源為基礎，進行數據模型分析，在建設各專業資料庫時，充分體現數據載體的理念，對數據進行以表為單位的模塊化註冊，形成以表為基本單元的數據查詢、採集、分析、下載的模塊化分類，這樣，在進行專業數據的引用和分發時就可以按數據表級模塊進行管理與應用。

本項目開發的系統要與現有在用環保業務系統數據集成與資料庫結構分析以外，還要對環境監控指揮中心各個應用系統進行業務與數據的交流及資料庫結構分析。

數據集成如下圖所示。

數據集成示圖

4.5.2業務數據集成

數據服務層，主要是指待集成系統自己內部的數據模型（Schema），該層次與具體系統負責的功能領域關係密切。但是，從整體的數據整合方面的需求來看，需要對各系統的數據模型以外模式的形式給予定義和規劃。這種定義規劃主要依據統一數據視圖的需求。但是需要指出的是在這個層次上，應用數據模型與統一數據視圖的需求是一種松偶合的機制。

4.5.3空間數據集成

如果用戶提供符合規範要求的GIS數據，將負責對這些數據進行必要的分層、合法性驗證等處理，滿足系統應用的需要；

如果用戶提供空間數據不能符合GIS平臺針對數據的要求，將利用自身對空間數據處理的優勢資源，幫助用戶進行數據轉化，力爭實現系統應用的需要；

如果用戶短期內無法提供空間數據，從保證項目進度的角度出發，可以先行提供小比例尺的基礎空間數據供系統應用，用戶提供高精度數據後進行替換；

針對環保專題圖層數據，提供系統編輯的功能，也負責針對批量數據的初始化，同時，承諾服務期內一定頻度的更新機制。

4.5.4系統集成

用戶做一項工作或技術研究時，需要哪些數據，如在查詢汙染源信息、監督執法信息時，用戶不管是汙染源在線監控系統，也不管是監督執法系統，只要求能查詢到需要的相關信息，這就要求建設完善的空間索引，實現「跨專業、跨系統」的數據查詢與應用，突破系統限制，實現在數據模塊化、功能模塊化基礎上的各專業應用系統的集成。

本項目系統集成針對環保系統內不同開發平臺和資料庫平臺設計的多個已運行的系統進行基於SOA架構的系統整合，包括從環保部下發的業務系統中獲取的自動監控數據與汙染普查數據進行整合，能夠實現對統一數據源的多種數據展示功能。系統集成如下圖所示：

系統集成示圖

系統集成一般有兩類解決方案：

（1）更換或改造現有應用系統，使其具備信息共享、業務協同、支持決策等的功能；

（2）進行信息整合。

前者投資巨大，需要廢棄一些已建成的應用系統而造成資金浪費，需要為改造現有應用系統支付巨額費用，而且方案實施漫長，風險較大，所以對此方案持謹慎態度。而後者將異構分散的非結構化數據（文件、圖紙、圖片、錄像等）、異構的結構化數據（資料庫等）管理利用，集成不同應用系統（OA、在線監測、環境監理等），為所有者提供更高的資源管理、挖掘、展現手段的過程和方法。

本項目的業務系統集成策略採用信息整合方式，信息整合消滅了信息孤島，並在新的信息交換與共享平臺基礎上開發新的應用，實現信息資源的最大增值。

4.5.5權限集成

權限集成使用身份認證服務，為所有用戶提供身份認證機制，統一控制用戶對應用系統的訪問。採用監控指揮中心子系統功能動態權限定製技術，將監控指揮中心業務系統建設和所有功能進行模塊化管理，按數據、功能進行動態角色的模塊權限的分配。

權限集成如下圖所示：

權限集成

用戶只須在進入環保科技信息中心外網門戶平臺時進行一次身份認證，即可訪問平臺內的各種應用系統和信息資源，例如環境應急監控指揮系統、監督執法系統、總量控制系統、環境質量系統、信訪投訴系統、知識支持系統等而無需重新登錄。

提供用戶權限設置和分配機制，統一管理本項目各用戶訪問應用系統的權限，包括角色設置、角色授予、權限特別授予等。

4.5.6界面集成

本系統建設採用集中的頁面展現形式，統一了頁面，達到了展現形式的集成。

未能實現界面集成的系統通個應用系統都要開發自己的用戶界面，而且每個用戶界面使用的終端設備有限，結果新的跨系統的業務流程和業務開通的人員，不得不同時使用不同的用戶界面，大大降低了使用者的工作效率。

用戶界面集成擺在最上層，目的是通過集成多種業務系統的用戶界面，建立一個跨應用，設備，和政府機構的統一，集成的互動用戶界面，讓用戶有著適用，實用，靈活，即時，性格，和牢靠的舒適體驗。客戶可以通過任何設備從任何地方獲取所需信息。

界面集成如下圖所示：

界面集成

4.5.7集成的三條線索

集成三條線索是指「GIS線索、數據線、流程線」，將環保業務的信息化建設按線索進行劃分，將環境業務數據按線索進行集成與共享。

4.5.7.1 GIS線索

環境數據大部分以空間數據為索引。在建設時要構建環保空間數據GIS索引，在環保業務信息化建設時，使空間數據體模型突破傳統的專業和空間的限制，達到信息的一體化查詢模式。

從環保業務系統建設的整體考慮，按照「分層設計、模塊構建」的思想，規劃並設計GIS集成體系結構，如下圖所示：

GIS集成體系結構

在GIS體系結構中，業務應用系統的建設遵從標準規範體系，依託環境信息安全保障體系和運行管理體系，在基礎設施平臺之上，利用應用支撐平臺來進行新應用系統的構建和已有系統的集成，藉助信息資源共享平臺實現信息資源的共享，通過信息資源服務平臺提供各項信息服務。

按照GIS體系結構進行系統的規劃與建設，有利於規範系統建設，避免和減少新的「信息孤島」出現，從而減少集成的難度和投入，提升環境信息化整體效益。

4.5.7.2 數據線索

環保業務系統在建設時要保護數以億計的數據，就必須以「數據線」為主線，從「數據採集-數據審核-數據加載-數據存儲-數據查詢-數據分析-數據下載」組合成一個鏈路，在環保業務系統建設時以數據流向進行建設，在不同的數據節點進行相應的應用。

數據線索如下圖所示：

數據線索

4.5.7.3流程線索

為滿足複雜多變的業務流程活動的要求，需要將應用系統的業務邏輯與業務流程邏輯分離，使業務流程的改變不會引起應用系統的改變，實現鬆耦合的應用集成。

環保業務系統都是以各自的流程為主線。在建設環保業務系統時，應以信息流程作為基礎。要制定各個專業數據項與數據載體、崗位三者結合的流程的「崗位級」信息流。在不同的流程點，根據不用的業務應用需求，可以建設相應的信息查詢、數據應用、人員管理、統計分析等功能應用。

4.6系統平臺功能

4.6.1 監測點位GIS地圖在線顯示

系統內所有監測點位按所屬行政區域進行歸類和展示，監測點位圖標顏色按其當前空氣品質指數AQI表示顏色動態顯示，圖標上方注有具體的地理位置，方便用戶直觀、一目了然掌握各個行政區域內監測點位的部署情況和空氣環境質量現狀，系統實時顯示空氣子站的位置和實時數據。

4.6.2 站點數據實時狀態查看

用戶點擊監測點位圖標後系統自動顯示空氣品質指數AQI、站點地理位置、首要汙染物、發布時間、各項監測因子實時數據等信息，空氣品質指數AQI數值與表示顏色搭配顯示，直觀展示站點當前汙染情況，監測因子可以按照不同需求進行定製，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。

4.6.3 站點環境視頻監控（選配）

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汙染物實時排放數據，當周圍汙染源濃度超標時自動抓拍，為公眾和環保部門監督與執法提供依據，同時可以了解監測設備的實時狀況。當數據異常提醒之後，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。

4.6.4 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，自動給設定聯繫人發送提醒信息，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品質指數日均值以簡訊形式發送給站點負責人或主管領導，讓環境管理者及時掌握環境空氣品質變化情況，在空氣品質惡化時第一時間知道詳細信息。

4.6.5 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品質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品質變化趨勢和汙染物濃度變化情況，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。

4.6.6 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製需求，系統設置獨立排名系統，目前採用AQI（空氣品質指數），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，除了空氣品質指數AQI外，還列出了PM10、PM2.5、CO等監測因子小時值、日均值、首要汙染物、空氣品質類別等信息。

4.6.7 AQI實時、日報表自動生成

按照HJ633-2012環境空氣品質指數(AQI)技術規定要求，自動生成實時、日報數據表，發布的指標包括各監測站點的監測站點信息、空氣品質指數（AQI）、首要汙染物、空氣品質指數類別以及空氣品質指數說明等信息，可自動生成word、Excel、PDF多種格式格式的報表格式。

4.6.8 汙染物來源分析

收集點位數據後，平臺對各項汙染物統計值進行計算分析，初步建立點位汙染源模型（當前採用方法為首要汙染物比重餅狀圖解析），如果監測點位條件允許，能夠實現現場採樣，則可以更加精確的進行汙染物對比分析，通過各時間段汙染物比重模型結合地區現狀來分析具體汙染源和現場實際情況，並提供針對性治理方案。

4.6.9 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，當前端數據採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，並採取相應的解決措施，保證系統的正常、穩定運行。

4.6.10 環境數據動態雲圖展示

由於區域間空氣品質狀況的差別，系統基於各個區域內監測數值實時以汙染物濃度雲圖形式渲染這種差別，雲圖取每小時點位數值，顏色採用空氣品質指數AQI表示顏色，實現由「點」到「面」全面展示大範圍內空氣品質狀況。

4.6.11 空氣品質、氣象數據導出

系統提供空氣品質、氣象數據導出功能，用戶在設置時間類型、站點、時間段以後即可實現數據導出，內容包括點位信息、數據更新時間、常規6參數濃度值、主要汙染物、空氣品質指數AQI。其中數據有效率按照國家標準進行計算，分鐘值以後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，其餘時間區間以日均值有效天數為準。

4.6.12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。

4.6.13 簡訊配置

此功能可以查看簡訊配置詳情，添加條目可以新增加簡訊推送人員信息和發送內容，編輯選項可對接收簡訊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，完成設置以後，列表中人員可以收到簡訊信息。

4.6.14 汙染物濃度預警

一旦空氣品質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範圍內一定時間之後，則會發送預警簡訊。

4.6.15 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）

4.6.16 用戶管理

對於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範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、電子郵箱、個人帳號和密碼。

4.6.17手機用戶APP手機版發布系統支持Android、IOS等主流的手機作業系統，系統界面簡潔、大方，易於操作。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品質排名功能，並繪製過去24小時的濃度曲線圖。發布城市、區域的環境質量AQI、首要汙染物、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。