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摘要：我国部分地区的空气污染形势比较严峻,仍需加大环境整治攻坚力度,采取更加精细化管控措施和手段,实现对环境管理的科学、精准治理,变被动监督为主动监管。本文针对这一需求,通过采用物联网、云计算、大数据等技术手段,提出了一种智慧环保综合管理平台的整体设计思路,并通过监测预警、综合分析、决策评估、网格化管理、应急响应、公众参与等6个子系统实现对环境的闭环、精细化监管,为环保工作提供一个整体解决方案和思路。
关键词：智慧环保；环保信息化；环境监测；网格化管理
An Overall Designing Idea of Smart Environmental Protection Platform
YU Zhenxing,ZHU Yuanjuan
(Hunan Sany Polytechnic College,Changsha Hunan 410129)
【Abstract】：The situation of air pollution in part of China is still grave and in need of strengthening environmental protection.More elaborate preventive measures should be taken to meet the requirement of scientific and precise prevention of environment pollution and turning supervising passively into monitoring actively.Adopted some technical methods such as IOT,cloud computing and big data,this article presents an overall designing idea of integrated management platform of smart environmental protection.The closed-loop and elaborate management of environment protection is fulfilled by the six sub-systems,ie.Monitoring and early warning,comprehensive analysis,decision-making evaluation,grid management,emergency response and public participation.This will provide environmental protection with an overall solution.
【Key words】：smart environmental protection;environmental information;environmental monitoring;grid management
0引言
近年来,在政府的正确领导下,我国各个城市空气质量有了明显的改善,良好天数持续增加,重污染天气逐步减少,在环境保护方面我们取得了一定的成效。与此同时,我国的部分地区的空气污染形势依然比较严峻,恶劣天气仍有发生,给居民生活带来了很多不便,这就需要我们加大环境整治攻坚力度,采取更加精细化管控措施和手段,实现对环境管理的科学、精准治理,变被动监督为主动监管。本文提出一种智慧环保平台的整体构想,在满足环保部门新颁布的生态环境保护行业标准和环保业务要求的基础下,为环保工作提供一个整体解决方案和思路。
1平台设计构想
智慧环保平台的设计愿景是打造一个集各类环保数据于一体的综合性管控平台,通过其中的监测预警、综合分析、决策评估、网格化管理、应急响应、公众参与等6个子系统实现对环保信息的综合管理和精细化管控,满足各个环保部门的管理需求,提高我国环境管理的整体水平和效率。
其核心思想是通过采用“物联网、云计算、大数据”等技术,构建一个集“监测预警—综合分析—综合监管—决策评估—应急响应—公众服务”的智慧环保平台,并以行业监管横向线和属地监管纵向线两条线为主导,实现对环保信息的综合监测和管理,做到对城市环保工作的无缝隙覆盖、精准化监测、系统化分析、精细化监管、创新性评价,从而打造成集“决策指挥、业务协同、部门响应、App应用”为一体的综合共享平台,为环境综合决策、公众服务提供精准、快捷的保障。
平台主要由数据层、大数据平台层、应用层、纵向管理线、横向管理线等组成,如图1所示。数据层主要通过数据共享交换平台实现与基础平台、专题数据平台的数据交换,从而满足智慧环保平台数据采集与数据存储的功能；大数据平台层则在数据层的基础上,通过数据的采集、存储、处理、共享、支撑、应用等过程,实现智慧环保数据的大数据综合应用与可视化展示；应用层主要实现对环保数据的监测预警、综合分析、决策评估、网格化管理、应急响应、公众参与等应用,以实现智慧环保的“监测预警—综合分析—综合监管—决策评估—应急响应—公众服务”应用需求；属地纵向管理线主要实现综合平台“市级—区县—乡镇—网格员”的纵向管理功能；行业纵向管理线主要实现与市级行业监管平台、区县行业监管平台的纵向管理功能。
2平台主要功能
智慧环保平台主要包含监测预警、综合分析、决策评估、网格化管理、应急响应、公众参与等6个子系统。
2.1监测预警子系统
该系统主要实现空气质量监测的功能。通过在城市范围内建成空气质量一体化监测系统,可形成全天时、大范围、立体化的监测能力,可实现在地图上基于位置信息对辖区内分布的监测终端实时动态数据进行展示,并能够根据建立的监测系统数据的历史记录和分析结果,对辖区内环境污染状况及发展趋势进行预测和预报功能,可为有效控制辖区内环境状况提供监测数据支持,也可为环境保护决策提供科学数据依据。
系统具备未来24h、48h、72h的辖区空气质量预报,以及未来7d污染趋势预测,并根据预报结果研判是否启动重污染天气预警的功能。
2.2综合分析子系统
该系统主要具有多尺度污染水平分析、污染特征分析、在线溯源解析、跨界传输分析、多尺度气象分析、区域多站点分析等功能。
(1)多尺度污染水平分析功能。可实现五级污染态势的显示,可显示日均、月均、年均空气质量指数AQI、污染物浓度和优良天数在全省、全国城市排名以及同比环境改善率、区县排名等分析数据并自动生成相关数据报表实现多区域空间分布、空气质量城市排名、对比分析等功能。
(2)污染特征分析功能。能够分析颗粒化学组分、粒径谱特征、光学特性、VOCs组分特征、臭氧生成潜势、二次气溶胶生成潜势、温度、风速、相对湿度、UVA、UVB、EKMA曲线等,能够实现对表征大气复合污染特征和重污染天气成因、臭氧生成的原因与机制的分析实现对污染特征分析的功能。
(3)在线溯源解析功能。通过实时解析PM2.5各污染源贡献率、本地源以及区域传输所占比例,统计任意时段PM2.5各污染源、本地以及外来污染源占比情况实现对在线溯源的解析功能。
(4)跨界传输分析功能。通过分析污染传输矩阵、污染物垂直空间分布、通量变化,了解我市污染来源中本地、外地贡献占比情况,沙尘和雾霾传输、过境演变情况,了解周边城市与我市的颗粒物实时输送通量的交互情况等实现对跨界传输分析功能。
(5)多尺度气象分析功能。能够分析日常情况和重污染应急期间气象条件的演变趋势,同时在日常预报业务中分析污染发展趋势情况等信息实现多尺度气象分析功能。
(6)区域多站点分析功能。通过不同颜色表征各乡镇污染分布状况,实时展示各乡镇污染态势,加密布控站点,构建城市各乡镇监测网络实现区域多站点分析功能。
2.3决策评估子系统
该子系统主要具有重污染应急管理、空气质量达标管理的动态评估功能。
2.3.1重污染应急管理评估功能
主要实现对重污染应急管理评估的功能。包括应急措施动态管理、应急方案减排量测算、应急预案效果预评估、应急预案效果后评估等功能。
(1)应急措施动态管理。通过构建重污染应急措施库,实现定量分析和评估不同应急方案带来的环境效益,针对不同类型的重污染天气进行应急响应方案设置和筛选的功能。
(2)应急方案减排量测算。通过系统提供的控制措施组合功能,可生成多种自选控制方案,能够快速完成各类污染物减排量的计算,比较各控制方案的污染物减排效果的功能。
(3)应急预案效果预评估。通过该功能可快速生成不同应急预案实施后空气质量改善效果和变化趋势,可提供在重污染来临前,对多种情景进行模拟推演,筛选最佳方案。
(4)应急预案效果后评估。通过比较分析制定预案实施前后污染物变化情况,评估空气质量改善效果,分析应急措施和气象条件之间的相对贡献率。
2.3.2空气质量达标管理动态评估
主要实现对空气质量达标管理动态评估的功能。包括减排措施动态管理、减排方案达标能力预评估、减排方案实施效果后评估等功能。
(1)减排措施动态管理,通过对大气污染源排放清单特征分析,运用数值模式,建立控制措施与污染物排放量的动态响应关系结合未来社会经济发展情况、能源和环境相关政策等,快速核算多种减排措施组合排放量,筛选出科学合理减排措施或短期具有明显改善环境污染情况的减排措施,为治理长期达标治理规划提供决策支持。
(2)减排方案达标能力预评估,通过模拟正常、不利、有利等多种历史气象条件下不同减排方案实施后空气质量改善效果和变化趋势,评估现有控制方案达标可行性。
(3)减排方案实施效果后评估,通过快速评估气象条件和减排工程影响的相对贡献率,分析空气质量变化原因,对当前减排方案进行调整,以达到改善空气质量的目的。
2.4网格化监管子系统
该系统采用网格分块手段,通过建立重点污染源“一企一档”的基本信息、长期档案、地图信息、业务数据等信息,实现对重点污染源的网格化管理。通过多源数据集成展示、多源数据集成展示、部门联动监管、属地分级管理、网格化监管指挥、考核评价等功能实现环保信息的网格化管理功能。
网格化监管又包含网络巡查、指挥调度功能。网络巡查主要实现事件或问题上报、事件受理、任务办理等功能,以满足网格化管理中信息的采集与上报的需求；指挥调度主要实现任务下派、任务下达、任务督办、任务信息台账等功能,以满足网格化管理中指挥调度的需求。
2.5应急响应子系统
该系统主要具有重污染天气应急响应、环境污染事故应急处置、日常强化措施的监管功能。
(1)重污染天气应急响应功能。该功能主要能够实现根据重污染天气应急主要步骤精确预报预警、细化应急方案、实施网格化动态监管、及时评估调整等。通过构建市、县、乡镇、重点企业及城管、建委、交通、公安交警等多级多部门联动一体的应急响应体系,实现智能化的应急管理,精准辅助应急执法和网格化监管。
(2)环境污染事故应急处置功能。该功能主要实现突发环境事件响应、指挥调度等过程环节的指挥、记录、跟踪、查询和分析。通过环保指挥中心,将环境事件的发展态势在大屏上以可视化的方式呈现出来,并启动相应预案流程,同时显示事件现场人员、车辆、救援等资源分布情况,指挥人员可在大屏上进行实时标绘,发送调度指令,及时调动资源,人员、车辆调动信息、位置自动上报,为主管部门和领导提供决策支持。
(3)日常强化措施功能。该功能根据日常接收到的临时区域性环境问题,可以通过平台,及时协调到相关部门进行降尘或清理工作,用户可以在现场对各二级平台和行业平台进行现场监督察看、语音指挥调度等。
2.6公众参与子系统
该系统主要满足公众参与环保工作的要求,通过智慧环保App、舆情分析两大功能,可随时随地查询环境管理相关信息、环境新闻、环保知识,根据所在位置自动获取相关的空气质量及公众环保随手拍等功能。
3总结与展望
本文针对某市环境管理的具体需求提出了一种智慧环保综合管理平台的整体设计思路,并通过其中规划的监测预警、综合分析、决策评估、网格化管理、应急响应、公众参与等6个子系统实现对环保信息的全方位、立体监控,实现了对环境监管的闭环、精细化监管,对提升某市城市重污染成因机制研究和精细化源解析的能力,推动城市空气质量的持续改善和长期达标治理规划提供了理论、技术支持。该平台的落地实施,将打破各个部门之间的界限,构建一个满足各个管理部门的智慧环保一体化平台,进而提高某市环境管理的效率,实现对环境管理的综合治理和监管。
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