基于云计算和物联网的智慧环保信息化综合应用

曲国利钟行国李兴乐.淄博市环境监测站；.江苏三希环保科技有限公司



基于云计算和物联网的智慧环保信息化综合应用

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1.淄博市环境监测站；2.江苏三希环保科技有限公司

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在描述智慧环保概念的基础上，本文重点讨论了物联网、云计算技术在智慧环保建设中的应用及环境与污染源动态管控系统、环境安全与移动执法系统、统一平台的建设情况。结果表明在环保信息化建设中采用物联网和云计算技术能够促进环保工作规范化、标准化与自动化，解决重复建设与“信息孤岛”的问题，提高环境保护综合决策与服务能力。

环保信息化经过多年的建设发展，已经取得了显著的成效，但是随着社会经济的快速发展环保问题越来越复杂，如何充分利用各种信息通讯技术感知、分析、整合各类环保信息，对各种需求做出智能响应，使决策更加切合环境发展的需要成为迫切需求。随着信息技术的快速发展，“智慧环保”作为“智慧城市”与“智慧地球”的重要方面被提出，物联网技术和云计算技术为“智慧环保”具体应用的产生提供了技术支撑。国外“智慧环保”建设起步较早，如哈佛大学CitySense（感知城市）项目、美国大鸭岛生态环境监测系统等从方案创新、技术应用、管理机制、公众参与等方面都具有很好的借鉴意义。国内各地在生态文明建设、环境保护方面都比较重视，伴随“智慧城市”项目的推进，一些地方政府更是把“智慧环保”的建设列入“智慧城市”的重点项目工程中，无锡、哈尔滨等城市进行了“智慧环保”示范工程建设。本文论述了基于物联网和云计算的环保信息化综合系统在“智慧环保”建设中的应用。

“智慧环保”概念与应用系统简介

“智慧环保”是“数字环保”概念的延伸和拓展，它是借助物联网技术把感应器和装备嵌入到各种环境监控对象（物体）中，通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合起来，可以实现人类社会与环境业务系统的整合，以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策的智慧。

随着物联网技术和云计算技术的不断成熟和应用规模的不断扩大，集监测、监控和监管三位一体的智慧环保综合信息化系统已经初步成熟。通过环保物联网整合各类现有的监管系统构建全方位、多层次、全覆盖的生态环境监测网络，云计算资源中心实现监控数据的存储、管理、挖掘、交换和共享，形成了统一平台下包括环境与污染源动态管控系统、环境安全与移动办公执法系统在内的综合应用。

总体架构

利用合理、科学的设计思路，对信息化现状、业务需求、数据需求进行全面的梳理，通过物联网、云计算结合SOA、GIS、数据仓库等先进技术，构建一个架构先进合理、层次清晰、美观实用的综合平台。智慧环保综合应用平台由监测监控体系、数据资源层、组件服务层和智慧应用层组成。

监测监控体系由智能感知层、传输层和监测监控层组成，借助物联网实现对废水、废气、污水处理厂、河流断面、水源地、空气等监测点的在线监测，对现场电动闸门、监测设备、现场视频等的智能化远程监视控制，获得前所未有的智能感知。

数据资源层建立智慧环保数据资源中心，按照国家及地方相关法规，制定数据存储、数据交换、数据共享等各类标准和规范，按照标准规范对环境数据梳理、分类、设计，消除数据孤岛，实现数据流通。数据资源中心能够屏蔽内部结构，采用云计算技术以PaaS方式对外提供开放的数据访问接口，实现一数多用。

图1 总体架构图

组件服务层为上层应用做支撑，包括目录服务、地理数据服务、动态数据服务和基础数据服务。

智慧应用层建立综合应用平台，平台采用统一认证单点登录方式，既可以在平台内新建业务应用系统，又可以以松散耦合的方式将现有系统集成到平台中来，并且通过外网门户和信息发布平台实现外网应用。

智慧环保综合应用平台

环保物联网

智慧环保监测监控体系的基础是物联网，是由“数字环保”向“智慧环保”转化的第一步。在监测站点，使用符合HJ477-2009标准的数采仪通过RS485、RS232、WIFI、ZigBee与COD、氨氮、流量计、烟气分析仪等在

线监测设备相连，获取设备的监测数据、设备参数、设备状态、报警信息等数据，通过3G/GPRS/光纤宽带接入互联网将数据上传到数据资源中心，数据资源中心接收、审核、存储数据，同时通过数采仪向站点监测设备发送反控控制指令，包括更改设备参数、更改设备工作状态等。网络摄像机通过光纤或3G网络，将监测站点视频监控数据上传到数据资源中心，并对重要录像归档、备份。通过对数据、视频信息的获取组成以数采仪为枢纽的智慧环保物联网。

云计算资源中心

云计算资源中心是所有环保信息化业务应用的基础包括计算资源中心和数据资源中心两个部分。计算资源中心采用虚拟化技术建设，通过建立环保行业云以IaaS的方式为智慧环保各系统提供虚拟化计算资源，从而实现计算资源的合理利用分配及调度，降低各子系统的建设和维护成本很好地解决了下级部门信息化能力不足的问题。

“智慧环保”的数据主要来源于原“数字环保”系统，如在线监测数据、环境质量数据、排污申报收费数据、污染源审批数据、核与辐射业务数据、行政执法数据、业务办公数据、外部数据等。各系统数据是相对独立非全局化的数据，数据资源中心把所必须的各业务系统数据信息按标准化规则经过清洗、过滤、加工后统一汇集并建立业务逻辑关系，从而形成标准化的全局数据，数据统一存储、共享，以PaaS的方式提供云服务，作为所有子系统的公共资源。

综合应用平台

智慧环保综合平台包含众多的应用子系统，平台采用门户方式提供单一访问入口、可定制的界面、个性化的内容展现等功能。通过门户向分布在各处的用户提供政府、企业与环境相关的信息，用户通过浏览器就可以获取所需信息。平台采用统一认证单点登录的方式完成一次登录多系统访问，实现多部门协作，整合独立分散的信息系统，使各系统间协同工作起来形成一个完整的有效率的整体。

环境与污染源动态管控系统

在物联网采集数据与资源中心提供资源的基础上对环境与污染源各项数据进行实时的监控以GIS地图作为基础平台展示和管理监管企业的基础信息、实时工况数据、企业生产流程组态图、报警信息，并对数据进行挖掘分析、支撑决策、远程监控实现对环境和污染源的动态管控是“智慧环保”的核心应用。

数采仪采集监测仪表监测数据的同时采集仪表的工作状态、关键参数，使监管单位同时了解监测数据和监测设备的运行状况，防止企业修改设备参数弄虚作假，更好的为环境管理和决策提供依据。

前端物联网感知层采集的数据不仅包括环境和污染源的实时监测数据还包括排污单位污染治理设施（工艺）运行参数及污染物产生过程参数，建立其与污染源排放数据的相关关系，通过工况分析模型分析企业工况数据是否异常，分析异常原因，判断企业是否存在偷排漏排现象，协助环保部门远程执法，确保企业设施稳定地运行并完成污染物总量减排的目标。

在企业污水排放口安装智能闸门系统，在监管部门可远程查看企业排污口的在线数据、流速、流量，控制电动闸门的开启和关闭，远程控制超标留样情况，结合远程视频监控系统可以实现对污水排放企业的有效监管。

环境安全与移动执法系统

利用GPS卫星定位、GIS地理信息系统等领先技术，依托环保物联网、云计算资源中心构建了环境安全预警与应急处置系统、环境监察与移动执法系统。

（1）环境安全预警与应急处置系统

环境安全与应急处置系统是环境与污染源动态管控系统的延伸，系统以数据资源中心应急数据为基础，基于二三维GIS平台，实现对各类污染源和环境要素的科学化监管、预警和辅助应急处置。

通过对数据资源中心监测数据的挖掘分析，结合环境安全预警体系，环境安全预警系统可以做到对环境安全事件的预判，提前干预减少环境安全事件的发生。环境紧急事件发生时，环境应急处置系统通过接入的应急车辆信息、现场视频信息，通过污染物的类别溯源与扩散模拟分析，实现环境安全紧急事件的快速有效处置。

（2）移动执法系统

系统结合环境监察现场执法任务工作流程与管理规范，实现基于GIS的执法定位、现场执法数据采集及上传、信息查询、现场执法、现场监察、在线监测、视频监控、执法地图、执法任务管理、执法统计、标注管理、法律法规、通讯录、移动办法、系统设置等功能，使现场执法工作方便、快捷、高效，为指挥协调提供一个快速通道。

结语

“智慧环保”基于物联网、云计算技术，在传统“数字环保”的“感”和“传”的基础上，着重加强了“知”和“用”的功能，通过建设环保信息化综合应用平台，开创了环保应用平台模式，实现业务高度整合，节约了建设资金、统一了管理标准、实现了业务协同、细化了管理精度。下一步需要继续强化智慧环保物联网感知层，完善应用层功能，探索大数据技术在“智慧环保”领域的应用，提高大众参与度，全面加强“智慧环保”的应用与产业化。

10.3969/j.issn.101- 8972.2016.12.022