基于ArcEngine的有色冶炼金属企业无组织污染源监控系统设计

庞治坤 PANG Zhi-kun；谈浩 TAN Hao；顾夏 GU Xia

（①矿冶科技集团有限公司，北京 100160；②甘肃厂坝有色金属有限责任公司成州锌冶炼厂，陇南 746000；③白银有色集团铜业公司，白银 730900）

0 引言

近年来随着有色行业不断发展，随之而来与有色金属相关的大气污染监管形势也愈加严峻。而有色金属冶炼产生的气体排放是大气重金属污染的重要来源之一。[1～2]在矿石采选和有色金属冶炼过程中，对大气排放了大量含有重金属的工业烟尘，形成大气污染，以及重金属降尘后带来的土壤污染等严重环境问题。在这个过程中相当一部分的大气污染属于无组织排放形式，即不经过排气筒的无规则排放。对于此部分有色金属生产企业的无组织废气进行科学、持续、准确的监测，在大气环境污染防治中占有重要地位。

1 无组织污染源监测系统设计

1.1 系统架构设计

系统建设的最终目标是建设一个区域范围内的综合化无组织监测信息管理平台，这就必须要做到以下设计原则：①数据库的规范性与数据的统一性、②软件的扩展性、③系统的稳定性和兼容性、④集成性与易操作性。并且包含以下功能：用户管理功能、基础GIS功能、数据库管理功能、查询功能、数据即时处理功能、数据分析等主要功能。基于以上设计原则，系统主要架构见图1。

图1 无组织污染源监测系统系统架构图

1.2 系统结构设计

考虑到系统使用环境所需要的操作性、扩展性、安全性和传输性，系统采用C/S结构，C/S结构即客户端—服务器结构，将分布在区域内各处的无组织监测传感器的相关信息采用无线传输的方式进行通信，将数据实时传输到部署在服务器上的SQL数据库中，同时使用局域网对通信数据进行物理隔离，确保传输的数据以及整个系统的安全。在数据传输到属性数据库后，属性数据库关联空间数据库，最后通过客户端供各类管理人员使用。基于以上设计，本系统采用采用ArcEngine组件式开发方式进行开发。在空间数据库层面，选取ArcSDE空间数据引擎进行操作。在属性数据库层面，以SQL Server 2012作为存储实体。系统的UI（界面设计）和基本功能开发在Visual Studio 2012平台环境下实现，开发语言为C#语言，总体结构设计如图2所示。

图2 系统结构图

2 无组织污染源监控系统需求分析

有色金属冶炼无组织排放主要有企业生产过程中的运输、储存、破碎、筛分、炉窑生产等工业活动[3]。例如：运输精矿过程中造成的遗撒、露天堆放的原料和中间产品、装卸过程中机械落差形成的尘雾等[4～5]。随着国家环保监管力度不断加大、“蓝天行动”、“净土行动”相继出台，尤其是落实企业环境保护主体责任制的实施，环保管理已经从“事后处罚、事后整改”向“事前预测”、“风险管控”不断转变。企业对无组织污染源的监控、管理可以使企业不断优化生产流程和污染物的过程控制，从而避免因环境问题影响企业的发展和经营。

2.1 有色金属冶炼行业无组织污染产生环节分析

确定有色金属冶炼行业无组织污染产生环节，对布设无组织源监测装置、确定各监测点位和污染物信息、理清各数据之间的逻辑关系有着重要作用，更加方便将来进行统一管理。

①原料运输过程。有色金属冶炼在铁路、道路运输中，在篷布加盖不到位的情况下，往往会遇到路面不平整造成精矿、尾矿遗撒和扬尘，形成无组织排放，污染附近土壤。

②上料、加料过程。有色金属冶炼所用到的原料、中间物料通过料斗、皮带、廊道运输以及给料卸料的过程中，由于不同设备之间的高度落差以及冲击作用，会形成无组织排放，且产尘量较大。

③冶炼过程。有色金属冶炼过程中，时有烟气从加料口或炉门以及炉体之间的缝隙中溢出，溢出的气体以车间的窗户、排风扇等排出，形成无组织排放。

④出料过程。金属冶炼的出料口、出渣口处往往无组织排放较为严重，如企业未设置行之有效的集气装置，则会造成大量无组织粉尘外溢。

⑤堆场及渣场。原料及渣场的露天堆存、抑尘措施不完善，在风力较大时容易起尘，造成无组织污染。

2.2 功能需求分析

①过程监控。通过对重点无组织污染源排放环节的实时监控，将以往的末端治理提升到过程管控，尤其可以实现环保设施的正常运转的监测以及相关资源的调配。例如，当位于道路的无组织污染监测装置预警后，及时抽调现场管理人员监督车辆加盖篷布；当位于原料库附近的无组织污染监测装置预警后，及时调派雾炮车进行现场降尘等。

②整合数据流。以往企业内部环保管理系统往往各自为政，数据不统一，难以实现各个数据之间的实时共享。新系统实用统一、易于兼容且成熟稳定的SQL Server数据库，对信息的收集、管理、整合更加高效、便捷。

③数据可视化。借助成熟的ArcEngine强大的功能，准确的展示各个无组织污染源位置以及监测装置的位置，同时可以直观反映各类在线监测数据，以及当前的天气、风速、大气污染等信息。

④信息安全性。系统中的数据可能涉及到企业的生产经营信息、商业数据信息、环保和安全管理信息、人员信息等重要信息，一些信息一旦泄露，企业可能会面临重大的损失，系统的信息安全性一定要得到保障。

⑤综合管理。对无组织污染源实施有效的管理，建立对应的图层，实现对污染源的有效检索，及时更新相关的法律法规及相关信息，同时能够有效接入其他相关信息并且系统易于扩展。

3 关键技术和方法

3.1 组件式地理信息系统软件开发技术

组件式地理信息系统软件开发技术是一种面向对象的应用技术—组件技术[6～7]。开发优势有：①占用空间小、价格便宜；②标准化开发，无需新学编程语言；③完善的基础GIS功能；④开发过程高效、便捷；⑤用户的广泛接受度。

3.2 基于ArcEngine的组件式开发技术

ArcEngine是全球最大的 GIS厂商 ESRI（Environmental Systems Research Institute，即美国环境系统研究所公司）推出的产品，其使用范围广、使用人数也是最多。其特征是实用ArcSDE/Geodatabases空间数据库技术，数据采集可以直接使用ArcMap软件可以使用C#、Visual C++、Visual Basic、Builder等 语 言 开 发，支 持Windows NT、Unix和Linux操作系统；支持大型机、小型机、工作站、PC服务器等操作平台。其优点是支持储存拓普关系、大数据量管理能力的性能较高，功能强大、扩展性强、伸缩性强等。从ArcEngine功能结构来看，可以分为五个层次，分别是基础服务、数据访问、地图分析、地图展示、开发组件五个部分组成其体系结构如图3所示[8]。

图3 ArcEngine功能体系结构

3.3 搭建多维多源数据仓库

系统规划多维多源数据仓库设计，通过制定数据的统一标准，将不同来源数据划分为空间地理数据、属性数据、污染源监测数据、污染源监管数据、环境质量数据等多个模块，借助SQL Server搭建一个对数据进行统一处理、转换、按照功能需求和统一标准存储入库。

3.4 搭建环境数据中心

将基础数据、多维多源数据仓库和Geodatabse组成一个无组织污染源数据的存储、组织、管理平台，对无组织污染源信息、产排污节点信息尽心归纳整理，并对现行的无组织污染源管理和业务逻辑进行重新定义和再次组织，以多维多源数据仓库为核心，GIS空间数据库为载体，对无组织污染分析结果提供直观的展示。

3.5 无组织污染源数据的逻辑性分析

采用专家评价法结合定量分析法对无组织污染物产生节点和监测装置摆放位置进行分析，同时基于天气、风速等因素及其他各项指标构建数据之间的逻辑关系。例如，对于当天大气污染与无组织污染物监测数据之间的逻辑关系，风速与无组织污染物扩散范围之间的逻辑关系。同时对于有异味的数据，由工作人员现场核实进行进一步矫正，以提高数据的稳定新与规范性。

4 结语

有色金属冶炼过程中，运输、储存、破碎、筛分、炉窑生产等工业活动中不可避免的产生无组织污染，这些污染物具有分布广、影响范围大、危害性大等特点，如未及时监测和管理将对周围大范围的空气和土壤造成严重的环境影响。在本文所述的有色冶炼金属行业无组织污染源监控系统，基于无组织污染源监测数据，污染源分布情况以及厂区面积、道路、范围等空间数据，并根据这些数据呈现结果不断优化优化生产流程和污染物的过程控制，可以最大限度的降低有色企业生产过程中的无组织排放，降低环境危害。