环保监测智慧化控制系统在散货港区矿石码头的应用

张京

摘要：随着近年来港口建设的不断发展与壮大以及货物运输量的不断加大，对港口环境保护的要求也越来越高，积极打造节约资源与绿化环境的绿色港口是促进港口经济和谐发展的重要保障。本文主要介绍了环保监测智慧化控制系统的系统构成，并具体分析了环保监测智慧化控制系统在开展港区环保工作中的应用。

关键词：黄骅港；环保监测；控制系统

近些年来，空气污染对人们日常生活的影响越来越大，如PM2.5、PM10、TSP等对我们的正常作息均有很大影响，过多的此类物质吸入会导致各种各样的呼吸道疾病、功能性疾病甚至不可挽回的器质性病变，随着工作强度的提升，此类现象也会伴随致死可能。目前，在港口作业生产中此类污染物的产生比较普遍，是港内人员的正常工作生产极其不利的因素之一。因此，需要对环境进行监控，联动现场的环保措施实施治理。

一、粉尘产生的原因

港口矿石类码头目前物料堆存方式主要为露天堆存，矿石物料堆场为开放性尘源，具有不确定性。物料在堆场堆存和装卸过程中，起尘量的大小与作业量、料堆表面积、颗粒粒径、含水率及风速等均有关系。

二、环保监测智慧化控制系统的功能

系统通过构建多样数据模型的智慧环保平台，进行实时的流处理并直观显示指南文件相关要求信息，并具备统计展示模块、污染源分布图分析模块、分析与学习模块、环保设备联动模块、系统管理模块、其他功能组模块。

（一）统计展示模块

该模块实时显示当前主要监测数据。通过定点采集、计算和全方位立体展示，使港区内各区域的扬尘污染情况清晰明了。

（二）污染源分布图分析模块

该模块将平台收集的监测点位数据以及除尘设备运行状态在模型上进行展示。约束好控件颜色代表的扬尘污染程度，突出显示当前监测数据报警点位，通过点位标识可以快速进入监测设备实时详情页进行查看，将采集到的数据经过算法分析结合空气扩散模型的规律，正向推导污染扩散情况，使用热力图进行呈现，直观展示的图像化数据也可反向推导污染源头。

（三）分析与学习模块

该模块根据粉尘污染参数统计污染来源和影响规律，根据已有粉尘污染数据，进行溯源分析和预报未来粉尘污染变化情况及预警。该模块还包含颗粒物数据统计分析系统。

（四）智能联动模块

该模块与现有各类除尘设施进行连接，实现抑尘设备智能化联动。根据堆场起尘位置和起尘量的测算结果，结合气象预警信息和除尘历史洒水记录，推送需要洒水抑尘的区域和垛位，形成“粉尘云监测+矿石含水率预测”的辅助抑尘决策计划。一方面，通过智能除尘模式进行堆场区域自适应各类除尘设施控制；另一方面，将通过检测结果和抑尘策略推送给港区内各类抑尘设备，实现全港洒水抑尘设备智能调度。

（五）系统管理模块

该模块经过算法优化，推送优化环保改造报告、设备状态、能源消耗情况、超前预警报告等内容。系统会利用粉尘云监测数据，结合实时气象信息进行分析，通过智能算法反演实时反馈是否有场界外粉尘迁移入场及其污染浓度，形成基于 GIS 地图及位置信息的实时粉尘浓度云图、历史粉尘浓度曲线展示以及超标报警和预警。

（六）其他功能组模块

结合 2020 年交通部所推出的《绿色港口等级评价指南 JTS-T105-4-2020》，智慧环保综合平台通过各类数据采集以及港区内其他相关系统的信息交互，经过智能分析，实时提供港区各类指标报告，可以作为新时代港口数字化的理论依据。

三、网络架构

四、监测终端

监测终端主要用于粉尘浓度、视频等数据的实时采集。粉尘浓度、风速风向、气压及温湿度等信息通过无线的方式传输，视频信号通过光纤的方式传输。

五、数据准确性说明

根据使用的气体传感器的物理特性，既需要在感应端进行设备上的改良措施，也需要在开发中进行基于MATLAB的计算处理，并且现场部署了自动化生产校准系统和环境校准系统，保障数值一致性与准确性。

六、监测设备运营维护

该平台及现场设备每月至少巡视1次，到现场后，对设备周边情况进行仔细观察、检测并做详细的巡查记录。如有异常情况，能现场处理的，应进行及时处理；现场不能及时处理的，需上报协调进行解决，问题的处理过程需详细记录。

七、报警与联动反馈

系统可以实时监测记录并存储各种环境、设备的状态信息，首先应建立存储关键数据的数据库。通过对设备身份信息的采集，优化设备管理的追溯流程，通过对环境中各类污染信息的实时监测，实现自动预警和报警。

其次，系统可以根据实时数据提供环境分析报告。根据实时数据对抑尘等设备运行指标、负载率、能耗等数据进行综合分析，协助工作人员对码头设备进行评估，通过选择能耗最低、治理效果最高的工艺设备和线路，提高环保设备的运行效率及经济效益。

此外，可以根据数据分析提供设备检修及维保建议。通过历史数据分析设备故障原因，制定检修计划，提供检修指导方案，预测设备使用寿命，评价设备优劣及使用情况，为环保设备选择、设备检修等提供建议和数据依据，降低运行成本。

系统采用前台交互与后台数据库分离模式，兼顾数据的可靠性和数据调用的灵活性，既可作为智慧化系统的一部分接入现有全厂DCS、PLC控制系统，也可接入独立控制的喷枪站、干雾抑尘、自动堆取等子系统，作为智能管治的一部分，可有效提升设备管理能力、环保动作效率及智能化水平。

八、数据接口设计

将一些现场已有的设备数据以及其它系统中的数据展示到平台当中：

（一）视频设备对接

与现场已有的视频监控设备、平台对接，将这部分视频流接入现有平台进行整合呈现，立体掌控厂区状态，加强现场对于系统智能判断的验证与策略部署的人为调配。

（二）现有分表计电数据对接

从市控网或提供的分表计电接口服务中或现场已有分表计电设备中获取电表数据（将系统上全部参数传输到管控平台上）。

（三）现有大气监测设备数据对接

将现在已部署的大气监测设备数据统一收集到系统数据库下，二者数据进行实时比对，相互校核，确保现场检测结果的准确性，避免误判。

（四）现有有组织数据对接

将现在已有组织设备数据统一收集到系统数据库，二者数据进行实时比对，相互校核，确保现场检测结果的准确性，避免误判。

（五）与外部气象数据对接

将地市级当前气象数据展示到系统数据库中，二者数据进行实时比对，相互校核，确保现场检测结果的准确性，避免误判。

（六）与国家环保数据对接

从国家环保网获取企业所在地空气质量信息，并展示到系统数据库中，二者数据进行实时比对，相互校核，确保现场检测结果的准确性，避免误判。

九、系统特点

环保监测智慧化控制系统利用数字孪生、智慧化模拟和智能业务应用建设，并采用CS架构和BS架构相结合的形式，表现部分与数据呈现使用前端，分析代码部分使用后端服务器进行实现，形成三层体系结构，具有灵活、低成本、复杂度低、通用性强的特点。

系统利用3D数字化建模形式，搭建三维GIS模型对接地理信息数据，将整个治理设备和环保监测设备与地图相结合，并通过图表形式呈现该区域内的空气质量、用水量等关键指标，便于在掌握整个港区相关信息的基础上科学管理，高效率、智能化管控。

系统应用可视化、数字化以及物联网技术，结合分布式计算、大数据分析、空间地理信息、气象环境信息等建立以环境监测、环境管理、决策分析、环保设备控制为一体的智慧环保综合平台。

智慧环保采用环保全方位立体化的环境监控方式，更快速地感知环境的监测指标，更全面地掌握环境污染的过程和变化趋势，更有效地提升现场治理效果，更快速合理地投入环保设备，更智慧地决策重点区域污染治理方向和重大环境问题，为环境预警与产业结构调整提供决策支撑，以智能管控赋能港口高质量发展，抓好数智化转型新机遇为目标，推动港口行业绿色低碳高质量发展。

十、结语

综上所述，利用环保监测智慧化控制系统管控港口环境，通过定位技术识别、生产动态识别和三维网格监测系统，获得粉尘浓度分布、机械适应性大数据技术分析、生产分析和无组织粉尘变化规律，对不同阶段产生的无组织粉尘进行管理和控制并降低管控的难度。实现港口粉尘监测和实时智能抑尘调度，通过港口粉尘云监测与智能抑尘辅助决策技术来实现智能分析与呈现，对港口粉尘控制、环保税的核减和港口环境质量提升具有重要意义。

参考文献：

[1]邹云飞，周家海，张鹏.港口散货装卸工艺流程粉尘污染防治技术研究[J].中国水运 （下半月），2014，14 （12）：30 9-310.

[2]朱利， 李涛.《绿色港口等级评价指南》（JTS/T105-4—2020）解析[J].交通节能与环保， 2022， 18（3）：3.