基于.NETCore的VOCs重点企业污染物排放监管系统设计与实现

关键词：VOCs排放；排放监管；数据管理；系统架构；.NET Core

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）03-0042-04 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0引言

随着工业化和城市化进程的加速，挥发性有机化合物（VOCs） 排放问题日益突出，对环境造成严重影响。有效监管和控制VOCs排放已成为我国生态环境保护的重要任务[1-2]。“十三五”时期，我国出台了一系列政策法规和标准，旨在加强VOCs污染防治工作，完善VOCs治理体系，例如《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》《重点行业挥发性有机物综合治理方案》等。当前，我国VOCs排放数据管理面临诸多挑战，主要体现在数据收集困难、准确性低、共享程度不高以及监管手段不足等方面[3]。由于企业众多且排放源复杂，数据难以全面、准确地收集；同时，上报数据存在主观性和不确定性。这些因素共同制约了生态环境保护工作的有效开展。因此，设计和实现高效的VOCs重点企业污染物排放监管系统，对于加强VOCs 排放监管，促进产业高质量发展至关重要。

1 需求分析

针对VOCs重点企业污染物排放监管系统，首先须进行需求分析，明确产生VOCs的关键环节。通过梳理发现，VOCs排放监管系统的需求分析主要集中在生产信息、源头控制、工艺过程及无组织排放管控、末端治理及企业排放、监测监控水平以及环境管理等方面。

生产信息是了解企业排放的基础，包括产品信息、产能信息和原辅材料信息。产品及产能信息包括：产品名称、设计产量、去年产量。原辅材料信息包括原辅材料名称、年设计使用量、年实际使用量，这些信息有助于全面了解企业的生产状况和潜在的VOCs排放源。

源头控制记录企业生产过程中可能产生VOCs排放的关键环节和材料[4]。其中包含车间名称及对应车间的具体工艺名称。材料选择信息包括塑料、油墨、涂料、胶粘剂、清洗剂等，对于在生产过程中可能使用的材料，须根据实际生产情况选择对应的材料类型。

工艺过程及无组织排放管控具有源头减排、过程控制、环境风险管理以及持续改进等多重重要作用[5]。此环节包括物料储存、投料和调配。物料储存中需要明确VOCs物料是否密闭存储，废物是否密闭储存。在投料信息中须确认液态VOCs物料投加的方式和粉状、粒状VOCs物料投加的方式，以及各个车间工艺过程中的产污环节及收集方式。

末端治理指对生产过程中已经产生的VOCs废气进行处理和净化的技术手段[6]。这一部分包含各个车间使用的工艺名称和治理工艺名称，还包括风量、现场监测浓度、第三方监测浓度等参数。监测监控水平用于企业对VOCs排放的监测监控情况，包括有组织和无组织排放监测的设置和运行状态[7]。具体包含有组织监测、厂界无组织监测、厂区内无组织监测、是否规范设置监测采样口位置、是否规范设置监测采样平台、监测监控系统、在线监测是否正常运行并校验记录。

2 系统设计与实现

2.1 整体设计

系统的总体架构采用分层设计，分为数据采集层、数据处理层、业务逻辑层和用户界面层。数据采集层作为系统的起点，负责获取企业原始排放数据，包括生产信息、源头控制信息、物料储存信息、末端治理及企业排放信息等。生产信息反映了企业的生产能力、产品类型和产量等基本信息；源头控制信息指的是企业在生产过程中可能产生VOCs排放的关键环节和材料，如车间、工艺、塑料、油墨、涂料、胶粘剂、清洗剂等；物料储存信息记录VOCs物料的储存和废物储存情况；末端治理及企业排放信息则涉及企业采用的末端治理工艺、治理效果以及实际的排放数据等。数据处理层对采集到的数据进行清洗、转换和存储，确保数据的准确性和一致性。数据处理层还负责数据的整合和格式化，便于后续的业务逻辑处理。数据清洗包括去除重复数据、填补缺失数据、纠正错误数据等；数据转换则将数据从原始格式转换为统一的格式，以便于存储和分析；数据存储则将清洗和转换后的数据存储在数据库中，以供后续查询和分析。业务逻辑层实现数据填报、审核、分析等核心功能。业务逻辑层包括用户管理、数据填报、数据审核、数据分析等模块。用户管理模块负责用户注册、登录、权限管理等，确保只有授权用户才能访问和操作系统。数据填报包括数据的录入、修改、删除。数据审核模块对填报的数据进行审核和校验，确保数据的准确性和合规性。数据分析模块对数据进行统计分析，生成报表和图表，帮助用户直观地了解排放趋势和问题所在。用户界面层提供用户操作界面，包括登录界面、数据填报界面、数据审核界面、数据分析界面等。用户界面设计注重用户体验，提供友好的交互方式和清晰的导航指引，系统架构如图1所示。

2.2 模块设计

系统主要分为前端展示和后台管理，前端展示模块主要实现对企业数据和VOCs排放数据展示，后台管理模块主要实现数据管理和系统设置等功能。系统流程如图2所示。

2.2.1 前台展示模块

前端展示页面以直观、友好的界面展示企业的VOCs排放情况。系统通过百度地图提供的API接口接入百度地图，展示企业地理位置分布。点击企业图标可查看企业的详细基础信息，如企业名称、地址、联系方式等。企业排放量展示模块通过使用echarts库以动态折线图的形式展示VOCs总排放量。为更深入地分析污染物排放特征，系统可以按行业类型以柱状图的方式展示VOCs排放量，帮助用户快速识别不同行业在VOCs排放方面的差异。系统还提供一键导出功能，可将数据一键导出为Excel、CSV等格式，方便用户进行离线分析和存档。

2.2.2 后台管理模块

后台管理系统是VOCs重点企业污染物排放监管系统的核心，主要负责数据的维护、管理和分析。主要包括以下几部分。

新增数据：数据录入人员在手机端登录系统后，打开新增数据模块，根据页面设计的各项将核查现场的数据录入模块，包括企业信息、书面资料、生产信息、源头控制信息、工艺过程及无组织排放管控信息、末端治理信息、监测监控水平信息和环境管理水平信息。在数据录入过程中，系统会对输入的信息进行实时验证，确保数据的格式正确、内容完整。例如，排放量字段应只接受数字输入，如果录入的数据不符合要求，系统会提示用户进行修正。

补录数据：在现场核查过程中，核查人员可能由于时间限制或其他因素，无法立即完整录入所有数据，因此会优先记录关键数据，而将次要数据通过拍照等方式保存，后续通过补录数据模块补充数据，以保证数据的完整性。核查人员登录系统后，打开数据补录模块，补录数据包括企业信息、书面资料、生产信息、源头控制信息、工艺过程及无组织排放管控信息、末端治理及企业排放信息、监测监控水平信息和环境管理水平信息。可根据需求选择其中的某些模块进行补录。

审核数据：数据审核员对提交的数据进行审查和确认，确保所有数据都是经过验证的。审核员须确认录入数据是否完整，包括排放量、排放时间、排放方式等关键信息。该模块首先提供一个待审核数据列表，列出所有待审核的数据记录。审核人员登录系统后，点击进入每一条数据记录的详细页面，查看包括排放量、排放时间等在内的所有数据。这些数据包括文字、数字以及附件等。审核人员须执行审核操作，审核的选项包括通过审核、退回修改和拒绝提交。对于需要修改的数据，审核人员须提供具体的修改建议。审核人员根据标准对数据进行审核，并给出审核结果。

数据分析：对已审核的数据进行处理和分析。在该模块中，首先对数据进行汇总分析，通过使用echarts库编程将污染物排放总量、排放强度、排放趋势以折线图、柱状图等形式进行展示。同时对比不同企业之间、不同地区之间以及不同时间段内的污染物排放状况，以便发现潜在问题。系统允许用户自定义报表，可以指定报表的内容、格式以及展示方式，系统根据特定的需求生成专属的分析报告。

3 系统实现

3.1 开发工具

系统采用.NET Core作为开发框架，.NET Core是一个开源的、跨平台的开发框架，它提供了强大的性能和灵活性，非常适合构建现代化的应用程序[8]。系统选用.NET Core框架，既确保了系统的高效与安全，又能实现跨平台的无缝运行，极大简化了部署与维护工作。在数据库系统方面，采用SQL Server数据库，其成熟稳定的性能和强大的数据管理功能能够满足系统需求。为实现对象关系映射，系统选择Sqlsuger作为ORM 框架[9]。Sqlsuger ORM 框架简化了数据库操作，提高了开发效率。前端开发方面，前端采用ASP.NET Core MVC 框架和Pear Admin后台框架，结合两者优势，可快速构建美观易用的用户界面[10]。

3.2 系统实现

3.2.1 登录界面

登录模块是系统安全性的第一道屏障，登录模块的核心在于确保只有经过验证的用户才能访问系统资源，系统登录界面如图3 所示。系统采用JWT（JSON Web Token） 作为用户身份的传递和验证机制，结合Asp.Net Core的身份认证和授权系统，实现登录功能。当用户输入用户名和密码并提交登录请求时，系统首先会验证用户名和密码。如果验证通过，生成JWT token，然后系统将JWT token发送回客户端。客户端在后续请求中携带JWT token，系统通过验证to⁃ken来确认用户身份。登录模块通过Asp.Net Core的身份认证和授权系统，实现了对系统资源的有效保护。关键代码如图4所示，通过Asp.Net Core中提供的中间件的方法addAuthentication（）实现对身份验证服务的配置。

3.2.2 数据模块

数据模块主要包括添加数据、补录数据、审核数据、数据列表和数据分析。各个模块分别实现对生产信息、源头控制信息、工艺过程和无组织排放、末端治理、监测监控水平以及环境管理水平数据的添加、补录、审核和分析。

在开发过程中，首先从数据模型设计着手，采用关系型数据库SQL Server构建数据存储架构。在架构中，每个数据模型被细化为多个实体，如企业信息、生产信息等，每个实体都对应一个数据库表，通过表结构来保证数据的结构化和规范化存储。

在界面设计方面，为提升用户体验，系统开发了一个直观、易用的数据录入与编辑界面。该界面不仅注重直观性，确保用户能够快速理解并操作，还强调响应性，能够在用户输入数据时提供即时的验证反馈。此外，界面设计的灵活性允许用户根据实际需求录入不同类型的数据，如文本、数字、日期等，从而满足多样化的数据录入需求。

在数据验证与处理方面，系统采取严格的数据验证策略。前端验证机制在用户输入过程中实时检查数据的格式和内容，后端验证则进一步确保提交的数据满足业务规则和数据库约束。数据清洗和转换过程对不符合要求的数据进行修正，以保证数据的准确性和一致性。

数据存储与持久化通过Sqlsuger实现，这种方式不仅简化了数据操作，还提高了数据的安全性。业务逻辑的实现依赖于.NET Core框架，通过RESTful API 接口提供数据的接收、处理和存储服务。接口的设计充分考虑了系统的可扩展性和可维护性，为未来的系统升级和功能扩展提供了便利。其中数据录入界面如图5、图6所示，数据补录界面如图7所示，数据审核界面如图8所示。

4 系统测试

系统在测试过程中使用了多种测试方法，包括黑盒测试、白盒测试、集成测试和功能测试等多种策略，全面评估系统的稳定性。功能测试着重于数据录入、验证、编辑和删除等操作的准确性。例如，在对新增数据模块进行数据录入测试时，模拟用户录入各种类型的数据，包括必填项和非必填项，验证系统是否能够正确接收和存储数据。性能测试主要测试系统在高负载和大数据量下的响应时间和稳定性。安全性测试则测试用户身份验证和数据保护的有效性，稳定性测试须测试系统的恢复能力和日志记录的完整性。测试结果如表1所示。

通过对测试结果的分析，系统完善了数据验证规则，增加了异常数据测试用例，并通过引入缓存机制和优化数据库查询来改善高负载情况下系统响应时间的延迟。安全性测试表明用户身份验证机制有效，但须定期更新密码策略并加强用户安全教育。稳定性测试发现部分日志记录不完整，已通过优化日志记录机制确保关键信息的完整记录。未来将继续关注这些改进措施的效果，并持续优化系统性能和稳定性。

5小结

本文设计并实现了一套基于.NET Core的VOCs重点企业污染物排放监管系统，该系统采用分层架构，实现了数据录入、审核、分析和展示等核心功能，并通过测试验证其功能性和可靠性，可有效提升VOCs重点排放企业的数字化监管水平。在未来的研究中，将继续优化系统性能，提升大数据处理能力，并集成人工智能分析算法，进一步提高VOCs重点企业污染物排放监管系统的实用性和高效性，为环境保护工作提供更强大的技术支持。