一、大氣網(wǎng)格化在線監(jiān)測總體設計
在整個系統(tǒng)的設計上，在保證效率的前提下，遵循技術*進、分配合理、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則，綜合考慮施工、維護及使用操作等因素，預留發(fā)展、增加、改造、完善等因素的擴充余地，并有效融合標準化、模塊化、易用實用、性能優(yōu)化、可靠穩(wěn)定等特點。通過對多個監(jiān)測平臺工作內(nèi)容及專業(yè)技術的進一步的分析與研究，對比分析國內(nèi)相關的研究成果和應用成果，并結合我國國情及相關部門的人員規(guī)劃，參照頒發(fā)的國家標準及文件，遵照超前性、實用性、客觀性相結合，信息技術和自動化技術相結合，以及*進性與經(jīng)濟性相兼顧，管理手段與應用效果相兼顧的指導思想，zui終設計并開發(fā)了該套PC端與移動端配套使用、相互共存的大氣網(wǎng)絡化質(zhì)控平臺。
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設計原則
2.1 *進性和成熟性原則
在系統(tǒng)設計時，將充分應用*進和成熟的技術，提出*進合理的功能規(guī)劃，保持系統(tǒng)軟硬件及技術方法、數(shù)據(jù)管理上的*進與成熟，使系統(tǒng)具有較高性能，符合當今技術的發(fā)展方向，符合未來的發(fā)展趨勢；同時保證系統(tǒng)具有較強的可移植性、可重用性，以便在將來能迅速采用技術，長期保持系統(tǒng)的*進性。
2.2 可靠性和穩(wěn)定性原則
以可靠成熟的軟件產(chǎn)品為基礎，結合具體需求進行配置、定制和二次開發(fā)的方式進行實施，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)具備故障分析與恢復和容錯的能力，降低風險，以保證項目穩(wěn)定實施。系統(tǒng)支持多個客戶端（包括移動端和PC端）同時瀏覽、編輯、推送、上傳等與數(shù)據(jù)庫的交互式操作；當意外事件發(fā)生時，能通過快速的應急處理，實現(xiàn)故障修復，保證數(shù)據(jù)的完整，避免了重要數(shù)據(jù)的丟失。
2.3 安全性和保密性原則
系統(tǒng)的安全性和保密性是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的至關重要因素，因為既要考慮信息資源的充分共享，又要考慮信息的保護和隔離，所以系統(tǒng)在各個層次對訪問都進行了控制，將用戶劃分為多個角色并設置了嚴格的操作權限，同時，利用日志系統(tǒng)、備份系統(tǒng)和完善的恢復策略將系統(tǒng)的安全性能和保密性能進一步提升。
2.4 可擴展性和易維護性原則
設計系統(tǒng)時要有一定的前瞻性，需要充分考慮系統(tǒng)升級、修改、擴容、擴充和維護等的可行性，因為隨著系統(tǒng)長期的使用，數(shù)據(jù)量也會逐步增加，因此軟件系統(tǒng)的建設要能夠適應不斷發(fā)展的業(yè)務需求，能夠靈活擴充、易于調(diào)整，并以較小的代價升級系統(tǒng)，zui大限度的滿足業(yè)務的需求。
本系統(tǒng)采用插件化、面向服務的設計體系，選用符合國際標準的通信協(xié)議和設備技術參數(shù)，使系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、操作平臺之間的相互依懶減至zui小，提供完整的應急預案和恢復預案。同時，系統(tǒng)還采用容錯或容災配置，對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障備有完善的處理預案，并配有必要的技術手段支持。
2.5 經(jīng)濟性和易用性原則
系統(tǒng)具有較好的性價比，設計面向實際，注重實效，堅持實用，充分合理利用現(xiàn)有設備和信息資源，幫助用戶節(jié)省投資；同時，系統(tǒng)具有*的、友好的客戶化界面，遵循簡單實用的原則，操作簡便，易于使用和推廣，使用戶能夠快速的掌握方法，無論是PC端用戶還是移動端用戶都能有一個良好的人機交互體驗。
2.6 機動性和靈活性原則
作為需要為現(xiàn)場執(zhí)法任務提供服務的系統(tǒng)平臺，機動性和靈活性也是不可少的原則，運用PC端與移動端相結合的設計，分工合作，在保證安全性的基礎上，提供一定的共享、交互功能。
面對突發(fā)事件，移動端用戶能夠*時間趕赴現(xiàn)場，有效采集*手資料并分享上傳至PC端，為輔助決策提供依據(jù)支撐。
三、設計依據(jù)
系統(tǒng)建設嚴格執(zhí)行系統(tǒng)的標準化和規(guī)范化，以保證信息系統(tǒng)工作過程的規(guī)范化和信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的標準化。所遵從的主要標準有：
《中華人民共和國環(huán)境保護法》
《中華人民共和國大氣污染防治法》
《大氣污染防治行動計劃》（國發(fā)〔2013〕37號）
《大氣污染防治目標責任書》
《國家環(huán)境保護“十二五"科技發(fā)展規(guī)劃》（環(huán)發(fā)〔2011〕63號）
《關于開展環(huán)境保護重點城市環(huán)境空氣質(zhì)量預報工作的通知》（環(huán)發(fā)〔2000〕231號）
《污染源自動監(jiān)控管理辦法》（國家環(huán)?？偩至畹?8號）
《國控重點污染源自動監(jiān)控能力建設項目建設方案》（國家環(huán)?？偩趾痆2007]241號
《污染源在線自動監(jiān)控信息傳輸、交換技術規(guī)范》（HJ/T355-2007）
《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB 3095-2012）
《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》（HJ/T212-2005）
《環(huán)境污染源在線自動監(jiān)控信息傳輸、交換技術規(guī)范》（HJ/T352-2007）
《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）
大氣網(wǎng)格化在線監(jiān)測建設內(nèi)容
大氣網(wǎng)格化平臺是指環(huán)境保護相關部門通過通信傳輸線路與自動監(jiān)控設備鏈接，用于對環(huán)境空氣質(zhì)量等監(jiān)測項目實施自動監(jiān)控的軟件和硬件，硬件主要包括子站數(shù)采儀、子站VPN、子站交換機、數(shù)據(jù)庫服務器、VPN、機柜等；軟件部分包括兩個平臺，PC端平臺和移動端平臺。
4.1 平臺整體規(guī)劃
根據(jù)大氣網(wǎng)格系統(tǒng)建設的總體目標及任務要求，系統(tǒng)劃分為2 個平臺，共包含10個子系統(tǒng)（信息管理子系統(tǒng)、任務管理子系統(tǒng)、移動辦公終端、考核評價子系統(tǒng)、統(tǒng)計分析子系統(tǒng)、用戶/權限管理子系統(tǒng)、運維管理子系統(tǒng)、地理位置服務子系統(tǒng)、發(fā)布系統(tǒng)、環(huán)境移動執(zhí)法子系統(tǒng)），其體系結構如圖所示。
4.2 信息管理子系統(tǒng)
信息管理子系統(tǒng)是大氣網(wǎng)格平臺的核心模塊之一，它攘括了平臺中所有監(jiān)測類型的小系統(tǒng)，如微型空氣站系統(tǒng)、油煙監(jiān)測系統(tǒng)，揚塵監(jiān)測系統(tǒng)等，每個小系統(tǒng)中又包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、站點排名、數(shù)據(jù)修約、超標排名、預報預警等多種功能，為環(huán)境管理者對環(huán)境空氣質(zhì)量變化情況的掌握提供了便利條件。
系統(tǒng)建設充分考慮可拓展性原則，為未來數(shù)據(jù)接入預留足夠的接口，在不用對系統(tǒng)做任何更改的情況下，可以自由增加監(jiān)測站點數(shù)據(jù)資源，能夠與擴展的監(jiān)測站點進行無障礙對接。系統(tǒng)建設完成后，具有以下功能特點：
（1）數(shù)據(jù)采集
人工設置一定的數(shù)據(jù)接收時間間隔后，系統(tǒng)自動按照設定的接收頻率采集各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括分鐘、小時監(jiān)測數(shù)據(jù)以及狀態(tài)數(shù)據(jù)、設備參數(shù)等，過程中無需人工干預，全天自動采集。
（2）數(shù)據(jù)查詢
系統(tǒng)接收實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的同時，將采集的大量數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲到本地數(shù)據(jù)庫中，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份功能，方便用戶根據(jù)實際需要進行歷史數(shù)據(jù)的查詢。
站點排名
系統(tǒng)可根據(jù)用戶的需求對接收的各站點的數(shù)值信息進行排名，包括各監(jiān)測指標的小時區(qū)間、日區(qū)間等時間段的站點數(shù)據(jù)排名。
數(shù)據(jù)修約
系統(tǒng)傳輸過程中，針對各項數(shù)據(jù)進行自動審核，可以預定義數(shù)據(jù)校驗規(guī)則，有效保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，自動審核能夠基于《國家空氣監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)標識體系》對異常數(shù)據(jù)進行篩選剔除。對數(shù)據(jù)項有效值的上、下限以及表達格式按規(guī)范進行設置；監(jiān)測項目的數(shù)值間邏輯關系也是審核的重點，進一步校對數(shù)據(jù)的合理性和準確性。
雖然在自動審核的過程中，系統(tǒng)按照設定程序進行數(shù)據(jù)質(zhì)量的審核，但由于缺乏對整個運行平臺宏觀掌控，可能會將無效數(shù)據(jù)標識為有效數(shù)據(jù)，或將有效數(shù)據(jù)標識為無效數(shù)據(jù)。這時就需要進行人工復審，人工復審就是要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的第二次過濾和篩查，通過對分析儀的運行狀態(tài)、子站維護情況、數(shù)采情況、網(wǎng)絡等信息的了解，來確定自動審核數(shù)據(jù)的客觀性和準確度，對自動審核誤標識的數(shù)據(jù)進行修約。數(shù)據(jù)修約需要對數(shù)據(jù)審核操作進行詳細記錄，包括審核人、審核時間、審核的監(jiān)測項目、審核所采取的操作等。
（5）超標預警
超標排名和預警報警是系統(tǒng)平臺不能缺少的內(nèi)容，一旦空氣質(zhì)量狀況出現(xiàn)異常，監(jiān)測數(shù)值出現(xiàn)波動時，系統(tǒng)自行啟動超標報警并對超過兩個以上的站點進行排名。此功能中分數(shù)據(jù)上下限與預警上下限，數(shù)據(jù)上下限為數(shù)據(jù)有效性判定標準值，超過界限的則被判定為無效。預警上下限為當監(jiān)測因子不在設定值范圍內(nèi)一定時間之后，則會自動給設定發(fā)送預警提醒信息，保證系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行。同時日報通知將轄區(qū)內(nèi)各個行政區(qū)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)日均值以短信形式發(fā)送給站點負責人或主管領導，讓環(huán)境管理者及時掌握環(huán)境空氣質(zhì)量變化情況，在空氣質(zhì)量惡化時*時間知道詳細信息。
4.3 任務管理子系統(tǒng)
在任務管理子系統(tǒng)中管理員可以對任務進行編輯、下達、查詢等操作，也可查看任務的完成狀態(tài)，對任務進行分類，并根據(jù)重要程度和zui后完成時間進行排序。
同時，PC端平臺接收到的反饋、舉報或投訴等其他來源的信息，也能在*時間推送給相應的移動端執(zhí)法人員，實現(xiàn)靈活、快捷、高速執(zhí)法。
4.4 移動辦公終端
移動辦公終端是移動端信息的接收匯總點，包括移動端實時信息、執(zhí)法信息、多項預警等功能。
4.4.1 實時信息
通過GIS系統(tǒng)、實時定位、軌跡回放等技術，系統(tǒng)自動對移動端執(zhí)法人員上下班打卡以及工作時間的位置信息進行監(jiān)管，另外可以通過定位校準執(zhí)法所在具體位置，方便以后對環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)監(jiān)管。
4.4.2 執(zhí)法信息
接收執(zhí)法人員上傳的現(xiàn)場執(zhí)法照片及視頻，了解現(xiàn)場執(zhí)法任務完成情況，了解限期整改、限期治理、處罰建議的后續(xù)情況，掌握環(huán)境監(jiān)管的動態(tài)信息。
4.4.3 各項預警
通過系統(tǒng)設置，對執(zhí)法任務過期、審批批復過期、許可證過期、許可證年檢過期、限期治理過程、限期整改過程、行政處罰過期未執(zhí)行、處罰收費過期未繳等情況進行預警，方便對業(yè)務進行全面的管理。
4.5 考核評價子系統(tǒng)
根據(jù)移動端執(zhí)法人員對任務完成數(shù)、任務完成率、管轄企業(yè)達標數(shù)、管轄企業(yè)達標率、信訪任務完成率等指標的量化，從工作質(zhì)量和工作成效兩個方面，系統(tǒng)自動按照評價權值對其工作情況進行分析評價并自動輸出考核結果。
4.6 統(tǒng)計分析子系統(tǒng)
統(tǒng)計分析子系統(tǒng)是對各點位監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，經(jīng)過算法運行生成數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)系統(tǒng)建模分析的關鍵功能；同時，統(tǒng)計支持根據(jù)原始值計算分鐘值、小時值、日報、月報、年報的功能。管理員可以通過該子系統(tǒng)查看選定點位在某時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表、分析圖（展示支持折線圖、柱狀圖、表格等多種形式）以及首要污染物來源，系統(tǒng)還支持導出打印功能。
4.7 用戶/權限管理子系統(tǒng)
用戶/權限管理子系統(tǒng)就是對用戶進行添加、編輯、刪除等管理。每個用戶都會設定對應的角色，系統(tǒng)對于不同的角色設置了相應權限管理，一個角色關聯(lián)了一套操作權限。系統(tǒng)用戶：擁有系統(tǒng)的所有功能操作權限；管理用戶：擁有部分業(yè)務相關的功能操作權限；普通用戶：只能進行系統(tǒng)中相關內(nèi)容的查詢操作，實現(xiàn)不同級別操作人員對數(shù)據(jù)訪問范圍和數(shù)據(jù)讀寫性的嚴格控制，建立統(tǒng)一用戶管理平臺實現(xiàn)所有用戶的身份管理，包括用戶個人身份信息、角色信息、電子等，同時執(zhí)法人員移動端平臺登錄的個人賬號和密碼也由此設定。
4.8 運維管理子系統(tǒng)
系統(tǒng)可以通過運維管理子系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān)視在線監(jiān)測儀器工作是否正常，數(shù)據(jù)上傳是否正常，從而清楚設備的運行狀況及運行進度，當前端數(shù)據(jù)采集設備或儀器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自動提供報警信息方便站點負責人及時知曉，并采取相應的解決措施，保證系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行。
4.9 地理位置服務子系統(tǒng)
地理位置服務子系統(tǒng)是在整合地理信息數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上，將傳統(tǒng)的靜態(tài)記錄以多樣化的地圖形式展現(xiàn)給用戶。通過地理位置服務子系統(tǒng)的可視化地圖展示，實現(xiàn)大氣網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)布平臺和手機APP按地理位置進行顯示和查詢，可以幫助環(huán)保部門工作人員直觀地獲取環(huán)境要素的空間分布，以及各要素間的空間關系等信息。
在系統(tǒng)前端界面上，顯示各監(jiān)測、監(jiān)控點位置分布狀況，并對各監(jiān)測監(jiān)控點實施監(jiān)控，實現(xiàn)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時刷新、臨界提示、超標報警。實時調(diào)用刷新現(xiàn)在在線監(jiān)控監(jiān)測數(shù)據(jù)。用戶可以通過空氣質(zhì)量的查詢定位后，直接查看與監(jiān)測項目相關的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
GIS用戶通過部署一個集中式的GIS服務器在大型組織之內(nèi)以及Internet的用戶之間發(fā)布和共享地理信息。服務端的GIS軟件適用于任何集中執(zhí)行GIS計算，并計劃擴展支持GIS數(shù)據(jù)管理和空間處理的場合。除了為客戶端提供地圖和數(shù)據(jù)服務，GIS服務器還在一個共享的中心服務器上支持GIS工作站的所有功能，包括制圖，空間分析，復雜空間查詢，高級數(shù)據(jù)編輯，分布式數(shù)據(jù)管理，批量空間處理，空間幾何完整性規(guī)則的實施等等。
本項目地圖采用baidu開源地圖數(shù)據(jù)，系統(tǒng)內(nèi)所有監(jiān)測點位按所屬行政區(qū)域進行歸類和展示，并通過系統(tǒng)配置經(jīng)緯度計算坐標體系內(nèi)所在位置顯示；地圖支持矢量、衛(wèi)星、三維相互切換來展示監(jiān)測儀器及移動端執(zhí)法人員的位置。
4.10 發(fā)布系統(tǒng)
系統(tǒng)自動將接收到的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至移動端、PC端以及監(jiān)測終端，方便相關人員的查看。PC端和移動端人員均可在界面首頁中點擊想要查詢的站點，即可得到實時信息，監(jiān)測終端可在LED屏或設備自帶的可觸摸屏上直接查看。
4.11 環(huán)境移動執(zhí)法子系統(tǒng)
環(huán)境移動執(zhí)法子系統(tǒng)為手機版發(fā)布系統(tǒng)，是指智能手機客戶端程序和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)支持Android、IOS等主流的手機操作系統(tǒng)，界面簡潔、大方，易于操作。系統(tǒng)結合地理位置服務子系統(tǒng)，實時發(fā)布各個監(jiān)測站點的監(jiān)測因子小時濃度值及滑動平均值，并自動繪制過去24小時的濃度曲線圖。發(fā)布各監(jiān)測站點的監(jiān)測站點信息、環(huán)境質(zhì)量AQI、首要污染物、指數(shù)類別以及多項排名信息，不僅可以查看實時數(shù)據(jù)，還可以查詢歷史數(shù)據(jù)。按照《HJ633-2012環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術規(guī)定》，根據(jù)環(huán)境質(zhì)量AQI進行顏色標識。
系統(tǒng)在智能手機里，安裝專門定制的程序，實現(xiàn)責任人實時定位，接收環(huán)境監(jiān)督任務，環(huán)境管理現(xiàn)場業(yè)務的執(zhí)行、監(jiān)管，并通過系統(tǒng)將靈活表單、現(xiàn)場拍照、視頻等執(zhí)法信息上傳，同時滿足對環(huán)境管理全覆蓋的信息以及常規(guī)法律、環(huán)保知識等信息的查詢功能。
