污染源废水实时在线监测系统的应用(中国给水排水)

污染源废水在线监控系统在上海的应用
梁珊珊1殷健2
1.上海市排水管理处,厦门路180号200001
2.上海市水文总站,龙华西路241号200232
[摘要]: ：上海市污染源废水在线监控系统集现代控制技术、计算机应用技术、通信技术和仪表分析技术为一体，充分利用上海市现有网络资源，实现了50余家排水企业废水外排总排口的动态连续监测，满足了企业环境监测业务和环境管理的需求。

整个系统设计满足现场监测仪器远程诊断和远程控制开发，运行稳定，维护工作强度低，提高了环境监察的能力，强化了环境监察快速反应能力，为环境执法和污染治理提供了科学有效的依据。

关键词：上海市；污染源废水在线监控系统；
Application of On-line Monitoring Technology of Waste Water in
Shanghai
Liang Shanshan1 Yin Jian2
1. Shanghai Municipal Drainage Administration, 180 Xiamen Rd., 200001;
2. Shanghai Hydrology Administration, 241 West Longhua Rd., 200232
[Abstract]:Shanghai wastewater of pollution source monitoring online system embodies modern control technique, computer application technique,modern communication technique and meter analysis technique.By using existing internet resources in shanghai, it realizes dynamic and continuous monitoring to the major outer drainage of more than 50 wastewater drainage corperations.It also meets the requirements of environmental monitoring business and environmental management. The entire system designment meets the remote diagnosis of field monitoring implements and remote control developments.It works stably with low maintain intensity. It also enhances the ability of environmental monitoring and quick responsibility of environmental monitoring, so that provides scientific and valid gist of environmental administration of law and treatment of pollution.
Key words：shanghai, wastewater of pollution source monitoring online system
1. 前言
随着我国现代化建设事业的发展，环境保护任务日趋繁重。

对环境监测的要求越来越高，
要求环境监测部门能准、快、全地反映全国和地区的环境质量及变化趋势；对环境污染源能实施有效地监督监测和控制监测，为环境执法和污染治理提供科学依据。

为强加强对水环境污染源的监督管理，实现水环境污染物排放总量控制，进一步提高水环境质量及应对水环境污染突发事件的处置能力，建立污染源废水在线监控系统势在必行.
根据上海环境保护局关于建立统一的环境监控信息平台的精神，为配合重点污染源污染排放实时监控工作的开展，充分发挥实时监控在环境管理中的作用，以实时监测控制、数据库及地理信息技术平台为基础，遵循上海市环保信息化建设标准，建设上海市水污染源在线监测系统，以提高环境监察的能力，强化环境监察快速反应能力，使监管部门具有信息化的管理手段，同时实现共享监控信息资源，并为建设集监测、监控、监管一体化的环境信息综合平台奠定基础。

2.污染源废水在线监控系统的技术特性
污染源废水在线监控系统的核心部分是系统集成。

系统集成既包括硬件的集成：不同监测功能的仪器安装；采水、排水、废液排放管路的设计；电气、网络管线的合理铺设等；也包括在线监测系统平台软件的功能集成。

重点和难点是系统应用软件的功能集成。

整个系统的技术性能必须同时满足在线监测运行要求及环境监测管理要求、现场废水排放特性，这是系统稳定连续运行的必要条件之一。

污染源废水在线监控系统的主要技术性能如下：
(1)现场及远程实时监测运行及控制；
(2)相应监测分析仪表数据信息采集；
(3)监测分析仪表及系统相应设备运行状态信息采集；
(4)数据传输采用以TCP／IP网络为主的传输方式；
(5)系统故障自动报警提示功能；
(6)具备现场及远程运行反控功能：根据监测需求设置监测频率，改变仪器运行状态(如远程
启动／停止设备运行、校准、清洗功能)；
(7)现场所有电气及管路具有手动及自动切换功能；
(8)现场及远程可同步显示用户设定的监测参数因子实时数据和设备运行状态；
(9)现场数据自动本地存贮，并同步上传中心站；自动生成符合管理部门要求的监测日报、
月报、年报；具有历史数据多种导入导出格式。

(10)现场控制具有停电保护及来电自动恢复系统运行功能；
(11)双向指令数据传输功能；
(12)系统集成支持环保局专用采集传输设备接入；必须满足南京环保局对监测设备的反控运
行要求；必须满足南京环保局的反控运行与现场系统的运行没有冲突；
(13)监测站内相应管路预留扩展通道；
(14)具有可扩展及预留数据采集通道。

3. 污染源废水在线监控系统的结构特色
3.1 总体架构
系统设计充分考虑业务与功能的紧密结合，根据需求划分系统总体结构成数据采集系统、通讯传输系统、数据管理平台、公共配置平台、信息监控系统和信息发布系统共六大部分。

如图1所示。

图1 污染源废水在线监控系统流程图
数据采集系统收集各监测点或站中的各类实时数据包括pH、TOC/COD、流量，通过通讯传输系统的有线或无线传输方式把实时数据传送到污染源在线监测综合数据库相应的实时采集数据集中；通过信息监控系统在环境监测中心表现出来，可以进行相应的实时数据浏览、察看、监测、控制；结合污染源在线监测综合数据库中的空间地理数据集、设施设备数
据集、业务管理数据集，在环境监测中心的信息发布系统上进行基于GIS的业务应用。

数据管理平台主要是针对本系统中所有的数据进行管理的一套平台，便于系统建设过程中的数据处理及项目验收完成后的系统数据更新维护；公共配置系统提供各类授权资源的管理，以及未来接入的监测点或站的设置，通过这种可扩展性的设计，可以方便的接入需要增加监测的点或站的实时数据信息，而在信息发布系统及信息监控系统中无需再作修改。

3.2 信息系统分层设计
信息作为始终贯穿系统的元素是非常重要的，如图2所示，为本系统中信息的分层图：
图2 系统信息分层示意图
本次工程中整个系统的信息流程主要由五部分组成，处于最底层的就是数据的采集与操作层，负责原始数据（主要是各类监测的废水、废气指标监测实时数据）的采集和处理，是把形象信息转化为有效数字形式的最初过程；数据传输与通信层则是数据传输的物理保障基础，它遍布于系统使用的所有场景，使数据在一定的标准下能够在系统的不同部分中流转，实现了系统的分布式应用体系；实时控制与管理层是实时动态监视和控制各类监测设备的终端，是保证各类监测实时数据的基础；数据存储及管理层是信息存储和管理的中枢，负责对各类数据进行存储和管理，是系统构架的核心组成部分；信息发布与决策层位于信息的最高层，是信息的最终表现层，它使信息最终以直观形象的、逻辑的、准确的展现在用户面前，完成信息利用的最终使命。

3.3 现场数据采集
污染源监控现场数据采集设备由数据采集、设备控制、数据保存和显示、数据远程传输等部分组成。

数据采集部分是通过串口方式对水质仪表的分析数据进行采集，使用环保局指
定通讯协议，实时数据被采集后将在污染源监控现场数据采集设备中保存，并进行分析和显示，现场的实时和历史数据信息将根据控制中心的命令要求通过无线网络传输到控制中心上位机上，在无线网络出现故障时，可以通过有线拨号方式将数据传送到控制中心上位机上。

数据采集设备作为系统最基本的部分，安装于各污染源监控点的企业现场，要求性能可靠、技术成熟、功能完善并且满足工业级的设备运行条件。

如图3所示。

图3 现场数据采集示意图
4污染源废水在线监控系统的技术体系
污染源在线监测系统的技术体系将由数据采集与入库、存储、应用和发布等技术组成，充分利用了SCADA技术、网络技术、数据库技术、GIS技术、Web发布技术，实现环境监测管理要求，平台采用基于目前面向网络最新计算机软件技术，具有优良的可扩展性，能与最新的操作系统软件平台、数据库平台、GIS平台等无缝接驳，完美融合了通用人机界面实时组态软件技术和SCADA专业技术，能够完全满足环境监测中心构建分布式实时监控系统的需要。

系统采用以下一些关键技术。

4.1GIS跟SCADA有机结合
实时数据平台一体化：系统提供实时数据库服务器(支持SQL访问的分布式实时数据库)，SCADA与GIS都只是它的一个客户端，充分保证了SCADA与GIS实时数据的一致
性。

本系统的GIS操作由仅查询静态信息到查询实时动态信息，在GIS能够直接显示由SCADA系统中的各类实时数据，丰富和完善了GIS系统的信息，使信息由可视化查询，进一步到实时信息可视化查询。

同时也为今后开发基于GIS基础上的各类高级分析和应用奠定基础（如污染扩散范围分析等）。

4.2配置、数据、应用的充分分离
在本方案设计中，结合中间件、Web Service、XML及数据库技术，采用逻辑实现和展现层分离技术，把原有的信息发布系统拆分成信息发布系统、数据管理平台和公共配置平台三部分，利于系统更新维护升级时对已有系统不受影响，保证原有系统的正常运作。

通过公共配置平台中的实时数据设置功能模块，可以方便快速接入大气污染源的各类监测指标。

待整合进来的实时监测点/站的指标实时数据，可以快速连接入本系统，无需再次开发或更新系统，保证了系统的扩展性和整合能力。

通过数据管理平台对数据库中的所有数据进行统一管理维护，方便系统的数据管理人员业务使用。

在数据管理平台的数据字典管理模块中，可以直接实现新表的增加、旧表的删除和表中字段的修改，利于提供工作效率。

数据管理平台是系统建设完成后的重要数据更新平台，它是保证系统时效性的关键。

信息发布平台是各类数据的应用表现，各模块的独立性确保了系统与其他系统的可联性。

例如，可以把信息发布系统所有功能与已有的市环境监测中心网站充分结合，也可以把根据业务需求挑选出的功能模块增加到市环境监测中心网站。

4.3用大型关系数据库管理海量数据
传统GIS图层的维护管理是采用文件服务器的方式来实现的，对用户管理，安全性方面，与数据库相比存在很大的差距。

该系统采用空间数据引擎（ArcSDE）可以轻松实现空间数据库（GeoDatabase）和大型关系型数据库的连接访问，图形、数据的显示、查询、编辑十分迅速。

选用的SQL Server平台是具有管理海量数据的关系型大型数据库，利于环境监测的实时数据、历史数据、管理数据、地图数据的统一存储。

4.4新型的网络GIS平台
系统选用了ESRI最新一代的分布式网络GIS服务平台——ArcIMS。

ArcIMS提供了建立B/S结构WebGIS系统最强有力的工具。

应用服务器（ArcIMS Application Server）可以接收客户端的请求，实现负载平衡的任
务。

高效的空间服务器（ArcIMS Spatial Server）可以与ArcSDE结合，连接MS SQL Server 关系型数据库，这将进一步提升系统的性能，实时为用户提供地图处理，空间分析，空间数据查询等功能。

同时ArcIMS可以方便地与流行的Web应用程序构架和技术（J2EE、ASP、CoolCusion、.Net等）整合，开发出符合工业标准的WebGIS应用。

在本系统中就采用Java Connector连接器，与整合，借助ArcIMS和二者的优势建立高效的网络应用程序。

从电子地图到各种相关空间信息的查询统计，WebGIS提供了空间地理信息技术与Web 浏览集成的新体验。

仅仅通过通用浏览器，用户就可以进行地理图形的一般操作（漫游、无级缩放、图层控制、查看图例和基本属性）和复杂的空间分析、综合查询、报表统计、制图打印等功能。

利用WebGIS技术，GIS技术可以和流行的B/S技术无缝结合。

从电子地图上可以对地理要素的基本信息及相关的属性数据进行查询。

而用户通过查询统计得到的结果则可以迅速而直观地准确位显示到电子地图上，充分发挥出GIS的优越性。

4.5统一用户管理
以前的用户主要在各应用系统注册，用户信息（包含用户身份凭证）由各应用系统所维护，呈分散、异构的状态。

申请者用户信息无从共享，造成的直接结果便是用户在使用时，需要在多个应用系统中重复注册。

注册信息的管理也比较混乱，一个用户拥有多套帐号和密码，所以常常会丢失、遗忘自己的密码。

因此在系统的设计中必需必须要实行统一的用户管理，在分散、异构的系统环境中实现统一用户管理的前提条件便是要实现用户基本信息的归一化，包括对不同应用子系统用户信息的格式转换、集中存储；与此同时，还必须提供规范一致的注册与认证机制，方能保障实现单点登录的目标。

本系统提供的统一用户管理可以供操作使用者通过一个门户登录各应用系统，包括信息发布系统、数据管理平台、公共配置平台等应用系统及平台。

4.6遵循统一的标准
系统设计过程（数据采集、数据库设计、数据入库、数据接口、数据交换、数据共享、数据发布、系统应用）遵循统一的规范与标准。

保证系统建设中的一致性、可维护性，便于系统的扩充及与其他系统其他行业间的信息整合。

4.7基于中间件及Web Service的应用系统集成技术
中间件是位于平台(硬件和操作系统)和应用之间的一组通用服务，作为应用支撑软件为
分布应用以及应用软件开发提供了跨网络、跨平台（硬件和操作系统）的透明性和互操作，构成应用的基础结构，从而可以集成、连接，同构或异构的应用系统，共享重要的应用服务和资源，实现应用的快速开发和部署。

通过引入中间件技术，可以有效地实现现有应用系统之间的集成以及信息的采集、转化、传输和加载，后续建设的各应用系统也可通过中间件连接进来，从而实现各系统之间的信息交互和共享。

在本系统建设中，中间件主要包含商业中间件和系统开发的中间件两部分内容。

商业中间主要包含用于服务连接的WebLogic和空间数据库引擎连接的ArcSDE；系统开发的中间件是指各类应用系统中可以重复使用的各类基本功能模块的组件化，可以为待建和本系统要建设的各类应用系统提供组件服务。

5结语
2008年是上海市实施第三轮环保三年行动计划的冲刺年, 建设一个无线、实时、基于Web Service结构的污染源废水在线监控系统，建立污染源废水实时在线监测系统作为政府污染源监督监测的延伸，不仅可以提高上海市的污染源治理的综合能力，加大对水和气的处理工程建设的力度，切实加强对污染源排放的长效管理，促进企业自觉履行环境保护的职责，有利于改善环境质量,而且能为环境执法提供更加可靠的执法依据。

同时也更加广泛的应用了高科技，充分利用了数字网络技术、现代通讯技术，使上海在水及气的污染源监控信息化建设和管理上达到国际领先水平。

参考文献
[1] 李文根、单奇.基于GPRS的环境在线监测系统设计[J]。

四川环境，2008，5；
[2] 曹维、张凡根.废水在线监测技术在梅山的应用.梅山科技，2008增刊（1）；
[3] 施汉昌、柯细勇、刘辉.污水处理仪器在线监测仪器原理及应用[M].
[4] 黄承安，张跃，云怀中．基于GPRS的远程仪表监控系统[J]．电测与仪表，2003，40(452)：。