空氣質量網格化在線監測預警預報系統解決方案

北京博創諾信科技發展有限公司

2021.04

目  錄

一、背景介紹

二、系統概述

三、功能特點

3.1  WEB端

3.1.1 監測點位GIS地圖在線顯示

3.1.2 站點數據實時狀態查看

3.1.3 站點環境遠程視頻實時監控

3.1.4 預警、日報通知

3.1.5 數據圖表展示

3.1.6 環境質量數據排名

3.1.7 AQI實時報、日報自動生成

3.1.8 污染物來源分析

3.1.9 設備監控

3.1.10 環境數據動態云圖展示

3.1.11 空氣質量、氣象數據導出

3.1.12 站點管理

3.1.13 短信配置

3.1.14 污染物濃度預警

3.1.15 數據修約

3.1.16 用戶管理

3.2  用戶APP

四、平臺架構與系統工作原理

4.1  環境數據采集

4.2  環境數據存儲

4.3  環境數據分析處理

4.4  環境數據報表生成與排名

4.5  環境監測指標預警

4.6  CMAQ空氣質量模型建模分析

4.7  環境質量趨勢預判

五、系統硬件構成

六、關于我們

6.1  公司簡介

6.2  聯系我們

6.3  服務資質

七、典型應用 30

一、背景介紹

2015年7月26日，國務院辦公廳以國辦發〔2015〕56號印發《生態環境監測網絡建設方案》。該《方案》分為：

（1）總體要求；

（2）全面設點，完善生態環境監測網絡；

（3）全國聯網，實現生態環境監測信息集成共享；

（4）自動預警，科學引導環境管理與風險防范；

（5）依法追責，建立生態環境監測與監管聯動機制；

（6）健全生態環境監測制度與保障體系。（共6部分20條）

主要目標是：到2020年，全國生態環境監測網絡基本實現環境質量、重點污染源、生態狀況監測全覆蓋，各級各類監測數據系統互聯共享，監測預報預警、信息化能力和保障水平明顯提升，監測與監管協同聯動，初步建成陸海統籌、天地一體、上下協同、信息共享的生態環境監測網絡，使生態環境監測能力與生態文明建設要求相適應。

二、系統概述

博創諾信環保網格化管理系統根據國家環境部門發布的《環境信息網絡建設規范》（HJ460-2009）、《環境保護應用軟件開發管理技術規范》（HJ622-2011）、《污染源在線自動監控監測系統數據傳輸標準2122005》、《環境污染源自動監控信息傳輸、交換技術規范》（HJ-T352-2007）等國家標準協議，以環境監測點位數據傳感體系為基礎，針對不同環境企事業單位需求，運用最新的環保理論研究成果和信息技術，建立智能化環保網格在線監測系統數據平臺。

平臺數據中心可提供所屬地區各監測點位數據的實時采集傳輸、實時監控空氣環境質量，實現在線數據查詢及報表統計、數據自動預警、環保信息綜合分析、數據歸集和排名反饋等，為環保的研究提供信息資源和手段，為環保業務管理提供統一的管理平臺。

三、功能特點

3.1  WEB端

3.1.1 監測點位GIS地圖在線顯示

系統內所有監測點位按所屬行政區域進行歸類和展示，監測點位圖標顏色按其當前空氣質量指數AQI表示顏色動態顯示，圖標上方注有具體的地理位置，方便用戶直觀、一目了然掌握各個行政區域內監測點位的部署情況和空氣環境質量現狀，系統提供多種方式的地圖效果（矢量、衛星、三維）來實時顯示空氣子站的位置和實時數據。

3.1.2 站點數據實時狀態查看

用戶點擊監測點位圖標后系統自動顯示空氣質量指數AQI、站點地理位置、首要污染物、發布時間、各項監測因子實時數據等信息，空氣質量指數AQI數值與表示顏色搭配顯示，直觀展示站點當前污染情況，監測因子可以按照不同需求進行定制，顯示時間段分為實時狀態值、最近一小時值、最近24小時值等。

3.1.3 站點環境遠程視頻實時監控

監測現場可以安裝視頻監控設備，通過窗口視圖直觀了解監測站點的周邊情況和污染物實時排放數據，當周圍污染源濃度超標時自動抓拍，為公眾和環保部門監督與執法提供依據，同時可以了解監測設備的實時狀況。當數據異常提醒之后，可以通過回傳影像資料判斷現場情況（需人工進行），當發生不可抗力因素時，同樣可以根據影像資料來判定事故詳情。

3.1.4 預警、日報通知

系統提供預警、日報通知功能，預警包括超標預警、斷線預警和異常值預警，在監測數值超標、數據連接中斷和出現異常值時，自動給設定聯系人發送提醒信息，保證系統的正常、穩定運行，日報通知將轄區內各個行政區空氣質量指數日均值以短信形式發送給站點負責人或主管領導，讓環境管理者及時掌握環境空氣質量變化情況，在空氣質量惡化時第一時間知道詳細信息。

3.1.5 數據圖表展示

數據展示支持折線圖、柱狀圖、表格等多種形式，展示的內容包括空氣質量指數和各項監測因子濃度的分鐘值、小時值，方便用戶查看時間段內空氣質量變化趨勢和污染物濃度變化情況，同時可以進行監測點位之間的各項參數的對比分析，用戶可以自主設定展示的時間區間，導出打印時支持選用JPG圖片、PDF、EXCEL、WORD文檔多種格式。

3.1.6 環境質量數據排名

針對相關環境管理部門以及用戶個性化定制需求，系統設置獨立排名系統，目前采用AQI（空氣質量指數），提供日排名、小時排名數據，用戶可以查詢當天排名信息和歷史數據，除了空氣質量指數AQI外，還列出了PM10、PM2.5、CO等監測因子小時值、日均值、首要污染物、空氣質量類別等信息。

3.1.7 AQI實時報、日報自動生成

按照HJ633-2012環境空氣質量指數(AQI)技術規定要求，自動生成實時報、日報數據報表，發布的指標包括各監測站點的監測站點信息、空氣質量指數（AQI）、首要污染物、空氣質量指數類別以及空氣質量指數說明等信息，可自動生成word、Excel、PDF多種格式格式的報表格式，日報格式如下表：

3.1.8 污染物來源分析

收集點位數據后，平臺對各項污染物統計值進行計算分析，初步建立點位污染源模型（當前采用方法為首要污染物比重餅狀圖解析），如果監測點位條件允許，能夠實現現場采樣，則可以更加精確的進行污染物對比分析，通過各時間段污染物比重模型結合地區現狀來分析具體污染源和現場實際情況，并提供針對性治理方案。

3.1.9 設備監控

系統可以實現實時監視在線監測儀器是否正常工作，數據上傳是否正常，從而清楚設備的運行狀況及運行進度，當前端數據采集設備或儀器出現故障時，系統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，保證系統的正常、穩定運行。

3.1.10 環境數據動態云圖展示

由于區域間空氣質量狀況的差別，系統基于各個區域內監測數值實時以污染物濃度云圖形式渲染這種差別，云圖取每小時點位數值，顏色采用空氣質量指數AQI表示顏色，實現由“點”到“面”全面展示大范圍內空氣質量狀況。

（圖案僅供參考）

3.1.11 空氣質量、氣象數據導出

系統提供空氣質量、氣象數據導出功能，用戶在設置時間類型、站點、時間段以后即可實現數據導出，內容包括點位信息、數據更新時間、常規6參數濃度值、主要污染物、空氣質量指數AQI。其中數據有效率按照國家標準進行計算，分鐘值以后端數據傳輸判定為準，小時值以每小時收集45個分鐘值為準，日均值以每天收集22個小時值為準，其余時間區間以日均值有效天數為準。

3.1.12 站點管理

用戶在此模塊可以實現監測點位信息的增、改、查、刪等基本操作，點位信息包括監測點位名稱、地址、經緯度、站點ID、所在區域名稱等內容，實現點位信息的動態管理，區域與編號為鎖定狀態，可自行配置名稱、經緯度、排名、公開、掉線預警等選項。

3.1.13 短信配置

此功能可以查看短信配置詳情，添加條目可以新增加短信推送人員信息和發送內容，編輯選項可對接收短信用戶推送內容進行管理操作，配置的信息內容包括預警信息、日報、狀態預警、掉線預警，完成設置以后，列表中人員可以收到短信信息。

3.1.14 污染物濃度預警

一旦空氣質量狀況出現異常波動時，系統啟動超標報警。此功能中分數據上下限與預警上下限，數據上下限為數據有效性判定標準值，超過界限的則被判定為無效。預警上下限為當監測因子不在設定值范圍內一定時間之后，則會發送預警短信。

選擇站點便捷，將預警上下限設定臨界值，即可使用預警功能（0為默認）。

3.1.15 數據修約

此功能可對程序中未揀出的有誤數據進行人工修正，點擊數據修約選項即可進行修正，當值被設定為無效時，數據被揀出，不參與統計運算。（因系統計算規則因素，只可提供分鐘值與小時值的修約功能，目前只開放分鐘值修約）

3.1.16 用戶管理

對于不同的角色設置相應權限管理，一個角色關聯了一套操作權限。系統共提供了三種操作權限。系統用戶：擁有系統的所有功能操作權限；管理用戶：擁有部分業務相關 的功能操作權限；普通用戶：只能進行系統中相關內容的查詢操作，實現不同級別操作人員對數據訪問范圍和數據讀寫性的嚴格控制，建立統一用戶管理平臺實現所有用戶的身份管理，包括用戶個人身份信息、角色信息、電子郵箱、個人賬號和密碼。

3.2  用戶APP

手機版發布系統支持Android、IOS等主流的手機操作系統，系統界面簡潔、大方，易于操作。發布各個監測站點的PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、O₃、CO小時、日均、月均濃度值，提供查看轄區內各站點空氣質量排名功能，并繪制過去24小時的濃度曲線圖。發布城市、區域的環境質量AQI、首要污染物、環境質量指數類別、環境質量指數說明以及健康提示等信息。按照《HJ633-2012環境質量指數(AQI)技術規定》，根據環境質量AQI進行顏色標識。

3.3.2.1 用戶權限控制

根據用戶級別不同，分別設定不同權限，普通用戶登入后只可查看賬號所屬站點詳情，以管理員身份登入之后，則可查看全部點位狀況與其均值顯示。

3.3.2.2 數據查看與分析

主界面可查看權限范圍內點位數據詳情，點擊不同監測因子所在方格，下方折線圖則對應顯示其最近24小時內污染因子變化情況。

3.3.2.3 GIS地理信息顯示

點位狀況與web端同步，獲取坐標信息后即可在地圖上顯示，支持當前總體數據情況與單項指數切換，污染指數根據等級不同以不同顏色顯示。

如果點位信息過多時，可切換至列表進行搜索，一目了然，快捷高效。

3.3.2.4 歷史數據查詢

移動端在web端基礎上提供簡單的查詢功能，該模塊按照權限不同所屬轄區不同，可以查看站點最近24小時、或最近30天、或最近12個月，綜合指數或者分項指數的均值狀況。

3.3.2.5 環境質量指數排名查看

移動端可以便捷的為環境管理人員提供服務，管理者賬號登錄后，開放排名信息功能，提供當日轄區內站點排名，明確污染方向。

3.3.2.6 系統設置、功能標準、預警處理

輔助功能全部歸集于側邊欄內，APP向用戶推送通知，個人設置中可以設置是否接收消息、提醒方式等。

四、平臺架構與系統工作原理

4.1  環境數據采集

監聽服務器使用公網固定IP，監測儀器發送數據至此IP地址對應端口，系統自動采集并通過內置協議將字符串解析為需要的信息，實現數據包的校驗、檢查、解析和入庫（數據存儲），采用多線程異步通信技術與各監測點通信，可查看原始數據，實現數據同步轉發。

當監測點位斷線或者出現異常時，線程保留五分鐘對接期，五分鐘之內不上傳數據系統關閉線程，降低占用率，直至重新連接再次打開。

4.2  環境數據存儲

數據庫服務器對接收到的環境數據進行整體規劃，對環保業務涉及的眾多數據資源進行科學合理的分類，在此基礎上建立數據體系和數據庫體系，形成基礎數據庫、專業數據庫、元數據庫和標準數據庫。

由于環境大數據的保密性，數據庫服務器需要關閉公網服務和外接端口，與監聽服務器接入同一局域網，使用內網IP。監聽服務器解析完成后，通過局域網將數據存儲至此。數據庫定期備份、定期殺毒、定期更新軟件服務與相關插件，以保證存儲數據的安全。

4.3  環境數據分析處理

中心服務器針對各項數據庫進行數據管理，嚴格按照相關法律法規及環保行業規定進行統計分析運算處理，得出最符合標準的環境數值。統計功能支持根據原始值值計算小時值、日報、月報、年報等。分析功能包括，對大氣、水質、煙氣等不同行業進行規則整合判斷、如煙塵，煙氣的含量跟氧氣關系，COD與濁度及溶解氧的關系等高級功能，根據用戶需求定制開發。

經過算法運行生成數據模型，實現系統建模分析的關鍵功能。

4.4  環境數據報表生成與排名

中心服務器生成各項報表后，根據空氣質量指數從低到高進行排名，指數越低排名越靠前。支持總體排名、區域排名、單站點排名。服務器與EXCEL報表、WORD文檔、JPG圖片、PDF等接口進行對接，使前端頁面可以順利導出打印。

4.5  環境監測指標預警

預警服務器中置入交互模塊，每30分鐘采集監測子站的運行狀態、設備狀態、監測數據，對服務器進行信息交互傳輸、讀取操作日志，連續兩次出現異常，系統啟用預警提醒。同時可以將監測因子標準接入檢測程序中，如果超標或者出現恒值，則提示相關人員并將信息傳輸至前置服務器。所有預警信息在前端頁面展示。

4.6  CMAQ空氣質量模型建模分析

CMAQ是美國國家環境保護局研制的第三代空氣質量預報和評估系統(Models-3)。系統采用靈活的模塊化思想，由氣體模式、污染排放模式、空氣質量模式組成。基于CMAQ的空氣質量模擬過程可實現設置可視化和運行自動化，以準確的MM5氣象場數據、污染排放清單數據為基礎，運用CMAQ模型，實現空氣質量預報結果的自動生成，并支持對結果的核對統計與對比分析，減少人工操作，通過適量定制化開發，可以作為區域臭氧、能見度、酸沉降等過程的整合應用平臺。

4.7  環境質量趨勢預判

中心服務器處理數據，結合實際數據建立源解析模型，結合天氣系統分析環境質量趨勢。充分利用積累的海量監測數據，結合環境空氣污染指數法(API)、環境空氣綜合污染指數法、主要污染物污染物濃度評價法、污染變化趨勢的定量分析方法-秩相關系數法等方法，對區域內空氣質量狀況和變化趨勢進行綜合分析和預判。

五、系統硬件構成

5.1  配置參數

5.2  氣體監測單元

ZWIN-AQMS06微型環境空氣質量監測站采用智能型氣體（SO2、NO2、CO、O3、）傳感器。

此款傳感器是我公司專門針對氣體探測器推出的新型智能氣體傳感器，采用泵吸式，即在儀器內部配置一個小型氣泵，使電源帶動氣泵對待測區域的氣體進行抽氣采樣，然后進行檢測；檢測速度快，可根據具體需求更換單個氣體傳感器；適用于比較特殊的場合，如有有氧氣檢測、一氧化氮、硫化氫、甲烷、可燃氣體等的檢測。

各監測氣體的參數如下（注：監測因子及其量程均可根據需求進行選擇）：

5.3  顆粒物監測單元

氣體采樣頭

設備使用激光散射法測量揚塵濃度。用精密流量控制的真空泵吸入大氣中的測試氣體送至傳感器測量組件。傳感器測量組件是以Gustav Mie粒子光散射理論為基礎，結合微光電探測技術而制作的一套完整的空氣顆粒分布濃度測量系統。

系統巧妙設計光敏感區作為粒子散射發生的場所，當粒子經過聚焦激光所形成的光敏感區后，粒子散射的光被探測窗口上的微光電探測器收集，微光電探測器把接收的光強度信號快速、準確的轉化為等量電壓信號，信號的密集度對應于粒子的單位濃度值，揚塵濃度值進行系數轉換后通過數據接口實時輸出。利用電子切割器的專利技術同時測量PM10和PM2.5兩個參數，測量范圍0-1000ug/m³。

5.4 氣象監測單元

風速風向傳感器實物圖

ZWIN-YC06-W氣象風向傳感器（變送器）內部采用高精度磁敏感應芯片，并選用低慣性輕金屬風向標響應風向，動態特征性好。

ZWIN-YC06-W氣象風速傳感器（變送器）采用傳統三分杯氣象風速傳感器結構，風杯選用碳纖維材料，強度高，啟動好，杯體內置信號處理單元能根據用戶需求輸出相應風速信號，可廣泛應用于氣象、海洋、環境、機場、港口、實驗室、工農業交通等領域。

設備還具備溫度、濕度、大氣壓等環境參數的監測，為空氣質量和噪聲監測數據的后期分析提供氣象參數保障。

5.5  噪聲監測單元

噪聲傳感器

ZWIN-YC06-S噪聲監測器是指能對聲音實現精密測量，復雜而精密的設備。本儀器有耐用的結構，在正常操作情況下，可正常使用數年。

特色功能：

1、 能夠通過自主研發的校準儀，對傳感器用標氣進行標定和校準校準，校準儀是專為本公司微站定制開發的，能夠高效準確的校準微站。

2、 顆粒物和氣體都有動態加熱系統，消除濕度對測量準確度的影響。

3、 除對傳感器進行零、滿點校準外，設備提供四氣兩塵6個參數進行分段校準的功能，從而為設備在各個量程段達到要求的精度奠定基礎。

4、 采用先進的算法消除混合氣體對傳感器的串擾，解決四氣之間相互干擾的問題。

5、 儀器能夠對時間進行校準，防止設備因與服務器之間時間差異造成各種錯誤。

6、 數據具備斷點續傳功能，在網絡中斷恢復后，能夠將未上傳數據進行補傳（需要平臺支持）。

7、 設備能夠本地存儲1年以上數據，支持USB導出數據。

8、 采用泵吸方式進氣，對流量有準確控制，防止因流量不穩定，對監測數據造成干擾。

9、 可選配太陽能電池組和蓄電池配件，在市電不方便供電時，持續進行監測。

10、 顆粒物采樣采用旋風切割器，提高激光散射法顆粒物測量的精度。

11、 四氣采用管及內部管路采用聚四氟乙烯惰性材料或內襯，將氣體的吸收降低到最低，防止因設備吸收監測氣體對監測數據造成干擾。

六、關于我們

6.1  公司簡介

北京博創諾信科技發展有限公司成立于2017年，專注于環保監測領域的傳感器研發、數字芯片設計、監測設備制造和在線監測應用系統開發的高新技術企業。在大氣的網格化、空氣中的氣體的監測分析、水質污染源監測等核心業務取得卓越成果。

博創諾信為國家高新技術及中關村高新技術雙項認證企業，獲得揚塵計量器具型式認證、油煙在線監測儀表、空氣站在線監測儀表等產品的CCEP認證及多項軟件、專利認證。具有先進技術、環保監測產品開發及生產、環保大數據研發及運營的綜合型環?？萍计髽I。

公司成立至今，一直始終不渝的本著“博大、創新、守信、重承諾價值的理念，不斷開拓創新，不斷提升客戶價值。     

6.2  聯系我們

公司名稱：北京博創諾信科技發展有限公司

公司地址：北京市順義區仁和鎮仁和園二街4號樓8號院3單元501

七、典型應用

? 天津市北辰區、武清區、西青區大氣網格化監測平臺；

? 互聯網+智慧消防水源管理系統；

? 中國創新創業大賽盡調系統；

? 北京偉瑞迪科技有限公司VOC監測系統；

? 環保監測市場推廣執行；

? 智慧環保——環保數據監測物聯網平臺；

? 天津市貝特瑞新能源材料股份有限公司水質在線監測系統；

? 天津市藍宇科工貿有限公司煙氣在線（CEMS）監測系統等。