环保大数据在环境污染防治管理中的应用

安科瑞 王晶淼

摘 要：近年来，我国环保事业快速发展，信息技术水平也在不断提升，2016年我国环保部颁布了《生态环境大数据建设整体方案》，加强环保大数据的建设与应用效果。因此，将环保大数据应用在环境污染防治工作中，可增强防治管理工作的创新力度，从根本上提升我国的污染环境防治效果。
关键词：环保大数据；环境污染；管理对策
0 引言
从 2016 年开始，加密监测需求激增导致设备市场爆发式发展，设备企业普遍保持50% 的年增速。同时，智能监管软件平台也不断升级。大数据项目建设开始解决只建不用的问题，愈加注重实用性，讲究以用促建。政府自身的需求更加明确，各类“定制化”的大数据项目开始更加有针对性地解决环境保护痛点。综合运用互联网技术和大数据理念，探索构建“热点网格 + 地面监测微站 + 移动式设备”的工作模式，推动生态环境大数据建设，强化生态环境科技支撑，提升信息服务水平、增强技术服务能力。
1 环保大数据在环境污染防治管理创新中的应用意义
首先，大数据转变了人们的态度与思维，使其从整体上认识与了解了环境保护的重要性，继而对环境污染防治管理工作产生了监督意识，将环境保护工作从小范围的监测、实行转化为大范围的监督管理，并不断进行探究与创新。其次，环境污染的防治工作与管理工作需要与其他部门与系统进行密切的合作，因此，关于环境方面的信息资源就需要得到充分的共享，大数据所具有的传播速度快、共享方式简便、成本价格低等优势使得其成为共享的途径，一改传统业务的低效率工作模式，为环保工作注入了新鲜活力。大数据具有能够创造新价值的重要意义。“大数据不等于大量的数据，也不等于种类繁多的数据信息。”大数据信息具有良好而紧密的关联性，能够不断挖掘出新的价值，创造出理想的融合数据，继而为未来的发展做出正确决策。
2 环保大数据在环境污染防治管理中的应用
构建自适应环保大数据共享和处理平台可以对现有的业务逻辑相关数据提供管理服务，将环保大数据的应用效果大幅提升。为了有效避免传统系统中存在的数据应用局限，通过构建环保大数据自适应共享与处理平台可以增强数据的维护管理、服务、共享等功能，可以将环保相关信息数据进行整合处理。
为了增强环境污染防治管理创新力度与达到人们的多方面需求，需要增强互联网技术，构建功能性、综合性更强的环保数据服务平台，加强数据服务的个性化、互动性。平台可以对数据进行交互式的传播，为受众提供数据内容的自定义订阅内容，结合人工智能或认知计算等技术，人们可以通过智能手机APP与平台进行互动，提升环境污染防治管理的趣味性与互动性。
3 环保用电监管云平台在环保大数据中的应用
环保用电监管云平台依托物联网技术、电力参数传感技术，24小时不间断采集企业总进线、生产设备和污染治理设备用电回路的数据，通过设备运行工况分析、越限分析、停/限产分析、关联分析等，及时发现环保治理设备未正常工作的情况及实时监控限产和停产整治企业的生产状态，对治污设施异常、停限产期间违规生产等进行告警，减少及杜绝用电异常及设备异常，防止企业在污染物监管过程中的偷排、减排、漏排等情况。同时，对VOCs、烟尘、废水等污染物排放结果进行监控，避免企业排放超标违法，使企业严格执行排放标准。此外，以视频或门禁监控作为辅助手段减少监管盲区，形成了污染治理过程加结果的监管治一体化监控，解决了环境执法力量薄弱、监管到位难度大等问题。
3.1 系统结构
多功能电表安装在企业生产设备、环保设备用电回路,测量回路的全电力参数，通过LoRa无线通讯与DTU或数采仪进行通信。
污染源挥发性有机物在线监测设备的采样探头安装在烟囱上，测量TVOC、烟气流速、烟气温度、烟气压力等非电监测因子，通过485与数采仪进行通信。
DTU和数采仪能够就地显示采集的数据，并且本地存储30天数据，可实现数据断点续传，当网络恢复正常时继续上传断网期间存储在本地未完成上传的数据，数据以HJ212-2017污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准传输至云端平台。
环保用电监管云平台部署在云端服务器，接收、分析、存储、统计数据，通过WEB和APP的方式，为环保局和企业提供管理功能。

3.2 数据采集
在企业总进线、产污设备和环保设备的用电回路安装多功能电表,采集电流、电压、功率、有功电能、功率因数等电力参数，采集的数据通过LoRa无线通讯与无线网关或者数采仪进行通信。
污染源挥发性有机物在线监测设备的采样探头安装在烟囱上，测量TVOC、烟气流速、烟气温度、烟气压力等非电监测因子，通过485与数采仪进行通信。

全电参量测量智能模块ADW400主要技术指标如下：
● 有功电能精度：1级，无功电能精度：2级，电压、电流精度：0.5级
● 电压规格：3×57.7/100V、3×100V、3×380V、3×220/380V
● 电流规格：3×1.5(6)A，3×20(100)A，3×80(400)A，3×120(600)A
● 工作温度：-25℃~+55℃
● 相对湿度：≤95℅（无凝露）
● 支持470Mhz Lora无线通讯、RS485通讯
● 支持全电力参数测量（U、I、P、Q、S、PF、F）
● 支持正反向有功、无功电能
● 支持标准DIN35导轨安装
3.3 数据传输
数据传输设备包括无线网关和数据采集传输仪，可接收各监测点位采集的数据，经过协议转换之后，通过4G通信模块将数据统一上传至云端平台。

无线网关AF-GSM500主要技术指标如下：
● 支持460Mhz~510Mhz Lora无线通讯，频道和扩频因数可设置
● 工作频段：TD-LTE/ FDD-LTE/WCDMA/TD-SCDMA/ GSM/ EVDO/CDMA2000，包含联通、移动、电信4G网络
● 传输速率：4G网速上行2Mbps，下行68Mbps
● 工作温度：-40度~85度
● 湿度范围：0~95% 无凝露结霜
● 支持LORA无线组网，通过将通讯数据在无线信号之间互转，LORA监测支持中继器模式，满足用于增强主、从站之间的LORA信号强度
● 支持不低于100台监测设备的数据采集
● 支持固定IP和动态域名解析方式连接数据中心
● 支持HJ212-2017污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准
● 支持一址多发，数据可同时上传到3个以上不同的平台
● 宽范围直流电源输入，工业级设计
● 数据采集器支持服务器远程升级，版本更新时无需到现场升级
● 边缘计算：对采集的数据进行实时分析、处理和运算，分担主站数据处理压力，节省网络带宽
● 具备就地显示屏，可查看实时数据，历史数据，并且具备一定的人机交互能力，可直接修改一些参数
● 具备数据存储功能，存储时间1年
● 具备断点续传
● 支持远程修改配置、远程查看实时数据和历史数据，历史数据主动补传

数据采集传输仪AF-HK100主要技术指标如下：
● 支持460Mhz~510Mhz Lora无线通讯，频道和扩频因数可设置
● 工作频段：LTE-FDD/LTE-TDD/CDMA，包含联通、移动、电信4G网络
● 传输速率：4G网速上行50Mbps，下行150Mbps
● 工作温度：-20℃～+60℃
● 储存温度：-40℃～+80℃
● 相对湿度：≤95%RH
● 电磁兼容：GB/T 17626.2静电放电抗扰性试验 3 级；GB/T 17626.4电快速瞬变脉冲群抗扰性试验 3 级；GB/T 17626.5冲击（浪涌）抗扰性试验 4 级
● 具备不少于6路RS485/RS232 串口，8路模拟量输入通道（电流电压信号可配置），8路开关量输入通道（有源湿接点（DC12V）/无源干接点可配置）以及4路开关量输出通道（无源干节点，触点容量 DC30V/5A、AC250V/5A）
● 支持LORA无线组网，通过将通讯数据在无线信号之间互转，LORA监测支持中继器模式，满足用于增强主、从站之间的LORA信号强度
● 支持固定IP和动态域名解析方式连接数据中心
● 支持HJ212-2017污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准
● 支持一址多发，数据可同时上传到3个以上不同的平台
● 数采仪支持服务器远程升级，版本更新时无需到现场升级
● 数采仪具备不小于7英寸触摸显示屏，并且具备一定的人机交互能力，可于本地进行监测参数管理设置，实时，历史数据查询，采集周期自定义等功能
● 数采仪具备至少16GB本地存储空间并支持外置SD卡扩容
● 具备数据存储功能，存储时间不低于6个月，监测数据记录存储需满足至少存储14400条记录，且支持历史记录通过U盘等形式导出
● 数据采集误差≤1‰，系统时钟计时误差±0.5‰
● 具备ups后备电池，要求外部电源断电后，可持续供电至少6小时
● 设备具备断点续传（无法联网的情况下 将数据先保存起来，等网络恢复后再上传）
● 支持远程修改配置、远程查看实时数据和历史数据，历史数据主动补传
● 支持本地操作日志存储管理
● 具备用户管理功能，支持分系统管理员及一般操作人员两种权限，可根据用户名密码登录
3.4 平台主要功能
建立产污设备、环保设备运行耦合联动关系，及时发现环保设备非正常运行。同时通过企业总生产用电、车间用电的数据采集，有效解决重污染天气下企业停限产无法实时量化监管的问题。此外，通过排口的数据采集，动态监控企业污染物排放是否超标。

提供信息化管理手段，为企业提供环保设备异常、设备故障告警功能，避免企业因环保设备停运造成的超标排放，有效降低设备停机及生产事故风险。

为企业提供业务应用、数据挖掘分析及增值服务，统计设备用电情况，提升企业的能源使用效率。

4 结语
为了将环保大数据应用在环境污染防治管理创新中，需要通过相关体系、模型的构建，增强环保大数据的应用效果，提升数据的共享性、实效性。还需要结合互联网、物联网、新媒体、认知计算等各项技术，增强环保大数据的应用效果。当然基本的还需要政府相关部门突破传统理念、思维的限制，使环保大数据从意义上获得共享与应用，从而增强环境污染防治管理工作水平，为我国的生态环境提供保护。
环保用电云平台已在环境管理中广泛应用，不仅能节约大量的环境监察人员，还能做到实时管控、智能管控，从而大幅度提高环境管理的效率，为提升区域环境管理水平提供有效的技术支撑。

审核编辑 黄昊宇