一、大氣網(wǎng)格化在線監(jiān)測總體設(shè)計
在整個系統(tǒng)的設(shè)計上，在保證效率的前提下，遵循技術(shù)*進(jìn)、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(hù)及使用操作等因素，預(yù)留發(fā)展、增加、改造、完善等因素的擴(kuò)充余地，并有效融合標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、易用實(shí)用、性能優(yōu)化、可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)。通過對多個監(jiān)測平臺工作內(nèi)容及專業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步的分析與研究，對比分析國內(nèi)相關(guān)的研究成果和應(yīng)用成果，并結(jié)合我國國情及相關(guān)部門的人員規(guī)劃，參照頒發(fā)的國家標(biāo)準(zhǔn)及文件，遵照超前性、實(shí)用性、客觀性相結(jié)合，信息技術(shù)和自動化技術(shù)相結(jié)合，以及*進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性相兼顧，管理手段與應(yīng)用效果相兼顧的指導(dǎo)思想，zui終設(shè)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(luò)化質(zhì)控平臺。
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設(shè)計原則
2.1 *進(jìn)性和成熟性原則
在系統(tǒng)設(shè)計時，將充分應(yīng)用*進(jìn)和成熟的技術(shù)，提出*進(jìn)合理的功能規(guī)劃，保持系統(tǒng)軟硬件及技術(shù)方法、數(shù)據(jù)管理上的*進(jìn)與成熟，使系統(tǒng)具有較高性能，符合當(dāng)今技術(shù)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(qiáng)的可移植性、可重用性，以便在將來能迅速采用技術(shù)，長期保持系統(tǒng)的*進(jìn)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(chǔ)，結(jié)合具體需求進(jìn)行配置、定制和二次開發(fā)的方式進(jìn)行實(shí)施，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)具備故障分析與恢復(fù)和容錯的能力，降低風(fēng)險，以保證項目穩(wěn)定實(shí)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(dāng)意外事件發(fā)生時，能通過快速的應(yīng)急處理，實(shí)現(xiàn)故障修復(fù)，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(yùn)行的至關(guān)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(hù)和隔離，所以系統(tǒng)在各個層次對訪問都進(jìn)行了控制，將用戶劃分為多個角色并設(shè)置了嚴(yán)格的操作權(quán)限，同時，利用日志系統(tǒng)、備份系統(tǒng)和完善的恢復(fù)策略將系統(tǒng)的安全性能和保密性能進(jìn)一步提升。
2.4 可擴(kuò)展性和易維護(hù)性原則
設(shè)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(kuò)容、擴(kuò)充和維護(hù)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(shè)要能夠適應(yīng)不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)需求，能夠靈活擴(kuò)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(wù)的需求。
本系統(tǒng)采用插件化、面向服務(wù)的設(shè)計體系，選用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議和設(shè)備技術(shù)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(yīng)急預(yù)案和恢復(fù)預(yù)案。同時，系統(tǒng)還采用容錯或容災(zāi)配置，對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障備有完善的處理預(yù)案，并配有必要的技術(shù)手段支持。
2.5 經(jīng)濟(jì)性和易用性原則
系統(tǒng)具有較好的性價比，設(shè)計面向?qū)嶋H，注重實(shí)效，堅持實(shí)用，充分合理利用現(xiàn)有設(shè)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(shí)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(jī)交互體驗。
2.6 機(jī)動性和靈活性原則
作為需要為現(xiàn)場執(zhí)法任務(wù)提供服務(wù)的系統(tǒng)平臺，機(jī)動性和靈活性也是不可少的原則，運(yùn)用PC端與移動端相結(jié)合的設(shè)計，分工合作，在保證安全性的基礎(chǔ)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(shè)計依據(jù)
系統(tǒng)建設(shè)嚴(yán)格執(zhí)行系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化。所遵從的主要標(biāo)準(zhǔn)有：
《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)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(biāo)責(zé)任書》
《國家環(huán)境保護(hù)“十二五"科技發(fā)展規(guī)劃》（環(huán)發(fā)〔2011〕63號）
《關(guān)于開展環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)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(diǎn)污染源自動監(jiān)控能力建設(shè)項目建設(shè)方案》（國家環(huán)保總局函[2007]241號
《污染源在線自動監(jiān)控信息傳輸、交換技術(shù)規(guī)范》（HJ/T355-2007）
《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（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(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T212-2005）
《環(huán)境污染源在線自動監(jiān)控信息傳輸、交換技術(shù)規(guī)范》（HJ/T352-2007）
《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）
大氣網(wǎng)格化在線監(jiān)測建設(shè)內(nèi)容
大氣網(wǎng)格化平臺是指環(huán)境保護(hù)相關(guān)部門通過通信傳輸線路與自動監(jiān)控設(shè)備鏈接，用于對環(huán)境空氣質(zhì)量等監(jiān)測項目實(shí)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(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、VPN、機(jī)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(shè)的總體目標(biāo)及任務(wù)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(wù)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(quán)限管理子系統(tǒng)、運(yùn)維管理子系統(tǒng)、地理位置服務(wù)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(jié)構(gòu)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(yáng)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(diǎn)排名、數(shù)據(jù)修約、超標(biāo)排名、預(yù)報預(yù)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(shè)充分考慮可拓展性原則，為未來數(shù)據(jù)接入預(yù)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(diǎn)數(shù)據(jù)資源，能夠與擴(kuò)展的監(jiān)測站點(diǎn)進(jìn)行無障礙對接。系統(tǒng)建設(shè)完成后，具有以下功能特點(diǎn)：
（1）數(shù)據(jù)采集
人工設(shè)置一定的數(shù)據(jù)接收時間間隔后，系統(tǒng)自動按照設(shè)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(shè)備參數(shù)等，過程中無需人工干預(yù)，全天自動采集。
（2）數(shù)據(jù)查詢
系統(tǒng)接收實(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份功能，方便用戶根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢。
站點(diǎn)排名
系統(tǒng)可根據(jù)用戶的需求對接收的各站點(diǎn)的數(shù)值信息進(jìn)行排名，包括各監(jiān)測指標(biāo)的小時區(qū)間、日區(qū)間等時間段的站點(diǎn)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(jìn)行自動審核，可以預(yù)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(biāo)識體系》對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選剔除。對數(shù)據(jù)項有效值的上、下限以及表達(dá)格式按規(guī)范進(jìn)行設(shè)置；監(jiān)測項目的數(shù)值間邏輯關(guān)系也是審核的重點(diǎn)，進(jìn)一步校對數(shù)據(jù)的合理性和準(zhǔn)確性。
雖然在自動審核的過程中，系統(tǒng)按照設(shè)定程序進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量的審核，但由于缺乏對整個運(yùn)行平臺宏觀掌控，可能會將無效數(shù)據(jù)標(biāo)識為有效數(shù)據(jù)，或?qū)⒂行?shù)據(jù)標(biāo)識為無效數(shù)據(jù)。這時就需要進(jìn)行人工復(fù)審，人工復(fù)審就是要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的第二次過濾和篩查，通過對分析儀的運(yùn)行狀態(tài)、子站維護(hù)情況、數(shù)采情況、網(wǎng)絡(luò)等信息的了解，來確定自動審核數(shù)據(jù)的客觀性和準(zhǔn)確度，對自動審核誤標(biāo)識的數(shù)據(jù)進(jìn)行修約。數(shù)據(jù)修約需要對數(shù)據(jù)審核操作進(jìn)行詳細(xì)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(biāo)預(yù)警
超標(biāo)排名和預(yù)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(biāo)報警并對超過兩個以上的站點(diǎn)進(jìn)行排名。此功能中分?jǐn)?shù)據(jù)上下限與預(yù)警上下限，數(shù)據(jù)上下限為數(shù)據(jù)有效性判定標(biāo)準(zhǔn)值，超過界限的則被判定為無效。預(yù)警上下限為當(dāng)監(jiān)測因子不在設(shè)定值范圍內(nèi)一定時間之后，則會自動給設(shè)定發(fā)送預(yù)警提醒信息，保證系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)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(diǎn)負(fù)責(zé)人或主管領(lǐng)導(dǎo)，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(xì)信息。
4.3 任務(wù)管理子系統(tǒng)
在任務(wù)管理子系統(tǒng)中管理員可以對任務(wù)進(jìn)行編輯、下達(dá)、查詢等操作，也可查看任務(wù)的完成狀態(tài)，對任務(wù)進(jìn)行分類，并根據(jù)重要程度和zui后完成時間進(jìn)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(yīng)的移動端執(zhí)法人員，實(shí)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(diǎn)，包括移動端實(shí)時信息、執(zhí)法信息、多項預(yù)警等功能。
4.4.1 實(shí)時信息
通過GIS系統(tǒng)、實(shí)時定位、軌跡回放等技術(shù)，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(jìn)行監(jiān)管，另外可以通過定位校準(zhǔn)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(wù)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(yù)警
通過系統(tǒng)設(shè)置，對執(zhí)法任務(wù)過期、審批批復(fù)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(fèi)過期未繳等情況進(jìn)行預(yù)警，方便對業(yè)務(wù)進(jìn)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(wù)完成數(shù)、任務(wù)完成率、管轄企業(yè)達(dá)標(biāo)數(shù)、管轄企業(yè)達(dá)標(biāo)率、信訪任務(wù)完成率等指標(biāo)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(quán)值對其工作情況進(jìn)行分析評價并自動輸出考核結(jié)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(diǎn)位監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析，經(jīng)過算法運(yùn)行生成數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)建模分析的關(guān)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(diǎn)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(dǎo)出打印功能。
4.7 用戶/權(quán)限管理子系統(tǒng)
用戶/權(quán)限管理子系統(tǒng)就是對用戶進(jìn)行添加、編輯、刪除等管理。每個用戶都會設(shè)定對應(yīng)的角色，系統(tǒng)對于不同的角色設(shè)置了相應(yīng)權(quán)限管理，一個角色關(guān)聯(lián)了一套操作權(quán)限。系統(tǒng)用戶：擁有系統(tǒng)的所有功能操作權(quán)限；管理用戶：擁有部分業(yè)務(wù)相關(guān)的功能操作權(quán)限；普通用戶：只能進(jìn)行系統(tǒng)中相關(guān)內(nèi)容的查詢操作，實(shí)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(yán)格控制，建立統(tǒng)一用戶管理平臺實(shí)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(shè)定。
4.8 運(yùn)維管理子系統(tǒng)
系統(tǒng)可以通過運(yùn)維管理子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)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(shè)備的運(yùn)行狀況及運(yùn)行進(jìn)度，當(dāng)前端數(shù)據(jù)采集設(shè)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(diǎn)負(fù)責(zé)人及時知曉，并采取相應(yīng)的解決措施，保證系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。
4.9 地理位置服務(wù)子系統(tǒng)
地理位置服務(wù)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(chǔ)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(wù)子系統(tǒng)的可視化地圖展示，實(shí)現(xiàn)大氣網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)布平臺和手機(jī)APP按地理位置進(jìn)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(guān)系等信息。
在系統(tǒng)前端界面上，顯示各監(jiān)測、監(jiān)控點(diǎn)位置分布狀況，并對各監(jiān)測監(jiān)控點(diǎn)實(shí)施監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時刷新、臨界提示、超標(biāo)報警。實(shí)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(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
GIS用戶通過部署一個集中式的GIS服務(wù)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(wù)端的GIS軟件適用于任何集中執(zhí)行GIS計算，并計劃擴(kuò)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(wù)，GIS服務(wù)器還在一個共享的中心服務(wù)器上支持GIS工作站的所有功能，包括制圖，空間分析，復(fù)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(shí)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(diǎn)位按所屬行政區(qū)域進(jìn)行歸類和展示，并通過系統(tǒng)配置經(jīng)緯度計算坐標(biāo)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(shí)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(guān)人員的查看。PC端和移動端人員均可在界面首頁中點(diǎn)擊想要查詢的站點(diǎn)，即可得到實(shí)時信息，監(jiān)測終端可在LED屏或設(shè)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(jī)版發(fā)布系統(tǒng)，是指智能手機(jī)客戶端程序和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)支持Android、IOS等主流的手機(jī)操作系統(tǒng)，界面簡潔、大方，易于操作。系統(tǒng)結(jié)合地理位置服務(wù)子系統(tǒng)，實(shí)時發(fā)布各個監(jiān)測站點(diǎn)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(diǎn)的監(jiān)測站點(diǎn)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(shí)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(shù)規(guī)定》，根據(jù)環(huán)境質(zhì)量AQI進(jìn)行顏色標(biāo)識。
系統(tǒng)在智能手機(jī)里，安裝專門定制的程序，實(shí)現(xiàn)責(zé)任人實(shí)時定位，接收環(huán)境監(jiān)督任務(wù)，環(huán)境管理現(xiàn)場業(yè)務(wù)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。
