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基于云計算核心的分布式環境監測與保護系統解決方案

來源:智慧云谷發布時間:2015-02-15 05:04瀏覽量:33254


第一章 概述

(一)前言

      近年來,物聯網因被認為是繼互聯網之后的又一次技術革命而備受關注,開展物聯網研究和進行物聯網建設已經成為政府和社會的共識。從美國總統奧巴馬的?“智慧地球”到國家總理溫家寶的?“感知中國”,作為新興技術產業重要組成部分的物聯網已成為全球矚目的熱門話題。

      實施環境保護,需要采用先進的科技手段,建立環境保護監測、預警和應急處置機制。其中,及時發現污染苗頭和捕捉污染源,是有效實施環保監測的重要環節;而迅速、準確地反映污染狀況,是正確判斷和處置污染事件的關鍵,特別是突發重大污染事件發生時,往往需要遠程調度和及時協調社會各方面應急力量,統一指揮領導,快速反應,更加需要及時、準確地收集到前方現場信息,并傳遞給環保指揮機構作為分析決策的依據,以便于及時做出合理的指揮調度。

(二)智慧環保應用描述

      智慧環保是物聯網技術與環境信息化相結合的概念,其特征也可以歸結為4個方面:

      1、更透徹的感知(感知層)。智慧云谷采用各種先進的感知設備全面感知環境,包括針對水體各種理化指標和性狀的傳感器和測量儀表,針對氣體中各種有害氣體含量的傳感器和測量儀表,以及比較成熟的視頻監控設備和視頻智能分析技術、射頻識別(RFID)技術等,綜合運用各種設備和技術,獲得前所未有的智能感知。

      2、更全面的互連互通(網絡層)。通過各種網絡設備、網絡與先進的感知設備進行連接,將感知設備獲取的信息通過星云協議實時傳輸到智慧環保云管控平臺,傳輸給手機、電腦和iPad等。

      3、更深入的智能化(智慧層)。感知層獲得的數據可用于對應的系統,甚至可以作為建模的基礎數據,智慧云管控平臺實時收集并分析數據,當數據超過各類傳感器等設備設置的值時,可實現自動告警,提示環境管理部門或污染源企業及時處理。

      4、更智慧的決策(服務層)。利用云服務系統,建立面向對象的信息服務門戶,如政務公開、公眾服務及各業務應用系統,為環境質量、污染防治、生態保護、輻射管理等業務提供“更智慧的決策”。

(三)智慧環保運營維護

      1、首先是完善現有的環境監測系統,增強監測點的檢測能力。通過增加水、氣、土壤、噪聲、固廢、生態等環境監測控制設備數量和檢測手段。提高現有環境監測的密度,更及時有效地發現和遏制固廢、廢水廢氣等的排放。重點建設重金屬、放射源、固廢及危險品轉移等監測監控系統,大力推進環境治理設施的建設,開展環境治理設施及監測監控設備的運營服務,保障環境監測、治理體系的正常運轉,提升城市環境管理能力。

      2、再者是依托公共服務平臺,加強環保、水利、氣象等部門間的業務融合。整合所有環境信息資源和數據,建設環境監測數據標準體系,將各類環境信息,通過先進的數據挖掘與處理。智能分析,實現對環境保護和自然災害等狀況作出更為科學準確的測定和預估,實現環境監測數據的統一規范,各部門的信息共享與服務一體化功能,提高環境數據管理、分析和利用水平。

      3、其次是建立環境信息綜合分析中心。環境信息綜合分析中心由四大分析系統構成:區域排放核算系統、環境質量綜合評價系統環境輔助決策系統,環境應急預測預警系統。

(四)方案的目的及意義

      基于云計算核心的環境監測與保護系統,通過云計算將環保領域物聯網整合起來,實現社會與環境業務系統的整合,更加精細和動態的方式實現環境管理和決策的智慧,將環境的保護實現最有效化,并通過市場配置機制控制排放、減少排放,達到保護環境的目的。

第二章 公司簡介

(一)關于我們

      智慧云谷(Wiscloud)成立于2007年,擁有一流的研發設計團隊,始終堅持自主創新,公司擁有自主知識產權的嵌入式操作系統,Wiscloud nebula protocol(星云自動組網協議),WisOS云計算操作系統,為用戶提供全球領先的物聯網、云計算、游戲等軟硬件產品及平臺服務,主要產品有:

      物聯網&云計算

      基于云計算核心的工業自動化控制設備及云計算控制平臺;

      基于云計算核心的自動化節能控制設備及云計算控制平臺;

      基于云計算核心的iWiscloud智慧家居控制中心;

      全球領先的無線環境及空氣質量傳感器;

      具有自動電流及故障檢測功能的無線自組網觸摸開關;

      全球領先的無插件多人實時網頁/手機游戲平臺。

      “云”是公司產品的“代言人”,所有產品都是基于云計算核心。

      公司網址:http://www.hulanbaojie.com/

(二)硬件基礎

      智慧云谷擁有功能完備的大型云計算數據中心,采用先進的網絡框架設計,電信、聯通、移動千兆光纖接入,目前存儲能力已達PB級以上;CDN負載均衡,實現數據更快更穩定的傳輸;異地替換方案,保證了數據不會丟失,當一個數據中心發生故障時,異地的數據中心會立刻將工作進行替換,確保我們穩定的服務;多臺在線式大功率智能UPS可提供48小時以上的后備供電設備發電機;同時數據中心有幾十臺小型機、大量高端服務器、大型磁盤陣列等設備。強大的硬件設施使我們擁有強大的運算能力,災難應對和恢復力,能為用戶提供高速、安全、穩定的數據服務。

第三章 系統總體設計

(一)系統設計原則

      本方案設計遵循技術先進、功能齊全、性能穩定、節約成本的原則。并綜合考慮施工、維護及操作因素,并將為今后的發展、擴建、改造等因素留有擴充的余地。本系統設計內容是系統的、完整的、全面的;設計方案具有科學性、合理性、可操作性。其具有以下原則:

1、先進性與適應性

      系統的技術性能和質量指標達到國際領先水平;同時,系統的安裝調試、軟件編程和操作使用簡便易行,容易掌握,適合中國國情和本項目的特點。該系統集國際眾多先進技術與一身,體現了當前計算機控制技術與計算機網絡技術的最新發展水平,適應時代發展的要求。同時系統是面向各種管理層次使用的系統。其功能和配置以能給用戶提供舒適。安全、方便、快捷為準則,其操作應簡便易學。

2、經濟性與實用性

      充分考慮用戶實際需要和信息技術發展趨勢,根據用戶現場環境,設計選用功能和適合現場情況、符合用戶要求的系統配置方案,通過嚴密、有機的組合,實現最佳的性能價格比,以便節約工程投資,同時保證系統功能實施的需求,經濟適用。

3、可靠性與安全性

      系統的設計具有較高的可靠性,在系統故障或事故造成中斷后,能確保數據的準確性、完整性和一致性,并具備迅速恢復的功能,同時系統具有一整套完成的系統管理策略,可以保證系統的運行安全。

4、開放性

      以現有成熟的產品為對象設計,同時還考慮到周邊信息通信環境的現狀的發展趨勢,可以消防、防盜、聚光系統實現聯動,可實現遠程控制。

5、可擴充性

      系統設計中考慮到今后技術的發展和使用的需要,具有更新、擴充和升級的可能。并根據今后該項目工程的實際要求擴展功能,同時,本方案在設計中留有冗余,以滿足今后的發展要求。

6、追求最優化的系統設備配置

      在滿足用戶對功能、質量、性能、價格和服務等各方面要求的前提下,追求最優化的系統設備配置,以盡量降低系統造價。

7、保留足夠的擴展容量

      該項目設置的控制容量保留一定的余地,以便在系統中改造新的控制點;系統中還保留與其他計算機或自動化系統連接的接口;也盡量考慮未來科學的發展和新技術的應用。

8、提高監管力度與綜合管理水平

      本項目系統設備控制需要高效率、準確及可靠。本系統通過中央控制系統對各子系統運行情況進行綜合控制,時時動態掌握監視及報警情況。閉路電視監控大大減少勞動強度,減少設備運行維護人員;另外,系統的綜合統籌管理可使設備按最優組合運行,在最佳情況下運行,既可節能,又可大大減少設備損耗,減少設備維修費用,從而提高監管力度與綜合管理水平。

(二)系統結構

      1、智慧云谷基于云計算核心的物聯網路燈遠程節能自動化控制能夠將多達幾十萬臺的控制終端同時連接到云計算中心,可以在同一平臺下對多個地區、多個控制點的路燈進行集中控制,更能夠進行大范圍綜合計算與綜合控制。






      2、智能傳感器精確檢測

      智能傳感器的核心采集探頭采用電化學探頭,具有精度高并實時顯示數值,使用時間長,不易老化等特點;智能傳感器具有上下限設置功能,能夠自動發出聲光報警, 具有上下限輸出開關,可以根據上下限自動控制其他電器的運行,支持485通訊,同時可輸出4-20mA電流。








(三)系統特點

1、基于云計算核心

      Wiscloud智慧環保云管控系統基于云計算核心,分組控制與用戶不需要自建服務器,不需要固定IP,只要一臺能夠上網的電腦/平板/手機即可通過云計算平臺對多個地區的多個終端進行控制,所有數據記錄在云計算數據中心,數據永不丟失,可以方便的進行歷史數據查詢與分析;

2、最強的控制力

      Wiscloud 智慧環保云管控系統終端主機具有5個485及232通道以及12個專用擴展通道,核心系統支持線程模式,可同時采集多個通道的數據,通過擴展通道可以擴展大量的采集模塊以及抄表模塊,通過云計算中心能夠對每個擴展模塊的控制通道進行采集控制,單個終端主機可擴展至多達4096個A/D通道,1792個IO,1024個RS485接口以及512個12位D/A通道,具有極強的擴展及控制能力;

3、無需任何編程

      Wiscloud 智慧環保云管控系統終端機采用觸摸屏一體化設計,在施工部署時不需要任何的編程,具有完美的模糊控制理念及控制算法,可以將所有輸入輸出接口進行任意組合控制,并且可以完全脫離云計算中心自動運行,也可以通過云計算中心進行極端復雜的流程控制;

4、開放

      Wiscloud智慧環保云管控系統開放所有控制終端、控制模塊、云計算平臺接口,軟件企業可以用自己的軟件對物聯網路燈遠程節能自動化控制系統進行控制,形成自己的軟/硬件自動化控制產品,物聯網及自動化控制企業可以將硬件接入到Wiscloud智慧環保云管控系統的云計算平臺中,通過云計算平臺進行實時通訊,實時控制,并可集合大量終端進行綜合控制,并能夠將歷史數據保存到云計算中心,網站開發企業通過智慧環保云管控系統的云計算中心及控制終端接口可以在網站上對任何的硬件進行控制。

(四)系統功能

1、基于云計算平臺

      擁有自己的云計算中心,無需自建機房和數據中心,可以在手機、平板等任意終端連接到云計算中心,進行高效率的數據運行及運算能力,并可以在云端對所有設備進行設定,實現了隨時調用,隨時監管,隨時控制。

2、兼容性強

      能兼容并學習市面上幾乎所有品牌的設備的協議,進行遠程操作,無需配備指定設備,利于廠家控制設備成本。

3、穩定性強

      一體化開發的自有系統,直接集成通信模塊,信息實時傳輸、反饋、報警、處理,我們的主機高度集成化,把觸摸屏的控制、DTU和主機的處理部分、以及采集部分、下位機通信部分集成一體,任何節點的損壞都不會影響整個系統的運行,運行更加穩定。

4、擴展能力強大

      可達到無縫擴展至10萬以上的終端連接數量,獨自研發的物聯網終端設備的透傳協議,使后期新增擴展模塊時無需重新編程,模塊的通用性強,自帶輸入、輸出、485、Mbus、模擬量采集適應用戶的新增需求。

5、控制能力強大

      單機可承載1萬以上的終端連接數量且運行毫無負擔。物聯網控制終端主機具有5個485及232通道以及12個專用擴展通道,嵌入式軟件開發時采用了線程模式,可同時采集多個通道的數據,通過擴展通道可以擴展大量的采集模塊以及抄表模塊,終端主機能夠將擴展模塊的數據自動打包上傳到云計算中心,也可以通過云計算中心對每個擴展模塊的控制通道進行控制,單主機通過擴展可實現多達2048以上通道的數據采集以及控制。

6、后期運維方便

      系統不需要專門維護,一旦發生故障,根本不需像老式系統那樣等待專業人員現場編程調試,只需請電工按照操作要求重新安裝備選模塊即可,傻瓜式操作,方便快捷,時效性高。

7、系統成本低

      省去了PLC系統自拉光纖、自架服務器、購買UPS和蓄電池等額外的財力消耗,同時也省下了后期昂貴的系統維護費用。

第四章 智慧環境監測與保護解決方案

      污染源監控和防治是智慧環保建設的關鍵,需要建立一個完善的污染源監控工程,通過在全市范圍內布置大氣、水體、固體廢棄物、特征污染物、輻射等監管物聯網,多方位、全時段地對各種可能的污染源進行監控,實現事故早發現、早預警,為環境事故及時、有效的管理提供有力保障。這個污染源監控工程包含以下幾個系統:

      一是流域內城鎮排水系統及水污染治理設施監控系統:通過在生產環節和污染治理環節電氣控制設備上安裝監控和智慧云谷傳感器,對各環節生產設備或污染治理設備是否開啟、生產或污染治理規模等進行監控,判斷企業污染治理設施是否正常運行,不僅監管了城鎮排水系統向流域河道內排放的水質是否達標,還對污水治理設施的運行狀況進行了監控。

      二是河道運輸污染物排放監管系統:對在水域范圍內注冊的危險品運輸船舶和途經該水域的危險品船舶實施全過程的監控跟蹤,同時,規范港航管理部門、海事部門對危險品運輸船舶的監控, 實現監控資源的共享, 使危險品船舶水上運輸過程和在港口區域時監控的無縫對接。

      三是大氣環境質量監測系統:在已有的污染源在線監測系統基礎上,增設常規大氣污染物和特征大氣污染物傳感器,采用地面、近地、高空感知等方式對大氣溫度、濕度、硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、臭氧、PM10、PM2.5等參數進行測量,形成高低空立體空氣質量環境自動監測體系,從而更加全面地了解固定污染源的污染物排放情況。

      四是機動車尾氣排放監控系統:為機動車排放污染物檢測機構和機動車污染防治管理部門提供的一整套系統,對尾氣污染狀況、空氣質量、超排車輛捕獲以及特定車輛排放檢測場、檢測設備、檢測數據進行管理、存儲和加工,且系統提供雙向的數據傳輸,不僅能采集車輛檢測過程、結果數據,更能實現對檢測場、檢測設備、檢測人員、運動中的車輛及低空空氣質量的監控與管理。

      五是固危廢物動態監管系統:利用智慧環保云管控系統對固危廢物產生、貯存、轉移、處置利用等全過程進行實時監管、預測預警,確保固危廢物安全,同時,能夠有效對固廢的轉運過程進行監督,防止固危廢在運輸途中被丟棄而對環境造成污染,為固危廢處置過程的科學管理提供有力的技術支撐。





(一)在污水檢測方面的應用

      環境監測部門作為國家環境保護系統的技術部門,是環境管理工作的重要基礎。隨著工業化的發展,污水檢測越來越引起有關部門和市民的重視,越來越多的人要求環境監測工作透明化;上級主管部門也需要數量大、種類多、更新快的信息。所有這一切,給環境監測部門提出了一個應引起重視的問題:如何對污水檢測建立起實用性強、覆蓋面廣、靈活性好的環保數據采集系統,滿足對環境監測信息的需求。

      分布式環境監測與保護系統能對污水檢測實現管理與控制的一體化,該系統具有很好的開放性與兼容性,可對不同品牌的軟硬件進行整合控制。通過水質探測器能檢測到對人體有害的各種元素(重金屬、農藥殘留等),并將實時數據傳送到環境云管控平臺,為污水的實時檢測提供了強大的支持與保障。環境監測部門可以通過統一的環境云管控平臺監控到每一個企業的污水排放情況,這樣就可以很好地對企業的污水排放進行監管,當檢測到污水中有害物質含量超標時,系統自動發出警報,環境監測部門可以及時對有關企業進行監管與整改,有效地提高了政府的監管力度和工作效率,塑造政府服務為民的形象。

(二)在企業中的應用

      在生產性企業中,生產車間是大量人員工作、設備運行的區域,工作和運行時間都非常長,而且工作人員繁多復雜,生產過程中通常會產生粉塵、揮發性氣體等環境污染物,對員工身體產生消極影響,使員工工作積極性和工作效率大打折扣,從而導致產品合格率下降,人員流動不穩定,最終影響企業效益。

      分布式環境監測與保護系統可廣泛應用于面粉廠、化工廠、服裝廠、陶瓷廠等需要環境監測的企業。當傳感器檢測到工廠的粉塵數量或揮發性有害氣體濃度到達一定數值時,會自動打開新風系統、打開門窗等對工廠進行換氣通風,使員工可以處于一個健康的工作環境之中。

(三)在家庭中的應用

      分布式環境監測與保護系統通過iWiscloud一系列傳感器,對家居環境中的甲醛、一氧化碳、二氧化碳、溫濕度、pm2.5等進行檢測并即時顯示。當發現家中一氧化碳、甲醛、苯等有害元素超標時會發出報警,自動打開空氣凈化設備、自動通風等。當發現空氣不夠清新,會自動打開空氣過濾設備,打開負離子發生器及制氧機,將家居環境保持在一個清新適宜的狀態,讓您進入家中就像進入一個森林氧吧,時刻保持心神舒暢。





第五章 實現功能

1、在線監測和遠程控制

      可以在線查看、查詢、獲取各種模擬設備和開關的最新數據、狀況。并可以實現定時監測(COD、PH、流量等一次性儀表在一段時間內,按照固定的周期進行數據采集)。智慧環保云管控系統可以實時顯示水污染點源:

      (1)污水瞬時流量和累積流量

      (2)CO、CO2、PH的濃度和排放總量等數據,能夠對監測現場設備進行遠程啟動、設定工作時間、調整工作周期、數據二次查詢等遠程操作,并將分析結果和設備運行日志記錄于環保云計算中心中。

      智慧環保云管控平臺可以實時顯示大氣污染點源:

      (1)煙氣流量和排放總量

      (2)煙氣、煙塵、CO、SO2、Nox的濃度和排放總量等數據。

2、報警處理

      報警有四種:斷線報警(包括設備故障報警)、超標報警、開關設備報警和異常情況報警?梢造`活設定報警條件,并和人員的手機、短信綁定,在滿足報警條件時,自動發送報警信息。

3、短信服務

      短信服務有:數據傳送,可以把企業的數據發送到指定的手機;短信報警(數據報警,斷線報警,開關設備報警,監測儀器報警);批量配置企業的報警數據;自寫短信,自定義短信的內容和發送對象。

4、查詢統計

      所有數據都保存智慧云計算數據中心,并提供多種條件查詢方式和查詢結果分類、分項排序、統計最大值、最小值、平均值、匯總值等分析處理功能。提供統計各類監測數據功能,如流量統計;COD、氨氮濃度分析;COD、氨氮排放總量統計;煙氣流量統計;煙氣、煙塵、CO、SO2、NOx濃度分析;煙氣、煙塵、CO、SO2、NOx排放總量統計等。提供查詢結果打印功能。

5、分析報表

      對于企業的排放匯總數據按指定的時間段進行列表和圖形方式分析,并可實現與收費管理系統的結合。列表分析以表格的方式給出上述數據,圖形方式通過曲線、柱狀和餅狀等圖形直觀的顯示。

6、監控源管理

      監控源管理以企業為單位,主要包括監控源的常規信息管理,排污口管理,和治理設施管理;在線監測儀管理可以動態添加排污口,采集儀,智慧云谷各種傳感器,各種模擬設備和開關設備的添加,并可以指定模擬設備的標準數值和報警的上下限。

7、數據標記和剔除

      特定的職能管理部門通過云計算數據中心審查分析數據的過程中,對于已經確認異;驘o效的數據能夠進行手動標記或剔除操作。對于任何的標記或剔除操作,系統自動記憶,作為日志備查。

8、系統管理

      通過智慧云管控平臺設置系統的一些參數,包括權限管理、常量管理、設備管理、在線列表和監控源類型設置等。

9、視頻數據

      視頻監控系統要求實現現場影像的高清晰同步實時傳輸,在監控中心電視墻等終端上顯示,并通過智慧云管控系統網絡來實現圖像的傳輸、顯示、存儲、回放等功能。






第六章 智慧環保價值分析

      本方案中,以“政府、企業、公眾”三個角度對智慧環保(環境)進行價值分析。

(一)對政府的價值

      環境保護監測范圍:空氣污染,水污染,固廢污染,化學品污染,噪聲污染,核輻射污染等。

      智慧環保(環境)在支持環保部門提升業務能力中可以在環評質量監測、污染源監控、環境應急管理、排污收費管理、污染投訴處理平臺、環境信息發布門戶網站、核與輻射管理等方面為環保行政部門提供監管手段,提供新鮮的一手數據,提供行政處罰依據,有效提高環保部門的管理效率,提升環境保護效果,解決人員缺乏與監管任務繁重的矛盾,是利用科學技術提高管理水平典型應用,可以實現環保移動辦公還可以提供移動執法,移動公文審批,移動查看污染源監控視頻等功能。

(二)對企業的價值

      企業利用智慧環保云管控平臺可以提高企業管理水平,對企業產生的廢水、廢氣、廢渣數量可準確掌握,如果生產線各流程產生的三廢排量過高,可影響去污設備(凈化裝置)的處理效果,三廢排量過高,去污設備無法完成凈化工作時,企業可停止生產,這樣可避免因超標排放或不合格排放所面臨的環保部門天價罰單。同時,也承擔起企業應有的社會責任。

(三)對公眾的價值 

      智慧環保云管控系統可以很好地滿足公眾對于環境狀況的知情權,公眾可通過環境信息門戶網站了解當前環境的各種監測指標,公眾可以通過環境污染舉報與投訴處理平臺,向環保部門提出投訴與舉報,從而幫助環保部門更加有效地管理違規排污企業,保持環境良好。

第七章 結語

      “智慧環!笆恰睌底汁h!暗难由,但隨著“智慧環!备拍畹奶岢龊桶l展,其內涵與數字環保相比有著深刻的變革!爸腔郗h!笔钱敶畔⒓夹g發展的必然結果,也為新時期環境保護的科學發展提供了嶄新的思路。提高環境與發展的綜合決策能力,實現“數字環!跋颉爸腔郗h!敝卮罂缭,基于云計算核心的智慧環保云管控系統對構建資源節約型、環境友好型社會,實現環境保護的戰略目標具有十分重要的意義。
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