基于物联网的环境监测“一张图”预警系统

基于物联网的环境监测“一张图”预警

系统方案

XXX信息技术有限公司

XXXX研究所

2015年9月

目录

第一章概述 (4)

1.1项目建设背景 (4)

1.2建设目标与任务 (5)

第二章国内外发展现状分析 (10)

2.1基于物联网环境监测的意义 (10)

2.2国外基于物联网环境监管相关发展现状 (10)

2.3国内基于物联网环境监管相关发展现状 (11)

第三章预警系统总体设计 (13)

3.1 建设原则 (13)

3.2 系统构成 (14)

3.3 总体架构 (16)

3.4 逻辑层次 (17)

3.5 技术路线 (20)

第四章预警应用系统总体建设 (24)

4.1 预警应用系统总体结构 (24)

4.2 信息采集与动态监测系统 (24)

4.3 综合分析评价系统 (26)

4.4 预警响应系统 (44)

4.5 执法监察系统 (50)

4.6 会商指挥决策系统 (56)

4.7 信息发布系统 (58)

第五章大数据中心平台建设 (63)

5.1 数据内容分析 (63)

5.2数据整合集成模式 (66)

5.3大数据中心平台建设 (67)

5.4 数据应用模式 (69)

第六章运行管理机制与标准规范 (71)

6.1运行管理机制 (71)

6.2标准规范 (73)

第一章概述

1.1项目建设背景

2005年国家就提出了建设环境保护信息系统（金环工程），具体建设内容主要包括：建设国家环境保护业务信息基础设施平台、建设“环境监测管理、生态保护管理、核安全与辐射管理、环境应急管理”五大环境保护核心业务应用系统、建设应用支撑平台和信息资源共享平台、建设环境信息资源服务平台以及建设环境信息标准规范体系，以实现对国家环境状况的整体把握和环境的有效监测。

随后，2009年环境保护部印发了有关《先进的环境监测预警体系建设纲要（2010—2020年）》，文件中指出先进的环境监测预警体系的核心任务是说清环境质量状况及变化趋势、说清污染源排放状况、说清潜在的环境风险。要规范环境质量评价，开发监测数据综合分析工具和预警表征发布平台，实现预测预警模拟分析的可视化表达，提高环境质量综合分析评价水平，促进监测数据在规划计划、政策法规、环境影响评价、污染防治、生态保护和环境监察等方面的有效应用。

其中，构建先进的环境预警监测体系要求：统筹先进的科研、技术、仪器和设备优势，充分利用全天候、多区域、多门类、多层次的监测手段，依托先进的网络通讯资源，及时调动包括高频的数据采集系统、先进的计算机网络支撑系统、快捷安全的数据传输系统、充足的数据库存储系统、功能完备的业务处理系统和及时的监测信息分发系统，科学预警监测和报告，实施联动的预警响应对策。

2015年国务院办公厅印发了关于《生态环境监测网络建设方案》的通知，文件中提出到2020年，全国生态环境监测网络（建设涵盖大气、水、土壤、噪声、辐射等要素）基本实现环境质量、重点污染源、生态状况监测全覆盖，各级各类监测数据系统互联共享，监测预报预警、信息化能力和保障水平明显提升，监测与监管协同联动，初步建成陆海统筹、天地一体、上下协同、信息共享的生态环境监测网络，使生态环境监测能力与生态文明建设要求相适应。其中，主要建设工作包括：全面设点，完善生态环境监测网络、全国联网，实现生态环境监

测信息集成共享、自动预警，科学引导环境管理与风险防范、依法追责，建立生态环境监测与监管联动机制、健全生态环境监测制度与保障体系。

面向国家建设生态文明战略的需求，以及人民群众对享有良好环境的新期待，如何利用好环境监测数据，做好环境质量状况的灵活评价和变化分析，说清楚环境状况及变化趋势，对突发环境事件和潜在的环境风险进行有效预警与响应，形成天地一体化的环境监测格局，建成让环境管理部门和社会各届及时了解区域的环境质量状况，提高环境质量评价的科学性和工作效率的环境监测预警体系。

国家环境监测已经积累了大量的有关水环境、空气环境、生态环境、土壤环境以及噪声环境等监测数据；并且建设了一系列的信息化基础设施和信息系统，实现了对各种类型环境状况、重点污染源及其它环境监测数据的发布、存储以及管理等功能。因此，需要利用国土“一张图”技术、大数据挖掘技术、3S技术、物联网、云计算等技术，建设基于物联网的环境监测“一张图”预警系统，实现在一套标准、一个系统、一个视窗，利用多源异构环境监测数据的抽取、关联、挖掘、空间化表达以及多种环境监测数据时空、因果联动服务实时发布的预警响应体系。

因此，按照国家建设先进环境监测预警体系的要求，以适应环境监测管理新形势、新要求，加快该管理方式根本转变，全面提升管理水平，必须尽快进行环境预警监管平台建设，从而实现对环境监测数据的科学管理、高效查询、统计分析，实时的环境质量评价及空间化表征，发挥环境监测数据最大的功效，服务环境管理与应急决策，满足国家生态文明建设的需求，是实现环境监测信息化水平上台阶的主要手段。

1.2建设目标与任务

1.2.1 现状问题

随着环境监测的数据量日益增加，传统的环境数据监测系统已经无法满足海量环境监测数据的存储、传输以及通过传统的数据分析方法也已很难从大量感知数据中挖掘出更多有价值的信息；

目前有关环境监测只判断监测点污染指标是否超标，并没有给出监测点的污染等级和量化评价，同时仍然没有摆脱“先污染后报警”的模式，对环境质量的实时监测还处于相当滞后的状态；

同时就目前环境监测手段而言也相对落后，虽然一些系统实现了对现场环境监测数据的实时上传，并对环境监测数据进行了实时公布，但决策者、监测人员或社会公众仍无法可视化直观的了解监测现场的环境状况；

系统还存在着对突发性环境应急处置、执法监管（尤其是环境执法人员对企业污染数据的实时收集）以及会商指挥决策等功能涉及还很少；并且此前一系类的系统设计都是针对某个或某几个功能进行开发的，对环境预警监测的综合分析监管方面还很欠缺，不利于区域范围内整体环境质量的监测管理，无法满足对环境的深度、全面监测、智能化利用的需求，环境监测的手段和监测数据处理的方法还需要进一步改进。

1.2.2 建设目标

基于长期的环境监测数据，科学制定各类环境监测数据集成交换、应用系统建设及信息服务的标准规范；利用国土“一张图”技术、大数据挖掘技术、3S 技术、物联网、云计算等技术，研发基于物联网的环境预警监测“一张图”系统，建设集环境监测大数据中心监管平台、环境信息采集与动态监测、环境监测数据综合评价分析、突发性环境响应、执法监管、环境质量信息发布系统和会商指挥决策功能的综合环境预警监测体系，实现环境监测数据的集成检验、查询统计、挖掘分析，环境质量及污染源评价与预警分析，报告及专题地图制作、辅助决策以及在线指挥等，提高环境质量评价的科学性和工作效率，实时、准确地掌握环境质量现状及变化趋势，支撑环境管理部门的环境日常管理和应急决策，服务社会公众。

1.2.3 具体任务

围绕实现基于物联网的环境预警监测“一张图”系统建设的总体目标，在充分利用现有有关环境监测建设成果的基础上，具体将开展以下几项建设任务：

1、编制环境监测预警系统信息化开发规范

信息资源管理基础标准为环境监测信息化系统的信息共享和信息系统集成提供了可靠的保证，它是开发利用信息资源所必须遵循的最基本的标准。这些标准的建立，将贯穿信息需求分析、数据建模和后续应用开发的全过程。

信息资源管理与系统研发标准规范体系框架制定环境监测预警系统完整的信息资源管理与系统开发标准规范文件的整体框架，拟定需要制定的文件目录及相关内容，并根据大数据平台建设需要制定当前最关键的标准规范，包括：数据元标准、信息分类编码标准、数据交换标准、信息服务标准。

（1）数据交换标准规范

?数据表示标准

?数据传输标准

?数据接口处理标准

?数据报文格式标准

（2）信息服务标准规范

?基于大数据平台应用功能的数据下载信息服务访问

?基于SOA的同步接口信息服务访问

?基于数据视图的数据链接信息服务访问

?基于交换文件的信息服务访问

（3）软件开发标准规范

2、建设预警应用系统

建设预警应用系统主要集环境信息采集与动态监测、环境监测数据综合分析评价、突发性环境预警响应、执法监管、会商指挥决策和环境质量信息实时发布功能于一体的综合环境预警监测体系。

（1）环境信息采集与动态监测系统

环境信息采集与动态监测系统主要用于获取环境监测的对象（大气、水、土壤、生态、噪音、辐射等）各类实时的状态指标数据，包括：水环境信息采集与动态监测系统、大气环境信息采集与动态监测系统、大气环境信息采集与动态监测系统、土壤环境信息采集与动态监测系统、噪声环境信息采集与动态监测系统以及辐射环境信息采集与动态监测系统。

（2）环境监测数据综合分析评价系统

环境监测数据综合分析评价系统是基于环境信息采集与动态监测系统获取的各类状态指标，提供基于行政区划、时间、类型等不同环境监测对象相关指标的统计汇总以及时序变化分析、空间变化分析、同期对比分析等多种分析功能，从而实现对环境状况的实时监控。

（3）突发性环境预警响应系统

突发性环境预警响应系统是基于环境监测数据分析评价系统，并利用相关预测模型（大气污染扩散模型、时间序列预测模型以及基于遥感数据的时空预测模型）对实时环境质量状况监控的结果进行进一步分析预测，加强对环境污染状况预警监测，为未来环境污染防治及环境质量保障工作的目标、方向提供决策支持。同时，也为区域环境联防联控提供强有力的支撑，对今后的环境污染防治工作具有十分重要的意义。

（4）执法监管系统

执法监管系统是基于环境监测大数据监管平台和环境信息采集与动态监测系统相关企业工厂相关数据、执法人员及监察队伍数据等，设计基于智能化环境监察移动执法规则库和智能化环境“一张图”网格化精细化管理功能，实现明确和规范执法主体、执法依据、执法程序、处罚标准、执法监督和执法责任等，使立案、登记、执行、自由裁量等各个执法环节规范化程度得到提高，实现规则统一化、工作标准化、办案流程化、重要节点可控化，从而提高办案质量和执法水平，进一步完善科学规范、客观公正、公开透明的环保行政权力运行机制。（5）环境信息实时发布系统

环境信息实时发布系统主要通过报告图表定制和专题图可视化功能，实现对环境质量状况实时发布，同时公众可以通过此系统第一时间掌握环境质量的状况、查询未来几天环境质量的预报情况，使环保信息逐步服务于社会大众。

报告图表定制功能主要是自动生成各类数据分析、评价报告，提供环境质量五年报告书、年报、年鉴、季报、月报等常规编报所需的各类评价结果生成。主要包括：报告模版定制、表格模版定制、图表模版定制，以及报告、表格、图表生成输出。

专题图可视化功能主要利用环境监测大数据监控平台的地图服务及现有图

层文件，结合相关的环境监测数据，生成专题图，并提供相应的GIS的空间查询、空间分析等操作。主要的专题图包括：行政区域专题图、流域专题图、道路区域专题图、污染源专题图、风险源强度专题图、空气质量专题图、地表水专题图、水源地专题图、近岸海域专题图、酸雨专题图、噪声专题图、风险预警专题图、综合环境状况专题图等。

（6）会商指挥决策系统

会商指挥决策系统有机集成上述各大系统的功能，能够大屏幕，实时查询、调阅指定区域、指定时间、指定类型的环境质量“状态指标、统计指标、预警指标、管理指标和信息指标”，全面掌握环境监测对象（大气、水、土壤、生态、噪音、辐射等）历史及实时情况。支持远程视频会议，进行决策会商，并将决策指令发送到野外执行人员，指挥野外作业人员行动。

会商指挥决策系统主要包括：环境状况实时感知、环境状况时空趋势变化分析、远程视频会议、应急指挥等功能。系统并能够有效支持单屏、双屏和多屏的实时视屏监控，地图、统计报表、表格等联动显示等等。

第二章国内外发展现状分析

2.1基于物联网环境监测的意义

随着工业发展，环境问题已严重影响社会的可持续发展。特别是长期以来粗放型经济增长方式，使环境遭到很大破坏，已经影响到人类健康。例如：2004 年沱江“3.02”特大水污染事件，2005 年北江镉污染事件，2007 年太湖水污染事件等。这些重大污染事件，使人类负出了惨重代价，更给我们敲响了警钟，环境保护已经刻不容缓。

物联网(Internet of Things)是把传感器嵌入或置入建筑、电网、桥梁、大坝、工厂等需要监测的物体中，传感器实时采集现场的数据信息，然后通过网络，将数据发送到监测中心，达到监测人员、监测中心对基础设施实施有效的监控。实现对数据的智能化采集、传输和处理，达到“智能化”的状态。实现物与物、人与物的连结，提高资源利用率、劳动效率和生产力水平，改善人与自然的关系。

物联网技术的发展，为环境监测提供有效的监测手段。运用物联网技术检测对人类和环境有影响的各种物质含量、排放量、环境状态参数和跟踪环境质量的变化，为环境管理、污染治理、防灾减灾等工作提供基础信息，为环境监督、执法提供可靠、有力证据。在企业排污口或对环境分析有重要意义的位置布置监测点，通过网络将监测点采集的数据信息传输到监测中心，然后监测中心对数据汇总、分析和处理，最后以不同形式呈现给监测人员，实现对环境信息自动化、智能化管理，提高对环境污染事件监测、报警、预警能力。无疑，基于物联网研究环境监测，将具有重大的应用价值。

2.2国外基于物联网环境监管相关发展现状

物联网及其应用研究受到诸多国家和企业的高度重视。2008 年底，IBM 公司向美国政府提出“智慧地球”的战略。2009 年，奥巴马上任后将IBM “智慧地球”提升到国家战略的高度，欧盟委员会提出的《欧盟物联网行动计划》明确了物联网的研究路线及重点研究领域，韩国通信委员会发布了《物联网基础设

施构建基本规划》，将物联网确定为新的经济增长动力。2010年，欧盟委员会提出的《欧洲数字计划》表明欧盟希望基于互联网的智能基础设施发展和构建物联网管理框架引领物联网的发展。

发达国家快速发展的计算机网络技术，使数据传输突破时空限制，扩大了通信范围，承载更多数据量，提高传输速度。所有这些，为环境实时在线监测创造了有利条件。欧美等发达国家对环保仪器、环保监测研究较早，取得了显著效果，拥有大批环境监测方面的成果和专利，产生许多不同环境监测方法和仪器。这些都为物联网在环境监测的应用提供了必要的条件，使在线实时、动态监测成为现实，使全局性的环境监测系统逐渐形成。例如：美国根据1990 年清洁空气法，研发利用富里埃红外光谱(FTIR)测醛、酮等化合物的定量、定性软件，为实现固定污染源自动监测奠定了基础；ENSYS公司实现对水资源质量和空气质量等监测信息分级采集、存储、分析处理、显示及发布，并在许多国家和地区建立了环境监测网络；澳大利亚墨尔本大学和詹姆斯库克大学联合开发了以iMote 2和μ ? node为硬件平台的GBR 无线传感器网络应用系统，用于监测澳洲东北沿海的空气温度、湿度、风速、海水温度等参数；BBN 公司和美国哈佛大学合作开展CitySense无线传感器网络系统，该系统共部署了100个传感器节点，用于监测大范围天气和空气污染情况，可监测的环境指标有：二氧化碳浓度、温度、大气压、风向、风速、湿度、声音等。

2.3国内基于物联网环境监管相关发展现状

我国政府高度重视物联网的研究和发展。2009 年，温家宝总理在江苏无锡考察提出“感知中国”的战略构想。2010 年，首次将物联网写入“两会”工作报告中，并指出要加快物联网的研发和应用。2011年和2012 年“两会”工作报告分别指出：促进物联网示范应用和加快物联网试点示范工作步伐。这一系列的重要讲话和报告表明：大力发展物联网产业将成为一项具有国家战略意义的重要决策。

我国环境监测起步较晚，与国外环境监测的技术和仪器装备相比，我国的监测技术相对比较落后，仪器功能比较单一，采集数据误差较大，通信设施落后，不能及时、准确反映排污状况，严重影响对环境的科学决策和管理。最近几年，

物联网技术的发展和数据采集仪器的日益成熟，为我国环境监测提供了发展机遇，对提高我国环境监测能力和实现不同空间、不同地域的环境自动监测、自动上传、自动处理、自动发布的智能化环境监测具有重大意义。我国已初步建成连接31个省级环保局、新疆生产建设兵团环保局和5个计划单列市环保局的环境信息广域网络系统。2004 年底，国家环保总局启动建设国家环境数据中心项目。该中心向社会发布84个重点监测城市的空气质量监测日报数据，68个重点监测城市的空气质量监测预报数据。2007 年中央财政安排20 亿资金用于建设科学完善的污染减排指标、监测和考核“三大体系”，约7000个重点排污单位安装自动监控设备，建设国家、省、市三级336年重点污染源监控中心，通过网络连接构成国控重点污染源自动监测系统。目前，全国共建成306个省、市级污染源监控中心，对2665 家企业实施了自动监测。清华大学、香港科技大学、西安交通大学、浙江农林大学等高校联合开展的“绿野千传(GreenOrbs)”森林生态物联网，部署1000 多节点监测森林的温度、电压、光照等生态指标。香港科技大学和中国海洋大学联合开展无线传感网络平台OceanSense，用于海洋环境监测。该平台设置20个监测节点，用于采集和分析处理温度、光强、信号强度等海洋环境参数。

第三章预警系统总体设计

3.1 建设原则

（1）科学与实用性原则

标准规范体系及其关键标准规范，软件系统及其采用的大数据挖掘分析算法、环境质量评价分析模型、预警预测模型等等一定要科学合理，保证评价结果计算的准确性。同时，要能够最大限度地满足环境监测中大数据存储传输、综合分析、预警响应、会商决策以及环境质量实时发布等实际的需要，切实服务于环境监测的日常管理和应急决策等。

（2）标准与兼容性原则

系统设计提出的信息化标准规范一定要与国内外已有的相关标准规范兼容，特别是环境数据分类编码、交换体系等。软件系统的研发要遵循已有的标准规范，利用开放的接口能够兼容已有的软件系统，实现数据和软件功能的有机整合集成。

（3）灵活与扩展性原则

随着人们对环境质量重视程度的增加，环境监测业务会随之不断发展，其监测数据也会不断丰富，对应的监测中心业务岗位也会不断变动。因此，项目的标准规范及软件系统一定要能够适应这些变化发展。在具体的环境预警监测分析中要能够适应不同的数据类型、数据的存储方式，以及能够灵活设置不同的模板和报表，适应国家、省、市各级环境管理部门对环境预警监测的需要。面向业务的需求发展，软件系统能够方便地进行扩展。

（4）便捷与友好性原则

项目研发的软件系统一定要从用户的角度，进行流程的设计、界面的布局，包括各类异常信息的处理与提示、菜单及功能按纽的布局与标题的准确性等。通过GIS、统计图表等等对数据及评价结果进行多维、关联的可视化表达等等。软件系统要符合用户的使用习惯，既要便捷又要友好。

（5）共享与安全性原则

项目整合形成的数据库及评价分析结果要能够在安全规则的约束下，面向不同部门的用户（技术人员、领导决策人员、社会公众等）进行分级分类的共享。做到信息安全的开放共享。软件系统的共享模块也能够以网络服务的形式，共享给其他业务应用系统，直接将环境预警监测的环境数据采集、综合分析和环境质量信息发布等功能整合到其他业务应用系统中。

（6）稳定与高效性原则

软件系统要能够稳定、高效地运行。软件系统不仅能够适应一般的操作，而且能够承受各种异常的操作、极值的输入、海量数据的处理、并发用户的访问操作等等，要具备强大的错误或误操作恢复保证持续的稳定和性能的高效。

3.2 系统构成

根据环境保护部印发的《先进的环境监测预警体系建设纲要（2010—2020年）》文件相关要求，在建设中要规范环境质量评价，开发监测数据综合分析工具和预警表征发布平台，实现预测预警模拟分析的可视化表达，提高环境质量综合分析评价水平，促进监测数据在规划计划、政策法规、环境影响评价、污染防治、生态保护和环境监察等方面的有效应用。要实现文件中要求，环境监测系统应由信息采集与动态监测系统、综合分析评价系统、执法监管系统、预警响应系统、会商决策系统、信息实时发布系统以及一个大数据中心平台组成。同时，预警系统必须有持续的运行管理体系、科学合理的标准规范体系以及可靠的安全保障体系的支撑。因此，基于物联网环境监测“一张图”预警系统由“1网络、1数据库、6系统、3体系”构成，即：1个环境质量监测网络，1个大数据中心平台数据库，信息采集与动态监测系统、综合分析评价系统、预警相应系统、执法监管系统、会商决策系统和信息实时发布系统等6个系统，运行管理、标准规范、安全保障等3大体系，如图3-1所示。

图3-1 基于物联网的环境监测“一张图”预警系统构成图

环境质量监测网络包括已经部署的大气、水、土壤、噪音、生态等各种类型的实时监测系统，也包括按照监管分析的需要，新部署监测体系。

信息采集与动态监测系统依托环境质量监测网络中已有的各种环境监测系统，通过抽取、转换、整合集成多源异构的环境监测数据，形成预警系统所需要的“状态指标”。

综合监管数据库通过信息采集与动态监测系统，把“一张图”数据库、各类业务数据等各种类型的数据库，整合集成为一个综合数据库。其中，综合监管数据库就是环境监测“一张图”核心数据库的组成部分。

综合分析评价系统用于按时间、空间、类型等进行大气、水、土壤、噪音、生态、辐射等各种类型数据的汇总、统计，基于汇总、统计结果，进行环境状况时序变化分析、同期对比分析，用于环境状况趋势分析、各类环境状况的专题研究、实时监控以及宏观决策等。

预警响应系统基于环境监测数据综合分析评价系统，并利用相关预测模型（大气污染扩散模型、时间序列预测模型以及基于遥感数据的时空预测模型）对实时环境状况监控的结果进行进一步分析预测，按照设定的指标和阈值，及时对环境监管过程中存在的异常状况进行预警，并对预警发现的问题进行分析、处理和监管。

执法监管系统主要通过自动完成任务下达、任务审批、任务执行、数据调阅、

执法结果上传、任务归档、任务考核等功能，实现环境监察执法工作过程中存在的违规、违法现象进行全程的监管，及时发现、制止、报告和查处各类环境违法违规行为。

信息实时发布系统主要通过报告图表定制和专题图可视化功能，实现对环境状况实时发布，同时社会大众可以通过此系统第一时间掌握环境状况的实时变化情况。

会商指挥决策系统主要依托上述几大系统提供的功能，实时查询、调阅指定区域、指定时间、指定类型的环境质量的“状态指标、统计指标、预警指标、管理指标和信息指标”，全面掌握环境监测对象（大气、水、土壤、生态、噪音、辐射等）历史及实时情况。同时，通过远程视频、移动监控等，实现基于大屏幕的远程会商、现场指挥和应急决策等。

运行管理体系是指保障综合监管平台持续、有序运行的法律、法规、政策条例以及管理办法，重点包括：数据资源整合共享机制、预警响应机制、在线监管机制、监管指标体系、会商决策机制、监管平台管理办法等等。

标准规范体系是指保障综合监管平台科学、合理运行的技术标准与规范，包括：多源、异构数据整合集成、共享交换、更新的标准规范，数据库建设与质量控制规范、软件系统接口与互操作规范，监管专题图制图规范等等。

安全保障体系是指支撑平台稳定、安全运行的技术体系。应按照国家有关电子政务安全策略、法规、标准和管理要求进行，以风险评估和需求分析为基础，坚持适度安全、技术与管理并重、分级与多层保护和动态发展等原则，保证网络与信息安全和政府监管与服务的有效性。安全系统设计按照基础设施层、数据访问层、信息交换层、应用层划分层次。安全保障体系建设内容包括：统一的信任服务体系、可信时间戳服务系统、网络信任域服务、可信应用传输系统、分布式的底层密码服务、可信授权服务系统、政务网关系统、安全客户端、统一的网络安全管理系统、安全防御系统。

3.3 总体架构

依据前述的建设原则，通过现有的各类环境状况监测网络和信息采集与动态监测系统，实现各类环境监测数据的实时汇交。同时，系统依托“一张图”数据

库，以及各业务管理系统、电子政务系统，通过抽取、转换、装载，实现各类环境监测资源的有机整合，形成一个综合的环境监管数据库，作为环境监管的基础数据来源；建设集环境监测大数据中心监管平台、环境信息采集与动态监测、环境监测数据综合分析评价、突发性环境应急响应、执法监管、环境状况信息实时发布系统和会商指挥决策功能的综合环境预警监测体系，实现环境监测数据的集成检验、查询统计、挖掘分析，环境状况及污染源评价与预警分析，报告及专题地图制作、辅助决策以及在线指挥等，提高环境质量评价的科学性和工作效率，实时、准确地掌握环境质量现状及变化趋势，支撑环境管理部门的环境日常管理和应急决策，服务社会公众。项目建设总体结构图如下所示：

图3-2基于物联网的环境监测“一张图”预警系统总体架构图

3.4 逻辑层次

逻辑上，基于物联网的环境监测“一张图”预警系统由底向上主要包括：要素层、感知层、传输层、数据层、功能层、服务层和用户层。系统逻辑层次如下图所示：

图3-3基于物联网的环境监测“一张图”预警系统逻辑层次

1、要素层

环境监测系统涉及的对象主要是：大气、水、土壤、生态和噪声环境等。大气环境监测主要包括：各种大气监测指标以及重点监测监管的二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物、降尘等等；水环境主要是对地表水（河流、湖库）、饮用水、近岸海域水质等的水质类别、水质达标率、达III标准率、综合污染指数、主要污染物及超标倍数监测；土壤环境主要监测土壤环境质量状况、土壤污染修复情况以及重点区域监测情况；生态环境则主要对植被覆盖情况、生物多样性情况、水土流失情况以及生态保护区等进行监测；噪音环境主要是对功能区噪声情况（各功能区噪声季、年昼间、夜间及昼夜等效声级均值，等效声级达标情况）、区域噪声情况（等效声级平均值、声质量状况、网格数、网格大小、噪声声源构成）和交通噪声情况（测点数、道路总长、超标路段长、车流量、LAEQ、声质量）进行监测。

2、感知层

通过站点观测、卫星遥感、现场调查、实时监测和视频监控等手段，对上述各类环境监测对象要素进行周期性或实时信息的采集，全面感知各类环境质量要素的体征状态及变化情况。

3、传输层

感知设备监测到的各类环境质量要素信息，必须通过传输层高效安全地传输到环境监测大数据中心平台中，以便能够对环境资源要素状态进行实时监测。传输层主要包括：互联网、环境监测内网/专网、专用无线网络、物联网、全球卫星定位系统等等。这些传输层发挥不同的作用，传输不同的数据资源。

4、数据层

通过传输设备传输到大数据中心平台中的数据主要包括：一类是各类站点监测数据、站点属性信息、站点时空分布情况，另一类是企业污染排放信息、环境执法监察、审批管理相关信息等。

5、应用层

应用系统主要包括：信息采集与动态监测系统、综合分析评价系统、预警响应系统、执法监管系统、信息实时发布系统以及会商指挥决策系统等六个应用系统。信息采集与动态监测系统用于采集和监测各类环境质量要素的数据；分析评价系统用于各类数据进行比对、叠加，并按照模型进行综合分析，进行环境质量时序变化分析、同期对比分析，用于环境状况趋势分析、各类环境状况的专题研究、实时监控以及宏观决策等；预警响应系统利用相关预测模型（大气污染扩散模型、时间序列预测模型以及基于遥感数据的时空预测模型）对实时环境质量状况监控的结果进行进一步分析预测，按照设定的指标和阈值，及时对环境监管过程中存在的异常状况进行预警，对预警发现的问题进行分析、处理和监管；执法监管系统主要用于环境监察执法工作过程中存在的违规、违法现象进行全程的监管，及时发现、制止、报告和查处各类环境违法违规行为；信息实时发布系统主要通过报告图表定制和专题图可视化功能，实现对环境状况实时发布，同时公众可以通过此系统第一时间掌握环境状况的实时变化情况；会商指挥决策系统主要依托上述几大系统提供的功能，实时查询、调阅指定区域、指定时间、指定类型的环境质量的“状态指标、统计指标、预警指标、管理指标和信息指标”的实时查询。同时，通过远程视频、移动监控等，实现基于大屏幕的远程会商、现场指

挥和应急决策等。

6、服务层

服务层是指采用Web服务技术对核心功能模块的封装，以便能够将环境监测系统的业务功能（如：现状指标查询、统计分析、预警响应、信息发布、决策指挥等）通过网络服务的形式，被环境监测其他认证授权的系统或第三方系统所调用。

7、用户层

基于物联网的环境监测“一张图”预警系统用户包括政府宏观决策人员、环境质量监管人员、其他政府部门以及社会公众等。

3.5 技术路线

为了满足基于物联网的环境监测“一张图”预警系统建设需要，应对多源异构的环境监测数据在数据传输、存储、管理以及挖掘分析存在的问题，系统需要采用国土“一张图”技术、大数据挖掘技术、物联网、云计算、网络地理信息系统等技术，建成一个综合的环境监测基础设施即服务、平台即服务、数据即服务、软件即服务。其总体技术架构如图3-4所示：