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工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 摘要 污染源自动监控系统建设是加大太湖流域水污染防治力度，切实改善水环境 质量的重要基础性工作。 本文从太湖治理全局角度，研究了业务工作的需求，旨在利用现代化的科技 手段加快推进太湖治理，提出了建立太湖污染源自动监控系统平台的理论构架， 结合计算机网络、数据库、通信与地理信息系统技术，分析和设计了环境基础数 据库、地理信息系统、污染控制业务系统。主要包括： 1 分析了太湖流域污染源分布现状，研究了业务、功能、性能、安全、技术 需求。 2 探讨了基于三维g i s 的可视化展现技术、多源数据的自动交换、面向水环 境管理与决策的综合分析技术、采用国家标准实现污染源自动监控数据的采集和 传输交换、基于3 g 的环境移动信息平台、面向领导决策会商的环境信息交互式 展示与集成技术、排污设施远程控制技术、3 6 0 度全景视频采集与集成技术等关 键技术。 3 探讨了系统的网络支撑平台、安全体系、三维展示平台。 4 分析设计了系统总体架构、建设内容、技术方案、软件及开发平台。 5 探讨了系统数据中心建设步骤和数据中心整体框架。 论文通过对太湖流域污染源自动监控系统的设计和探讨，得出太湖流域污染 源自动监控系统的框架理念符合环境信息技术的发展要求，将计算机信息关键技 术引入系统建设后能满足我省污染源管理的需求的结论，并给出了加强信息共享 与协同工作环境，实现工程建设目标的建议，为进一步的工程建设提供了有益参 考。 关键词：太湖污染源自动监控 工程硕士论文 太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 a b s t r a c t t h ew a t e re n v i r o n m e n tm o n i t o r i n gs y s t e mc o n s t r u c t i o ni so n eo ft h e i m p o r t a n t b a s i cw o r ko n i n c r e a s i n g t a i h ul a k er e g i o nw a t e r p o l l u t i o n p r e v e n t i o ne f f o r t s ，e f f e c t i v e l yi m p r o v i n gt h eq u a l i t yo ft h ew a t e r e n v i r o n m e n t t h i sp a p e r , f 内mag l o b a lp e r s p e c t i v eo ft a i h ul a k em a n a g e m e n t 。s t u d i e st h e e n v i r o n m e n t a im a n a g e m e n tb u s i n e s sr e q u i r e m e n t s ，a n da i m st ou s em o d e r n s c i e n c ea n dt e c h n o l o g ym e a n so ft os p e e du pt h et a i h ul a k em a n a g e m e n t ， p u t sf o r w a r dt h et h e o r e t i c a is t r u c t u r eo fp o l l u t i o ns o u r c e sa u t o m a t i cm o n i t o r i n g a n dc o n t r o l l i n gs y s t e mp l a t f o r mi nt a i h ul a k e 。c o m b i n e dw i t ht h ec o m p u t e r n e t w o r k s ，d a t a b a s e ，c o m m u n i c a t i o na n dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m t e c h n o l o g y , a n a l y s e sa n dd e s i g n st h ee n v i r o n m e n tf o u n d a t i o nd a t a b a s e 。 g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，p o l l u t i o nc o n t r o lb u s i n e s ss y s t e r n t h em a i n r e s u l t sa r ea sf o i l o w s ： 1 d i s c u s s e st h ep r e s e n td i s t r i b u t i o no ft a i h ul a k ep o l l u t i o ns o u r c e s ，s t u d i e s t h eb u s i n e s s ，f u n c t i o n ，p e r f o r m a n c e ，s a f e t ya n dt e c h n o l o g yr e q u i r e m e n t so ft h e p o l l u t i o ns o u r c e sm a n a g e m e n t 2 t h ek e yt e c h n o l o g i e so ft h es y s t e ma r ed i s c u s s e d 。w h i c hi n c l u d e v i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g yb a s e do n3dg i s ，t h ea u t o m a t i ce x c h a n g et e c h n o l o g y o fm u l t i s o u r c ed a t a ，p o l l u t i o ns o u r c e sa u t o m a t i cm o n i t o r i n gd a t aa c q u i s i t i o n a n dt r a n s m i t t i n g ，t h em o v i n ge n v i r o n m e n t a ij n f o r m a t i o np l a t f o r m 。t h e e n v i r o n m e n t a i i n f o r m a t i o ni n t e r a c t i v ed i s p l a ya n di n t e g r a t i o nt e c h n o l o g y , t h e d r a i n a g ef a c i l i t i e sr e m o t ec o n t r o lt e c h n o l o g y 3 6 0d e g r e e sp a n o r a m av i d e o c o l l e c t i o na n di n t e g r a t i o nt e c h n o l o g y , e t c 3 d i s c u s s e st h ec o n s t r u c t i o no ft h es y s t e mn e t w o r ks u p p o r tp l a t f o r m 。 s e c u r i t ys y s t e m 3dd i s p l a yp l a t f o r mi sd i s c u s s e d 4 t h eg e n e r a lf r a m e w o r kf o rt h es y s t e m ，t h ec o n s t r u c t i o nc o n t e n t ，t e c h n i c a i s c h e m e ，s o f t w a r ea n dd e v e l o p m e n tp l a t f o r mi sa n a l y z e da n dd e s i g n e d 5 t h es y s t e md a t ac e n t e ro v e r a l lf r a m e w o r ka n dc o n s t r u c t i o np r o c e d u r e si s g i v e n t h r o u g ht h et a i h ul a k er e g i o np o l l u t i o ns o u r c e sa u t o m a t i cm o n i t o r i n g s y s t e md e s i g na n dd i s c u s s i o n 。t h i sp a p e rr e a c h e sac o n c l u s i o n ，t h ef r a m e w o r k o ft h e s y s t e mc o m p l i e s w i t he n v i r o n m e n t a ii n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y d e v e l o p m e n t ，b yu s i n gt h ek e yt e c h n o l o g i e so ft h ec o m p u t e ri n f o r m a t i o n s y s t e m t h et a i h ul a k er e g i o np o l l u t i o ns o u r c e sa u t o m a t i cm o n i t o r i n gs y s t e m c a nm e e tt h en e e d so ft h ep o l l u t i o nm a n a g e m e n ti no u rp r o v i n c e t or e a l i z e t h ec o n s t r u c t i o ng o a l ，t h i sp a p e ra l s os u g g e s t s t r e n g t h e n i n gj n f o r m a t i o n s h a r i n ga n dc o l l a b o r a t i v ew o r k a o ft h e s e p r o v i d et h eb e n e f i c i a ir e f e f e n c ef o r f u r t h e re n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o n k e y w o r d s ：t a i h ul a k ep o l l u t i o ns o u r c e s a u t o m a t i cm o n i t o r i n g i i 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 1 绪论 1 1 背景与意义 太湖是我国第三大淡水湖，水面面积2 3 3 8 平方公里，是江南的一颗璀璨明 珠。太湖流域物华天宝，历史源远流长，文化底蕴深厚，自古以来是国家财赋重 地，是著名的江南水乡，被誉为“人间天堂”。流域面积3 6 8 9 5 平方公里，是我 国经济最发达的地区之一，在全国占有举足轻重的地位。江苏省辖区内太湖流域 地区如图1 1 所示，包括南京、镇江、常州、无锡、苏州地区。 图1 1 江苏省太湖流域区域图 长期以来，太湖不仅是上海、苏州、无锡、嘉兴、湖州等周边城市的主要饮 用水水源地，而且对保障附近地区工农业生产用水、调蓄防洪、航运、旅游、气 候调节、生态平衡，都产生了巨大作用。太湖水环境质量的好坏，直接关系江苏 省、浙江省、上海市经济社会发展和人民生活。但随着经济社会的快速发展，该 地区面临着污染负荷重、环境容量小的制约，经济发展与水环境保护的矛盾格外 突出。江苏省太湖流域2 0 0 9 年g d p 分布如图卜2 所示。 3 工程硕士论文 太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 图1 2 江苏省太湖流域2 0 0 9 年g d p 分布图 近年来，江苏省在太湖水污染治理方面做了大量工作，取得了阶段性成效。 但是，太湖水污染防治仍然滞后于流域经济增长，水污染物排放量远远超过水环 境容量，太湖流域水污染严重的状况尚未从根本上改变，湖体富营养化问题突出。 2 0 0 7 年5 月底，太湖蓝藻大面积暴发，水源地水质遭受严重污染，引发无锡市 近百万居民供水危机。党中央、国务院对应急处置工作和太湖水污染治理高度重 视。温家宝总理作出重要批示，指出这起事件给我们敲响了警钟，必须引起高度 重视，要求在认真调查分析原因和已有工作基础上，加大综合治理力度，研究提 出具体的治理方案和措施。 江苏省委、省政府坚决贯彻中央关于太湖治理的重大决策部署，采取紧急治 藻、铁腕治污、科学治水等一系列举措，全力以赴打好太湖水污染防治攻坚战， 太湖水污染防治工作取得了初步成效。2 0 0 8 年5 月，监测结果表明太湖流域水 质总体好于去年同期。湖体高锰酸盐指数、总氮浓度同比分别下降1 7 6 和 2 7 6 ，5 3 个国家考核断面水质达标率上升2 4 5 个百分点，1 5 条主要入湖河流 劣v 类断面比例减少2 0 个百分点。但是受总氮影响，全湖平均水质仍劣于v 类， 总体处于中富营养状态。专家分析，由于营养盐浓度长期在较高水平波动，太湖 湖体已形成“藻型生境条件”，防控蓝藻暴发的任务仍然十分艰巨，太湖水环境 形势依然严峻。2 0 0 9 年1 月和2 月，温家宝总理和李克强副总理先后来江苏视 察，对江苏省经济社会发展和太湖治理工作提出了新要求。 4 工程硕士论文 太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 1 1 1 江苏高度重视太湖流域污染源自动监控系统建设 太湖流域污染源自动监控系统可为太湖环境管理提供科学决策支持，实现高 效的管理和决策支持，提升整个环保系统的行政效率和业务能力，省委、省政府 高度重视太湖流域污染源自动监控系统的建设。 2 0 0 7 年7 月，原省委书记李源潮指出，建立水污染监测数据共享平台十分 必要，既可让各级领导、各个部门随时了解污染和环境保护进程，及时作出应对 和调整，又可为公共监督创造条件。建议尽快建成，使之成为铁腕治污、科学治 太的有力推进器。现任省委书记梁保华指出，要在太湖流域建成世界上最先进的 水环境监测体系，进一步加快推进太湖流域监测监管网络和应急处置共享平台建 设。罗志军省长强调，要尽快建立健全太湖流域水环境监测体系，统一管理，信 息共享。赵克志常务副省长作出批示，要求以环保部门为主建立入湖河流交界断 面水质监测站，统一规划、统一标准、统一建设、统一管理，一个平台、资源共 享。 1 1 2 国家对太湖流域污染源自动监控系统建设提出要求 2 0 0 8 年4 月2 日，温家宝总理主持召开国务院常务会议，讨论并原则通过 了由国家发展和改革委员会牵头编制的太湖流域水环境综合治理总体方案( 以 下简称国家方案) 。该方案由国务院正式批复，其中对水环境信息共享平台建 设提出了具体要求： 建设国家级信息共享平台，为流域水环境综合整治提供及时高效的信息和技 术服务支撑。江苏省建设的太湖流域污染源自动监控系统作为国家级水环境信息 共享平台的组成部分，主要承担我省范围内太湖流域水污染源的监测、监督、预 警、应急和信息集中处理等各项任务，与国家级信息共享平台实现数据实时传输 和共享。 1 1 3 加快太湖流域污染源自动监控系统是太湖水污染治理的迫切需要 环保部门作为太湖流域水环境信息的主体产生部门，业务工作积累了大量的 水环境信息和数据资料，且在持续增加。其它涉太部门也在业务工作中不断产生 水环境相关数据信息。这些数据信息门类众多、指标丰富、时空跨度长，由于没 有通过信息技术进行高效的组织、管理、共享，影响了为太湖水环境管理、规划、 5 工程硕士论文 太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 政策制定服务，为领导和政府辅助决策支持的成效，必须加快信息共享平台建设 步伐，加强水环境基础信息的监测、采集、整合和统一发布能力，提高决策和管 理的科学化水平。 1 2 污染源自动监控系统建设现状 随着社会经济的发展，环境管理越来越显得重要，现代化的环境监管手段和 环境检测信息是环境管理的重要基础，而污染源自动监控系统就是结合了环境检 测、远程监控以及污染报警处理等的一个综合管理系统。 通过查阅的国内外参考文献，美国、德国、日本等发达国家的政府环保部门 一般直接对向环境水体排放污染物的企业进行监督管理，对于排入污水处理厂的 企业则由污水处理厂进行监督管理；环保部门对于排污单位的违法排污行为有着 非常严厉的处罚措施，对于超标排放企业和污染治理设施不健全的企业，除进行 高额罚款外，还要进行限期改正，逾期未达到相关要求的，对于偷排直排的企业， 政府环保部门除进行高额罚款外，还要追究企业责任人的刑事责任，甚至关闭该 企业，充分运用法律手段和经济手段有效控制污染物的达标排放。在污染源监控 方面，环境管理部门没有设置大规模的在线监测监控网络，也未强制要求排污企 业安装污染源在线监测仪器。基于严格的排放标准限制，为做好企业内部管理的 质量控制和满足达标排放的需求，许多排污企业自行安装了污染物在线监测设 备。监测数据来源主要依靠企业的自我监测上报，也可根据情况需要，委托权威 的监测机构进行监测。监测点的选择由管理部门根据企业的工艺情况确定。按照 排污许可证制度的要求，企业将自我监测的排污数据定期上报；也可根据情况到 现场调取数据。全民的环保意识很强，公众参与在很大程度上监督着政府的政策 执行，推动着环境保护的发展。口川 在我国，在现有的法律法规框架内，环境质量虽由地方政府负责，环境和经 济仍不可避免的成为一对矛盾，企业相对违法的成本低，守法成本高，造成企业 自我达标意识不强，污染事故隐患较多。国家环境保护部己经明确要求要建设既 能对污染源实施统一指挥协调、现场监测和应急处理，又能对污染隐患进行监控 和警告的污染源自动监控系统。各地为了提高环境监管能力，预防环境污染事故， 相继制定了污染源的自动监测应对措施。与这些措施同步发展的是污染源自动监 测监控的技术方法，基于计算机信息管理的自动监控系统也如雨后春笋般发展起 来。我国目前已有很多关于此方面的研究，并取得了一定成果。相关参考文献上 6 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 记载，目前，我国已建立了一些污染源自动监控管理系统，己建立的这些系统大 多是针对污染源管理的某一方面的问题，主要集中在排放因子监测方面，利用在 线监测仪器的分析功能，结合无线通信基站的强大通信功能，建立各类污染源的 排污数据库。如：苏州市在进行大量调查研究的基础上，早在2 0 0 1 年起就开发 完成了基于g p r s 的水污染源在线监控系统，以先进的g i s 技术、数据库技术、计 算机网络技术为基础，以苏州市环境污染源信息和空间信息为核心，通过强大的 信息处理功能，综合分析污染源的排污状况和环境事故风险要素；南京市在进行 大量调查研究的基础上，进行了污染源自动监测自动监控能力建设项目，作为污 染减排“三大体系 能力建设的重要组成部分，开发完成了南京市污染源在线 监控系统，系统实现了v b 6 0 、m s a c c e s s 、m a p i n f o ( g i s ) 和扩散模型完美结合。 污染源排放的污染物可按照排放去向、行业性质、排放区域分类汇总统计，如事 故发生后，可首先确定污染事故发生地位置，然后利用污染扩散计算模块预测受 影响的区域范围，通过地理信息显示模块提供污染区域内的敏感单位、救援单位、 人口以及由污染事故发生地点到指定地点的最佳路径等信息，为应急监测、应急 救援工作的开展提供决策依据；上海市建立了污染源在线监测的比对、运营的考 核办法；江苏省建立了江苏省污染源在线监控系统管理办法，以及环境标准， 建立快速监测方法，汇编污染源在线监测实际案例，为污染源在线监测的实施和 管理提供技术支持。瓯1 但由于影响环境质量的污染源排放涉及的因素极其复杂，而且在一定时间和 一定空间内排放的污染源对环境的影响还和接纳环境的自我净化能力直接关联， 一旦污染物排放总量超过环境系统的容量，则环境质量处于难以控制的迅速变化 之中，并且通常趋于恶化。现在已有的系统主要侧重于单一点源的在线监测，应 该与强大的关环境质量数据库联系，并建立流域范围内的数据分析模型，使其具 备启发式推理机制进行辅助决策，在不需要进一步请专家分析情况采取对策的情 况下，也能使问题的考虑更加全面和细致，在极短的时间对流域范围内的污染源 排放状况做出初步的估算并做出最佳决策。一1 十一五期间，我国连续实施了主要污染物减排这一战略任务，但这一约束性 目标的完成，需要建立和完善科学的减排指标体系、准确的减排监测体系、严格 的减排考核体系，通过严格、科学的统计、监测和考核手段将减排工作落到实处， 污染源在线监测数据与减排考核的关联与对接也是现有系统未能有效解决的。 7 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 1 3 本文主要工作 ( 1 ) 介绍了近年太湖流域面临的严峻的环境形势、国内外污染源监测管理机 制，分析了建设太湖流域污染源自动监控系统的必要性。 ( 2 ) 系统调查省委省政府、省环保厅、省环境监测中心等从领导决策部门到 业务管理部门对加强太湖流域水环境综合管理的不同层次、从宏观到具体的信息 需求，梳理信息产生利用的流程。以需求调查中获得的大量第一手资料为依据， 对系统的内涵和外延进行系统的研究，全面、深入地描述系统需实现的功能和达 到的性能。通过用户需求分析、业务及数据需求分析、功能需求分析、性能需求 分析和安全需求分析确定太湖污染源自动监控系统平台建设的技术研究需求分 析，从而确定关键技术的研究内容。 ( 3 ) 结合环境监管的实际工作需要，着重对太湖流域污染源自动监控系统平 台的总体架构进行探讨。从整合资源、信息共享、流程管理、空间展示的角度， 对系统平台的软硬件搭建、业务系统开发、数据库建设、g s l 支撑平台建设等部 分提出了设计方案。 ( 4 ) 研究3 g 网络环境下水环境信息的传输、发布、服务技术，基于3 g 网 络环境建立太湖流域环境信息移动平台，使环境信息发布做到移动化、平台化。 8 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 2 工程需求分析 2 1 需求分析 2 1 1 江苏省太湖流域污染源分布现状 根据2 0 0 7 年排污申报数据，我省太湖流域范围内工业企业日均排废水量5 0 吨以上( 含5 0 吨) 和或c o d2 0 千克以上( 含2 0 千克) 和或氨氮5 千克以上 ( 含5 千克) 和或废水排放控制指标中含有总磷的工业企业共有4 3 5 7 家，主要 污染源分布如图2 - 1 所示，其中：无锡市1 7 8 0 家，常州市7 0 4 家，苏州市1 5 6 2 家，南京市1 6 4 家( 溧水县6 4 家，高淳县1 0 0 家) ，镇江市1 4 7 家( 丹阳市7 6 家，句容市71 家) 。 图2 1 江苏省太湖流域污染源分布图 我省太湖流域范围内国控省控重点污染企业3 0 0 家，如图2 2 所示，其主要 监控内容包括c o d 、总氮、总磷和流量。 9 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 重点污染源概况 太湖流域舞i x 域j 建点 染源统计 一 图2 - 2 江苏省太湖流域国控省控重点污染源统计图 目前，太湖流域各市均建立了一定规模的污染源自动监控系统，但由于各市 县经济水平、社会和环境等因素的差别，自动监控水平存在一定的差异。总体而 言，污水处理厂联网监控情况较好，所占比例超过9 5 ，工业企业约占其总数的 1 7 5 。 2 1 2 国家对太湖流域污染源自动监控系统的信息需求 根据太湖流域水环境综合治理总体方案，太湖流域水环境保护监控体系 的建设框架，由国家级和地方级两个层面的监测站网组成。国家层面，建立国家 级统一的流域水环境信息共享平台：地方层面，由江苏省、浙江省、上海市分别 建设省级水环境信息共享分平台。建设国家级流域水环境信息共享平台，发挥流 域机构的作用，实现流域内水量、水质、污染源等水环境信息的共享，使国家有 关部门和流域内省市政府能够实时掌握流域重要水体和控制区域( 点) 的水环境 状况，为太湖水环境综合整治提供及时高效的信息和技术服务。江苏省、浙江省、 上海市分别建设的水环境信息共享平台作为流域水环境信息共享平台的组成部 分，主要承担两省一市太湖流域范围内监测、监督、预警、应急和信息集中发布 l o 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 等各项任务，与太湖流域水环境信息共享平台实现数据实时传输和共享。 国家层面的太湖流域水环境管理部门需全面了解各地区太湖流域水环境状 况、各地区污染源分布及排放情况，统筹控制各地区配套建设等，因此，国家对 太湖水环境管理的信息需求应包括各地区所有监测数据、监测点位分布数据、污 染源分布数据等底层数据信息，以及分析报表、趋势图、三维模型等过程和终端 数据信息。 江苏省太湖流域污染源自动监控系统是国家级太湖流域水环境信息共享平 台不可或缺的组成部门，因此在建设过程中需要考虑数据的标准化，以实现与国 家级共享平台以及上海、浙江等兄弟省份的共享平台的数据共享和交换，以保证 信息最大程度的共享，为太湖的综合治理提供最准确的数据信息。 2 1 3 指挥决策者对太湖流域污染源自动监控系统的信息需求 指挥决策者需快速、直观地了解太湖流域污染源情况，从而对太湖水环境管 理作出快速、合理的判断和组织。因此，决策者对太湖流域污染源的信息需求具 有时效性、综合性、针对性、移动性的特色，需求的范围主要是太湖流域水环境 主要污染物监测数据，太湖水质状况及变化趋势，饮用水保护区综合整治情况及 水质安全分析预报，太湖流域各行业主要污染物排放情况，基于w e bg i s 技术和 三维可视化技术的太湖流域各类污染源的空间变化趋势、防治建设信息，以及各 部门各地区考核统计信息等。 决策者具有移动办公了解太湖流域污染源排放情况的信息需求，具体体现在 具有太湖流域污染源排放数据的的实时传输和信息查询的需求、太湖流域污染事 故应急处置及信息查询的需求。借助先进的移动信息技术，实现数据的实时传输 和信息查询，并可以借助手机短消息定制功能，将决策者所关心的污染源排放状 况根据定制的要求发送到相关领导的手机上，以满足决策者实时了解太湖水环境 相关信息的需求。 2 1 4 省太湖办对太湖流域污染源自动监控系统的信息需求 省太湖水污染防治委员会办公室( 简称省太湖办) 主要行使综合监督协调职 能，以保证省委、省政府确立的各项太湖治污目标得到切实的落实和督办。太湖 办的日常工作需要来自于各方面太湖水环境相关信息的支撑：需要有关太湖流域 国家、省、地方和行业层面的所有政策、法规、标准等文件信息，流域历年规划 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 计划、治理工作方案、治污项目进展完成情况等管理信息，为新政策、新标准的 制定提供参考，为督促流域水污染防治目标完成情况、实施流域监督管理职能提 供依据；需要了解有关应急监测与预警信息，为组织应急处置和查处工作准备条 件；需要流域污染物排放情况等数据信息，为流域水环境保护信息发布提供数据 支撑。 2 1 5 涉太管理部门对太湖流域污染源自动监控系统的信息需求 各级涉太管理部门是太湖流域水环境管理的具体执行者。各级涉太部门不仅 需要了解各自领域所需要的信息，而且需要了解到太湖流域污染源的整体信息， 因此需要通过信息集成技术将各个涉太管理部门对太湖流域污染源的信息进行 横向集成并共享，以满足各涉太管理部门对太湖水环境信息管理的需求。 多年来各级涉太部门在太湖水污染防治工作方面积累了大量的法规、研究报 告、论证材料等各种资料和文档，具有信息资料查询、引用、对照的需求。 各级涉太管理部门需要按照太湖办的统一布置开展工作，有协同办公方面的 需求。 2 1 6 公众对太湖流域污染源自动监控系统的信息需求 随着社会公众环境意识的提高，公众更加关注身边环境状况，对环境污染信 息的知情权意识日益增加。政府有责任及时披露和权威发布太湖水污染监测信 息，告知污染进展、水质安全风险等，这也是已经施行的中华人民共和国政府 信息公开条例的要求。 公众对太湖水环境管理的信息需求主要为太湖流域水污染监测数据，太湖水 质状况及变化趋势，以及基于集成w e bg i s 技术的太湖流域各类污染源监测指标 的空间变化趋势等。 2 2 业务及数据需求分析 江苏省太湖流域污染源自动监控系统是在国家太湖流域水环境监测信息共 享平台的总体目标要求下，围绕防治、修复、监测预警、应急处置、行政考核等 管理职能需求，实施相关业务领域的信息化建设，以满足“铁腕治污、科学治太 的需要。 省环保厅太湖流域污染源的管理业务主要可分为监测预警、污染源监控与调 1 2 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 查、应急处置、区域补偿与小康考核等。 2 2 1 污染源监控与调查 2 2 1 1 污染源自动监控管理系统 该管理系统的功能是对江苏省太湖流域污水处理厂和废水污染源进行自动 监控，并进行创新绩效考核和自动评价，对相关污染源进行总量控制和奖惩执法。 实现上述功能所需的支撑数据包括：省太湖流域污水处理厂和废水污染源自动监 控数据，来自江苏省太湖流域污染源在线监控系统工程建设项目形成的数据采集 和传输能力；基础地理g i s 数据。 2 2 1 2 污染源普查管理系统 该管理系统的功能是对太湖流域工业、农业、第三产业和生活污染等污染的 强度、空间分布数据进行分析处理、更新完善，为流域环境容量分析和污染物总 量控制等提供分析依据。实现上述功能所需的支撑数据包括：2 0 0 7 2 0 0 8 年开展 普查获得的太湖流域工业、农业、第三产业和生活污染等普查数据；基础地理 g i s 数据。 2 2 1 3 环境违法处罚管理系统 该管理系统的功能是对流域污染源违法案件进行处罚和管理，并对处理信息 进行统计分析。实现上述功能所需的支撑数据主要为环境违法案件执法数据信 息。 2 2 2 应急处置 2 2 2 1 蓝藻应急打捞 该管理系统的功能是在蓝藻大暴发情况下，进行应急打捞提供决策支持。实 现上述功能所需的支撑数据包括：蓝藻遥感影像、饮用水源地藻类密度监测数据、 各部门蓝藻打捞设施储备数据。 2 2 2 2 环境风险源及污染事故应急处置 该管理系统的功能是提供太湖流域各地主要环境风险源分布、性质、应急预 案等信息查询服务，提供污染事故处置案例信息查询服务。实现上述功能所需的 1 3 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 支撑数据包括：环保部门风险源调查数据、事故处置情况数据。 2 2 3 绩效考核 2 2 3 1 区域补偿 该管理系统的功能是对太湖流域环境资源区域补偿断面数据进行管理。实现 上述功能所需的支撑数据包括：太湖流域环境资源区域补偿断面水质监测数据， 水量和流向监测数据。 2 2 3 2 小康考核 该管理系统的功能是对太湖流域小康社会地表水环境监测数据进行管理。实 现上述功能所需的支撑数据包括：省环境监测中心组织的小康断面考核监测数 据，主要包括：p h 、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、挥发酚、 石油类、汞、铅。 2 2 3 3 科学发展观考核指标体系 该管理系统的功能是对太湖流域科学发展观指标体系中关于地表水环境监 测数据进行管理。实现上述功能所需的支撑数据包括：地表水功能区监测数据、 饮用水源监测数据。 2 2 4 其他 2 2 4 1 建设项目环境管理 该管理系统的功能是对太湖流域各地建设项目环境影响评价报告书( 表) 、 审批批复、三同时竣工验收等台帐信息管理，进行统计分析。实现上述功能所需 的支撑数据包括：建设项目审批台帐信息：当地总量容量数据；限制禁止开发 区域g i s 数据；重要生态功能区g i s 数据等。 2 2 4 2 污染减排考核管理 该管理系统的功能是对太湖流域各地列入“减排的项目信息进行台帐管理， 开展统计分析。实现上述功能所需的支撑数据包括：“减排”项目台帐信息；总 量指标数据，减排进度数据等。 1 4 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 2 2 4 3 排污权交易数据管理 该管理系统的功能是查询分析来自“排污权交易信息系统”的排污指标交易 情况。实现上述功能所需的支撑数据包括：排污权交易数据库：太湖流域总量分 配数据。 2 3 功能需求分析 本系统的数据主要来自外网和环保专网，系统的信息展示发布则主要面向环 保专网和移动专网。整体系统按所处的网络位置可以分为外网平台、环保专网平 台和移动专网平台三大部分，平台功能框架如2 - 3 所示： 兰竺! 竺兰竺竺竺兰兰兰至竺 2 3 1 外网平台功能需求 图2 - 3 系统功能框架 主要功能是从原先分布在外网的多个业务系统中获取数据信息，并通过特定 方式将获取的信息交换到位于环保专网的系统服务器。 需要从外网中获取的数据主要包括水质自动站监测数据、水质自动站监控视 频、涉太部门共享数据等。 水质自动站监测数据与环保专网之间采用手工传递的方式，需要在外网建立 一个数据交换子系统，将水质自动站监测数据按规定的格式生成数据交换文件， 然后将交换文件手工传递到环保专网内，利用专网数据交换平台实现数据交换。 1 5 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 水质自动站监控视频通过采用流媒体服务器的方式进行存储转发，流媒体服 务器部署在外网，实时收集各监控点的视频流，流媒体服务器与环保专网之间利 用网闸进行逻辑隔离，系统在播放水质自动站监控视频时，由客户端直接访问流 媒体服务器。 涉太部门共享数据采用手工交换的方式进入系统，在外网建立一个数据导出 子系统，将气象、水利等部门提供的共享数据导出生成交换文件，并通过专网数 据交换平台实现数据交换。 2 3 2 环保专网平台功能需求 环保专网是本系统进行数据处理、存储、展示、分析的主要依托，在环保专 网中，实现本系统以下主要功能： 1 三维环境信息展示平台：系统利用三维g i s 平台实现在太湖流域高精度 三维电子地图上的信息发布展示功能四“们，根据太湖流域航空影像、卫星数据、 数字高程模型创建太湖流域三维地形景观数据库n 1 1 2 1 羽，创建三维交互式环境， 为太湖流域水环境信息的立体化分析和空间展现提供支持。平台主要实现三维地 理信息的任意浏览、自动飞行、监测点位分布展示、三维模型叠加显示等功能， 要求具有与数据的集成交互功能，能通过三维g i s 操作直接完成对数据、视频、 报表等信息的查阅n 4 1 5 1 。 2 重点污染源数据采集传输平台：利用已建成全省环保专网实现对太湖流 域重点水污染源自动监控数据的实时采集和传输，采集、传输分别采用环保部的 h j 2 1 2 和h j 3 5 2 标准，实现对排污单位排放浓度、排放量、污染治理设施状态等 的实时监控，并实现对排污口控制阀的远程控制。 3 重点污染源实时视频监控平台：在各级污染源监控中心建立流媒体服务 器，每台流媒体服务器负责对属本地管辖的污染源监控视频进行存储转发，客户 端在需要时根据污染源名称自动连接到相应的流媒体服务器调取视频数据。 4 数据交换平台：数据交换平台部署在环保专网中，其主要功能包括：数 据导入、数据导出、数据转换、数据核实整理，数据导入导出可分为自动交换和 手动交换两种方式，自动交换的数据包括：断面水质数据、污染源普查数据、排 污权交易数据等，手动交换的数据主要有水质自动站监测数据、涉太部门报送数 据等。数据交换平台应支持多种传输协议、能自定义数据交换格式和数据映射关 系，要预留将来与其它系统进行交换的接口。 1 6 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 5 蓝藻遥感预警信息平台：通过对蓝藻遥感监测数据进行管理，宏观把握 全湖蓝藻面积。系统提供对蓝藻遥感监测数据及图片的整理、查询功能，并提供 藻类密度的关联分析、蓝藻水华面积连续对比分析等功能。蓝藻遥感影像信息通 过数据交换平台交换到本系统中，需要对蓝藻遥感影像信息按照本系统的数据格 式进行定义和整理。 6 领导决策支持平台：为相关领导提供快速浏览、查询太湖水环境的相关 信息，主要包括水质状况、气象、水情水文、污染源等动态信息，以及媒体( 平 面、网络等) 关于太湖的报道动态信息，能够让领导从宏观上把握主要关注点， 高度概括各类业务的宏观统计信息，为领导决策提供信息支持。 2 3 3 移动专网平台 移动专网平台是为实现系统信息的移动式查询统计而建立的，可分为移动数 据发布平台和移动应用系统两个部分。 移动数据发布平台负责将移动平台需要查询的信息汇集到发布服务器，并以 w e b s e v i c e 的形式在专网范围内提供各种数据访问服务。 移动应用系统安装于智能化的移动终端上，通过移动专网访问数据发布服务 器，实现数据查询、视频查看、统计报表等功能，也可在二维或三维的g i s 平台 实现基于电子地图的图形化查询。 2 4 性能需求分析 性能需求分数据存储能力、并发用户数、系统响应时间三方面的需求。 2 4 1 数据存储能力需求分析 系统需要进行交换和处理的数据有三类：数值型数据、文本型数据与图形图 像信息。这三类中，图形图像信息要求系统具有很强的存储和处理能力。根据省 环保部门目前各项业务数据现存量的初步统计，需集成到太湖流域污染源自动监 控系统的数据已达到3 t b 。因此，对系统平台的数据存储与处理能力将影响本项 目的数据交换性能。本项目要求至少能够处理能够具有处理t b 级数据量处理能 力。 1 7 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 2 4 2 并发用户数需求分析 本系统的访问用户主要是省政府相关领导、省太湖办、以及来自于相关业务 部门的领导等，初步估计本系统的用户数为3 0 0 个，在峰值时信息共享支持系统 用户的二分之一以上在线数据库查询访问能力，至少支持1 5 0 个用户的并发访问 能力。 由于w e b g i s 、s k y l i n e 等图形可视化查询过程需要调用大量空间数据，为了 保证本系统的性能，本项目对w e b g i s 查询和空间处理服务支持不超过5 0 个用户 的并发访问能力，对s k y l i n e 查询和空间处理服务支持不超过1 0 个用户的并发 访问能力。 2 4 3 系统响应时间需求分析 在以上数据量、并发用户数的条件下，本系统对数据处理需要能够满足如下 要求： ( 1 ) 一般数据查询响应时间小于3 秒，简单汇总处理时间小于5 秒： ( 2 ) w e b g i s 查询响应时间小于6 秒，平均查询时间小于4 秒； ( 3 ) s k y l i n e 查询响应时间小于1 0 秒。 由于考虑到系统的安全性，本系统的数据交换一般是非实时连续型数据交 换，因此数据交换的性能不会成为制约本系统性能的关键因素。 2 4 4 通信性能需求分析 本项目需要充分考虑用户量、数据量在通信性能上需求，具体表现在以下几 个方面： ( 1 ) 满足本系统内大数据量图形、图像信息传输、交换的需求； ( 2 ) 满足网络传输可靠性的要求： ( 3 ) 满足图形数据传输速度，以保证系统的运行性能； ( 4 ) 满足公众访问公众发布平台的效率。 2 5 安全需求分析 本系统的安全需要从网络层、应用层、数据层、管理层全方位考虑。 1 8 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 2 51 网络层安全 首先，需要保证相关的各个系统的运行不受各种灾害或物理设备老化等因素 的影响。 其次，为了保证省领导访问本系统，需要保证省政府内网( 涉密网) 与本系 统网络的逻辑隔离，与公网的物理隔离。 再次，需要防止非法入侵，并对网络通信流进行有效的监控，对已知的潜在 威胁进行有效的防范，保障网络的正常工作。 最后，需要杜绝网络上的病毒侵犯等影响系统安全的因素。 2 5 2 应用层安全 首先，在应用系统开发过程中要充分利用开发框架及中间件的安全策略。 其次，要采用基于角色的访问控制机制，进行系统权限管理，杜绝用户越权 使用系统，保证系统的安全。 2 5 3 数据层安全 本系统中的地理空间数据有很强的保密要求，因此在数据传输过程中采用加 密手段，利用国家批准的密码算法对数据加密，保证数据安全。 2 5 4 管理层安全 首先，要采取先进的数据存储和备份技术及设备，构建本项目的异地数据备 份中心。 其次，需要通过相应的管理制度，如数据备份制度、机房管理制度、数据共 享制度等，保证系统正常运行。 最后，对进入本系统的用户必须经过严格的流程审批。 2 6 技术研究需求分析 2 6 1 信息采集与交换技术研究需求分析 为实现太湖流域污染源信息的采集与交换，需研究以下几个关键技术：采用 消息中间件技术实现多源数据的自动交换、完全采用国家标准实现污染源自动监 控数据的采集和传输交换、基于环境信息专网的现场端排污设施远程控制技术、 1 9 工程硕士论文 太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 企业现场3 6 0 度全景视频采集与集成技术。 2 6 2 流域污染源信息展示技术需求分析 为实现流域污染源信息形象展示，服务于环境管理与决策，需研究以下几个 关键技术：基于三维g i s 的可视化展现技术、面向水环境管理与决策的综合分析 技术、面向领导决策会商的环境信息交互式展示与集成技术。 2 6 3 移动专网建设技术需求分析 建立基于3 g 的太湖流域污染源自动监控信息平台，需研究3 g 环境下平台建 设的相关技术，包括3 g 环境下各类数据的交换与传输、环境信息的展示与表达、 客户端软件在线更新等关键技术。 2 0 工程硕士论文太湖流域污染源自动监控系统工程建设研究 3 关键技术研究 3 1 基于三维g i s 的可视化展现技术 应用三维g i s 技术实现基于高精度三维电子地图的监测数据展示，形成高度