隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測與治理工作成為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的問題。本文全面分析環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)現(xiàn)狀和需求，結(jié)合最新的技術(shù)，提出系統(tǒng)建設(shè)思路，并針對環(huán)保工作狀況提出具體解決方案，希望對當(dāng)前環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)的建設(shè)提供一定的參考價(jià)值。

系統(tǒng)建設(shè)背景
    隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量越來越高。然而在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平提高的背后，卻是生態(tài)的失調(diào)、環(huán)境的惡化。水污染、大氣污染、固體污染、水土流失等一系列嚴(yán)峻的問題正在威脅著人們的正常生活，同時(shí)也嚴(yán)重影響著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。保護(hù)環(huán)境、改善環(huán)境污染狀況已經(jīng)成為全民共識(shí)。

    環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，按照國家或地方關(guān)于污染防治和保護(hù)環(huán)境質(zhì)量的各種環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，對污染源排放情況和環(huán)境狀況進(jìn)行定性、定量的測試，并為科研、決策、立法、處理污染事故和環(huán)境監(jiān)督管理提供依據(jù)。環(huán)境保護(hù)實(shí)現(xiàn)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的“同步”與“并重”，以及“綜合”解決環(huán)境問題，要求環(huán)境監(jiān)測實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)到現(xiàn)代、從粗放到精準(zhǔn)、從地面到天地一體化、從分散封閉到集成聯(lián)動(dòng)、從現(xiàn)狀監(jiān)視到預(yù)測預(yù)警的全面而深刻的歷史性轉(zhuǎn)型，為環(huán)境管理提供強(qiáng)大技術(shù)支撐。

環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀
    我國環(huán)境監(jiān)測事業(yè)歷經(jīng)30年的發(fā)展，取得了長足進(jìn)步。目前已經(jīng)初步建立了以常規(guī)監(jiān)測、自動(dòng)監(jiān)測為基礎(chǔ)的技術(shù)裝備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)人才的環(huán)境監(jiān)測體系；陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)與環(huán)境監(jiān)測相關(guān)的法律法規(guī)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證環(huán)境監(jiān)測的順利實(shí)施。當(dāng)前各級地方政府也相繼開展環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)的招標(biāo)、建設(shè)及更新工作。

    但是從近年來環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)的迅猛發(fā)展中，我們也應(yīng)該看到在系統(tǒng)建設(shè)過程中存在的一些不足。

區(qū)域性部署為主，聯(lián)網(wǎng)程度不高
    我國的環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)目前還處于小規(guī)模的建設(shè)階段，大多以縣市為單位，初步實(shí)現(xiàn)對轄區(qū)內(nèi)重要污染源的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)功能較為簡單，聯(lián)網(wǎng)程度不高。雖然大多數(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)都遵循國家環(huán)保總局發(fā)布的《污染源在線自動(dòng)監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》等多項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但由于監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、接口等方面并沒有權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間跨度大，導(dǎo)致了各個(gè)環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)在技術(shù)體制、產(chǎn)品品牌等方面千差萬別。從前端數(shù)據(jù)采集、到后端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與交換，都在不同程度上存在差異。這給大范圍的監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制帶來了很大的障礙，無法充分發(fā)揮監(jiān)測系統(tǒng)的最大效率，為大范圍分析污染狀況造成了不便，也為整體評價(jià)與驗(yàn)證環(huán)境保護(hù)成果帶來了困難。

監(jiān)控、應(yīng)急一體化程度低
    目前廣泛被采用的環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)，主要側(cè)重于環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集，傳輸和存儲(chǔ)過程。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)只有很小一部分被用于實(shí)時(shí)人工監(jiān)控、環(huán)保監(jiān)督取證和環(huán)境評估。系統(tǒng)在實(shí)時(shí)自動(dòng)預(yù)警、應(yīng)急等方面的功能很薄弱。這就導(dǎo)致了系統(tǒng)不能迅速響應(yīng)突發(fā)性環(huán)境事件并做出恰當(dāng)?shù)膽?yīng)急處理。

缺乏對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的挖掘能力
    從監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取有用的數(shù)據(jù)，來支持環(huán)保管理部門的決策支持，是環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)中不可或缺的功能。環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，將產(chǎn)生海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，給傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法帶來巨大的挑戰(zhàn)。在應(yīng)用新的數(shù)據(jù)挖掘工具對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之前，系統(tǒng)無法有效地支持領(lǐng)導(dǎo)部門的決策。[nextpage]

多媒體監(jiān)測數(shù)據(jù)的一體化程度低
    傳統(tǒng)的環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)中，主要研究對象是來源于各類環(huán)境監(jiān)測儀器的環(huán)境參數(shù)，對其它如音頻、視頻以及氣候等參數(shù)的關(guān)注度低。即使有的系統(tǒng)考慮到音視頻、氣象參數(shù)，也缺乏這些數(shù)據(jù)的一體化實(shí)時(shí)整合過程。在日常信息發(fā)布和應(yīng)急處理中，很難為公眾和應(yīng)急處理的相關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)提供直觀的現(xiàn)場狀況。

環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)的需求
    為了應(yīng)對日益惡化的環(huán)境問題，應(yīng)該建立一套有效的環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)。系統(tǒng)需要采用先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)與靈活的接口標(biāo)準(zhǔn)，以便與其它監(jiān)測系統(tǒng)、綜合應(yīng)急系統(tǒng)、政務(wù)系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與數(shù)據(jù)共享；能夠自動(dòng)采集環(huán)境參數(shù)、污染源地音視頻、氣象數(shù)據(jù)等各類型參數(shù)，并能實(shí)時(shí)將這些數(shù)據(jù)整合后公布在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上，維護(hù)公眾對環(huán)境的知情權(quán)。

    鑒于環(huán)境事故的分散性與突發(fā)性，系統(tǒng)中應(yīng)該整合實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測與應(yīng)急功能，使系統(tǒng)能夠更迅速、更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)事故隱患，根據(jù)隱患的類別和等級，自動(dòng)選擇應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行應(yīng)急處理。系統(tǒng)還應(yīng)該具有數(shù)據(jù)分析與挖掘能力，以保證能準(zhǔn)確有效地為管理部門提供決策支持。

環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)的組成
    在環(huán)保監(jiān)測與應(yīng)急系統(tǒng)的建設(shè)過程中，需要深入地思考環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急面臨的問題，全面分析系統(tǒng)的建設(shè)需求、系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)特色這三個(gè)方面的內(nèi)容。因此，系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)要緊扣上面的需求分析，重點(diǎn)體現(xiàn)出系統(tǒng)的建設(shè)特色。

系統(tǒng)組成
    環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)由基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)和綜合應(yīng)用系統(tǒng)兩大部分組成，即硬件支撐和核心應(yīng)用。支撐系統(tǒng)包括：環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、音視頻采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)施、數(shù)據(jù)交換中心、大屏幕顯示和圖像接入系統(tǒng)等；應(yīng)用系統(tǒng)包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、預(yù)案管理子系統(tǒng)、應(yīng)急處理子系統(tǒng)、監(jiān)督執(zhí)法子系統(tǒng)、處理評估子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘子系統(tǒng)和信息發(fā)布子系統(tǒng)。上述應(yīng)用系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)一下功能：

·平時(shí)的監(jiān)測、預(yù)警、分析、監(jiān)督功能；

·應(yīng)對突發(fā)性環(huán)境事件時(shí)的應(yīng)急處理和智能輔助決策功能；

·在突發(fā)性環(huán)境事件發(fā)生后的處理評估功能；

·各種情況下環(huán)境狀況的信息公開功能。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    環(huán)保監(jiān)測與應(yīng)急系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要分為安全保障層、管理支撐層、數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)交換層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層及業(yè)務(wù)應(yīng)用層等7個(gè)層次構(gòu)成。

數(shù)據(jù)采集層
    使用環(huán)保監(jiān)測儀器、音視頻采集儀器和氣象數(shù)據(jù)采集儀器等多種數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)、污染源所在地地的音視頻、氣象數(shù)據(jù)的采集。

數(shù)據(jù)傳輸層
    使用TCP/IP協(xié)議，將數(shù)據(jù)采集層中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)從污染源所在地傳輸?shù)江h(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)中。在某些偏遠(yuǎn)或者條件惡劣的污染源所在地，也可以使用無線網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

    另外，環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)不應(yīng)該作為一個(gè)信息孤島而存在。系統(tǒng)必須與其它同級環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)、上級環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)、政務(wù)網(wǎng)絡(luò)以及各種綜合性應(yīng)急平臺(tái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享。這種互聯(lián)和共享都需要通過網(wǎng)絡(luò)層來實(shí)現(xiàn)底層通訊。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層
    實(shí)現(xiàn)各類實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的長期保存。這些監(jiān)測數(shù)據(jù)可以用于監(jiān)督執(zhí)法、環(huán)保狀況評估、事故模式分析與決策支持等。系統(tǒng)還存儲(chǔ)各類事故模式數(shù)據(jù)，通過將當(dāng)前監(jiān)測的數(shù)據(jù)與事故模式的比對，能夠快速、自動(dòng)對當(dāng)前狀況進(jìn)行預(yù)測，提高系統(tǒng)的預(yù)警能力。

    為了準(zhǔn)確應(yīng)對各類事故，在系統(tǒng)中將保存各種應(yīng)急預(yù)案，保證在事故發(fā)生時(shí)，工作人員能夠?qū)嵤┫鄳?yīng)的應(yīng)急處理手段。監(jiān)督執(zhí)法的數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)運(yùn)行的日志數(shù)據(jù)也應(yīng)該被存儲(chǔ)起來。[nextpage]

數(shù)據(jù)交換層
    實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)協(xié)議的變換，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與其它各類系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享。

應(yīng)用層
    應(yīng)用層涵蓋了系統(tǒng)所有的業(yè)務(wù)功能，包括了對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警、監(jiān)督執(zhí)法、應(yīng)急處理、處理評估、數(shù)據(jù)挖掘以及信息發(fā)布等功能。該層提供基于瀏覽器的人機(jī)交互界面，方便工作人員使用。

    以上五層形成了一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)環(huán)保監(jiān)控與應(yīng)急系統(tǒng)的各種需求。安全保障與管理支撐層縱向的貫穿于五層之間，為用戶操作過程提供權(quán)限控制和安全認(rèn)證、為數(shù)據(jù)傳輸過程的內(nèi)容提供加解密以及數(shù)字簽名，為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用戶管理、業(yè)務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、數(shù)據(jù)管理以及運(yùn)行維護(hù)工作提供管理工具。

系統(tǒng)部署方案
    環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)是一個(gè)集環(huán)境參數(shù)及音視頻數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急處理、評估、執(zhí)法監(jiān)督、信息發(fā)布等多項(xiàng)功能于一體的大型綜合性應(yīng)用平臺(tái)?？紤]到系統(tǒng)成本、安全性等各方面的因素，采用B/S結(jié)構(gòu)來構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)。

    為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控預(yù)測、預(yù)案管理、應(yīng)急響應(yīng)、指揮調(diào)度、效果評估等一體化，提高日常環(huán)境監(jiān)測水平以及應(yīng)急狀態(tài)的反應(yīng)速度和應(yīng)急響應(yīng)的正確性，環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)采用多業(yè)務(wù)中心互聯(lián)的架構(gòu)，通過邏輯上獨(dú)立的各個(gè)業(yè)務(wù)中心的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體業(yè)務(wù)功能.

關(guān)鍵技術(shù)和特色
靈活的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)接口
    環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)作為區(qū)域性系統(tǒng)，監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)測、報(bào)警信息應(yīng)該與其它或者上級監(jiān)測平臺(tái)實(shí)現(xiàn)共享；環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)作為社會(huì)公共服務(wù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)該加強(qiáng)與其他公共平臺(tái)之間的互聯(lián)互通。通過在系統(tǒng)中設(shè)置數(shù)據(jù)交換中心，可以很方便地實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)和平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)自由的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

迅捷的應(yīng)對突發(fā)環(huán)境事件
    通過多個(gè)業(yè)務(wù)中心的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與應(yīng)急的一體化。一方面，為環(huán)保行業(yè)建設(shè)專用的應(yīng)急系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對種類繁多、包括音視頻在內(nèi)的海量的各種環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)分析、自動(dòng)檢測。另一方面，將環(huán)保監(jiān)測、預(yù)報(bào)警、應(yīng)急處理、處理評估等系統(tǒng)整合在一起，納入到環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)中，從而使系統(tǒng)形成一個(gè)從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、提交預(yù)報(bào)警信息、應(yīng)急處理到事后評估的閉環(huán)系統(tǒng)，提高環(huán)保應(yīng)急處理的反應(yīng)速度。

準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)警及決策支持
    隨著環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)的應(yīng)用，監(jiān)測數(shù)據(jù)將得到快速積累和增長。這些數(shù)據(jù)除了用于事后監(jiān)督取證、環(huán)境治理評估，還應(yīng)該為應(yīng)急決策服務(wù)。而海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)給傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法帶來巨大的挑戰(zhàn)，如何分析和利用這些監(jiān)測數(shù)據(jù)成為環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的重要課題。通過設(shè)置數(shù)據(jù)分析中心，引用經(jīng)典挖掘方法如數(shù)理統(tǒng)計(jì)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹、模糊聚類、地統(tǒng)計(jì)等，對環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。研究的結(jié)果可以提高系統(tǒng)預(yù)報(bào)警準(zhǔn)確度、支持事故處理過程的決策。

簡潔明了的多種數(shù)據(jù)一體化顯示界面
    維護(hù)公眾的環(huán)境狀況知情權(quán)，是建設(shè)環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)的一個(gè)重要目標(biāo)。單純的顯示各種環(huán)境參數(shù)不足以讓公眾對環(huán)境狀況一目了然，而只使用音視頻數(shù)據(jù)又無法提供定量的結(jié)果，因此，將實(shí)時(shí)的音視頻數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)以及環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合并同步向公眾顯示，將是一個(gè)必然的解決方法。在環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)中，采用了各種數(shù)據(jù)一體化顯示機(jī)制，在視頻上直接嵌入氣象、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，不僅能為公眾提供簡單明了的環(huán)境狀況發(fā)布平臺(tái)，也為應(yīng)急處理時(shí)了解事故現(xiàn)場環(huán)境狀況提供便利。

結(jié)語
    環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容不局限于上述的幾個(gè)方面。環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)旨在建立一個(gè)綜合日常的環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測與分析、特殊狀況的預(yù)報(bào)警、突發(fā)環(huán)境事故發(fā)生時(shí)的應(yīng)急處理與決策支持、各種情況下環(huán)境狀況公開發(fā)布于一體的應(yīng)用平臺(tái)。準(zhǔn)確性是日常監(jiān)測的重要任務(wù)，而響應(yīng)速度則是應(yīng)急狀態(tài)下系統(tǒng)的核心目標(biāo)。在環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)的建設(shè)中，應(yīng)該牢固把握監(jiān)測與預(yù)警的準(zhǔn)確性以及應(yīng)急狀態(tài)下的響應(yīng)速度。

    在當(dāng)前中國環(huán)境日益惡化的情況下，保護(hù)環(huán)境、治理環(huán)境迫在眉睫。如何有效的監(jiān)測污染源、應(yīng)對環(huán)境事故，關(guān)系到人民大眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。進(jìn)行環(huán)保監(jiān)測應(yīng)急系統(tǒng)的建設(shè)，是各級環(huán)保部門在保護(hù)、治理環(huán)境的重要舉措，也是維持我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)。(文/國家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心 胡瑞敏 陳軍 何政)