环境监测综合信息管理系统EMIMS方案3.docx
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环境监测综合信息管理系统EMIMS方案3
目录
第一章项目分析2
1.1系统概述2
2.2项目分析2
2.3设计原则3
第二章EMIMS功能介绍6
3.1系统功能概述6
3.2环境监测系统功能介绍7
第三章EMIMS系统说明12
4.1系统结构12
4.2系统设计思路13
4.3软件系统的组成14
4.4数据处理子系统14
4.5Web信息发布子系统15
4.6WebGIS地理信息子系统16
4.7视频图像处理子系统18
4.8多媒体大屏幕显示子系统20
第一章项目分析
1.1系统概述
环境监测信息管理系统（EnvironmentalMonitorInformationManagementSystem），简称EMIMS系统，是专门针对环境监测项目设计的实时环境监测系统，它通过与现场监测设备连接实现实时智能全天候监测。
EMIMS环境监测信息管理系统是一个集水质、污染源、大气等环境监测和控制，以及数据采集、数据分析、信息发布等等为一体的综合环保环境监测信息平台。
可以无缝、灵活、低成本的方式适用于国家、省、市、区/县各级大气、地表水、地下水及其它污染源的监测项目中。
EMIMS环境监测信息管理系统集现今高端计算机技术、信息技术、无线/有线网络技术、GIS地理信息技术等等多种技术为一体，可全面实现大气、水源及其它目标污染源的实时动态监测，从实时数据、数据分析、数据管理、信息发布直至生成监测报告，解决所需全程随行，实现实时监测数据资料的全面管理、准确把握方向动态，综合报表分析功能和GIS地理信息系统功能，同时通过直观的现场视频监控，为决策提供关键信息。
2.2项目分析
目前，阜宁县有大小水污染源、烟气污染源以及地表水监测点数十个，但其监测的数据基本分散在各处，没有上收到监测中心进行统一管理和归口，导致环保监测部门很难及时有效的对各污染源进行监控管理。
EMIMS环境监测信息管理系统的建立，可满足将所监测的污染源排放口的水质、流量和气污染源的SO2、烟尘、流速、温度、压力以及地表水的PH、水位、浊度、高锰酸盐等数据及时的传送到监控中心，环保监测中心可以根据现场所采集的实时数据，准确的分析各监测站点的环保现状。
系统建设的总体需求分析
1）必须涵盖全县环境自动监测系统的监测数据类型，要突出重点，并应满足各层次的管理要求；
2）必须选用先进的开发技术，系统操作简便、人机界面友好，适合各层面人员操作使用；
3）必须具有超前的设计理念，根据环境管理工作的发展和要求，能够随时进行扩充，并应兼容现有的应用系统；
4）在网络覆盖面、可靠性、稳定性、实时传输速度、数据传输的准确性及安全性、操作界面、建设投资及系统日常运行费用合理等方面具有良好的体现。
系统包含的内容
通过对客户需求的分析，阜宁县EMIMS环境监测信息管理系统包含的内容如下：
1）X家水污染源实现数据的采集、传输、监控；
2）X家烟气污染源实现数据的采集、传输、监控；
3）X家地表水水质实现数据的采集、传输、监控；
4）实现污染源排放口的远程视频监控；
5）实现污染源GIS地理信息系统的管理。
6）根据已有的硬件设备进行集成与安装系统软件和应用软件；
7）数据监控软件采用B/S架构，以WEB方式发布，实现用户需要的监控、反控、查询与统计等功能；
2.3设计原则
EMIMS环境监测信息管理系统是一套基于WebService结构的集地表水、污染源废水、废气实时监控于一体的系统，它是以提高环境监察水平与针对性，强化环境监察快速反应能力，使管理部门实时共享资源，并为建设监测、监控、监管一体化的环境信息综合平台奠定基础，其系统设计基于以下原则：
Ø实用性与先进性的统一
环保局环境监测中心只需要EMIMS一套软、硬件平台就可以接入水、气、污染源网络监测系统，避免了重复投资，气、水及污染源的报表等工作都在一个平台上工作，减少了系统出错和软件的切换，提高了工作的效率。
该系统符合环保工作的实际需要，可以大大减少环保执法人员的工作量，实现真正的在线实时监控和数据采集的自动化。
通过系统得到的数据可以直接用于数据上报和执法的参考和依据。
系统开发基于WebService结构建立，即是一个基于组件／服务模式的分布式应用系统，技术先进。
系统基于三层架构，随着用户数量、存储容量、计算能力、响应时间的变化，可以通过数据连接池和群集服务器得到扩充，能够根据系统负载做适当调整使其能处理更多的负载。
Ø开放性、可扩充性和较长的使用期
系统后台软件设计基于WebService软件构架，功能组合就像搭积木，具有非常好的可扩充性，以后功能升级，只要升级和添加一些组件。
系统还开放的输入、输出接口，方便其它系统接入。
系统提供XML（扩展的标识语言）格式的数据输出，XML是一种标准的数据交换格式，既可以在因特网上直接浏览，又很容易操纵。
系统的软、硬件都具有很大的升级空间。
Ø遵循安全性、保密性和共享性的原则
数据是应用的根本，数据的安全性就显得尤为重要。
本系统采取以下措施保证系统的安全性。
前端的数据存储功能。
前端的数据采集器具有数据存储功能，可以存储一个月以上的数据，这样即使后端监控中心出现故障，也不会使现场数据丢失，只要在故障恢复后，把以前的数据传回即可。
传输使用CDMA无线公用通信网络和光纤宽带局域网双备份，技术非常成熟，能够充分保证传输过程的安全性和可靠性。
后端的数据转储功能。
后端数据库使用微软的MSSQLSERVER2000，该产品性能稳定可靠，并提供转储和备份功能，可自动进行转储和备份。
本系统对用户实现密码和权限管理。
不同用户使用自己的密码，不同用户具有不同的操作使用权限，这样能够保证信息的安全。
Ø易操作与标准化
软件的开发遵循标准化原则，窗口、菜单、工具条、对话框等符合WINDOWS标准化的默认风格，非常易学和易操作，就和使用windows和word类似。
Ø可扩展性
环境监测信息管理系统的设计充分考虑到系统的可扩展性，主要体现在以下两个方面：
1．多数据源接入
污染源在线监控系统的设计充分考虑到对各种数据源的接入。
当更新数据通过应用系统进入数据库，系统即能从数据库中查询出，确保数据的现势性和正确性。
2．方便灵活的系统功能和菜单管理
系统的设计充分考虑到系统功能随着业务变化而引发的需求变化。
其所有功能均采用系统配置的方式加入到系统中，系统提供灵活的管理工具。
方便灵活的系统功能管理功能将使得应用系统随着环境信息综合监控业务的变化而同步跟进。
第二章EMIMS功能介绍
3.1系统功能概述
系统实现的功能满足客户要求的所有功能：
1）通过无线CDMA1x无线通信网络和光纤宽带网络对水和气污染源监测点以及地表水水质的数据进行采集。
2）高清晰度网络一体化摄像机视频监控污染源排放口的现场情况，Web用户通过视频服务中心可查看各污染源排放口情况。
3）B/S结构，强大的空间数据库，各部门和企业可以随时浏览自己想要的数据。
4）实时监控：
系统根据上位机需要，实时监控排放口在线仪表的实时在线数据指标，如：
COD\TOC、PH、流量计、污染源处理设施的运行状态、SO2、烟尘浓度等数据。
5）报警处理功能：
当污染源数据超标报警、设备停运报警、断电等系统异常报警时，能及时收集报警信息，形成报警报表，并在实时发出短消息报警信号，还包括其他各种有效的报警方式。
6）反控：
对水污染源监测设备执行自动控制，输出控制信号可以根据实际需要制定、调整。
监测设备的水样采集时间及其启动顺序，既可由主站作远程设置或修改又可由运行管理人员在当地使用专用的编程／调试／诊断仪去设置或修改。
7）统计查询：
具有智能化的数据处理功能，对采集到的原始数据，按照拟定好的数据修约规则、弥补规则进行处理后，形成应用数据库，用于统计查询。
8）具有一定的专家系统的功能，对实时监控数据的进行修正，包括：
按照统计学规律对实时监控数据进行初步判定；利用质量保证的对比测试数据进行数据修正等。
9）具备一套短信数据发布系统，除超标等异常报警、群发功能外，还能实现用户交互式的数据查询。
10）事件处理功能：
包括事件登录、检索、入库等。
11）阈值监视及报警：
对设备运行工作状况进行监视，其中包括数据阈值与仪器状态阈值的监视。
12）对各种在线监测设备如：
COD阈值、PH计阈值、流量和监测站房状态：
对阈值的越限值及越限时刻必须作为事件登录在案，并由采集设备主动上报输出报警信号，驱动声、光、短消息报警。
该类事件也应该向主站报告。
13）事件顺序记录：
当某一开关信号变位或某一设备发生故障时，能及时记录事件或事故的发生站点及时间，并存入硬盘，以便日后进行查询；根据事件或事故记录的事件顺序分析事故原因，对开关量信号输入应有相应的信号过滤程序，以防抖动信号的多次输入。
事故记录按类划分，并有时间标记，并可在巡检人员现场的便携式PC或PDA上显示。
14）统计和趋势分析：
能实现符合环保局各部门使用要求的各类报表输出，包括日报、月报、季报、年报和任意时间段的统计报表。
3.2环境监测系统功能介绍
1）实时监控
水污染源现场的数据可以实时传送到环保局监控中心，监控中心也可以随时发指令及时启动COD采样，采样结束后立即把新的采样数据回传到环保局监控中心。
在监控中心可以方便地设定COD每天采样的次数，每天取流量和PH计数据的次数，系统可以做到全天候24小时处于实时在线监控状态。
同时气污染源现场的数据可以实时传送到环保局监控中心，系统可以做到全天候24小时处于实时在线监控状态。
2）数据存储功能
前端的智能数据采集器具有数据存储功能，可以存储一个月以上的数据，这样如果局端因为停电、放假等原因没能及时上传的数据，可以重新传上来，保证数据不会丢失，增强了数据的安全性。
数据存储采用循环方式，存储的永远是最近一个月的数据。
3）报警功能
a.报警事件
●COD超标事件
●PH超标事件
●流量异常事件
●设备运行故障事件
●掉电事件和其他报警事件
b.报警方式
（1）报警监视：
利用内部局域网监视所有报警信息，并显示报警单位名称、报警事件、超标排放指标值等；报警数据以红色超亮显示，并可以发出警告声。
（2）短消息：
在系统无人值守时，用户可以通过软件设定，将报警信息通过短消息，向值班人员或相应的科室管理人员发送信息，短消息的内容包括：
报警单位名称、报警类型、日期时间以及超标数值等。
系统还可以向各个大队分别发送管辖范围内的报警信息。
报警范围设备及短消息报警如下表所示：
（3）电子邮件：
系统可以将报警信息以电子邮件的方式发送到相关管理人员的电子邮箱中。
c.报警的级别
根据报警事件的严重程度和轻重缓急，将报警事件分为：
一般报警、报警和严重报警三个级别。
执法工作人员可以根据报警的级别进行不同的处理。
4）历史统计与查询
本系统具有强大的信息处理功能，系统将得到的实时数据保存到数据库服务器，然后对数据进行各种处理。
a.分析统计打印报表。
系统对得到的数据进行分析处理，得到各种监控指标，包括PH值、COD/TOC值、流量和设备运行状态等的日报、月报、季报和年报，以及报警信息和设备运行状态报表。
这些报表可以取代手工报表，成为执法的参考和依据。
b.分析形成各种图表。
系统对数据进行分析处理，得到各种图表，图表的类型包括柱形图、折线图、饼图、点图等，图表可以形象直观地反映整体和未来的趋势。
c.强大的信息查询功能。
系统提供查询、打印各种信息的功能。
查询的内容包括设备的安装和工作情况，各被监视厂家的基本情况，各种排放数据指标情况，超标报警情况以及各中队执法人员情况等。
5）信息的网络共享
系统采用B/S模式，便于实现系统控制和信息共享。
B/S结构既可以在环保局内部局域之间方便实现信息共享，也可以通过因特网在大范围内实现共享，当然这是在保证安全的前提下。
因系统将分散在不同地点的实时数据、历史数据、视频信息即时采集并保存在监控中心的服务器中，使得环保局各有关部门都可以从内部局域网中随时查询或输出所需要的各种数据资料、报表、报警信息等，非常方便快捷。
根据部门职能及行政权限的不同，对使用人员设置口令和访问权限。
6）反控功能
主要是针对需要采样分析后得出数据的在线分析仪器如COD/TOC等。
当系统操作人员需要对某一污染源进行采样分析时，无需到现场，只需通过软件系统发送一条或多条控制指令，发送至污染源现场，当排放现场收到命令后，即执行COD/TOC采样分析，采样结束后，将分析结果即时发送至监控中心的数据库服务器中。
COD的采样时间由用户根据需要而设定，也可随机采样。
7）故障自诊
整个系统接入了大量的仪表，这些仪表的维护和管理就变成一项头疼的事，本系统提供辅助诊断的功能。
系统在运行过程中可以自动诊断故障点，包括是一次仪表的非正常工作状态、误码的自动纠错功能等，并可以通过软件设定故障报警/故障查询等功能。
8）人工录入和数据转储
在系统出现非正常工作状态或仪表故障时，会影响数据的准确性和完整性，为此，我们增加人工录入功能，用以弥补其不足。
人工录入也就是工作人员把人工测量得到的数据，手工录入到计算机数据库中，这样能使系统中的数据更加完整，软件分析得到的结果将更加公正和客观，但系统操作人员只有在权限范围内才能完成上述操作，系统中的数据不可以随意进行更改。
为人保证数据的更加安全，我们对数据的存储采用备份，系统管理人员可以将数据用硬盘备份。
在操作失误或其他故障时，就可以及时将存储于硬盘中的数据进行恢复。
备份采用增量转储方法，这样可以减少工作量。
9）时钟校准
用户可以根据需要对远端所有的现场设备进行每天一次的时钟校准，以防止数据的发生时间不一致特别是COD的采样时间而引起的纠纷。
10）其他功能：
如权限管理、企业基本信息等
第三章EMIMS系统说明
4.1系统结构
整个EMIMS系统分为三层结构，底层是现场监测仪器、仪表等；第二层为数据处理和传输层，根据现场要求的监测设备和工艺过程不同其结构有有所变化；顶层是MIS层，主要由SQLServer2000数据库、监测管理信息子系统、GIS地理信息子系统、Web信息发布子系统、视频远程监控子系统等。
三层构架如下图所示。
4.2系统设计思路
软件系统的设计是基于WebService结构，即是一个基于组件／服务模式的分布式应用系统，系统的开发具有先进性、可靠性、开放性、灵活性和通用性，也考虑到系统容量、功能的可扩充性，另外也要考虑软件系统的易维护性。
尤其重要的是软件系统的可靠性，在本系统中，软件的可靠性与硬件的可靠性同样重要，所以在软件开发的过程中采用OOP面向对象的设计方法，使用UML进行全程建模，并采用模块化设计方法进行功能结构划分设计。
软件的开发过程遵循软件工程的设计思想，对应用需求做了大量的调研和分析，并借助DESIGN2000之类先进的CASE工具进行数据库的辅助设计，使数据库结构非常规范，一般至少符合3NF（第三范式），避免了数据冗余和数据插入、删除异常。
根据环保涉及的单位分布广泛的特点，为了满足数据采集控制、数据分析处理、辅助决策、信息查询等功能的要求，我们采用以C/S和B/S相结合，以B/S为主的体系结构。
该方案能很好地满足用户的需求，符合可持续发展的原则，使系统有较好的开放性和易扩展性，该系统采用全新的软件设计方法，以VS.TET2003前台开发工具与MicrosoftSQLServer2000后台数据库管理系统的组合作为开发平台，运行于Windows98/Windows2000/XP操作系统。
GIS采用Mapinfo进行二次开发。
考虑数据的远程共享，软件系统的设计以B/S结构为主，为了保证系统数据的安全性，系统对软件的使用权限和密码进行严格的管理。
4.3软件系统的组成
4.4数据处理子系统
中心数据处理子系统可通过CDMA公用移动网络和电信光纤有线宽带网络对污染源监测点的数据进行采集。
数据处理功能包括：
数字平滑处理，设置域值以剔除异常值，常用的数值统计功能，计算累计排放量等。
统计查询：
具有智能化的数据处理功能，对采集到的原始数据，按照拟定好的数据修约规则、弥补规则进行处理后，形成应用数据库，用于统计查询。
具有一定的专家系统的功能，对实时监控数据的进行修正，包括：
按照统计学规律对实时监控数据进行初步判定；利用质量保证的对比测试数据进行数据修正等。
系统的判定规则具有一定的自我学习能力。
报警处理功能：
当污染源监控现场发出数据报警时，能及时收集报警信息，形成报警报表，并在实时发出短消息报警信号，还包括其他各种有效的报警方式。
异常数据处理功能：
异常数据监控程序是具有一定的自我学习的功能的专家系统，能根据历史数据和相关排放标准自我调整各类报警值的临界点。
事件处理功能：
包括事件登录、检索、入库等。
在线监测设备的控制：
对水污染源监测设备执行自动控制，输出控制信号应根据实际需要制定、调整。
监测设备的水样采集时间及其启动顺序，既可由主站作远程设置或修改又可由运行管理人员在当地使用专用的编程／调试／诊断仪去设置或修改。
阈值监视及报警：
对设备运行工况进行监视，其中包括数据阈值与仪器状态阈值的监视。
COD阈值、PH计阈值、流量、监测站房状态：
对阈值的越限值及越限时刻必须作为事件登录在案，并由采集设备主动上报输出报警信号，驱动声、光、短消息报警。
该类事件也应该向主站报告。
对于一些不能监视的死区，可根据各种参数的综合分析，提示危险提请操作员处理。
事件顺序记录：
当某一开关信号变位或某一设备发生故障时，应能及时记录事件或事故的发生站点及时间，并存入硬盘，以便日后进行查询；根据事件或事故记录的事件顺序分析事故原因，对开关量信号输入应有相应的信号过滤程序，以防抖动信号的多次输入。
事故记录按类划分，并有时间标记，并可在巡检人员现场的便携式PC或PDA上显示。
能实现符合环保局各部门使用要求的各类报表输出。
中心数据处理子系统是对采集到的数据的进行处理的信息系统，它的主要功能包括：
用户管理、密码管理、信息录入与修改、信息查询、统计与分析、报表与图表打印、报警信息管理等功能。
中心数据处理子系统是对信息进行应用的综合平台，它是环境监控与治理的分析平台。
以下是中心数据处理子系统的主界面和一些典型的报表与图表。
4.5Web信息发布子系统
Web信息发布子系统是EMIMS系统中对外公布的网页查询子系统，系统采用B/S模式，便于实现系统控制和信息共享。
B/S结构既可以在环保局内部局域之间方便实现信息共享，也可以通过因特网在大范围内实现共享，可提供普通市民了解居住程式环境质量的窗口，也是被监测企业、工厂对自己排放污染程度的要求。
因系统将分散在不同地点的实时数据、历史数据、视频信息即时采集并保存在监控中心的服务器中，使得环保局各有关部门都可以从内部局域网中随时查询或输出所需要的各种数据资料、报表、报警信息等，非常方便快捷。
根据部门职能及行政权限的不同，对使用人员设置口令和访问权限。
主要包括：
1）历史、当前环境污染报告、预告；
2）环境测试数据查询、曲线图
3）监测站点明细
4）监测分析报表输出等
4.6WebGIS地理信息子系统
GIS（GeographicInformationSystem）即地理信息系统，它是利用现代计算机图形和数据库技术来处理地理空间及其相关数据的计算机系统，是融地理学、测量学、几何学、计算机科学和应用对象为一体的综合性高新技术。
其最大的特点就在于它能把地球表面空间事物的地理位置及其特征有机地结合在一起，并通过计算机屏幕形象、直观地显示出来。
基于GIS的设计思想和环保事业建设的需要，将电子地图与环境数据相结合来反映污染源地理分布及环境管理要素情况，可以使管理部门和决策者在不亲临现场的情况下，能直观地认识和掌握本地区的污染特点和各种环境要素，使环境管理者的管理工作更具有时效性和针对性。
通过该系统由环境质量分析、污染源分布、城市环境治理设施分布等基本环境地理信息元素构成，同时可以挖掘空间数据库和环境监测数据库中的信息，经过软件分析和统计，呈现出一些具体、直观的环境监测专题电子图，如空气质量专题图、污染源分布专题图等，使得各级管理部门可以以最直观的方式获得最新的污染源概况和环境质量等信息，为及早发现和处理突发污染事故赢取宝贵的时间。
在环境管理工作中包含了大量的环境质量和污染源数据，这些数据与各项管理工作紧密联系，同时也是环境管理工作各项决策的直接依据。
通过本系统，在数据交换和数据发布的基础上，在各个“信息孤岛”间建立起沟通的桥梁和纽带，充分发挥空间分析直观性的功效，在环境地理信息系统内实现信息集成、加工、分析，为决策提供统一有力的支持。
本系统结合环保局的要求，结合GIS的特点和环境保护的要求，可实现以下功能：
1）基本GIS功能：
系统具有通用的图形操作功能。
如放大、缩小、漫游、导航、空间量算等。
环保专业数据的查询定位：
污染源和环境监测分布点，污染源信息与环境监测数据查询。
2）环境地理信息数据的规划组织及管理：
系统的整合及表现都是地理信息系统为核心，而地理信息系统的应用基础是各种空间数据，因此，对数据进行合理的规划和组织是系统建设的关键。
3）环保专业数据查询统计：
实现基于地理方位的环保专业数据的查询及统计。
4）环保专题图发布：
系统通过对污染源在线监测和环境质量监测分析的数据结果，结合地形图，自动生成各种专题图进行发布。
如空气质量专题图、污染源密度专题图等。
5）与在线污染源监控结合：
在在GIS上实现污染源数据实时监控、告警，按地理方位数据查询统计报表等功能。
6）污染源扩散模型：
污染源扩散模型：
实现在GIS系统中的大气、水体污染物扩散模型，直观的显示出污染物扩散的范围，为应急决策提供支持。
7）车辆监控调度系统：
动态跟踪及管理车载GPS执法车辆的活动位置，实现对执法车辆的动态调度与路径分析。
4.7视频图像处理子系统
根据用户需要，在各污染源设置高清晰度网络一体化摄像机，采用室外全天候全球型云台防护罩，并把周围实时图像通过经过光纤宽带网络传至管理监控中心视频服务平台，客户可在局域网内任意客户端通过Web方式登陆网页实时监视各污染源图像，进行远程监控管理。
主要功能说明：
1）电子地图
系统支持电子地图访问，以空间数据库为基础，将应用数据与地图有机结合，提供强大的空间分析和查询功能，丰富的表达方式直观地显示结果。
2）分层结构管理
本系统采用多级用户管理和分级授权访问的机制。
用户分成两类，一类是系统管理员，拥有系统级权限，可以添加、删除和修改用户，进行用户的分配和管理，可以对系统进行安装、配置和检查，保障整个系统的正常运行；另一类是操作用户，在操作用户中设置权限，用户根据权限执行相应的监控范围。
3）现场的实时视频监控和采集
通过配置高质量的紅外线摄像机，对监控点的监控达到在正常光照条件或夜间光照条件较差甚至是0照度的情况下仍能进行高质量的视频采集以及音频的实时采集。
对关键区域进行24小时全天候监控，现场画面实时显示在本地和监控中心的屏幕上。
发生报警后，联动前端镜头对报警区域进行实时监视。
4）监控信息的存储和备份
前端摄像的音视频信号经过模数转换，编码压缩，传送到监控中心的中心管理服务器，经视频解码器解码后，给硬盘录像机，录制的文件方式保存在硬盘中，支持长时间连续不间断的录制和存储。
5）报警信息的采集和联动管理
可以管理报警器的输入节点。
当前端有报警发生时，在监控中心，系统会以声音方式通知值班人员，
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