空气水噪声监测与预报预警系统方案.docx

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空气水噪声监测与预报预警系统方案

空气、水、噪声监测与预报预警系统

建设方案

市环境监测中心站

二〇四年十一月

1项目概述

1.1项目名称

空气、水、噪声监测与预报预警系统建设。

1.2项目承担单位及负责人

项目承担单位：

。

　　负责人：

1.2.1广州市环境监测中心站组织机构

广州市环境监测中心站成立于1974年，国家二级环境监测站，在监测业务上接受中国环境监测总站和广东省环境监测中心的指导。

是广州市环境保护局属下具有政府行为的独立法人事业单位，能独立承担第三方公正环境监测。

30多年来，完成了中美、中日、中挪等十多个中外科技合作项目以及世界银行和国家、省、市重点攻关课题，分别获得国家和省、市环境保护科技成果奖近60项。

1992年被国家环保局授予“环境监测优质实验室”，1997年被国家环保总局评为“全国环境监测系统先进监测站”，2003年获中国环境监测总站“质量管理广州突出单位”和“全国城市空气质量日报预报工作突出单位”称号。

2006年，以科学的数据和分析，有力地支持了广州市创建国家环境保护模范城市地顺利开展,被广东省环境保护局评为“十五期间广东省环境监测先进集体”。

1991年通过省级计量认证，2002年通过实验室国家认可。

2012年，顺利通过计量认证复评审、扩项评审及实验室认可监督评审，目前通过计量认证项目为8大类共440项，通过实验室认可的项目为9大类共189项。

广州市环境监测中心站正式编制225人，内设14个部门。

1.2.2广州市环境监测中心站职责

广州市环境监测中心站承担政府下达的指令性监测任务，编制计划并保质保量按时完成，主要承担以下职责：

1）按国家统一规定，对本市区域内的空气、水、噪声状况进行经常性的监测，定期向同级环境保护主管部门和上级监测站呈报本市空气、水、噪声状况和污染动态的技术报告。

2）对全市排污单位的排污状况，实施定期和不定期的监督性监测，建立和健全污染源档案，为加强污染源管理和排污收费提供可靠的监测数据，参加本市污染事故调查与应急监测，负责环境污染纠纷的技术仲裁监测。

3）负责机动车排污检测、抽检、路检及其检测的质量监督工作，承担机动车排污检测方面的技术培训和质控考核。

负责本市空气、水、噪声评价，组织编写本市空气、水、噪声报告书，编制本市环境监测月报、季报、简报及监测年鉴。

4）负责本市环境监测的质量保证工作和监测网络的业务技术指导、组织技术交流及技术培训，坚决执行监测人员的业务技术考核与持证上岗制度，承担环境监测信息网络业务上的组织协调和指导工作。

开展环境监测科学研究工作，促进监测技术的不断发展。

5）承担本市区域建设项目环境影响评价中空气、水、噪声现状监测与评价，以及回顾性评价工作，负责建设项目竣工验收及治理设施运行效果的监测报告。

6）负责制订本市环境监测规划与计划，完成主管部门为进行环境管理所需要的各项监测任务，为环境管理和决策服务。

7）承担国家和地方性环境标准、技术规范、环境监测新技术、新方法的开发和验证任务，参加地方环境标准的制订和修订工作。

8）承担广州市空气质量日报、预报和水空气、水、噪声的周报工作，预测空气、水、噪声变化的趋势变化和规律。

1.2.3广州市环境监测中心站监测业务范围

广州市环境监测中心站承担水、气、声、辐射和土壤空气、水、噪声监测、污染源监测、机动车排气监测、竣工验收监测、委托监测、仲裁纠纷监测、污染事故应急监测、重点源防治/清洁生产、核技术环境登记等其它类别监测。

1.2.4项目建设方案编制依据

本方案编制遵循《国家环境保护“十二五”规划》、《国务院关于加强环境保护重点工作的意见》、环保部《关于加强环境空气质量监测能力建设的意见》、《先进的环境监测预警体系建设纲要（2010—2020年）》、《国家环境信息化2009-2015年总体发展规划》和《广东省信息化发展纲要（2005－2020年）》以及省各职能部门制定发展规划的指导思想和要求。

一方面，环境保护是我国基本国策，随着经济快速发展，人民群众对赖以生存的空气、水、噪声越来越关注，国家、省、市各级政府对环境保护工作提出了更高的要求，从2000年开始，环境保护的成效更是纳入考核各级政府执政能力的重要考核指标。

各级环保部门采取了多种有效的措施，切实加强环境，空气、水、噪声监测、空气、水、噪声预报与预警是环境保护决策的重要依据。

另一方面，国家环保部对空气、水、噪声自动监测、空气质量预报预警提出了更高的要求。

2012年2月29日，国务院常务会议审议并通过新修订的《环境空气质量标准》和《环境空气质量指数（AQI）技术规定》。

上述标准与规范对环境空气质量监测工作提出了更高的要求，新增了细颗粒物（PM2.5）、臭氧（O3）与一氧化碳（CO）三个监测项目，并将进一步提高有效小时数据比例及对数据实时性的要求。

同时，根据环境保护部“关于实施《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的通知”（环法〔2012〕1号），广州市是2012全国首批执行新标准的城市之一，新标准在监测项目、标准限值、功能区划分、数据有效率、日报和实时报等方面都有较大幅度的变化。

本方案是依据上述文件、标准和政策来编制的。

1.3项目建设目标、范围、周期、内容

1.3.1建设目标

本项目“空气、水、噪声监测与预报预警系统建设”主要包括三大空气、水、噪声要素的业务系统的建设，建设内容包括“空气、水、噪声数据采集、空气、水、噪声数据模拟与分析、空气、水、噪声数据展示”等业务环境。

因此，本项目将在已有业务系统的基础上，完善扩展现在有三个空气质量预报系统预报功能，建设超级站数据采集与传输、子站工控机数据采集与传输、噪声数据收集与展示系统，改造完善空气质量数据收集平台与实时发布系统，改造提升水环境监测数据分析系统，以适应新的空气、水、噪声标准下对空气质量自动监测、预报与预警业务需求，同时提升水环境和声环境的自动监测数据集成和展示能力，以更好地支撑空气、水、噪声保护的决策。

空气、水、噪声监测与预报预警系统建设项目通过以上8个方面的建设，达到以下目标：

1.对环境空气质量常规项目自动监测站、多项目自动监测超级站实现监测结果数据自动化采集、传输与处理，使监测预警中心控制室可实时掌握各个测点常规污染指标的状况，同时能够超级站和其它监测站点非常规则项目的监测与观测数据，如OC/EC、气溶胶离子、气溶胶粒子谱、VOC、风温廓线、激光雷达观测、气象参数等，快速掌握本辖区环境空气质量及相关数据。

2.对环境空气质量自动监测站远程控制，实现站点分析仪器质量控制任务的网络化、自动化、远程化；同时具备对各子站的监测数据、仪器运行状况、质控任务执行情况等的统计分析能力，实现对各子站环境空气质量工作的监督与考核。

3.建设快速的数据审核程序，实现空气质量新标准下的空气质量日报和小时AQI作业自动化处理，具备面向公众网络的空气质量实况发布能力；

4．数值预报系统和统计预报系统，新增PM2.5、O3、CO及AQI等多个指标的空气质量预报功能，提高预报时效，增加7天以内的趋势预报；

5．对污染源数据进行表征化处理，建设数值模型的污染源清单的标准化接口。

6．在卫星遥感监测系统中，实现激光雷达遥感影像的AOD数据反演及数据分析功能，增加PM2.5大气污染物卫星遥感产品，并完善与改进原有系统的操作界面等。

7．实现主要水环境、声环境监测数据的自动收集功能，可对主要监测站点的实时数据进展常规统计分析，并能将统计分析结果直观展示。

8．实现监测预报预警系统与站信息化数据中心对接，监测数据和预报结果数据可发往数据中心，同时实现预报预警系统对数据中心信息资源的调用。

1.3.2建设范围

1）地域范围

空气、水、噪声监测与预报预警系统建设范围为整个广州市。

2）业务范围

本系统建设涵盖的空气、水、声自动监测业务，主要包括空气空气、水、噪声自动监测、空气质量预报预警业务、水空气、水、噪声的自动监测业务、声空气、水、噪声的自动监测业务。

因此，从监测因子看，本系统设计的监测业务范围包含了三大类的环境因素，即气、水、声等。

根据现有的技术基础和客观条件，本次项目建设分三个阶段实施，2014年各系统建设完成，并提供预报预警业务化运行。

建设范围包括：

在已有的3个空气质量预报系统的基础上，针对新环境空气质量标准，开发与完善现有空气质量预报指标，扩展预警功能；在已有水环境监测平台上，增加和扩展4个监测站点的数据采集功能，增加水环境监测数据统计和展示功能；新建设3个具备空气质量数据采集与发布等功能的系统，包括建设超级站数据采集与传输系统、空气质量数据收集平台及实时发布系统、子站工控机数据采集与传输系统；新建设网络版的声环境数据采集与展示系统。

项目整体完成时间为2年，分三个阶段来进行。

第一阶段：

2012年至2013年项目正式启动，对现有空气质量预警体系的各个预测预报系统深入研究的基础上，开展新增预测污染物的预报研究，分析环境空气质量预测结果与实时污染源控制关系研究，制定预报预警系统框架。

在已有的水环境监测平台和单机版的声环境监测采集的平台上，开展数据采取与展示框架研究。

第二阶段：

2013年，开展空气质量预报系统、污染源管理数据库的整合，完善扩展预报系统的预报项目，开发和完善新的功能，基本搭起预报预警系统的框架，重点是整合污染源清单，形成PM2.5等新环境空气质量标准下的污染指标的预报预警系统，开展污染源清单的校准与更新机制；开展超级站数据采集与传输、子站工控机数据采集与传输、噪声数据收集与展示系统的建设；改造完善空气质量数据收集平台与实时发布系统；改造提升水环境监测数据分析系统。

第三阶段：

2014年，对各个系统进行全面的实际运行测试，进一步完善与改进测试过程中出现的问题；开展预报预警业务化，根据实际运行，完善预报预警响应的系统管理，形成预报预警业务化、常态化的工作平台。

3）应用范围

广州市环境监测中心站、12个区县监测站、企业及社会公众。

1.3.3建设周期

项目从立项到正式上线的建设周期为两年。

争取在2014年全面完成。

1.3.4建设内容

遵循“统一规划、统一设计、统一建设、统一管理”的原则，本项目将针对三大“气、水、声”环境要素，在已有系统和硬件建设的基础上，研发覆盖“数据采集与传输空气、水、噪声数据预报、分析空气、水、噪声数据展示”的系统平台，完善扩展3个预报系统，建设3个数据采取系统，改造完善空气质量数据业务系统，改造提升水监测数据系统。

具体建设内容主要包括以下内容：

在已有的3个空气质量预报系统的基础上，按新环境空气质量标准，完善扩展空气质量预报指标，扩展预警功能，完善预报系统的业务操作平台，以满足现行标准API预报和新标准AQI预报的要求；在已有水环境监测平台上，改造提升水监测站点的数据采集功能，并制定数据准入规则，便于日后随时增加水站点位和扩展监测项目，增加水环境监测数据统计和展示功能；新建设3个具备空气质量数据采集与发布等功能的系统，包括建设超级站数据采集与传输系统、空气质量数据收集平台及实时发布系统、子站工控机数据采集与传输系统；新建设网络版的声环境数据采集与展示系统。

1、开发建设可以兼容旧标准API和新标准AQI的子站端工控机数据收集平台，即子站工控机数据采集与传输系统。

使得各环境监测部门能够及时掌握各子站的空气质量状况，支撑空气质量新标准的实时数据应用与发布需求；各级环境监测部门对所属子站的运行状态的远程监控与网络化质量控制；考核各级环境监测部门子站数据质量、质控执行情况和设备运维水平；

2、开发建设超级站数据采集与传输系统。

系统需具备超级站仪器管理、超级站数据分析与超级站数据展示等功能模块。

首先，可对常规子站仪器、气态污染物特配仪器、颗粒物特配仪器、气象参数特配仪器、离线仪器进行管理；其次，可对过程分析、不同参数关联分析、不同站点关联分析、特殊参数分析及后向轨迹分析等。

3、完善扩展空气质量数值预测预报系统，在完善现行标准的PM10、SO2、NO2预报基础上，按新标准开发PM2.5、CO和O3的预报；另一方面，开拓支撑空气质量数值预报的气象信息接入功能和源清单更新功能；开发针对不利气象条件下空气质量预警决策支撑功能，预报系统提供不利气象条件下，影响区域的主要污染源清单，以及提供削减主要污染源下的环境空气质量变化，为重污染预报预警，制定重污染应急预案提供支撑。

按新标准，自动集成自动监测系统主要污染物浓度，并进行展示。

4、完善扩展空气质量统计预报系统（广州环境信息分析与空气质量预报业务应用系统），在完善现行标准的PM10、SO2、NO2预测基础是，按新标准增加PM2.5、CO和O3预测。

建立PM2.5的统计预报方法及模型，并纳入到现有空气质量动态统计预报系统中；建立O3的统计预报方法及模型，并纳入到现有空气质量动态统计预报系统中。

建立满足API和AQI发布要求的统计预报系统平台。

按新标准，自动集成自动监测系统的主要污染物浓度数据，并结果预报系统要求进行展示。

5、完善广州卫星遥感监测和污染预报预警条件指数预报系统，扩展卫星遥感影像新功能，根据卫星遥感数据来源的变化，开发能够针对数据格式变化的MODIS、TIMS等卫星影像数据进行快速地几何校正、辐射校正并处理，实现对遥感影像的读取和解析，并形成满足现有“多源卫星遥感监测子系统”、“数据库系统”所要求的具体格式。

改造升级现系统的气团轨迹模块，简化操作步骤和界面。

6、改造提升现有的水环境监测系统。

在已有平台的基础上，拟采用B/S架构实现多用户的并发使用，基于WebGis平台实现了强大的空间数据处理和空间数据分析，提供准确、快速的分析结果，并通过多种图形组件提供丰富的数据表达方式。

7、开发建设网络版噪声自动监测系统。

基于ArcGISEngine二次开发平台，利用数据库管理技术、WebGIS技术和Silverlight等，开发本子系统，该系统既能够对数据进行处理并发布，还能对前端噪声采集设备进行监控和管理。

8、完善改造空气质量日报、预报及实时报等数据上报系统。

本系统包括以下功能模块：

数据质控、空气质量过程分析、空气质量空间分析、网络概况、空气质量日报、空气质量预报、空气质量实况发布及系统管理等功能模块。

9.增加计算机系统硬件设备，根据预警系统模式运行的时效要求，增加高速运算计算机集群的刀片服务器数据，以确保预报的时间要求。

2现状、必要性和需求分析

2012年2月29日，国务院常务会议审议并通过新修订的《环境空气质量标准》和《环境空气质量指数（AQI）技术规定》。

上述标准与规范对环境空气质量监测工作提出了更高的要求，新增了细颗粒物（PM2.5）、臭氧（O3）与一氧化碳（CO）三个监测项目，并将进一步提高有效小时数据比例及对数据实时性的要求。

同时，根据环境保护部“关于实施《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的通知”（环法〔2012〕1号），广州市是2012全国首批执行新标准的城市之一，新标准在监测项目、标准限值、功能区划分、数据有效率、日报和实时报等方面都有较大幅度的变化。

为保证新标准能顺利执行，依托现有的监测系统和监测平台、预测预报系统，通过改造升级和新建监测数据采集、传输、收集、展示系统、完善扩展预测预报系统预报指标，完善改造预测预报系统输入输出与结果展示功能，开拓改造为按新标准进行预测预报与预警业务化的工作平台，为创新环境管理制度，保障空气质量服务。

2.1系统建设现状及存在的问题

2.1.1应用系统建设现状

目前，我站已建立了初步建立了空气、水、噪声的自动监测系统，空气质量自动监测包括：

用于监测业务开展的空气质量自动监测系统，包括10个国控点、26个市控点、交通干线和其它研究性监测点。

监测指标包括SO2、NOX、NO2、NO、PM2.5、CO、O3和PM10等污染物。

在空气质量自动监测超级站，除以上常规监测指标和VOC、OE/EC、温室气体、气象参数等已接入到空气质量自动监测系统数据收集平台外，还有激光雷达、风温廓线、在线离子色谱、粒径谱仪、浊度仪、太阳分光光度计、多轴差分光谱、云高仪等仪器监测数据未接入数据收集平台。

对非常规监测项目缺乏统一的空气、水、噪声数据采集、传输、收集与展示平台。

数据审核是质保质控的关键一环，目前数据审核面临的问题是，现有监测网络大幅度增加了站点、监测项目，而且很大部分项目需要实时发布，而目前数据审核仍是手工审核，费时费力，效率较低，加上数据读取方式缺陷，读取数据和浏览数据慢，难以较快进行数据审核判断。

在水空气、水、噪声监测系统方面，系统建设由于存在三方面的不足，难以满足当前水环境监测与管理方面的需求。

一方面，目前市站管的4个水站（石门、长洲、从化、增城）已接入水空气、水、噪声监测系统；另一方面，其它区管的4个水站数据未接入市站平台进行统一管理及数据上报，且4个水站分别由摩特威尔和湖南力合公司集成，数据至今未能发至我站数据平台；在水空气、水、噪声监测系统中，仍缺乏对水空气、水、噪声的预警功能。

在噪声环境监测系统方面：

目前，已建设的系统软件由设备供应商丹麦BK公司提供。

该系统为单机英文版，基本能提供从各个监测点位进行数据采集与发送、在固定的单台电脑上查看、浏览各个监测点位的噪声监测结果，如昼间、等效声级、L10、L50、L90、L20、L30等，能基于欧洲标准进行多种监测指标的统计，形成报表等功能。

不足之处是不能兼容其它品牌的噪声监测设备提供的数据，不能通过网络浏览的方式让多用户同时查看，未能在GIS上对监测结果进行展示。

在空气质量预报预警系统建设方面。

亚运会在广州市召开为契机，已建设了三个空气质量预报系统：

（1）广州亚运会空气质量保障预测预报系统。

该系统空气质量预报集成系统基于B/S、Net、Oracle、WebGIS等系统架构和技术平台，结合多层体系结构分布式系统设计技术、数据缓存技术等信息技术，开发空气质量监测、气象观测数据、污染源等基础信息接入、传输、管理以及空气质量预报结果会商、制作、发布等功能模块，集成中科院大气所的NAQPMS模型、美国EPA的CMAQ模式、CAMx模式以及中尺度气象模式等数值预报模型模式构建的空气质量数值预报运算模型系统，建立广州市空气质量预报运算、会商、发布、演示的可视化平台。

同时，该系统在亚运会期间，作为广州亚运空气质量保障决策及方案演示平台。

空气质量预报集成系统具体包括：

基础信息实时收集、处理模块；空气质量数值预报模式运算系统；空气质量预报会商与结果发布模块。

（2）广州亚运空气质量卫星遥感监测和空气质量条件指数预报系统，该系统技术在北京奥运通过检验，2010年在广州市环境监测中心站建成，并在亚运会期间投入正式使用。

系统主要针对空气质量进行全方位的卫星遥感观测与空气质量气象条件指数预报，在广州亚运会后实现日常空气质量监测和预报的常态化。

该系统主要包括五模块：

卫星遥感数据处理模块、数据库模块、多源卫星遥感监测模块、空气质量条件指数预报模块以及大气后向轨迹分析模块。

初步具备了：

（1）MODIS、TIMS等卫星影像数据进行快速地几何校正、辐射校正，并处理、加工成“多源卫星遥感监测子系统”、“数据库系统”所要求的具体格式。

（2）处理加工的多平台卫星遥感数据（MODIS、TIMS等），建立PM10、SO2、NO2、臭氧、AOD的遥感反演物理模型，进而获取PM10、SO2、NO2、臭氧、AOD的时空分布图。

（3）通过核心算法开发，提供广州（含亚运场馆）及周边地区空气质量条件指数预报和空气质量等级预报。

及周边地区6、12、24、48和72小时空气质量气象条件指数，亚运期间每天在9时提供预报产品。

（三）广州环境信息分析与空气质量预报业务应用系统（统计预报系统）。

该系统能够自动下载美国NCEP、日本气象厅、中央气象台、韩国气象台、台湾气象台、香港天文台等气象观测与分析资料以及全国城市每天的空气质量指数，提供大量专业的客观的天气形势和预报分析图、空气质量分布形势图，为预报员和会商专家进行空气质量预报分析，确定预报结论提供充足的参考，满足现行空气、水、噪声标准下的日报预报需求；系统同时具有强大的大气环境信息诊断分析功能，对历史出现的重污染进行分类，提供重污染日的客观气象条件，以供技术人员进行污染原因与预警分析；系统的预报模型是基于NECP全球格点气象数据的客观天气形势与预报分析资料，采用数据挖掘与数理统计技术的新型统计预报模型，对于主要污染物PM10预报准确率高，同时预报系统提供了NO2、SO2、预报接口。

2.1.2硬件及网络建设现状

本项目的硬件条件及网络的建设现状以空气质量预报预警平台建设过程中所搭建的硬件平台为主。

下面分别阐述。

（一）硬件设备情况简介

硬件设备主要分两部分，一是监测系统部分，二是预测预报与预警系统平台部分。

监测系统部分的硬件，主要包括监测仪器和计算机，目前监测系统计算机为独立台式计算机，水自动监测系统、噪声自动自动系统采用台式微机，空气自动监测采用台式服务器，基本上一个系统一台计算机。

预报预报与预警系统平台的硬件利用亚运《空气质量保障预测预报能力建设》项目建立的硬件和网络基础设施，情况如下：

（1）网络保障:

构建集群网络硬件系统，具有较高的网络通讯功能，以减小计算过程中网络延迟时间比，能高效地支持并行计算；计算节点间的网络通讯速度保证并行效率高于70%；

（2）磁盘存储系统:

针对多模式集成的实时预报系统数据量大的特点，采用磁盘阵列存储数据。

磁盘阵列与计算平台间有较高的网络通讯功能，同时具有扩容能力；

（3）预报模式计算平台:

为了提供模式系统预报的时效性，计算平台拥有较快的计算速度，可靠的系统稳定性，足够的磁盘空间；

（4）集群软件:

硬件平台包括配套的支持各模式正常运行的操作系统及必备的系统工具、编译工具和库文件等。

（5）空气、水、噪声监视配套设备（大屏幕显示系统）：

主要包括大屏幕显示器（由12块50寸大屏幕拼接建成的整体大屏幕显示器）、显示系统图像处理器（中文的显示系统，能显示系统各种分辨率的电子地图\GPS等图像，并将图像通过网络传输到大屏幕显示器完全快速显示出来，供监控中心工作人员和参观的领导直观的掌握全面信息）、多屏处理器、大屏幕控制软件以及拼接墙应用管理系统。

如表1所示。

表1硬件和网络建设现状情况一览表

空气质量预报系统硬件平台

硬件集成

对刀片机、网络交换机、管理与I/O节点服务器、发布系统服务器、存储磁盘阵列（包括对已经购买的两台I/O节点服务器（IBM　3650M2）、一套存储磁盘阵列（EMC　CX4-240C）、一台光纤交换机IBM-2948-B24）等硬件进行集成调试,以满足多模式的空气质量数值预报集成系统高性能稳定计算要求

空气质量预测预报计算机及设备配件

按空气质量预报系统海量的模拟运算、网络交换与及存储要求，建立以刀片服务器组成的并行运算计算机群组、管理与I/O节点机架服务器、网络交换机、磁盘阵列、显示发布服务器等硬件支持平台

其它配套设备

配置2台空调机和消防系统，保障硬件平台工作环境和安全

空气、水、噪声监视配套设备

大屏幕监视器及显示系统图像处理器

建立大屏幕监视器，并根据空气质量预测预报演示和会商的要求，建立显示系统图像处理系统器并提供大屏幕控制软件和拼接控制器、分配器等各种配件。

为保障空气质量预报集成系统海量数据模型运算、基于GIS等系统应用的高速稳定运行，科学构建一套性能良好空气质量预报系统的硬件平台，需要配置能够提供高性能并行运算、快速网络数据交换和海量存贮的刀片服务器系统等网络设备及终端应用设备，大容量存储备份系统，图形显示系统等。

（二）空气质量预报系统硬件平台系统结构

空气质量预报硬件平台包括含20个节点以上计算节点，采用刀片式服务器，放置在2个刀片中心里，计算节点分为两套，并共用大容量存储系统，实现大规模数据调用；另外还包括2个作业管理节点和2个系统I/O