專利名稱：重大環(huán)境風險源監(jiān)控系統(tǒng)構建方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境污染事故監(jiān)控技術領域，特別涉及一種針對重大環(huán)境污染事故風 險源的實時監(jiān)控系統(tǒng)的構建方法。
背景技術：
近年來，我國重大環(huán)境污染事故頻發(fā)，成為危害人類健康、破壞生態(tài)環(huán)境的重要因 素，已嚴重威脅了我國環(huán)境、經濟及社會的和諧發(fā)展。對重大環(huán)境污染事件進行系統(tǒng)研究， 通過對重大環(huán)境風險源的監(jiān)控和預警管理，將重大環(huán)境污染事件遏制在孕育期，是有效預 防污染事件和減少環(huán)境危害的最佳選擇。然而我國的重大環(huán)境風險源監(jiān)控與管理體系尚不健全，缺乏相關的技術規(guī)范和標 準、監(jiān)控和預警技術等，還不能真正實現(xiàn)有效的環(huán)境風險預警。在環(huán)境風險源“分類-分 級-監(jiān)控-管理_應急”體系中，監(jiān)控起著至關重要的作用，是變被動式和應急式的環(huán)境污 染管理模式為主動預警式和科技前瞻性的風險管理模式的關鍵，可以使環(huán)境管理和污染控 制的關口前移。因此，迫切需要構建重大環(huán)境風險源監(jiān)控技術體系，將環(huán)境風險源的常態(tài)化 管理與應急式管理相結合。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，通過對重大環(huán)境風險源的實時監(jiān)控，實現(xiàn)對突發(fā)性污染事件 的及時預警，為環(huán)境風險管理和決策提供技術支持。為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是提供一種構建重大環(huán)境風險源監(jiān)控系 統(tǒng)的方法，其操作步驟如下步驟1 根據(jù)環(huán)境風險源識別結果，篩選出需要監(jiān)控的重大環(huán)境風險源和指標；步驟2 結合監(jiān)控指標體系，針對固定源、移動源和敏感受體分別制定監(jiān)控布點方 案；步驟3 建立監(jiān)控技術庫，針對不同監(jiān)控對象選擇監(jiān)控技術，采用綜合評估法確定 監(jiān)控設備的配置水平；步驟4 根據(jù)監(jiān)控設備的輸出模式(有線、無線)傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)，服務器對數(shù)據(jù)進 行接收、解析、入庫，對超標及無效數(shù)據(jù)進行報警；步驟5 建立包括空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和管理信息數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控系統(tǒng)綜合數(shù) 據(jù)庫；步驟6 構建基于WebGIS架構的監(jiān)控信息平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)主要功能。本發(fā)明的有益效果在于，采用本發(fā)明所述的重大環(huán)境風險源監(jiān)控系統(tǒng)構建方法， 可以建立一個集連續(xù)在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)庫管理、GIS地圖展示及模型分析等功能于一體的重 大環(huán)境風險源監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對重大環(huán)境風險氣態(tài)源、液態(tài)源和移動源的全過程動態(tài)監(jiān)控， 起到及時預警的作用，使環(huán)境風險源的常態(tài)化管理與應急式管理有效結合，為決策支持提 供技術支撐。


圖1重大環(huán)境風險源監(jiān)控體系邏輯框架圖2重大環(huán)境風險源監(jiān)控指標體系圖3重大環(huán)境風險源監(jiān)控技術體系圖4化工園監(jiān)控系統(tǒng)主干網絡拓撲5系統(tǒng)服務器對監(jiān)控數(shù)據(jù)的處理流程圖6基于WebGIS的環(huán)境風險源實時監(jiān)控平臺表1源和受體的屬性比較表2源和受體的監(jiān)控級別
具體實施例方式根據(jù)上述技術方案，下面通過附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。鑒于目前重大環(huán)境風險源監(jiān)控的現(xiàn)狀條件，提出適合中國國情的重大環(huán)境風險源 監(jiān)控系統(tǒng)設計框架，如圖1所示，主要從監(jiān)控指標體系、監(jiān)控布點方案、監(jiān)控技術、監(jiān)控數(shù)據(jù) 采集傳輸、監(jiān)控網絡數(shù)據(jù)庫構建和監(jiān)控管理技術平臺六個方面構建監(jiān)控系統(tǒng)。利用本技術方案所述重大環(huán)境風險源監(jiān)控系統(tǒng)構建方法建立某國家級化學工業(yè) 園區(qū)環(huán)境風險源動態(tài)監(jiān)控平臺，包括如下步驟步驟1 確定監(jiān)控指標，可分為氣象參數(shù)、源狀態(tài)參數(shù)、氣態(tài)特征風險物質濃度，液 態(tài)特征風險物質濃度、水質常規(guī)五參數(shù)、水質綜合指標和水生物綜合毒性等；首先對該化工園內的企業(yè)進行風險源普查，收集整理包括風險源位置和性質、風 險事故類型、風險應急處理辦法和風險源周邊環(huán)境等內容，采用“專家打分法”和“重大環(huán)境 風險源分級評價模型”對風險源進行風險排序，優(yōu)選環(huán)境風險較大的風險源及其周邊敏感 環(huán)境受體作為監(jiān)控對象。在確定具體的監(jiān)控指標(如圖2a、2b和2c)時不僅僅涉及“特征 風險物質”的濃度指標，還需要監(jiān)控安全參數(shù)，如儲罐的溫度、壓力和液位等；同時，采用視 頻對罐區(qū)和庫區(qū)監(jiān)控揮發(fā)出的氣體的濃度、酸霧和裝卸區(qū)狀況進行監(jiān)控。對于特征風險物 質的篩選，需根據(jù)風險源所涉及化學物質的理化性質，參考大氣和水環(huán)境污染物黑名單和 環(huán)境有害化學品的手冊名錄來進行。所選物質應具備以下基本特征(1)可信事故條件下 能夠進入大氣或水環(huán)境；(2)進入大氣或水環(huán)境后能夠對人體或生態(tài)系統(tǒng)產生危害。步驟2 結合監(jiān)控指標體系，針對固定源、移動源和敏感受體分別制定監(jiān)控布點方 案；按照重大環(huán)境風險源所在區(qū)域內部、區(qū)域外部敏感環(huán)境受體和裝載風險物質的移 動車輛三個部分分別制定；其中固定源所在企業(yè)和園區(qū)內的監(jiān)控布點，選擇在企業(yè)各車間 和工段的廢氣及廢水排放口、罐區(qū)和庫區(qū)的內部及周邊。固定源根據(jù)其不同級別在布點范 圍和采樣頻次上區(qū)別對待，級別越高監(jiān)控點分布越密，數(shù)據(jù)采集頻率越高；點位的布設應涵 蓋整個風險影響區(qū)域；盡可能以最少的點位獲取足夠的有代表性的數(shù)據(jù)，同時需要考慮長 期連續(xù)采樣的可行性和方便性。大氣環(huán)境敏感受體的監(jiān)控布點，選擇在風險源密集區(qū)域下風向的居民聚居地、重 要行政單位、醫(yī)院、學校。采用扇形布點法，以風險源所在位置為頂點，在其主導下風方向劃出一個扇形地區(qū)作為布點范圍。扇形角度一般為45°，也可取60°，但不超過90°。在扇 形平面內距定點不同位置劃3條弧線，每條弧線上設立3-4個監(jiān)控點位，相鄰兩監(jiān)控點位之 間的夾角一般取10-20°。水環(huán)境敏感受體的監(jiān)控布點，一般選擇在河流水源地的上游，感潮河流亦要在水 源地的下游布點。根據(jù)液態(tài)風險源最大可信泄漏事故的情景分析及一維水質模型，確定源 的釋放、擴散途徑和超標污染帶的范圍，并參考《地表水和污水監(jiān)測規(guī)范》確定監(jiān)控斷面的 具體位置。載運環(huán)境風險物質的車輛和船舶在監(jiān)控布點時除自身安裝監(jiān)控設備外，還要在其 可能經過的重要關卡，如工業(yè)企業(yè)和化學工業(yè)園區(qū)大門、敏感環(huán)境區(qū)邊界等，布設射頻標 簽，以便通過時進行掃描。步驟3 建立監(jiān)控技術庫，針對不同監(jiān)控對象選擇監(jiān)控技術，采用綜合評估法確定 監(jiān)控設備的配置水平；對應步驟1中的監(jiān)控指標搜集具有自動在線監(jiān)測能力的監(jiān)控設備，按設備的型 號、生產商、檢測原理、檢測范圍、檢測周期、靈敏度、精確度、準確度、前處理、校準、耗材、維 護、尺寸、數(shù)據(jù)輸出模式、應用案例等基本屬性分別錄入數(shù)據(jù)，形成具有按屬性查詢和綜合 評分功能的環(huán)境風險源監(jiān)控技術庫。對該化學工業(yè)園區(qū)內重大環(huán)境風險源的監(jiān)控一般選擇能夠進行高濃度粗略定量、 可靠性高、價格低廉、小型化、安裝操作維護簡單的傳感器，對敏感環(huán)境受體的監(jiān)控一般選 擇檢測限低、檢測范圍廣、能夠對風險區(qū)內眾多物質定性的大型在線分析設備，監(jiān)控技術體 系見圖3和表1?？紤]風險源和風險區(qū)的分級給出風險源監(jiān)控設備的配置水平，考慮風險受 體易損性和風險區(qū)的分級給出敏感環(huán)境受體監(jiān)控設備的配置水平，如表2所示，一級監(jiān)控 為最高配置，三級監(jiān)控為最低配置。
表1源和受體的屬性比較
物質種類物質濃度布點數(shù)量環(huán)境條件風險源單一、已知同多惡劣風險受體復雜、未知低少良好
表2源和受體的監(jiān)控級別
一、二級風險源三、四級風險源敏感受體一般受體高、中風險區(qū)一級監(jiān)控二級監(jiān)控一級監(jiān)控二級監(jiān)控較低、低風險區(qū)二級監(jiān)控三級監(jiān)控二級監(jiān)控三級監(jiān)控 步驟4 監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理；實施例中所選監(jiān)控設備的數(shù)據(jù)輸出均為通用性強的模式，有線輸出采用基于 Modbus通訊協(xié)議的標準工業(yè)信號如0/4-20mA模擬量、RS-232/485數(shù)字量等，無線輸出采用 GPRS、TD-SCDMA等通訊協(xié)議。監(jiān)控設備的輸出信號以上述模式傳輸?shù)胶诵慕粨Q機后，再通 過100Mbps Ethernet傳輸?shù)骄W絡服務器群，監(jiān)控系統(tǒng)的網絡出口分別與Internet和該化 工園管委會安全生產及環(huán)境應急專用LAN相連，整個化工園監(jiān)控系統(tǒng)的網絡拓撲圖如圖4。 網絡服務器群對該監(jiān)控系統(tǒng)中所有設備的輸出數(shù)據(jù)進行接收、解析和入庫保存，流程見圖5 所示。監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析處理是通過后臺服務器上運行的應用程序實現(xiàn)的，當監(jiān)控數(shù)值因 系統(tǒng)故障而超出預設的理論閾值時發(fā)出數(shù)據(jù)無效報警，當監(jiān)控數(shù)值因污染事件而超出報警
6閾值時發(fā)出數(shù)據(jù)超標報警。超標報警采用聲、光、短信和文檔四種提示方式，報警級別由低 到高為藍色、黃色、橙色、紅色。步驟5 建立包括空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和管理信息數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控系統(tǒng)綜合數(shù) 據(jù)庫；空間數(shù)據(jù)庫以Microsoft SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫作為存儲數(shù)據(jù)的基準，通過空 間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE與ArcGIS Desktop相連接，包含覆蓋化學工業(yè)園區(qū)監(jiān)控區(qū)域的企業(yè)、居 民區(qū)、學校、河流等SHAPE格式的數(shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)庫采用SQL數(shù)據(jù)庫存取，包含風險源的實時 監(jiān)控數(shù)據(jù)，以及企業(yè)、風險源、風險物質和敏感點的基本信息等。管理信息數(shù)據(jù)庫包含污染 事故案例庫、風險物質爆炸和擴散模型、應急預案、應急處理處置方法和材料庫、應急專家 表單、用戶信息數(shù)據(jù)、查詢權限數(shù)據(jù)等內容。步驟6 構建基于WebGIS架構的監(jiān)控信息平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)主要功能；該園區(qū)監(jiān)控信息平臺采用.NET框架，在ESRI ArcGIS開發(fā)環(huán)境下，使用ArcIMS進 行風險源實時數(shù)據(jù)的發(fā)布，同時采用SQL+ArcSDE的方式進行數(shù)據(jù)存儲；平臺整個框架采用 分層式架構，如圖6所示，從上到下依次是用戶端、界面表現(xiàn)層、GIS服務層和基礎數(shù)據(jù)層。該園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)對重大環(huán)境風險源的監(jiān)控管理，并對突發(fā)性污染事 件的及時預警、環(huán)境風險管理和決策提供技術支持。
權利要求
一種重大環(huán)境風險源監(jiān)控系統(tǒng)構建方法，其特征在于包括如下步驟步驟1根據(jù)環(huán)境風險源識別結果，篩選出需要監(jiān)控的重大環(huán)境風險源和指標；步驟2結合監(jiān)控指標體系，針對固定源、移動源和敏感受體分別制定監(jiān)控布點方案；步驟3建立監(jiān)控技術庫，針對不同監(jiān)控對象選擇監(jiān)控技術，采用綜合評估法確定監(jiān)控設備的配置水平；步驟4根據(jù)監(jiān)控設備的有線或無線輸出模式傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)，服務器對數(shù)據(jù)進行接收、解析、入庫，對超標及無效數(shù)據(jù)進行報警；步驟5建立包括空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和管理信息數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫；步驟6構建基于WebGIS架構的監(jiān)控信息平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)主要功能。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟1中的監(jiān)控指標是一系列能清晰反 映環(huán)境風險源系統(tǒng)基本特征及環(huán)境風險變化趨勢并相互印證的項目，環(huán)境風險源系統(tǒng)基本 特征包括風險物質本身的性質和風險源周邊的自然、社會狀況、敏感目標的環(huán)境質量；步 驟1中監(jiān)控指標的篩選過程是以環(huán)境風險源識別中的分級結果為基礎，選取重大環(huán)境風險 源，結合實施區(qū)域的特點綜合考慮指標選取的科學性、典型性和可操作性；步驟1中的監(jiān)控 指標體系按固定源(包括氣態(tài)源和液態(tài)源)和移動源劃分，其中氣態(tài)源監(jiān)控指標包括氣象 參數(shù)、源狀態(tài)參數(shù)和特征風險物質濃度，液態(tài)源監(jiān)控指標包括源狀態(tài)參數(shù)、特征風險物質濃 度、水質常規(guī)五參數(shù)、水質綜合指標和水生物綜合毒性，移動源監(jiān)控指標包括位置參數(shù)、狀 態(tài)參數(shù)和特征風險物質濃度。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟2中的監(jiān)控布點方案是按照重大環(huán) 境風險源所在區(qū)域內部、區(qū)域外部敏感環(huán)境受體和裝載風險物質的移動車輛三個部分分別 制定的；其中環(huán)境風險源所在區(qū)域內部的布點，選擇在工廠各車間和工段的廢氣及廢水排 放口、罐區(qū)和庫區(qū)的內部及周邊；區(qū)域外部敏感環(huán)境受體的布點，選擇在環(huán)境風險源密集區(qū) 域下風向的居民聚居地、重要行政單位、醫(yī)院、學校及河流水源地的上游；移動風險源的布 點，除車船自身安裝監(jiān)控設備外，選擇在車船經過的重要關卡，如工業(yè)企業(yè)和園區(qū)大門、敏 感環(huán)境區(qū)邊界等，布設射頻標簽。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟3中的監(jiān)控技術庫包括重大環(huán)境風 險源狀態(tài)參數(shù)、氣象參數(shù)、氣態(tài)風險物質濃度、液態(tài)風險物質濃度、水質常規(guī)五參數(shù)、水質綜 合指標和水生物綜合毒性七個子庫，對應每個子庫收集了具有自動在線監(jiān)測能力的設備； 步驟3中的不同監(jiān)控對象是指風險物質的儲存區(qū)和排放口、大氣和水環(huán)境受體等，對源的 監(jiān)控一般選擇能夠進行高濃度粗略定量、可靠性高、價格低廉、小型化、安裝操作維護簡單 的傳感器，對受體的監(jiān)控一般選擇檢測限低、檢測范圍廣、能夠對風險區(qū)內眾多物質定性的 大型在線分析設備；步驟3中的綜合評估法是指考慮風險企業(yè)和風險區(qū)的分級給出風險源 監(jiān)控設備的配置水平，考慮風險受體易損性和風險區(qū)的分級給出敏感環(huán)境受體監(jiān)控設備的 配置水平。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟4中的有線輸出模式指基于Modbus 通訊協(xié)議輸出標準工業(yè)信號如0-20mA或4-20mA模擬量、RS-232或RS-485數(shù)字量等，無線 輸出模式指GPRS、TD-SCDMA等；監(jiān)控設備的輸出信號以上述模式傳輸?shù)胶诵慕粨Q機后，再 通過100Mbps Ethernet傳輸?shù)骄W絡服務器群，監(jiān)控系統(tǒng)的網絡出口分別與Internet和環(huán) 保專用LAN相連；步驟4中的數(shù)據(jù)解析指監(jiān)控系統(tǒng)后臺服務器上運行的應用程序對監(jiān)控數(shù)據(jù)分析處理，當監(jiān)控數(shù)值因系統(tǒng)故障而超出預設的理論閾值/固定閾值時發(fā)出數(shù)據(jù)無效報 警，當監(jiān)控數(shù)值因污染事件而超出報警閾值/動態(tài)閾值時發(fā)出數(shù)據(jù)超標報警。其中超標報 警采用聲、光、短信、和文檔四種提示方式，報警級別對應于特征風險物質危害級別。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟5中的空間數(shù)據(jù)庫以MicrosoftSQL SerVer2005數(shù)據(jù)庫作為存儲數(shù)據(jù)的基準，通過空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE與ArcGIS Desktop相 連接，包含覆蓋監(jiān)控區(qū)域的企業(yè)、居民區(qū)、學校、河流等SHAPE格式的數(shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)庫采用 SQL數(shù)據(jù)庫存取，包含風險源的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、風險源、受體和特征風險物質的基本信息等； 管理信息數(shù)據(jù)庫包含預警模型、應急管理及用戶權限等相關信息。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟6中的監(jiān)控信息平臺采用.NET框架， 在ESRIArcGIS開發(fā)環(huán)境下，使用ArcIMS進行風險源實時數(shù)據(jù)的發(fā)布，同時采用SQL+ArcSDE 的方式進行數(shù)據(jù)存儲；平臺整個框架采用分層式架構，從上到下依次是用戶端、界面表現(xiàn) 層、GIS服務層和基礎數(shù)據(jù)層；步驟6中監(jiān)控平臺的主要功能通過數(shù)據(jù)接收處理、源和受體 屬性管理、源和受體實時監(jiān)控、應急管理和系統(tǒng)設置等模塊實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重大環(huán)境風險源監(jiān)控系統(tǒng)構建方法，包括步驟根據(jù)環(huán)境風險源識別結果，篩選出需要監(jiān)控的重大環(huán)境風險源和指標；結合監(jiān)控指標體系，針對固定源、移動源和敏感環(huán)境受體分別制定監(jiān)控布點方案；建立監(jiān)控技術庫，針對不同監(jiān)控對象選擇監(jiān)控技術，采用綜合評估法確定監(jiān)控設備的配置水平；根據(jù)監(jiān)控設備的有線或無線輸出模式傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)，服務器對數(shù)據(jù)進行接收、解析、入庫，對超標及無效數(shù)據(jù)進行報警；建立包括空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和管理信息數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫；構建基于WebGIS架構的監(jiān)控信息平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)主要功能。本發(fā)明集連續(xù)在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)庫管理、GIS地圖展示及模型分析等功能于一體，能有效服務決策指揮、預防事故發(fā)生。
文檔編號G05B19/418GK101976061SQ20101024689
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權日2010年8月6日
發(fā)明者俞博凡, 司繼宏, 宋永會, 彭劍峰, 溫麗麗, 袁鵬 申請人:中國環(huán)境科學研究院