市級環(huán)境保護監(jiān)測站空氣質量網格化
1、總體設計
系統(tǒng)設計遵循技術*進、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則。并綜合考慮施工、維護及操作因素，并將為今后的發(fā)展、擴建、改造等因素留有擴充的余地。通過對環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測聯(lián)網平臺工作的內容及專業(yè)技術進行了深入的研究和分析，對比分析國內研究成果和應用成果，并結合我國國情，參照相關國家標準和部門頒布標準，遵照超前性和客觀性相結合，信息技術和自動化技術相結合，現(xiàn)代技術和急促設施改造相結合，以及*進性與經濟性相兼顧，管理手段與應用效果相兼顧的指導思想，zui終設計并開發(fā)了該套縣級環(huán)境空氣質量網絡化質控平臺。在系統(tǒng)開發(fā)中，綜合運用了計算機自動控制技術、計算機網絡技術、通訊技術、GIS開發(fā)技術、物聯(lián)網技術、數(shù)據(jù)庫技術等。
2、設計原則
（1）*進性
采用當前成熟且*進的技術，保持系統(tǒng)硬件、軟件、技術方法和數(shù)據(jù)管理的*進性，保證系統(tǒng)建成后再技術層次上5～8年內不落后。同時具有較強的可移植性、可重用性，在將來能迅速采用技術，以長期保持系統(tǒng)的*進性。
（2）可靠性
以可靠成熟的軟件產品為基礎，結合具體需求進行配置、定制和二次開發(fā)的方式進行實施，保證有效縮短項目實施時間，降低項目實施的風險。系統(tǒng)應能夠支持較大并發(fā)用戶同時進行瀏覽、操作等與數(shù)據(jù)庫的交互式的操作，并且相對占用較少的硬件資源。當意外事件發(fā)生時，能通過快速的應急處理，實現(xiàn)故障修復，保證數(shù)據(jù)的完整性，避免丟失重要數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具有較強的應變能力和容錯能力，確保系統(tǒng)在運行時反應快捷。安全可靠。
（3）安全性
系統(tǒng)安全是系統(tǒng)穩(wěn)定運行至關重要的因素，本系統(tǒng)采用如下安全機制：?應用服務器應部署在安全防護等級二級以上的機房。?軟件采用數(shù)字認證技術實現(xiàn)嚴格的權限控制，未授權人員無法登陸系統(tǒng)或進行相應操作。桌面端和移動端均采用數(shù)據(jù)證書進行網絡安全認證，以便保證數(shù)據(jù)操作及傳輸?shù)认嚓P環(huán)節(jié)的安全。?采用身份識別技術，保護系統(tǒng)配置和注冊的服務不被非授權請求訪問。?對系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)進行加密，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性和保密性。?軟件采用強大的日志功能，記錄用戶的各種重要操作和系統(tǒng)的異常信息。
（4）擴展性
隨著系統(tǒng)長期的使用，數(shù)據(jù)量會逐步增大，各地信息化程度越來越高以后，訪問壓力也可能逐步增大，因此需要系統(tǒng)在設計時就考慮良好的可擴展性，能夠支撐將來擴容的需求，能夠以較小的代價升級系統(tǒng)，提升系統(tǒng)支撐能力。軟件系統(tǒng)的建設能夠適應不斷發(fā)展的業(yè)務需求，能夠靈活擴充，提供系統(tǒng)功能進一步擴大的基礎技術支撐。
（5）易用性
系統(tǒng)具有*的、友好的客戶化界面，易于使用和推廣，并具有實際可操作性，使用戶能夠快速地掌握系統(tǒng)的使用。除特殊的、必須的應用外，用戶終端全部采用瀏覽器的方式?快速部署：可以再zui短的時間里，進行應用結構和功能的定義、設計、實現(xiàn)。?零客戶端維護：除特殊的、必須的應用外，整個系統(tǒng)采用B/S結構，所有的數(shù)據(jù)及應用都統(tǒng)一在服務器端維護，用戶端只要支持瀏覽器就可以完成全部操作。?操作簡便：采用成熟的產品和*進的系統(tǒng)設計理念，同時應用設計遵循簡單實用的原則，做到對操作人員、使用人員zui低的技術門檻，簡單培訓就可以進行操作。?系統(tǒng)易于維護:使用該系統(tǒng)如同使用IE瀏覽器一樣容易，且易于系統(tǒng)管理員維護。
（6）可維護性?
本系統(tǒng)采用插件化、面向服務的設計體系，使系統(tǒng)有適應業(yè)務不斷變化的能力，易于調整、擴充和組合，zui大限度滿足業(yè)務要求。選用符合標準的通信協(xié)議和設備技術參數(shù)，使系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、操作平臺之間的相互依賴減至zui小，保證沒有單點故障，提供完整的應急預案和恢復預案。?本系統(tǒng)采用集群配置，并且確?？蛻舳四軌蛲该髟L問集群。同時本系統(tǒng)還采用容錯或容災配置，對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障有處理預案，并有必要的技術手段支持。?
在系統(tǒng)預期的壽命周期內，可以升級和修改，以滿足操作和技術變化的需要；售后服務體系要確保系統(tǒng)在規(guī)定的使用壽命周期內能連續(xù)運行。
3、設計依據(jù)系統(tǒng)建設嚴格執(zhí)行系統(tǒng)的標準化和規(guī)范化，以保證信息系統(tǒng)工作過程的規(guī)范化和信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的標準化。所遵從的主要標準有：?
《中華人民共和國環(huán)境保護法》?
《中華人民共和國大氣污染防治法》?
《大氣污染防治行動計劃》（國發(fā)〔2013〕37號）?
《大氣污染防治目標責任書》?《國家環(huán)境保護“十二五"科技發(fā)展規(guī)劃》（環(huán)發(fā)〔2011〕63號）《關于開展環(huán)境保護重點城市環(huán)境空氣質量預報工作的通知》（環(huán)發(fā)〔2000〕231號）?
《污染源自動監(jiān)控管理辦法》（國家環(huán)?？偩至畹?8號）?
《國控重點污染源自動監(jiān)控能力建設項目建設方案》（國家環(huán)?？偩趾痆2007]241號?《污染源在線自動監(jiān)控信息傳輸、交換技術規(guī)范》（HJ/T355-2007）?
《環(huán)境空氣質量標準》（GB 3095-2012）?
《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》（HJ/T212-2005）?
《環(huán)境污染源在線自動監(jiān)控信息傳輸、交換技術規(guī)范》（HJ/T352-2007）?
《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）
4、建設內容
環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測聯(lián)網平臺是指環(huán)境保護部門通過通信傳輸線路與自動監(jiān)控設備鏈接，用于對環(huán)境空氣質量實施自動監(jiān)控的軟件和硬件，硬件主要包括子站數(shù)采儀、子站VPN、子站交換機、數(shù)據(jù)庫服務器、VPN、機柜等。軟件部分包括數(shù)據(jù)審核處理系統(tǒng)、大氣在線監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境地理信息系統(tǒng)、手機APP。
4.1 數(shù)據(jù)審核處理
系統(tǒng)數(shù)據(jù)審核處理系統(tǒng)的建設主要為實現(xiàn)縣級監(jiān)測中心數(shù)據(jù)資源的管理。根據(jù)信息管理運行的方式與特點，系統(tǒng)的功能應該滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)的審核、處理、查詢、統(tǒng)計、分析等等。數(shù)據(jù)綜合管理平臺的應用能夠為環(huán)境部門進行環(huán)境空氣質量綜合管理、環(huán)境規(guī)劃、決策分析提供支持。數(shù)據(jù)審核處理系統(tǒng)通過利用大型關系型數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)安全、*性和分布式處理等方面的優(yōu)勢，將常規(guī)6參數(shù)、氣象五參數(shù)等數(shù)據(jù)集中起來，使用戶通過單一界面就可以方便的管理、查詢、分析大量的環(huán)境數(shù)據(jù)，從而簡化環(huán)境數(shù)據(jù)管理的難度，提高環(huán)境數(shù)據(jù)管理水平。系統(tǒng)建設遵循《環(huán)境數(shù)據(jù)庫設計與運行管理規(guī)范》相應要求。采用Web Service數(shù)據(jù)訪問技術、ETL數(shù)據(jù)加工分析技術等整合環(huán)境質量監(jiān)測各項數(shù)據(jù)，并通過對數(shù)據(jù)的整理、加工、分析，提取綜合、有效的環(huán)境數(shù)據(jù)結果，為環(huán)境質量數(shù)據(jù)的發(fā)布提供支撐，為環(huán)境管理決策提供數(shù)據(jù)支持。
數(shù)據(jù)審核處理系統(tǒng)采用四層設計，主要有標準層、審核處理層、數(shù)據(jù)庫層、服務層。在標準層采用《環(huán)境空氣質量標準》（GB3095-2012）、《環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范（試行）》以及《環(huán)境空氣質量指數(shù)（AQI）技術規(guī)定（試行）》等規(guī)范或標準文件，并符合市級傳輸協(xié)議的相關標準，按照新標準和評價技術規(guī)范的要求，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)評價的標準化和規(guī)范化，通過這些標準和規(guī)范的制定，系統(tǒng)就能夠實現(xiàn)各個層面的良好交流。審核處理層主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的審核和處理。數(shù)據(jù)審核的方式主要有兩種：自動審核和人工復審。數(shù)據(jù)處理主要是對采集上來的數(shù)據(jù)進行匯總、集成、日均值修約等等，合格后才能入庫，保證上報的監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性和準確性。數(shù)據(jù)庫層主要用于元數(shù)據(jù)、基礎數(shù)據(jù)的存儲和管理等功能，對于已經建設空氣自動監(jiān)測管理數(shù)據(jù)庫的縣來說，保持現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫管理體系，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫管理體系作進一步開發(fā)，作好與省、市級數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的借口與數(shù)據(jù)交換功能，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要功能包括建庫管理、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)查詢輸出、數(shù)據(jù)維護管理、代碼維護、數(shù)據(jù)庫安全管理、數(shù)據(jù)庫備份恢復、數(shù)據(jù)庫外部接口等，是數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)庫建立和維護的主要工具，也是在系統(tǒng)運行過程中進行原始數(shù)據(jù)處理和查詢的主要手段
(1)、元數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)是關于數(shù)據(jù)的描述性數(shù)據(jù)信息，大量地反映數(shù)據(jù)集自身的特征規(guī)律，方便于用戶對數(shù)據(jù)集的準確、高效與充分的開發(fā)與利用。通過元數(shù)據(jù)可以檢索、訪問數(shù)據(jù)庫，可以有效利用計算機的系統(tǒng)資源。
(2)、配置數(shù)據(jù)庫配置數(shù)據(jù)庫主要是針對數(shù)據(jù)庫所支撐的各個平臺的相應系統(tǒng)配置做數(shù)據(jù)支撐，如：系統(tǒng)的后臺管理模塊等。
(3)、基礎數(shù)據(jù)庫基礎數(shù)據(jù)庫存儲空氣質量監(jiān)測點基礎信息等，是其業(yè)務模塊運行的基礎，系統(tǒng)提供功能對這些基礎信息進行管理維護，保證基礎數(shù)據(jù)在整個業(yè)務系統(tǒng)中的*性和準確性，避免基礎數(shù)據(jù)前后不*造成的系統(tǒng)功能異常。
(4)、業(yè)務數(shù)據(jù)庫根據(jù)國標的相關要求以及業(yè)務系統(tǒng)相對應標準搭建，在確保數(shù)據(jù)格式的準確以及可更新性的基礎上搭建。采用標準及國家標準對輸入數(shù)據(jù)標準化，采用標準編碼，使進入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)格式共享，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)從技術上可*交互。對空氣質量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整合，形成統(tǒng)一的空氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)的實時發(fā)布提供基礎支撐。在數(shù)據(jù)服務層主要有數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析以及AQI日報自動生成這些功能，通過Web Service接口與數(shù)據(jù)庫相連。
1）自動審核在數(shù)據(jù)傳輸過程中，針對各項數(shù)據(jù)上報類型和規(guī)范要求，可以預定義數(shù)據(jù)校驗規(guī)則，有效保證數(shù)據(jù)質量，自動審核能夠基于《國家空氣監(jiān)測網監(jiān)測數(shù)據(jù)標識體系》對異常數(shù)據(jù)進行篩選剔除，能夠對離群數(shù)據(jù)和PM10、PM2.5倒掛數(shù)據(jù)進行篩選剔除。對數(shù)據(jù)項有效值的上、下限以及表達格式按規(guī)范進行設置；監(jiān)測項目的數(shù)值間邏輯關系也是審核的重點，進一步校對數(shù)據(jù)的合理性和準確性。當上述審核過程中未出現(xiàn)異常情況，則數(shù)據(jù)審核通過并即可入庫，整個檢驗審核過程由系統(tǒng)程序完成，接收數(shù)據(jù)時通過采用CRC校驗等多種方式，避免了數(shù)據(jù)錄入時的很多錯漏狀況。對于任何的標記或剔除操作，系統(tǒng)自動記憶，作為日志備查。
2）人工復審在自動審核的過程中，系統(tǒng)按照設定程序進行數(shù)據(jù)質量的審核，但由于缺乏對整個運行平臺宏觀掌控，可能會將無效數(shù)據(jù)標識為有效數(shù)據(jù)，或將有效數(shù)據(jù)標識為無效數(shù)據(jù)。人工復審就是要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的第二次過濾和篩查，通過對分析儀的運行狀態(tài)、子站維護情況、數(shù)采情況、網絡等信息的了解，來確定自動審核數(shù)據(jù)的客觀性和準確度，對自動審核未做標識的無效數(shù)據(jù)記為無效并說明無效原因，對自動審核誤標識的數(shù)據(jù)，要將其還原為有效數(shù)據(jù)并按審核技術要求進行修約，對數(shù)據(jù)審核操作進行詳細記錄，包括審核人、審核時間、審核的監(jiān)測項目、審核所采取的操作等。人工復審時整個數(shù)據(jù)審核過程中zui重要的一環(huán)，對審核人員提出了較高的要求，包括*性檢查、無效數(shù)據(jù)審核為有效、有效數(shù)據(jù)審核為無效、負值與零值數(shù)據(jù)的處理四部分。
數(shù)據(jù)*性檢查
數(shù)據(jù)*性檢查要求待上報的數(shù)據(jù)與市站、省站的數(shù)據(jù)*。進入檢查界面后，點擊“*性檢查"，可以查看當日數(shù)據(jù)的缺失情況，若本地數(shù)據(jù)或總站數(shù)據(jù)有缺失，需要進行數(shù)據(jù)回補操作，下達數(shù)據(jù)回補指令后，系統(tǒng)將自動向本地缺數(shù)平臺進行數(shù)據(jù)回補，對于市、省站數(shù)據(jù)的回補操作，要在下發(fā)回補指令之前對市、省站回補IP地址進行配置，該地址主要用于本地向子站數(shù)采下發(fā)遠程回補指令向總站數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)回補，只有完成了所有的回補操作并等待所有缺失數(shù)據(jù)回補完成后，才可以進行審核數(shù)據(jù)的下一步操作。
無效數(shù)據(jù)審核
對于某個站點預審核后的無效數(shù)據(jù)，查看依據(jù)國家數(shù)據(jù)平臺軟件對無效數(shù)據(jù)自動標識相關要求和標準對應的標識類型，結合實際情況逐個分析，比如：某站點PM2.5的13:00數(shù)據(jù)標記為PS，那么就要查看當天的站點維護日志該時刻是否確實做過PM2.5的跨度檢查操作，從而確定該標識數(shù)據(jù)的有效性。zui后，將判定為有效的數(shù)據(jù)重新標識為有效數(shù)據(jù)，完成無效數(shù)據(jù)的審核過程。
有效數(shù)據(jù)審核
系統(tǒng)自動審核可能會將部分無效數(shù)據(jù)判定為有效，這就需要審核人員充分了解站點的運行情況，通過經驗以及與其他時段數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)的對比等方法來仔細甄別出未標識的無效數(shù)據(jù)，實例：某一時段的SO2校準操作過程未做標識，那么這一時段的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了明顯高于其他時段或歷史數(shù)據(jù)水平的情況，那么該數(shù)據(jù)就該判定為無效數(shù)據(jù)。對于未標識的無效數(shù)據(jù)的判斷有一定的難度，這就要求審核人員具有高度的責任感和豐富的審核經驗才能較好地完成有效數(shù)據(jù)審核為無效的操作過程。
零負值數(shù)據(jù)處理
因儀器設備故障、運行不穩(wěn)定、監(jiān)測質量不受控或者空氣質量較好條件下氣態(tài)污染物的濃度相對較低時，致使監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)零負值的情況時有發(fā)生。系統(tǒng)自動審核過程會將所有的零負值標識為無效數(shù)據(jù)，容易出現(xiàn)日報中某個污染物有效樣本不足的情況，以致影響了數(shù)據(jù)的采集率。因此需要人工復審所有的零負值數(shù)據(jù)，努力找出導致零負值的原因，如何排除了設備故障、儀器運行不穩(wěn)定、監(jiān)測質量不受控的情況，就要依據(jù)修約規(guī)則將零負值數(shù)據(jù)還原為有效數(shù)據(jù)。
3）AQI日報自動生成系統(tǒng)根據(jù)《環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范(試行)》(HJ 663-2013)自動生成相關日、周、月、季和年報，并能夠以word、excel、PDF的形式導出。
4.2 大氣在線監(jiān)測系統(tǒng)
大氣在線監(jiān)測系統(tǒng)主要作用是采集、存儲、處理、審核、統(tǒng)計、分析、展示SO2、NO2、O3等氣體分析儀和PM2.5、PM10粉塵分析儀等的實時環(huán)境空氣質量原始監(jiān)測數(shù)據(jù)，其工作原理是：傳感器和分析儀將多路測試信號按序通過接口協(xié)議進入無線通訊節(jié)點設備DVR的獨立（DTU）傳輸通道，經避雷處理后輸入到單元內數(shù)據(jù)采集器，采集器將采集的數(shù)據(jù)經過無線數(shù)據(jù)傳輸終端通過 TCP/IP 網絡傳入到大氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)按照《國家空氣監(jiān)測網子站監(jiān)測數(shù)據(jù)報送傳輸協(xié)議》規(guī)定的內容接收和存儲子站上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)進行解析、存儲、處理、審核及上傳等處理工作，以及在平臺上進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析和展示。
系統(tǒng)負責市、縣內所有空氣質量監(jiān)測站點的實時數(shù)據(jù)接收、處理、審核、展示等工作，數(shù)據(jù)的審核、處理遵循《環(huán)境空氣質量標準》（GB3095-2012）、《環(huán)境空氣質量評價技術規(guī)范（試行）》、《環(huán)境空氣PM2.5和PM10自動監(jiān)測有關問題的技術規(guī)定（試行）》以及《環(huán)境空氣質量指數(shù)（AQI）技術規(guī)定（試行）》等規(guī)范或標準文件，并符合市級傳輸協(xié)議的相關標準，按照新標準和評價技術規(guī)范的要求，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)評價的標準化和規(guī)范化，實時數(shù)據(jù)經過審核后才可用于評價及上報，系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)自動審核、人工修正、分段審核、檢出限控制功能，審核后的結果自動上報給市、省級監(jiān)測站，保證數(shù)據(jù)上報的準確性和*性。
能實現(xiàn)對大范圍內多源、多種類環(huán)境要素質量進行自動連續(xù)在線的實時接收、處理、審核、上傳、備份等功能，在將分布于不同地方的采集設備的監(jiān)測數(shù)據(jù)在線接收的同時，具備1點多發(fā)功能，向市級監(jiān)測聯(lián)網平臺采用POST方式將按照傳輸格式和協(xié)議要求的數(shù)據(jù)實時發(fā)送，同時通過VPN網絡向總站、省站等多級、多個環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控中心轉發(fā)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，并與其它職能部門的物聯(lián)網平臺對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的互聯(lián)共享
系統(tǒng)基于市縣級環(huán)境監(jiān)測站現(xiàn)有監(jiān)測設備及業(yè)務系統(tǒng)的實際需求設計，充分利用已有的軟硬件系統(tǒng)及相關數(shù)據(jù)，對已有的支撐性應用軟件系統(tǒng)通過系統(tǒng)集成或數(shù)據(jù)接口的方式將其納入本系統(tǒng)并提供良好的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口，便于數(shù)據(jù)實時更新和系統(tǒng)間的平滑應用。\
數(shù)據(jù)的上傳將嚴格按照《污染源在線自動監(jiān)控(監(jiān)測)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準》（HJ/212-2005）和《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）數(shù)據(jù)采集傳輸儀技術要求》（HJ 477－2009）以及《山西省污染源監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和傳輸協(xié)議》的相關規(guī)定，設定傳輸軟件程序，實現(xiàn)相關監(jiān)測數(shù)據(jù)向上級環(huán)保部門相應系統(tǒng)的自動上報功能，具備一點多傳功能，提供監(jiān)測數(shù)據(jù)定時上傳、自動補傳功能，并可以自由設置數(shù)據(jù)上傳點和上傳時間間隔。
系統(tǒng)與現(xiàn)有國家、省、市平臺接收軟件可實現(xiàn)對接，可同時向國家、省、市、縣環(huán)保業(yè)務部門和多級、多個環(huán)境監(jiān)控中心轉發(fā)原始環(huán)境自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)在向上傳輸?shù)耐瑫r，可將現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)自動存儲在本地數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份功能。在現(xiàn)場數(shù)據(jù)遭到破壞的情況下，直接調用備份數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復功能。系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)包時采用CRC校驗等多種校驗方式，確保了上傳的實時數(shù)據(jù)的準確性。
實現(xiàn)各監(jiān)測站點實時環(huán)境質量發(fā)布（含評價時段、監(jiān)測點位置信息、各污染物濃度及空氣質量分指數(shù)、空氣質量指數(shù)、首要污染物及空氣質量級別等信息），并可根據(jù)各監(jiān)測點各項污染物實時濃度的不同對底圖進行渲染展示，同時，并采用多種形式例如列表、地圖、表格等展示。本系統(tǒng)*采用B/S結構，客戶端無需安裝、無需配置任何軟件，通過瀏覽器就可以實現(xiàn)全部操作；瘦客戶端設計，無需在客戶端下載任何插件，可以使得系統(tǒng)在窄帶網絡上運行流暢。
本系統(tǒng)實現(xiàn)將GIS技術應用到環(huán)境質量在線監(jiān)測的管理，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和環(huán)境質量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的深度融合。建立環(huán)境質量監(jiān)測空間數(shù)據(jù)庫一體化的編碼方案，實現(xiàn)環(huán)境質量信息的綜合管理。將各種環(huán)境質量監(jiān)測因子與電子地圖融合在一起，用戶通過簡單地在地圖的點擊可以直接顯示區(qū)域范圍內監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合查詢與分析。
結合地理信息系統(tǒng)（GIS）對空氣質量監(jiān)測信息（位置信息、各項污染物實時濃度、空氣質量分指數(shù)等）進行更直觀的展示。GIS地圖具有放大、縮小、漫游等通用功能，并能方便維護空氣質量監(jiān)測點位信息的增加、刪除、修改等。
AQI數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)基于GIS系統(tǒng)，實現(xiàn)實時環(huán)境空氣質量指數(shù)（AQI）發(fā)布，并可根據(jù)各監(jiān)測點各項污染物實時濃度的不同對底圖進行渲染展示，同時，并采用多種形式例如列表、地圖、表格等展示。系統(tǒng)建設充分考慮可拓展性原則，為未來數(shù)據(jù)接入預留足夠的接口，在不用對系統(tǒng)做任何更改的情況下，可以自由增加監(jiān)測站點數(shù)據(jù)資源，能夠與擴展的監(jiān)測站點進行無障礙對接。系統(tǒng)建設完成后，具有以下功能特點：
1)數(shù)據(jù)采集
人工設置一定的數(shù)據(jù)接收時間間隔后，系統(tǒng)自動按照設定的接收頻率采集各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括分鐘、小時監(jiān)測數(shù)據(jù)以及狀態(tài)數(shù)據(jù)、設備參數(shù)等，過程中無需人工干預，全天自動采集。
2)數(shù)據(jù)存儲
系統(tǒng)接收實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的同時，將采集的大量數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲到本地數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份功能，保障系統(tǒng)的安全運行，以及各種系統(tǒng)故障的及時排除和數(shù)據(jù)庫的及時恢復。
3)分段審核
數(shù)據(jù)審核過程支持分段審核，審核人員在審核小時值時，可隨時分段進行，便于發(fā)現(xiàn)連續(xù)出現(xiàn)的無變化的異常值，數(shù)據(jù)審核人員如果需要進一步查看數(shù)據(jù)有效性的時候，可查看該小時內的質控結果數(shù)據(jù)，作為審核的參考依據(jù)。
4)人工修正
在自動審核的過程中，系統(tǒng)無法識別處于有效范圍區(qū)間內的異常值，人工修正就是要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的第二次過濾和篩查，日報人員可以按國家的技術規(guī)范修改污染物的監(jiān)測值、標記位，修改時可以填寫“備注信息"對修改原因進行注釋，對于修改過的數(shù)據(jù)可以與原始數(shù)據(jù)進行對比查看，還可以還原原始數(shù)據(jù)。
5)數(shù)據(jù)上傳
實時監(jiān)測數(shù)據(jù)完成審核后，將通過傳輸網絡自動上傳到市、省級監(jiān)測平臺，保證數(shù)據(jù)審核結果的*性和準確性。傳輸網絡主要利用VPN網絡，用戶通過接入內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/p>
6)數(shù)據(jù)補傳
當網絡通訊中斷或設備故障等原因造成數(shù)據(jù)缺失時，系統(tǒng)將自動對子站數(shù)采系統(tǒng)下達遠程數(shù)據(jù)補傳指令，向相應的缺數(shù)平臺進行數(shù)據(jù)補傳，還可以對市、省級監(jiān)測站缺失數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)回補，只需要在系統(tǒng)上對總站數(shù)據(jù)回補IP地址進行簡單配置，本地就可以向子站數(shù)采下發(fā)遠程回補指令對總站數(shù)據(jù)庫進行補傳。
7)檢出限控制
因儀器設備故障、運行不穩(wěn)定或其他監(jiān)測質量不受控情況下出現(xiàn)的負值和低于檢出*，按相關技術規(guī)范對監(jiān)測值進行標記；在環(huán)境空氣均處于極低水平的條件下，部分儀器設備小時監(jiān)測結果出現(xiàn)負值或零值時，對于低濃度未檢出，取監(jiān)測儀器zui低檢出限作為監(jiān)測結果參加統(tǒng)計。
8)監(jiān)測點位GIS地圖在線顯示
系統(tǒng)內所有監(jiān)測點位按所屬行政區(qū)域進行歸類和展示，監(jiān)測點位圖標顏色按其當前空氣質量指數(shù)AQI表示顏色動態(tài)顯示，圖標上方注有具體的地理位置，方便用戶直觀、一目了然掌握各個行政區(qū)域內監(jiān)測點位的部署情況和空氣環(huán)境質量現(xiàn)狀，系統(tǒng)提供多種方式的地圖效果（矢量、衛(wèi)星、三維）來實時顯示空氣子站的位置和實時數(shù)據(jù)。
9)站點數(shù)據(jù)實時狀態(tài)查看
用戶點擊監(jiān)測點位圖標后系統(tǒng)自動顯示空氣質量指數(shù)AQI、站點地理位置、首要污染物、發(fā)布時間、各項監(jiān)測因子實時數(shù)據(jù)等信息，空氣質量指數(shù)AQI數(shù)值與表示顏色搭配顯示，直觀展示站點當前污染情況，監(jiān)測因子可以按照不同需求進行定制，顯示時間段分為實時狀態(tài)值、zui近一小時值、zui近24小時值等。
10)預警、日報通知
系統(tǒng)提供預警、日報通知功能，預警包括超標預警、斷線預警和異常值預警，在監(jiān)測數(shù)值超標、數(shù)據(jù)連接中斷和出現(xiàn)異常值時，自動給設定發(fā)送提醒信息，保證系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行，日報通知將轄區(qū)內各個行政區(qū)空氣質量指數(shù)日均值以短信形式發(fā)送給站點負責人或主管，讓環(huán)境管理者及時掌握環(huán)境空氣質量變化情況，在空氣質量惡化時*時間知道詳細信息。
11)數(shù)據(jù)圖表展示
數(shù)據(jù)展示支持折線圖、柱狀圖、表格等多種形式，展示的內容包括空氣質量指數(shù)和各項監(jiān)測因子濃度的分鐘值、小時值，方便用戶查看時間段內空氣質量變化趨勢和污染物濃度變化情況，同時可以進行監(jiān)測點位之間的各項參數(shù)的對比分析，用戶可以自主設定展示的時間區(qū)間，導出打印時支持選用JPG圖片、PDF、EXCEL、WORD文檔多種格式。
12)環(huán)境質量數(shù)據(jù)排名
針對相關環(huán)境管理部門以及用戶個性化定制需求，系統(tǒng)設置獨立排名系統(tǒng)，目前采用AQI（空氣質量指數(shù)），提供日排名、小時排名數(shù)據(jù)，用戶可以查詢當天排名信息和歷史數(shù)據(jù)，除了空氣質量指數(shù)AQI外，還列出了PM10、PM2.5、CO等監(jiān)測因子小時值、日均值、首要污染物、空氣質量類別等信息。
13)AQI實時報、日報自動生成
大氣在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)布平臺按照HJ633-2012環(huán)境空氣質量指數(shù)(AQI)技術規(guī)定要求，小時報時間周期為1小時，日報時間周期為24小時，時段為當日零點前24小時。發(fā)布的小時報數(shù)據(jù)的指標包括PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3、CO的1小時平均，以及O3的8小時滑動平均數(shù)據(jù)和PM10、PM2.5的24小時滑動平均數(shù)據(jù)，日報指標包括各監(jiān)測站點的監(jiān)測站點信息、監(jiān)測因子濃度、空氣質量指數(shù)（AQI）、首要污染物、空氣質量指數(shù)類別以及空氣質量指數(shù)說明等信息。還有空氣質量監(jiān)測站點之間日報的單點、多點對比分析，導出打印時支持選用EXCEL、WORD文檔多種格式。
14)月報、年報發(fā)布
系統(tǒng)提供各類月報、年報報表自動生成功能，包括污染物參數(shù)月報表、子站日均濃度值月統(tǒng)計表以及各子站月平均濃度值、年報圖表，多種維度表示空氣質量變化情況和趨勢，月報、年報發(fā)布的指標包含監(jiān)測站點信息、6項參數(shù)的監(jiān)測因子濃度、主要污染物、空氣質量綜合指數(shù)等信息，數(shù)據(jù)輸出采用曲線圖、柱狀圖等多種形式展示，支持選用EXCEL、WORD文檔多種格式導出。
15)污染物來源分析
收集點位數(shù)據(jù)后，平臺對各項污染物統(tǒng)計值進行計算分析，初步建立點位污染源模型（當前采用方法為首要污染物比重餅狀圖解析），如果監(jiān)測點位條件允許，能夠實現(xiàn)現(xiàn)場采樣，則可以更加精確的進行污染物對比分析，通過各時間段污染物比重模型結合地區(qū)現(xiàn)狀來分析具體污染源和現(xiàn)場實際情況，并提供針對性治理方案。
16)設備監(jiān)控
具備對儀器運行狀況、數(shù)據(jù)采集狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸網絡狀態(tài)進行自動故障診斷和報警的能力，通過在線實時監(jiān)控儀器運行狀況，實現(xiàn)對儀器全天候運行狀態(tài)和運行進度的全面感知，能夠對數(shù)據(jù)采集狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸網絡狀態(tài)異常情況進行自動故障診斷，并可以及時通過手機短信給預先設置的發(fā)送報警信息。
17)環(huán)境數(shù)據(jù)動態(tài)云圖
展示受地理位置、氣象條件、污染企業(yè)類型和數(shù)量等因素影響，區(qū)域間空氣質量及污染狀況具有不同程度的差別，系統(tǒng)基于各個區(qū)域內監(jiān)測數(shù)值實時以污染物濃度云圖形式渲染這種差別，云圖取每小時點位數(shù)值，顏色采用空氣質量指數(shù)AQI表示顏色，實現(xiàn)由“點"到“面"全面展示大范圍內空氣質量狀況。
18)空氣質量、氣象數(shù)據(jù)導出
系統(tǒng)提供空氣質量、氣象數(shù)據(jù)導出功能，用戶在設置時間類型、站點、時間段以后即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)導出，內容包括點位信息、數(shù)據(jù)更新時間、常規(guī)6參數(shù)濃度值、主要污染物、空氣質量指數(shù)AQI。其中數(shù)據(jù)有效率按照國家標準進行計算，分鐘值以后端數(shù)據(jù)傳輸判定為準，小時值以每小時收集45個分鐘值為準，日均值以每天收集22個小時值為準，其余時間區(qū)間以日均值有效天數(shù)為準。
19)站點管理
用戶在此模塊可以實現(xiàn)監(jiān)測點位信息的增、改、查、刪等基本操作，點位信息包括監(jiān)測點位名稱、地址、經緯度、站點ID、所在區(qū)域名稱等內容，實現(xiàn)點位信息的動態(tài)管理，區(qū)域與編號為鎖定狀態(tài)，可自行配置名稱、經緯度、排名、公開、掉線預警等選項。
20)短信配置
此功能可以查看短信配置詳情，添加條目可以新增加短信推送人員信息和發(fā)送內容，編輯選項可對接收短信用戶推送內容進行管理操作，配置的信息內容包括預警信息、日報、狀態(tài)預警、掉線預警，完成設置以后，列表中人員可以收到短信信息。
21)污染物濃度預警
一旦空氣質量狀況出現(xiàn)異常波動時，系統(tǒng)啟動超標報警。此功能中分數(shù)據(jù)上下限與預警上下限，數(shù)據(jù)上下限為數(shù)據(jù)有效性判定標準值，超過界限的則被判定為無效。預警上下限為當監(jiān)測因子不在設定值范圍內一定時間之后，則會發(fā)送預警短信。選擇站點便捷，將預警上下限設定臨界值，即可使用預警功能（0為默認）。
22)用戶管理
對于不同的角色設置相應權限管理，一個角色關聯(lián)了一套操作權限。系統(tǒng)共提供了三種操作權限。系統(tǒng)用戶：擁有系統(tǒng)的所有功能操作權限；管理用戶：擁有部分業(yè)務相關 的功能操作權限；普通用戶：只能進行系統(tǒng)中相關內容的查詢操作，實現(xiàn)不同級別操作人員對數(shù)據(jù)訪問范圍和數(shù)據(jù)讀寫性的嚴格控制，建立統(tǒng)一用戶管理平臺實現(xiàn)所有用戶的身份管理，包括用戶個人身份信息、角色信息、電子、個人賬號和密碼。
4.3 環(huán)境地理信息（GIS）系統(tǒng)
環(huán)境地理信息系統(tǒng)是在整合地理信息數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上，將傳統(tǒng)的靜態(tài)記錄以多樣化的地圖形式展現(xiàn)給用戶。通過地理信息系統(tǒng)的可視化地圖展示，實現(xiàn)大氣監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)布平臺和手機APP按地理位置進行顯示和查詢，可以幫助環(huán)保部門工作人員直觀地獲取環(huán)境要素的空間分布，以及各要素間的空間關系等信息。
本項目地圖采用開源地圖數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可在線調用地圖接口，地圖矢量數(shù)據(jù)*依照地圖的矢量數(shù)據(jù)。在GIS系統(tǒng)前端界面上，顯示各監(jiān)測、監(jiān)控點位置分布狀況，并對各監(jiān)測監(jiān)控點實施監(jiān)控，實現(xiàn)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時刷新、臨界提示、超標報警。實時調用刷新現(xiàn)在在線監(jiān)控監(jiān)測數(shù)據(jù)。用戶可以通過空氣質量的查詢定位后，直接查看大氣質量相關的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
GIS用戶通過部署一個集中式的GIS服務器在大型組織之內以及Internet的用戶之間發(fā)布和共享地理信息。服務端的GIS軟件適用于任何集中執(zhí)行GIS計算，并計劃擴展支持GIS數(shù)據(jù)管理和空間處理的場合。除了為客戶端提供地圖和數(shù)據(jù)服務，GIS服務器還在一個共享的中心服務器上支持GIS工作站的所有功能，包括制圖，空間分析，復雜空間查詢，高級數(shù)據(jù)編輯，分布式數(shù)據(jù)管理，批量空間處理，空間幾何完整性規(guī)則的實施等等。
本著“全局性，時效性，智能化"的原則歸納出包括環(huán)保部門基礎地理信息數(shù)據(jù)庫建庫、相關專題數(shù)據(jù)庫建庫、空間數(shù)據(jù)庫管理、業(yè)務數(shù)據(jù)庫管理、專題統(tǒng)計分析等。依據(jù)業(yè)務流程和實際的應用需要，環(huán)境地理信息系統(tǒng)采用如下的設計原則和思路：
a)以標準化為原則做到靈活動態(tài)配置，做到既滿足標準化，又能適應今后的變化。按照相關標準來實施開發(fā)系統(tǒng)，初步完善基礎數(shù)據(jù)庫建設，實現(xiàn)大氣質量監(jiān)測工作的信息化和規(guī)范化。
a）空氣質量監(jiān)測工作業(yè)務為導向在系統(tǒng)中方便有效實現(xiàn)大氣質量監(jiān)測相關成果管理功能。在設計上充分考慮大氣質量監(jiān)測業(yè)務的需要，優(yōu)化管理模式，提高工作效率，提高空氣質量監(jiān)測管理水平。將專業(yè)技術和實際工作緊密結合在一起，zui終實現(xiàn)大氣質量監(jiān)測的信息化管理。
b）以實用為目標系統(tǒng)zui終的實用性是系統(tǒng)成敗的關鍵，為此在系統(tǒng)的開發(fā)過程中我們不斷的通過交流學習，從用戶的角度考慮問題，設計功能。并對系統(tǒng)原型進行典型用戶使用，進行系統(tǒng)的檢驗，反復征求意見來完善系統(tǒng)，當然這是一個長期的、不斷反復的過程，我們的目標是通過這樣的一個過程，zui終開發(fā)出一個能真正實用的、滿足用戶需要的系統(tǒng)。
（1）地圖基本操作?
全圖在任何狀態(tài)下，當點擊工具欄上按鈕，地圖自動縮小至全圖（zui小比例尺）的狀態(tài)。?地圖的放大、縮小、漫游能夠通過選擇工具來放大、縮小和平移地圖，改變地圖的中心和視野，可以進行局部放大和縮小。?漫游當點擊工具欄上圖標時，將激活地圖平移的功能，此時只需在地圖窗口中按住鼠標左鍵并拖拽地圖，即可查看在當前地圖窗口以外的地圖內容，此操作不會引起對地圖的縮放。（2）大氣質量監(jiān)控點位置
在GIS系統(tǒng)前端界面上，顯示各監(jiān)測、監(jiān)控點位置分布狀況，并對各監(jiān)測監(jiān)控點實時監(jiān)控，實現(xiàn)臨界提示、超標預警。通過放大、縮小功能可以查看區(qū)域內所有監(jiān)控點部署情況，監(jiān)控點圖標顏色采用空氣質量指數(shù)AQI的表示顏色，地圖下方提供空氣質量等級區(qū)間條，方便用戶對比查看各個監(jiān)測點的空氣質量狀況。
（3）大氣質量監(jiān)測因子數(shù)據(jù)顯示
實現(xiàn)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時刷新、實時調用，用戶可以通過點擊監(jiān)控點圖標，直接查看空氣質量SO2、CO、O3、NO2、PM10、PM5以及氣象參數(shù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。系統(tǒng)利用GIS技術把大氣質量應用軟件構筑于污染源數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和圖形庫管理系統(tǒng)之上，提供具備空間信息管理、信息處理和直觀表達能力的應用。本項目環(huán)境地理信息系統(tǒng)預留二次開發(fā)端口，充分滿足后期平臺升級、功能完善的需要。
4.4 手機APP
手機版發(fā)布系統(tǒng)支持Android、IOS等主流的手機操作系統(tǒng)，系統(tǒng)界面簡潔、大方，易于操作。系統(tǒng)基于地理信息系統(tǒng)，實時發(fā)布各個監(jiān)測站點的PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3、CO小時濃度值，以及O38小時的滑動平均值，PM10、PM2.5 24小時滑動平均值，并繪制過去24小時的濃度曲線圖。發(fā)布各監(jiān)測站點的監(jiān)測站點信息、環(huán)境質量AQI、首要污染物、環(huán)境質量指數(shù)類別、環(huán)境質量排名等信息，不僅可以查看實時數(shù)據(jù)，還可以查詢歷史數(shù)據(jù)。按照《HJ633-2012環(huán)境質量指數(shù)(AQI)技術規(guī)定》，根據(jù)環(huán)境質量AQI進行顏色標識。
1)實時數(shù)據(jù)顯示
打開應用程序進入主界面后，主界面可查看各個點位數(shù)據(jù)詳情，點擊不同監(jiān)測因子所在方格，同時可以對當前監(jiān)測點根據(jù)實際需要進行自由切換，下方折線圖則對應顯示其zui近24小時內污染因子變化情況，方便了解監(jiān)測因子的變化趨勢和規(guī)律，顯示的信息包括：
1、監(jiān)測點位描述：名稱、時間、空氣污染程度（優(yōu)、良好、輕度污染、中毒污染、重度污染）、實時溫度、當前時段（白天/晚上）；
2、小時濃度均值：包括PM2.5、PM10、 CO、SO2、O3、NO2、 AQI等。
2)歷史數(shù)據(jù)查詢
移動端在web端基礎上提供簡單的查詢功能，通過選擇監(jiān)測點名稱、始末時間、單站多參/多站單參、數(shù)據(jù)名稱多種形式查詢各項參數(shù)的時均值、日均值、月均值、年均值，查詢結果備注各項數(shù)據(jù)的污染程度（優(yōu)、良好、輕度污染、中度污染、重度污染），采用列表形式直觀展現(xiàn)。
3)GIS地圖顯示移動端點位狀況與web端同步，在地圖上顯示所有站點的實時數(shù)據(jù)，站點圖標根據(jù)空氣質量指數(shù)AQI顏色標識，用戶點擊站點圖標即可瀏覽到該點位的各項監(jiān)測因子濃度、空氣質量指數(shù)AQI等信息，還可以通過下拉菜單選擇數(shù)據(jù)名稱，實現(xiàn)所有監(jiān)測站點圖標顯示同一項參數(shù)信息，圖標根據(jù)監(jiān)測因子或參數(shù)的污染等級進行顏色標識。
4)站點關注此功能主要是為了方便用戶瀏覽關注站點的空氣質量狀況，可以添加或刪除所關注站點名稱，用戶設置關注站點列表完成后，打開程序后地圖上自動顯示所關注站點及所在區(qū)域，同時提供查詢關注站點zui近的監(jiān)測站點功能。
5)空氣質量指數(shù)排名移動端可以便捷的為環(huán)境管理人員提供服務，提供轄區(qū)內站點空氣質量指數(shù)AQI時均值、日均值、月均值排名，顯示的內容包括排名名次、點位名稱、空氣質量指數(shù)AQI、首要污染等信息，顯示內容可以按照用戶需求進行定制開發(fā)。
6)關鍵詞查詢通過輸入關鍵詞即可搜索到相對應的監(jiān)測點，用來顯示實時數(shù)據(jù)，包括6項監(jiān)測因子實時濃度值、空氣質量指數(shù)AQI、首要污染物、空氣質量指數(shù)級別等信息，信息以列表形式展示。
