环境空气质量监测预警预报发布平台

1、 背景介绍

1、 相关背景与国家政策

近年来，空气环境污染日益严重，党中央、国务院高度重视大气污染防治，2013年国务院出台《关于印发大气污染防治行动计划的通知》（国发〔2013〕37号）。提出大气污染防治的总体要求、奋斗目标和政策举措。其中明确指出要建立监测预警应急体系，妥善应对污染天气。各省市，各地区针对本地大气特点和环境空气污染现状，也制定了相应的计划，主要实现环境空气质量预报预警体系的建立，突出重点、分类指导、多管齐下、科学施策，把调整优化结构、强化创新驱动和保护环境生态结合起来，用硬措施完成硬任务，确保防治工作早见成效，促进改善民生，培育新的经济增长点。

大气污染防治是一项涉及面广、综合性强、艰巨复杂的系统工程，只有通过系统而完善的大气污染防治技术的综合运用，才会取得显著的效果，通过建立环境空气质量预报预警系统，主要满足环境空气质量预报预警的首要环节，为大气污染防治的应急处理和优化控制提供基础保障。

2015年8月，国务院办公厅印发《生态环境监测网络建设方案》，对今后一个时期我国生态环境监测网络建设做出全面规划和部署。按此方案，环保部将适度回收生态环境质量监测事权，建立全国统一的实时在线环境监控系统。到2020年，全国生态环境监测网络基本实现环境质量、重点污染源和生态状况监测的全覆盖，以及各级各类监测数据系统的互联共享。这将为保障监测数据质量、实现监测与监管执法联动提供重要支撑。

我们根据国家总体的政策方针，提出环境空气质量监测预警发布平台的建设方案。

2、 项目技术标准与设计原则

• 《中华人民共和国环境保护法》

• 《中华人民共和国大气污染防治法》

• 《大气污染防治行动计划》（国发〔2013〕37号）

• 《大气污染防治目标责任书》

• 《关于开展环境保护重点城市环境空气质量预报工作的通知》（环发〔2000〕231号）

• 《环境空气质量预报预警业务工作指南（暂行）》

• 《环境空气质量预报预警方法技术指南》

• 《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）

• 《环境空气质量自动监测技术规范》（HJ/T 193-2005）

严格按照国家环境空气质量预报预警业务工作指南中的要求，我们设计了市级环境空气质量监测、预警、预报，发布平台。方便业务部门负责辖区环境空气质量精细化预警预报业务工作。

2.1安全性原则

本系统要实现基于大型数据中心、强大信息处理环境和高速网络为一体，信息管理的获取、共享、处理服务，支持实时网上数据信息处理，支持协同工作的新一代信息化环保平台。由于整个系统涉及大量的保密数据，而且部分数据共享基于网络环境，在设计过程中，会重点实施信息安全及保密措施，确保系统中的信息资源不被非法窃取和篡改，数据中心不被破坏，保证用户能够正常使用系统中的资源信息，提供应有的信息服务。采用有效的安全保密技术以确保该系统的安全性，建立健全管理制度基础。本系统还采用整套安全、科学、便利的管理模式，系统对终端用户的权限严格界定，终端用户的权限细化到每一个模块的每一个功能，在此基础上使用系统灵活的管理方式，很大程度上简化了系统管理人员的工作复杂度。

2.2规范性原则

系统设计过程中，数据结构和数据编码的设置符合严格的技术规范，全部采用国家下发文件标准。工作中专用的数据，通过全面的汇总分类，制定数据编码规范，保证其准确性和扩展性，为系统信息化的长期发展奠定良好的数据基础与规范。

2.3稳定性原则

系统在开始数据对接后，每日定期备份数据至服务器，并对异常数据进行筛选分析和定期清理，以防对后续使用造成影响。考虑到网络不稳定状况在终端设备建立本地数据库，紧急情况可以调用本地存储。

2.4可拓展性原则

平台最大支持三万台设备同时在线监测，在数据通讯协议合理范围内支持符合国家标准的设备进行对接，也可以自定义配置上传，支持设备发送端和接收端自动在线应答，超级管理员享有最高权限，可对系统进行配置编辑。

2、 环境空气质量监测、预警、发布系统

环境空气质量监测、预警、发布系统，采用多层次的系统价格设计，可以对接不同性质（国控，省空，区域等），不同厂家的空气质量子站相关数据，建立一套完善的空气质量监测、预警、发布的可视化平台。同时用数据质控，远程反控、统计分析等信息化手段，帮助环境监测部门及时、全面、准确地掌握本辖区的空气质量现状，实现对本辖区监测站点空气质量进行准确分析，为空气质量的溯源提供决策平台。建立统一的公众发布信息平台，提供以互联网，手机APP，微信等多种多样的发布形式和发布渠道。

2.1空气质量站点数据实时显示

2.1.1空气质量子站点位GIS地图在线显示

系统提供多种方式的地图效果（矢量、卫星、三维）来实时显示空气子站的位置和实时数据，如果是带有GPS模块的监测仪器，可以直接向平台开放的接口发送定位信息，对接成功并审核完成后，即可在GIS地图上显示。当GPS无法定位、定位不准或站点坐标移动后，用户也可以在系统中直接标注监测仪器经纬度和站点相关信息。站点名称在初始配置或站点配动时可以进行更改。

2.1.2站点数据实时状态查看

用户上传点位成功，按照环境部门标准格式发送数据协议后，我们支持：HJ/T212-2005《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》，站点对接成功后即可自动解析数据格式生成数据面板，可以按照不同需求配置需要显示的监测因子，显示时间段分为实时状态值、最近一小时值、最近24小时值等。

2.1.3环境远程视频实时监控

监测现场可以安装视频监控设备，通过窗口视图直观了解监测站点的周边情况和污染物实时排放数据，以保证系统运行的稳定性。当数据异常提醒之后，可以通过回传影像资料判断现场情况（需人工进行），当发生不可抗力因素时，同样可以根据影像资料来判定事故详情。

2.2空气质量预警预报

系统生成数据后，可按照用户需求设置预警模式（提醒方式：短信、邮件、微信）。

模式1：超标预警

大气、扬尘标准格式按照AQI指数对应色值显示，水质、烟气按照国家标准显示，非标准格式监测因子支持用户定制开发，地图指标根据指数对应颜色显示，点击站点显示数据时，首要污染物通过颜色条注释，当数据指标超过预警界限后，根据用户定制发送提醒。

AQI：空气污染指数划分为0－50、51－100、101－150、151－200、201－300和大于300六档，对应于空气质量的六个级别，指数越大，级别越高，说明污染越严重，对人体健康的影响也越明显。

模式2：断线预警

监测点位由于设备故障、设备短线等原因导致数据连接中断后，系统自动给指定联系人发送断线提醒，每小时提醒一次，直至重新正常连接。

模式3：异常值预警

当监测数值在某一时间段内出现大幅度起落，或者在较长时间数值无变化，同样会触发预警，报知相关人员核对检修。

2.3空气质量数据报表

用户数据收集达到系统最低要求数量后，后台即可启用数据归类功能，自动计算小时值、日、周、旬、月、年均值等，生成对应报表供用户下载查看。

数据生成支持折线图、柱状图、饼状图、在线文档等多种形式，导出打印时支持选用JPG图片、PDF、EXCEL、WORD文档多种格式。

2.4环境空气质量数据排名

针对相关环境管理部门以及用户个性化定制需求，系统设置独立排名系统，由于接入监测因子类型较多，所以排名目前采用AQCI（空气质量综合指数）进行，同时可以采用AQI或者根据不同用户特点定制排名体系。

分级计算参考的标准是新的《环境空气质量标准（GB3095-2012）》。AQI采用《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）（HJ 633—2012）》计算，AQCI按照《环境空气质量评价技术规范（试行）（发布稿）（HJ633-2013）》计算，参与评价的污染物为SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO六项。发布频次为每小时一次。

2.5污染源解析

污染在环境空气质量预报预警工作中，污染源调查与排放源清单的建立不仅是环境空气质量预测预报的重要前提，同时也是研究城市环境空气质量变化成因和污染排放控制管理的重要基础工作之一。

大气污染物排放源清单需得到及时的更新，方能为区域明确阶段性环境污染整治方向、出台污染控制措施、并为及时评估各项污染控制措施的效果提供重要的技术支撑。同时，排放源定期更新，对于科学引导区域环境污染控制决策、推行污染物排放总量控制和开展许可证发放、污染物排放标准建立和污染预警联动等工作具有深远的意义。因此，建立大气污染物清单的动态更新及维护机制、确保数据的连贯性和有效性是环境管理部门的一项重要基础工作。

分析全面覆盖污普、环统、排污申报、总量、监察等数据，采用统一标准规范和统一分析方法，准确反映污染源数据和各类数据间的关系。从多角度进行分析，全面反映污染源状况，包括污染源数量和分布，主要污染物排放总量和变化趋势等，按行业、污染物、企业情况等因素，筛选出重点管理对象，为监察工作提供依据。

收集点位数据后，平台对各项污染物统计值进行计算分析，初步建立点位污染源模型（当前采用方法为首要污染物比重饼状图解析），如果监测点位条件允许，能够实现现场采样，则可以更加精确的进行污染物对比分析，通过各时间段污染物比重模型结合地区现状来分析具体污染源和现场实际情况，并提供针对性治理方案。

污染源可分成固定源、流动源、开放源等。固定源主要包括燃煤（油）的各类电厂锅炉、民用炉灶、建材和冶金工业炉窑等颗粒物排放源，流动源主要包括机动车、船、飞机及非道路机械等颗粒物排放源。源解析中的开放源通常包括土壤风沙尘、道路扬尘、施工扬尘、堆场扬尘和窗台尘等。特定地区的源解析工作有时需要考虑生物质燃烧尘、餐饮油烟尘和海盐离子等颗粒物排放源。

2.6环境空气质量预报（空气质量动态云图）

环境空气质量预报是大气防治工作中的核心工作，业务处室需要对外提供24小时环境空气质量预报和未来3天污染潜势预测。24小时预报产品包括SO2、NO2、O3、CO、PM10、PM2.5六种污染物浓度范围、环境空气质量指数（AQI）及其环境空气质量级别。未来3天污染物潜势预测产品包括环境空气质量级别、首要污染物浓度范围。业务部门需要根据系统所提供的环境空气质量预报产品和实时监测数据，结合业务专家会商结果，整理出最终的发布产品，对公众进行发布。为了更好的保证预报工作正常进行，需要提供以集成数值预报为主，统计预报为辅的双预报模式。

为了更加精确的提供预报产品，业务部门需要实现和气象观测网的数据同化，来提高模式的预报准确度。目前我们和南开大学教授，国家环保领域千人计划专家合作，提供环境空气质量预报服务。

2.7环境空气质量预警与控制决策支持

环境空气质量预警与控制决策支持是大气防治工作中的核心，业务部门需要建立一套完整的污染天气控制措施包括机动车限行、工业源关闭、建筑工地停工等，该方案需要明确描述采取的措施对社会、经济影响的定量描述关系。

业务部门根据实时监测数据和数值预报结果，对污染天气进行溯源分析，得出造成污染天气的排放源及贡献率，根据优化控制模式给出重点控制目标和控制措施，选择对口的业务部门进行行政执法，降低重污染危害，达到改善环境空气质量指标的要求。

2.8面向各级环保部门的数据对接接口

根据国家十三五规划要求，各地区监测数据要和省市一级的环境大数据平台进行对接，实现真正的一网，一库，一平台。针对此项要求，我们系统提供多种方式，多种格式的对接协议，可以和省市，国家的环保大数据平台进行对接。

近年来，各地区环境保护信息化工作已取得显著成果，各级部门级环保部门建成了多种环境信息系统，但已建系统间缺少交互，不能高效地为环境管理提供信息化决策支持。通过数据接口开发，就可以使各个系统整合成一个整体的环境信息平台，实现数据的市区两级环保部门和审管联动系统数据的共享，在环境管理中发挥更大的支撑作用。

数据接口开发，通过为不同数据库、不同数据格式之间，进行数据交换而提供服务的功能介质，它能为不同系统间提供数据交流、转换功能，从而达到数据、资料共享。

通过交换桥接子系统将市、区两级环保部门需要交换的信息交换到前置中间数据库，在交换管理子系统的流程控制下，通过交换传输子系统、前置交换子系统，把需要交换的信息定向传输到接收部门。根据环保业务协同的实际需要，技术支撑环境应支持多个交换域之间信息交换。

2.9面向公众的环境空气质量APP

2.9.1用户权限控制

根据用户级别不同，分别设定不同权限，普通用户登入后只可查看账号所属站点详情，以管理员身份登入之后，则可查看全部点位状况与其均值显示。

2.9.2数据查看与分析

主界面可查看权限范围内点位数据详情，点击不同监测因子所在方格，下方折线图则对应显示其最近24小时内污染因子变化情况。

2.9.3GIS地理信息显示

点位状况与web端同步，获取坐标信息后即可在地图上显示，支持当前总体数据情况与单项指数切换，污染指数根据等级不同以不同颜色显示。

如果点位信息过多时，可切换至列表进行搜索，一目了然，快捷高效。

2.9.4历史数据查询

移动端在web端基础上提供简单的查询功能，该模块按照权限不同所属辖区不同，可以查看站点最近24小时、或最近30天、或最近12个月，综合指数或者分项指数的均值状况。

2.9.5环境质量指数排名查看

移动端可以便捷的为环境管理人员提供服务，管理者账号登录后，开放排名信息功能，提供当日辖区内站点排名，明确污染方向。

2.9.6系统设置、功能标准、预警处理

辅助功能全部归集于侧边栏内，APP向用户推送通知，个人设置中可以设置是否接收消息、提醒方式等。

2.10面向公众的环境空气质量微信发布平台

空气质量一直是公众非常关注的问题，各级环保监测部门目前大部分采用了网站的形式向公众发布空气质量情况，除了提供官方网站、微博、手机APP，我们还进一步升级空气质量信息的发布渠道，可以建立如微信公众账号等新的发布平台。通过政府微信公众号发布空气质量信息，方便公众查看。

2.11维护APP

2.11.1使用背景

在以往的案例中，系统刚开始投入使用时、数据传输未趋于稳定，在这一时间段，需要大量的运维工作，许多工作场景并不适合携带PC设备，所以需要在移动端来辅助完成常规维护工作，维护人员直接在移动端查看点位状态信息。

2.11.2状态查询

维护人员登录APP，跳转至点位列表界面，包括点位名称、点位状态与更新时间，可以切换至地图模式，当前采用百度地图接口开发。点击刷新可以抓取最新点位数据信息，以北京时间为标准，最近15分钟内有数据上传，状态标注为红色，若无上传，状态标注为灰色。

点击点位会显示点位监测因子实时数据选项卡。

2.11.3断线故障预警

若点位15分钟未上传数据，系统则判断其为离线状态，通过推送功能将断线通知发送至维修人员APP内，可以根据用户需求定制开发微信通知接口。

站点导航：接入百度地图导航功能，可以实时查询到达点位具体路线时间等。