应用升级 环境监控综合化管理时代来临

　CPS中安网：罗超

　　每年的6月5日是世界环境日 。今年的世界环境日中国的主题为：“生态安全 、与环境友好型社会”。工业化与城市化进程快速发展，“中国制造”走向了全球，但是“迅猛发展”的同时，也带来了对环境破坏的日益严重，污水、废气、噪声、光污染、恶臭、固体废物、化学品残留物等造成的重大污染事件也越来越多。人们生活环境受到生活和生产的破坏而面临严峻挑战，如何在保持经济高速发展的同时，从源头减少污染物和气体排放，积极推动循环经济发展，保护好人类生活环境已是一个全球性的问题。为保护环境，从中央到地方各级环保部门开始积极探索使用法律、行政、经济、技术手段加强环境监管。环境监控，在行业应用领域被长时间“冷却”后，迎来它的爆发期。

　　规模化应用市场到来

　　“需求刺激市场”。2010年，在山西太原召开的环保部“工业污染源监控暨环保物联网技术研讨会”，明确指出我国现已经建成343个省市两级污染源监控中心，对15000多家重点污染源实施了自动监控。环保部环境监测局负责人表示，“十一五”期间，全国31个省市区300多个地市近万家排污企业共同实施了国控重点污染源自动监控建设项目，总投入超100亿元人民币，实现了数万个信息点位的联通，实现了对排污口、环保治理设施以及部分生产工艺的全方位监控，构建了一个庞大的环保监控体系，使得“十一五”环保呈现向好态势。去年，国家环保部工业污染源监控工程技术中心正式成立，该中心基于物联网技术，以建立完整的工业污染源监控技术创新体系及构建工业污染源监控的系统集成和工程化验证平台为目标。相关专家表示，应用物联网理念创新的污染源自动监控系统已成为我国现阶段巩固污染减排成果的有效手段。

　　另据了解，江苏省计划在2011年底前，建立较为完善的环境监控子系统，从而实现对辖区内重点生态环境要素的全面自动监控；2010年，河南省环境自动监控系统全面启动，河南省环境自动监控系统是该省“十一五”总量减排的重点项目，投资6.7亿元。目前，全省环境自动监控九个子系统已基本建成，正陆续投入试运行；重庆市环保局信息显示，近年来，重庆市加强了三峡库区水环境质量的监测预警能力建设，形成了常规项目监测能力，对长江入境断面实施了自动监测，对重点污染源安装了在线监测，以确保三峡库区水环境安全；包头市根据自治区污染源自动监控系统统一建设的要求，今年共投资2700多万元，建设了环境监控与应急指挥中心系统。

　　 目前，在中国应用较多的环境监控是水资源管理和动力环境监控，其实环境监控逐渐渗入到各行各业，比如农业环境监控、温室大棚种植监控、钢铁行业能源环境监控、通信站环境监控等等。“管中窥豹，现一斑”，环境监控现在已成为保护生态环境、合理利用环境资源、发展低碳经济、减少污染物排放，实现可持续发展的重要工作，各级政府部门已日益重视对环境的保护，这对安防行业就是一个机遇。

　　市场应用的难题

　　福祸相依。在机遇中，难免会遇到挑战。目前我国环境监控现状是，应用的监控解决方案大都能满足环保行业简单的基本需求，系统的先进性低，所以面临的难题和挑战是：

　　监控系统联动性较差，维护缺乏保障

　　在环境监控领域，各种污染源，如水、气、噪声等数据的监测日趋成熟，同时对视频监控的需求越来越强烈。目前很多环保项目中都整合了环境视频监控系统，主要是监控前端设备、排污情况、人员活动等，但是大部分还是两套独立的系统，各自为政，操作使用起来很不方便，造成了资源的浪费，降低了使用效率。同时，安装在野外的前端数据采集设备、视频采集设备一般都比较昂贵，即使一些设备是放在监控站房里面，但是也不能保证安全，目前还没有有效的针对环境监控前端采集设备的安全防范措施，这势必会造成不法分子偷盗、破坏的事件发生，造成不必要的损失。此外，突发的环境污染问题，固定监控无法覆盖，导致中心无法根据现场状况制定污染控制方案。一般环保监控设备都放置在前端监控站房内，站房内设备很多，除了采集设备外，还会有UPS不间断电源、空调等设备，在监控中心不能对前端设备的实时运行状况进行了解，同时对前端站房的门禁系统、温湿度等都不能掌握，不能做到远程监控和管理前端设备。

　　平台集成要求高，多种传输模式并用

　　当下的环境监控对于系统集成商而言遇到了新的挑战，环境视频监控与数据监测没有有机的结合，虽然有不少环境系统提供商提出自己的视频监控和数据监测是相互结合的一个系统，但是大部分只是在同一个界面下，并没有深入地整合到一起，不能做到如果污水、废气排放超标，报警后会立刻联动视频、联动录像、联动抓拍，同样造成了系统资源浪费，使用效率不高。此外，整个环境监控系统中，探测器与视频传输端的结合效果是否能达到预期效果，及其稳定性是否可靠，都与强大的中心管理平台紧密相关。系统集成项目最大风险在于和其他系统的接口。整个监控系统中，各种探测器之间、监控视频传输端之间接口的连接非常关键。当采用用户自定义的接口时，这一点更是尤为重要；传统的定点监控、有线传输也将在日益增长的需求和研发水平的进步中，变为有线监控、无线传输、便携设备相结合的多种模式混合使用。

　　借助物联网感知，提升平台管理能力

　　物联网技术应用于环境监测最早是在1995年。对照物联网感知层、网络层、应用层三个层面，环境监控的技术问题最主要在于传感器方面，也就是在线监测仪器。同时，整个环境监控系统的构建需要计算机监控系统、视频监视系统、自动化网络系统以及相关水利专网、微波网等资源，实现省厅与环境检测管理局，环境检测管理局与下辖各个枢纽、基层局以及基层局与各闸站之间的网络互联、数据通讯交换，环境监控网络化建设是个不小的难题。在应用层方面，环境监控系统没有整体规划设计，“信息孤岛”严重，安防行业对物联网的认知度与利用率还不能满足环保单位的需求。

　　建设城市环境监控综合管理系统

　　从以上环境监控行业市场面临的挑战与难题中，不难发现，由于环保问题涉及的方面比较广泛，而且对实时性要求高，城市的环境监控需要一个综合性极高的管理系统。城市环境监控的建设目标是：按照环境污染整治行动进度要求，全面完成省、市、县三级环境监控中心建设及改造，实现环境质量和重点污染源监测监控中心、视频会议中心和应急调度中心三方面的功能，通过环境监控系统，实现对环境质量以及重点污染源自动监测数据、视频图像的采集、传输、存储、分析、发布、应用管理，实现基于主干网的省、市、县三级视频会议；实现在环境突发事件发生的紧急情况下根据应急预案对处理人员和应急车辆的通知调度，提高环境突发事件的应急反应以及综合调度能力。

　　 城市环境监控综合管理系统的监控中心包括环境质量和重点污染源自动监测监控中心、视频会议中心和应急调度中心，涉及到的子系统主要有以下几个建设部分：

　　视频监控平台

　　视频监控平台是实现对环境质量和重点污染源的污染物排放状态、监测仪器工作状态等情况的图像监视，同时对图像数据进行存储，以备查证；它与环境自动监测信息管理系统实现整合，实现视频和监测数据的统一管理，最终成为监督处罚重要依据之一。视频监控平台是整个城市环境监控综合管理系统最重要的一个子系统，整个平台包括：中心视频管理服务器、中心视频控制平台和视频解码器几部分：配置中心视频管理服务器，完成对前端网络视频编码设备的集中管理和配置，支持大容量存储设备；中心视频控制平台主要完成视频监控图像的接入、交换、转发等工作，具备多路流媒体并发处理能力，设备支持多级级联，并具备扩容能力。考虑到把视频图像输出到大屏幕或辅助电视墙时配置视频解码器，应配置多路视频输出；视频监控平台按照层次部署，下管一级的原则，上级监控中心通过中心监控平台，经过相应授权，能实现控制下级任一远端视频监视设备，实现视频图像调用、镜头变焦、云台旋转等功能。

　　众所周知，数字视频实现远程监控是通过IP网络传输数据，其重要的影响因素是系统对带宽的需求，目前，大多市场上此类产品对此指标的要求颇高，而国内网络的现状是数字视频系统最大的瓶颈。尽管目前网络摄像机视频压缩技术已经达到H.164、动态码流等数据流量控制技术，但是不可否认，要实现更高的图像浏览质量需要更高的网络带宽。环境监控产品建议采用目前最先进的MPEG-4视频数字化标准技术，压缩率高而图像显示清晰流畅，每路视频图像平均带宽占用仅250Kb/S，远程视频传送延时保持在一秒以内，一条2M的ADSL专线可以支持8路视频图像的畅通远程传输。以此类推，满足现状环保局多而复杂的监控点，相比业内一些高要求的带宽性能需求产品，网络带宽的影响解决方法并不再是遥不可及，实时、流畅的视频数据传输便能轻而易举地实现。

　　由于主控端服务器机房是整个平台的核心设备，它承载着系统主要数据存储，数据资源控制，该设备的稳定性也是整个系统的重中之重，在保证网络畅通的同时，还需确保其主控PC稳定地运行，因此网络带宽是影响整个远程视频传输流畅程度地重要指标。管理服务器由监控管理软件、服务器硬件、存储服务器等组成。监控管理软件提供了完整的监控中心管理、录像管理、报警管理、用户认证和权限管理、服务器集群管理等功能。系统监控管理软件基于拥有专利的流媒体分布式，能够在复杂网络环境中优化视频流的传输控制，提供大容量、高质量的网络视频处理技术传输和处理。客户端安装专门软件，或者使用标准浏览器访问监控管理服务器，第一次访问会自动从服务器下载一个控件，用户使用就可以访问视频监控系统，并根据权限管理的设置使用系统功能。

　　视频监控子系统

　　城市环境监控综合管理系统的视频监控子系统主要完成两种功能，其一，视频信号采集。在每个前端监控点根据现场需要安装环保专用激光夜视摄像机、环保专用红外云台摄像机，用于对重点污染源废水排污口和废气排放筒、监控站房及污染治理设施运行现场及附近重点区域进行监视。视频采集主要采用环保专用激光夜视摄像机、环保专用红外云台摄像机。系统运行稳定，基本不受环境风速的影响，适合于环保领域。其二，视频信号处理。视频信号传送到前端环保专用视频服务器后进行信号编码、压缩，除具有图像清晰流畅的特点外，还具有空间小，实时性好等优势。视频信号可以保存在本地主机上，可根据需要随时进行回放、查阅、管理，并且配合多种录像模式完成各种记录需求。

　　环境数据监测子系统

　　在线环境数据监控涉及在线仪器监测、数据通讯、数据库管理应用和信息管理等多方面环节。其核心在于采集具有时效性、可靠性的环境信息，通过先进的传输技术提供实时的数据；利用先进的信息挖掘手段，提高环境信息利用率和共享程度，最大化地为环境监测与管理提供及时、科学的依据。系统应采用当今国内、国际上最先进和成熟的水、气、声在线监测仪器设备配合先进的信息传输和存储技术，使建立的系统能够最大限度地适应今后技术和业务发展变化的需要，实现数据的实时采集、自动传输、智能处理和存储，并建立相应的环境质量、重点污染源在线监控系统软件，以完成对监控数据的处理、表现以及管理应用。点污染源环境质量在线监测系统，主要用于对重点污染源、污染物排放点（烟囱、废水排放口等）排放情况、污染治理设备运行状况；大气、水、噪声环境质量状况进行动态实时监测、监控及数据传输，当发生排污超标、治理设施停运等非正常事件及环境质量超标时，现场监控仪通过传输站实时地向监控中心发出报警信息。在线监控系统包括自动监测设备和监控管理系统两部分，前一部分安装在排污企业，后一部分位于监控中心内。

　　防盗报警子系统

　　在排污口监控点周围的重要监控地点安装三鉴探测器、红外一体机，首先将三鉴探测器和红外一体机接入到环保专用视频服务器，当有警情发生时，可以直接通过环保专用视频服务器直接输出到警号，能起到阻止作用，防止警情进一步发展，同时报警信号通过专用网络上传到各级监控中心。在监控中心，通过环保远程综合监控系统软件可以对前端报警信号处理、报警联动视频等进行设置，并可以设置个性化的报警声音，通过音箱或其他音频输出设备，提醒工作人员前方有异常状况发生，可以及时作出相应的处理。如果监控中心值班人员不在的情况下，系统还会通过短信将警情发到相关人员的手机上，让其可以及时了解现场状况。

　　警视联动功能

　　将环境数据监控、环保视频监控和周界报警系统有机整合到一起，报警信号包括污染超标报警和防盗报警，当有任何报警发生时都可以联动视频、录像和抓拍，并可以实现电子地图与警视联动功能。系统可将环保监控区域的电子地图分三个层次制作到系统管理主服务器中，可采用双屏观看，也可显示到电视墙上。平时显示第一层地图，第一层为辖区的完整地图，上面标有可以被激活的具有明显标志的摄像机图标。点击摄像机标志可以打开该摄像机范围的详细实际地图（第二层地图），同时该摄像机的标志会闪动；再一次点击闪动图标，就可以显示摄像机的实时图像，可以是部分地图和小的活动面（三层地图），也可以完成全屏图像显示，并可以通过鼠标控制云台和镜头动作。所有监控点被直观地显示在电子地图上，并能点击显示监控点图像，能显示环保监控区域分布、辖区范围、监控点位置等。对于发生检测超标报警或其它警情时，能自动切换到相应监控点（包括摄像机切换和预置点以及联动录像、联动抓拍），在屏幕上调出该点图像，并在电子地图上给出指示，计算机给出声音提示，记录相关报警信息；在进行摄像机切换和控制时也能在电子地图上指示出最近的监控点，实现与GIS、GPS系统的衆-同应用。

　　数据传输网络

　　 数据传输网络系统是用于传输环境监测数据和视频图像数据的传输通道，主要由物理传输线路、路由设备、安全设备和交换设备等部分组成。在省、市主干传输网络平台基础上，环境监控中心数据传输网络系统主要考虑内部局域网络和监控管理软件的建设。监控中心局域网核心交换设备采用千兆智能交换机，带千兆口，能满足服务器千兆接入，配置专用路由器实现与省环保专网相连相通；配置网络监控管理软件，可以对中心服务器设备以及前端数据采集仪器实施监控管理，当有故障时能自动及时告警，保障整个城市环境监控综合管理系统的正常运行。城市环境监控综合管理系统的数据网络传输有两种方式，

　　第一种方式是代理方式，即在一个内部工作站上运行Web服务器（代理）。这个工作站轮流与监控端设备通信，浏览器用户与代理通信，代理与监控端设备之间通信。在这种方式下，综合监控管理软件成为操作系统上的一个应用。它介于浏览器和监控设备之间。在管理过程中，监控管理软件负责将监控端各种采集到的信息传送到浏览器（Web服务器代理），并将传统模拟信号、开关信号、智能设备协议(如电源设备的RS232通信协议、空调系统的RS485通信协议等)转换成Web协议(如HTTP)。代理方式保留了现在的基于工作站的网管系统及设备的全部优点，同时还增加了访问灵活的优点。既然代理与所以监控设备通信，那么它当然能提供一个公司所有物理设备的全体映像，就像一个虚拟的监控网那样，代理与设备之间的通信沿用TCP/IP，所以这种方案的实施可以针对那些?传统?的智能设备、各种变送器和环境探测器等。

　　第二种实现方式是嵌入式。它将Web功能嵌入到监控设备中，每台监控设备有自己的Web地址，管理员可通过浏览器直接访问并管理该设备。在这种方式下，网络管理软件与网络设备集成在一起。网络管理软件无须完成协议转换。所有的管理信息都是通过HTTP协议传送。

　　多媒体展示系统

　　城市环境监控综合管理系统的多媒体展示系统多媒体展示系统是对各种多媒体信号进行处理之后以声音和图像的形式展现出来，适应环境监控中心管理的需要兼顾多种形式会议，为监控中心提供优良的视听条件。系统包括投影显示系统、信号处理系统、数字会议系统、音响扩声系统和集中控制系统等五部分。监控中心投影显示系统建议采用DLP大屏幕拼接投影墙，为完成多种和多路视频源接入显示，同时配置RGB矩阵和视频矩阵；音响扩声系统采用一对前置主音响加一对后置附音响的形式，保障声音的均匀性，满足日常会议、视频会议对音响扩声方面的要求，可配置中型集中控制系统，实现包括窗帘、灯光、大屏幕在内的所有设备调节控制功能。

　　视频会议系统

　　城市环境监管部门通过视频会议系统可达到普通会议效果，环保单位各级部门间可以随时通过视频会议系统组织召开会议，随时沟通、交流、方便及时解决问题；中心会场可随意调看或加入各级分会场的会议，不在会场的领导，通过桌面型视频软件终端，配合摄像头通过局域网或互联网方便地加入到任何会场进行会议。

　　应急调度系统

　　应急调度系统主要实现环境应急事件的应急反应以及综合调度。系统可通过视频、电话、手机、短信、无线对讲集群以及卫星通讯。根据应急预案，在环保系统内部实现对环境突发事件处理人员、应急车辆的调度和事件上报。同时预留与当地110、120、119等指挥调度系统的相连接口，为后期跨部门应急指挥系统建设打下基础。

　　数据处理

　　数据处理及存储备份系统主要是为监测数据和视频图像，自动提供存储、处理和应用的一个可扩展、稳定可靠、安全的支撑平台。如华三建设的福建省城市环境监控系统在数据处理及存储备份方面的设备，主要包括服务器设备、存储设备、备份设备等硬件和操作系统、备份系统软、硬件和管理软件等部分。根据实际情况，可配置多台机架式PC服务器，分别用于运行环境质量自动监测数据管理系统、污染源自动监测数据管理系统、GIS等应用软件和数据库服务、Windows域控制器、备份、防病毒、管理等相关软件，所有服务器配置相应操作系统。

　　存储备份

　　城市环境监控综合管理系统的存储设备采可用最新的SAN存储技术，具有高速、稳定以及扩充性好的特点，设备具有大容量的可扩展能力，以充分满足环境监控中心当前以及以后几年内对监测数据、视频图像的存储需求；同时，配置冗余存储交换机，保证多台服务器接入时，提高数据访问可靠性。为保障城市环境监测数据、视频图像数据的安全性，需配备专用备份磁带库和备份软件对关键数据进行备份，并具备灾难恢复功能。所有自动监测、视频图像的历史存储数据可通过备份介质被长久离线保存。

　　结束语

　　绿色世界，绿色地球。环境监控，从前些年的冷冷清清，已经迎来“井喷的市场”。市场在扩大，环境监控产品与技术也随之进行升级，综合化的管理也将是安防企业下一场技术角逐的焦点。

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