地级市环境监测站信息系统建设构想

蔡继军，王荣俊，龙 湘

(常州市环境监测中心站，江苏 常州 213001)

·信息应用·

地级市环境监测站信息系统建设构想

蔡继军，王荣俊，龙 湘

(常州市环境监测中心站，江苏 常州 213001)

分析国内环境监测业务和环境监测信息化建设的现状和发展趋势，提出地级市环境监测站信息系统的监测业务、数据中心、综合应用3层构架思路，对信息系统各层次的主要功能作出描述，着重对环境监测业务系统的集成和分工进行阐述。进行环境监测信息系统建设，在先进性、安全性、稳定性和可扩充性等方面满足地级市环境监测部门今后相当长一段时期内的信息化建设需求。

地级市;环境监测;信息系统;构想

1 概况

“十一五”期间，环境监测业务飞速发展，自动监测、监控技术大量应用于环境监测工作，数据获取量呈几何级数式快速增长。环境监测信息系统建设从过去着重针对环境监测数据的管理，向监测业务管理、数据集成和决策辅助等方向发展［1］。

环境监测的数据集成也越来越被重视，实现“一数一源，一源多用，数据共享”已成为环境监测信息系统建设的一个重要原则。环境监测数据集成是地方环保局信息系统建设的要求，也是环境监测信息系统自身实现分层次、模块化设计，具备灵活性、可扩展性和安全、高效、稳定运行的要求。

2 环境监测信息系统建设框架

环境监测信息系统采用业务系统、数据中心、综合应用3层构架。在制定数据标准、数据通讯规范和研究综合分析方法、表征手段、污染物扩散、预测模型以及环境监测业务模型的基础上，开展环境监测业务系统、环境监测数据集成和环境数据综合应用平台建设，采用基于面向服务的架构(SOA)实现各层次内应用系统的自由扩充，层次间数据无障碍通讯［2］。环境监测信息系统框架见图1。

环境监测信息系统框架描述了上述3个层次所管理的对象、接口，以及层次间的协同关系，并与标准规范体系、安全保障体系、软硬件基础资源共同组成一个有机整体。框架层次内容及层次关系概括如下:

(1)业务系统:根据其特点划分为预警监测、实验室信息管理、应急监测3个子系统，每个子系统均可视为前端数据生产系统，是数据中心的数据之源，同时也是环境监测信息系统的基础和核心，需要依托网络传输、数据标准、系统通信接口、集成规范等进行建设;另一方面，对数据生产系统的过程有监控、网管、统计、质控等需求，具有应用管理与科学研究的双重功能。

(2)数据中心:实现业务系统的环境监测数据、GIS属性数据、以及市环保局、辖市(县)数据等多源异构数据的一致集成，为数据的综合应用与数据共享提供服务。数据中心作为面向事务(OLTP)数据库到面向主题、面向分析(OLAP)数据仓库的转化，在功能上应包含层次化的目录体系管理、元数据管理、主题域模型管理、权限系统、环境监测数据二次或多次集成(ETL)、数据集导航定位、以及完备的数据传输与查询驱动功能。

(3)综合应用:在环境监测数据中心的基础上，以环境管理与决策为目标，以报表管理、环境质量综合分析、区域环境质量展示为主题，通过XML/Web Service、WCF、商业智能(BI)、GIS 技术，实现高效、准确的监测数据查询、统计、评价与区域环境质量展示等综合性应用与分析，科学服务于环境管理与领导决策。为满足当前乃至未来环境管理全方位、多层次需要，综合应用系统需要具备结构灵活、功能伸缩、模型耦合、接口统一等特征。

环境监测信息系统建设遵循“统一规划、分步实施”的原则，逐步建设和完善。首先应建设若干个环境监测业务系统，在业务系统稳定运行的基础上建设环境监测数据中心和环境监测数据综合应用系统。

图1 地级市环境监测站信息系统框架

3 环境监测信息化基础研究

重视信息化基础研究，是决定信息系统实用性、先进性、稳定性、可扩展性的基础。必须在信息系统建设初期开展相关的信息化基础研究工作［3］。

(1)环境监测数据标准研究:对每个环境监测数据进行科学、全面的说明，为数据管理、查询统计、综合评价、GIS操作、多媒体展示等提供完备的数据资源和信息资源。

(2)环境监测业务模式研究:对各类监测业务进行科学分类，按照环境监测自身规律和相关实验室认可准则要求，规范各类环境监测业务流程，使环境监测业务系统更加灵活和高效。

(3)环境质量综合分析及其表征手段研究:重点研究地理信息系统在环境监测领域的应用。利用GIS系统提供的空间属性管理、空间统计分析、叠加分析和缓冲区分析等核心功能，使GIS系统能够与环境监测信息系统各部分有机融合，在环境监测点位管理、预警监测、环境质量综合分析和决策辅助、环境灾害应急监测等方面为信息系统提供多样化的分析和表征手段。

(4)环境污染物扩散模式、预测模型等在信息系统中的应用研究:为环境质量预警监测、环境应急监测系统和环境监测数据综合应用平台提供预测分析能力。

4 环境监测业务系统

4.1 预警监测系统

预警监测系统实现环境质量自动监测、污染源在线监控、敏感区域环境预警监测等环境质量在线监测、监控系统的信息化管理。主要功能应包括:

(1)建立统一的数据采集系统，采用组件(COM)技术屏蔽异构系统及仪器协议的差异性，实现仪器动态管理和接口自适应的数据采集。实现方面应采用先进、通用的硬件设备和编程环境;为避免重复性投资，在硬件指标满足系统要求的前提下应尽量复用已有的硬件设备;为保证数据可靠性，应坚持数字量采集为主、模拟量采集为辅的原则。

(2)建立稳定高效的数据通讯接入平台，通讯接入平台应采用成熟的数据通讯技术进行设计开发，并提供透明的网络传输，兼容Internet、CDMA、GPRS、ADSL、3G、光纤等各种通讯网络，确保监测数据实时传输、高效汇集。

(3)建立监测仪器管理档案库，集中管理水、气、声等自动监测仪器的静态信息、接口信息和动态信息。

(4)建立环境质量自动监控应用服务平台，服务平台实现自动监控数据的Web共享和环境专题地图的空间表达，具备地图管理、数据质控、数据分析、趋势分析、查询检索、统计报表、网络化发布、报警管理、权限管理等功能。

(5)建立自动监控反向控制平台，实现对自动监测站的远程控制管理和实时状态监视。

(6)构建灵活的权限管理框架，提供统一的用户管理和系统管理，满足不同部门、不同用户使用系统，防止用户非法使用或越权使用。

(7)引进国内外先进的软件模型，结合当地特点和排放清单的完善，建立本地化的预警预测模型，并加强与气象部门的合作，共同研究、完善空气质量预警预报的综合平台，包括建立数值预报、统计预报业务系统。开展分时段、分区域、多因子及趋势预报等多样化预报业务。搭建数据与信息共享平台，逐步实现环境与气象要素的实时信息共享。

4.2 实验室信息管理系统

LIMS系统实现例行监测、执法监测、委托监测等传统手工环境监测业务流程管理、实验室信息管理、质量控制和相关实验室资源管理等功能，统一管理信息存储与调用，管理评价标准、系统权限，以及系统间数据交换等。

LIMS实现手工监测的网络化，不仅提高了环境监测的信息化程度，也使手工监测如同自动监测一样，有了模式化、规范化的管理方式，有利于提升业务管理水平，实现对业务过程的可知、可控管理，同时可以大幅提升工作效率，是环境监测走向现代化的重要环节和发展方向。

4.3 环境污染应急监测系统

环境污染应急监测系统实现对风险源信息、污染源排放清单、环境应急预案、环境灾害处置措施及环境应急监测现场调度等功能。

(1)全面的污染源基础信息管理:结合环境统计、排污申报、污染源普查等环境管理系统，管理维护本市各类污染源和污染物排放信息。

(2)污染源监督监测数据管理:各类污染源监督监测点位管理和历史数据查询、统计、总量核算等功能。

(3)污染源在线监测系统的接入:接入污染源在线监测监控系统，读取历史和实时自动监测数据和现场视频图像。

(4)污染物排放清单管理:结合管理数据、污染源监督监测数据和污染源调查监测数据，管理维护污染源排放清单，并通过持续的维护和改进，形成本地的污染排放清单。

(5)有毒有害物质在线查询管理:搜集和完善各有害物质属性、危害和应急处置信息。

(6)环境风险应急预案管理:逐步增加针对污染源和环境敏感点的应急预案数量。

(7)环境应急决策辅助:充分利用GIS系统和相关环境预测模型，结合各类历史数据和现场监测数据，对环境污染事故可能造成的危害程度及范围做出相对准确的预测和模拟。

5 环境监测数据中心

作为环保局数据中心的环境监测数据“分中心”，为局信息系统提供全面的环境监测数据信息，满足环境管理对环境监测的需求;实现各环境监测业务系统数据信息的自动获取和集成;提供外部数据接入功能，接收环境管理数据、辖市区站上报数据和GIS地理属性数据等;实现上报数据的自动生成，提高数据传输业务效率。

环境监测数据中心包括环境质量数据、污染源数据、公共基础数据的分类、编码、属性信息，数据交换格式与共享规范，分析主题定义和质量控制等核心内容，形成对环境监测对象、环境监测数据和业务规则的一致描述和规范化管理，同时管理面向分析主题的评价指标、统计分析算法、统计评价体系，以及数据抽取、转换、加载策略等内容，最终实现数据集成和规范化存储与使用。除此之外，数据中心应具有面向决策分析的功能，具备多维分析与深层信息挖掘(MOLAP)的支持能力。

在技术实现层面，采用SQL Server集成服务(SSIS)生成高性能数据中心集成解决方案，采用Integration Services对象模型编程API进行快速集成。

6 环境质量综合应用平台

环境质量综合应用平台重点解决业务系统、数据中心、综合应用三者集成关联的问题，从而有效服务于报表管理、环境质量综合分析、区域环境质量展示等应用主题。实现环境质量点位管理，将常规例行监测、预警监测等各类监测业务系统数据均作为环境质量综合分析的数据来源;开发监测数据综合分析工具和表征发布系统，丰富环境质量综合分析手段，规范环境质量评价，提高综合分析水平;实现各类环境监测报表的自动输出、数据的综合查询、综合分析文档管理;实现区域环境质量综合展示。

为实现上述功能并保证功能扩展和业务需求的延伸，环境质量综合应用平台采用面向服务的架构(SOA)实现功能中间件开发与部署，在设计上应至少包含以下3个部分:

(1)门户系统:以 MOSS(Microsoft Office SharePoint Server)作为统一架构体系，内置了对商业智能(BI)的支持，为门户提供Web Part界面管理、报表管理、工作流(Windows Workflow Foundation，WF)引擎管理、业务协同管理、授权认证管理等内容，实现决策支持(DSS)，完成数据报表、统计分析、数据查询、权限管理等功能。

(2)业务逻辑层:主要包括查询服务、分析服务、报表/报告服务、报警管理服务、流程规则服务、文件管理服务、接口服务。这些服务内部均可实现功能扩展和自定义配置而不影响整体框架，从而实现了业务逻辑和功能组件松散耦合，便于组件封装、系统升级和接口扩充，保证系统间的无缝衔接。

(3)应用逻辑接口:是平台门户与业务逻辑层的通讯接口，采用 WCF(Windows Communication Framework)技术作为基本通讯框架，除了为平台门户提供一致的访问接口外，还提供环境监测数据的共享访问。

7 结语

依据本文所述建立地级市环境监测信息系统，可以实现对环境监测业务和环境监测数据的全覆盖管理，具有较高的安全性、稳定性和可扩充性。在环境监测信息化研究的基础上建立的环境监测信息系统具有一定的先进性，基本可以满足“十二五”及今后一段时期内环境监测管理对环境监测信息系统建设的要求。

［1］陈建江.对我国环境自动监测发展的思考［J］.环境监测管理与技术，2007，19(1):1-3.

［2］刘定.环境信息化标准的发展［J］.环境监控与预警，2010，2(1):27-31.

［3］王合生.对环境监测信息化建设工作的思考［J］.环境监测管理与技术，2008(4):57-59.

Idea for the Construction of Environmental Monitoring Station Information System Construction in Prefecture-level City

CAI Ji-Jun，WANG Rong-jun，LONG Xiang
(Changzhou Environmental Monitoring Central Station，Changzhou，Jiangsu 213001，China)

By analyzing the status quo and the development tendency of domestic environmental monitoring business and information construction，the three － tier framework of ideas of monitoring operations，data center，integrated application for the information system of prefecture－level city environmental monitoring stations were proposed.The main function of the information system in different levels，focusing on the integration and division of labor of the environmental monitoring business systems was described.The method could satisfy the information construction requests of prefecture－level city environmental monitoring apartments in the aspects of advancement，safety，stability and extendibility for a very long time.

prefecture-level city;environmental monitoring;information system

X84

B

1674-6732(2012)-03-0032-04

10.3969/j.issn.1674-6732.2012.03.008

2010-10-08;

2011-03-21

蔡继军(1967—)，男，工程师，本科，从事环境监测及信息化管理工作。

(本栏目编辑 黄珊)