面向循环经济环卫产业园区的智能管理系统

蒋金明，王 玥，孔 超，杨 程，李 妍

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074）

环境卫生产业作为城市环境保护与生态建设的关键手段，具有公益性与经济性双重特征，逐渐成为了绿色循环经济新的增长点［1］。随着国内“节能减排”政策的不断推进，环境卫生产业已经从以废弃物处置、回收和利用为特征的低层次单一循环，逐步向区域化、规模化自循环体系的多层次系统化循环演变［2］。以某循环经济环卫产业园区为研究对象，提出了“现代化、智能化”的园区一体化智能管控方案，旨在统筹发展、提升效率、降低能耗，实现“高效、节能、绿色、智能”的管控目标。主要功能涵盖城市垃圾分类处置、集中管理和循环利用。主要环卫处理企业为生活垃圾焚烧发电厂、城市污泥处置中心、建筑垃圾处置中心、餐厨垃圾处置中心、医疗垃圾处置中心和园区污水处理中心。

1 智能管控系统基本构架

智能管理系统以高速数据传输网络为核心，构建面向循环经济环卫产业园区的信息融合平台，统筹规划调度全区生产管理、能源管理、环保管理和交通管理，建立以生产信息管理系统，智能能源管理系统、环保信息管理系统和智能交通管理系统为主体的管控一体化系统。系统网络结构如图1所示。

为了保证数据高速传输与高度共享，提出了园区综合信息高速主干网络，考虑园区内各生产企业的实际情况，园区综合信息高速主干网络采用有线-无线混合组网模式：有线网络为主体，无线网络作为补充。有线网络采用光纤主干网络，协议为高速工业以太网协议，通讯速率为100 Mb/s；无线网络采用移动3G网络，稳定的无线数据传输方案，尤其适用于本园区内的实际情况。

图1 智能管控系统网络结构

在网络资源划分上，对于分布相对集中或具有一定分布规律的传输节点，尽量采用有线光纤环网进行数据传输；对于分布较为分散且很难接入光纤环网的传输节点，采用无线网络进行数据传输。此外，对于一些关键性参数及数据量较大的参数，采用有线光纤环网进行数据传输。有线/无线的混合组网模式可以在保证数据通讯的实时性与可靠性的前提下兼顾经济性与灵活性。

2 智能管控系统功能划分

2.1 生产信息管理系统

生产信息管理系统面向区内各个生产企业的生产过程，旨在实现园区内各生产企业生产信息的集中管理，从而实现环卫循环经济全流程的统筹调度与协调生产，实现全区“零排放”的生产控制目标。该系统通过与垃圾焚烧发电厂、医疗废弃物处理中心、餐厨垃圾处理中心、城市污泥中心和污水处理厂等园区企业的WEB服务器联网，实现全区生产过程信息的采集、存储与处理，使园区管理人员能够全面掌握产业园内各个生产企业的生产信息与辅助决策信息，充分利用和共享信息资源，提高决策科学性。

该系统由数据采集模块、数据处理模块和数据发布模块组成，其中数据采集模块主要由各个生产企业的WEB站和高速传输网络组成，其中园区各个生产企业的WEB站对各自处置流程的生产数据进行处理，而后利用园区综合信息高速主干网络传输至生产信息管理中心。数据处理模块主要是由数据服务器和性能计算服务器组成，其中数据服务器负责完成生产信息的处理与存储，生成数据报表与趋势报表；性能计算服务器完成生产信息的深度挖掘，对园区内各个生产企业的生产流程进行性能计算与效能评价，输出优化调度方案，从而为管理者提供客观的决策辅助。

2.2 智能能源管理系统

本方案针对循环产业园区的能耗特点，设计了基于能源介质平衡的能源管理方案，依据整个园区能源介质管网的结构特点与能源耗损、产出特点，解决能源介质的生产、回收、消耗的平衡问题［3-4］，提高能源的综合利用效率。

本套系统可实现能源介质运行状态监测、能耗分项计量和能源管理优化功能。智能能源管理系统通过在线智能仪表实时采集园区内各生产单元的电、水、煤、油、燃气、蒸汽等能耗数据，通过园区综合信息高速主干网络将实时数据传输到智能能源管理中心，管理中心内的管理工作站将各个现场仪表所采集的能耗信息进行综合处理与能耗计算，输出实时准确的能耗数据报表，给出给予能耗最优的生产调度方案，统筹各个环卫企业的生产调度，实现“节能降耗，循环生产”的管理目标。

本套系统由能源在线监测模块和数据综合处理模块2个关键部分组成。其系统基本架构采用类DCS的C/S（Client/Server） 的模式，该模式可实现能源参数分散检测和集中管理，同时实现风险分散与优势集中。

1）能源在线监测模块。针对产业园区内能源介质管网错综复杂，分布范围广，全面维护与管理难度大等问题，本方案设计了基于GIS平台的在线监测方案，其方案的核心在于利用智能测量仪表完成能源介质运行状态的实时测量和累加计算，而后通过园区综合信息高速网络传入处于能源管理中心的数据服务器上完成数据采集，最后与GIS系统融合，实时监测电、水、煤气、蒸汽等关键能源网络运行情况；实现能源介质的实时精细计量，从系统的角度实施能源介质的平衡调度；考核能源实绩、控制能源成本，提高能源管理的效果和水平。

2）数据综合处理模块。数据综合处理模块主要完成现场数据的存储、处理和发布，其硬件组成为实时数据服务器、历史数据服务器、防病毒服务器、GIS服务器与计算服务器。本方案中，为了实现能源管理的可视化操作，针对不同的能源介质，分设相应的热电操作员站、供配电操作员站、供气操作员站、燃气操作员站和给排水操作员站等。同时为了实现能源信息对外发布，设置相应的WEB站，使之与互联网相连，完成相应能耗指标的外网发布。

2.3 环保信息管理系统

环保信息管理系统通过B/S（Browser/Server）的运行模式构建环保信息发布平台，实现园区内环保信息的实时可视化发布，提供多模式的数据输出形式，实现环保数据直观化、友好化。本套系统由基础数据管理系统、数据监测系统和环保管理系统组成。

1）基础数据管理系统。基础数据管理系统由各类分析仪表与高速数据网络组成，针对园区内企业的生产特性，其主要涉及仪表包括气体成分（CO、SO2、NOx、HCl、HF、CO2、O2、Hg等） 分析仪表、水质分析仪表（pH、ORP、COD、氨氮等）及其他监测仪表。各类环保参数由上述分析仪表实时在线监测，而后用园区综合信息高速主干网络传输至数据处理中心。

2）数据监测系统。数据监测系统包括数据监测、图形监测和统计分析3个部分。数据监测以数据报表的方式实时监测某个采样点或某个分析项目的污染物排放值，图形监测以线状图的方式监测污染物排放值，这2种方式可以相互切换监测。当某一分析项目的排放值超过标准值，将会以红色闪烁报警。统计分析是对某个采样点或某个分析项目的历史数据进行分析，以统计各种分析项目的超标情况。

3）环保管理系统。环保管理系统包括环保台账管理、环保计划管理、文件管理、报表生成和报表管理。环保台账、环保计划和环保文件的管理，使环保的日常工作纳入到信息化管理中来。其中报表生成功能，可按报表的要求生成各种上报报表，一键完成，完全消除了原来大量繁琐的工作。报表管理功能列出了所有生成的报表，统一管理。

2.4 智能交通管理系统

智能交通管理系统由若干个相对独立又互有联系的子系统组成。各子系统在GIS平台上实现统一操作管理。为产业园区管理提供智能化、专业化、多功能一体化的交通服务保障［5］。

1）数字高清道路综合自适应监控系统。为了实现对产业园内各主要路段及路口的监控，本方案采用基于网络化的数字摄像头的监控网络，通过合理的规划计算，将监控摄像头科学地分布在园区内各主干道路和关键路口，最大化地平衡监控范围与监控成本，同时依托高速光纤环网，实现园区道路自适应高清监控。

2）交通信号控制系统。交通信号控制是采用有效的负反馈原理和自适应控制算法，根据埋设在路口的交通流检测器所采集的交通流信息，实时自动调整相应的交通信号，以提供最佳的交通流，实现自适应区域交通信号控制。

3）交通路况检测系统。交通路况检测系统是利用检测线圈、微波等多种检测方式，全天候自动采集路面、隧道、立交桥等多种路况下的交通流量、流速、占有率等运行数据。同时，本系统通过中心平台与信号灯控制系统互联互通。为信号灯控制系统提供底层流量信息，并深层次挖掘、融合以及分析各种流量数据，使隧道出入口附近信号灯及周边路口交通信号在协调控制功能方面更加完善。

4）交通信息分析与发布系统。连续诱导的交通信息分析与发布是利用分布在道路的路侧可变情报信息屏，将本园区实时路况信息以个性化的方式提供给道路交通参与者。即以红、黄、绿3种颜色分别表示拥堵、缓行和畅通。同时每天发布交通管制、道路限行、绕行路线等交通服务信息，实现对车辆的全程连续诱导。

3 结束语

本智能管理系统全面贯彻现代化、智能化的设计思想，以节能降耗、绿色环保、服务高效为设计目标，分别设计了以生产信息管理系统、智能能源管理系统、环保信息管理系统和智能交通管理系统为主体的园区智能管理系统，实现了循环经济环卫产业园自上而下的智能管控一体化，大幅提升产业园区的生产效率，有效保障环卫产业园区的生产安全，充分发挥循环产业经济的巨大优势，为打造智能、环保、绿色的循环经济环卫产业示范基地提供有力的技术保障与数据支撑。

［1］谢清焕．推进垃圾处理产业化实现环卫经济循环［J］．环境卫生工程，2005，13（2）：60-61．

［2］李元宁,王敏，靳俊平，等.关于我国环卫行业发展总体趋势及主要特征的思考：以中新天津生态城环卫规划系统设计为例［J］.环境卫生工程，2009，17（3）：7-11．

［3］罗先喜，苑明哲，徐化岩，等．面向钢铁企业的先进能源管理系统研究新进展［J］．信息与控制，2011，40（6）：819-828．

［4］董奥，平星星，姜亮，等．基于能效监测的能源管理优化［J］.节能技术，2013，31（3）：269-273．

［5］隋亚刚.北京智能交通管理系统研究与应用［J］.道路交通与安全，2007，7（6）：1-7．