面向数据挖掘技术下环境污染监控系统的实现

梁社楼

(广东青创环境检测有限公司，广东 江门 529000)

在污染源监测系统运行过程中，无论是对企业污水排放的监控还是在线报告分析，本文采用主动面向对象数据库技术，建立了污染源主动监测系统；基于主动面向对象数据库的原理，提出了污染源主动监测系统的实现模型，并介绍了其实际应用[1]。

1 面向主动对象数据库模型

根据主动面向数据库的结构思想，提出了主动面向对象的结构概念，并在此概念基础上初步提出了主动面向对象库的数据库结构模型。“活动对象类”被广泛描述成为四元组:AO=｛O，M，ECA，AOS｝。

其中O是对象元素的集合，每个对象元素都可以是以某种方式由简单对象元素组成的复杂对象。AOS是一组有限的对象类名，表示对象类AO的超类。M是一组可在O上实现的方法（或操作），其中每个方法m表示为二进制:m=｛md，eca｝。

这里，md表示一个对立面上的方法规则m的具体方法描述；ECA表示是一个活动方法数据库中的被附加到新的方法规则m的其中一组“事件-条件-动作”规则，简称d即为附加方法的d和ECA这个规则集[2]。它可以表示在主动执行激活方法输入m（或之前或之后）时所对应主动进行激活的一个规则或数组。ECA规则是将类附加到一个活动对象数据库中的对象类和类中的AO的其中一组“事件-条件-操作”规则，简称类。对象类是类的ECA规则集。它可以表示在主动访问或停止操作相应对象某个类型当中的某个对象（或之前或之后）时对相应主动请求激活和停止执行的一个规则或数组。执行事件过程主要是根据预定事件动作监视器，自动检测接收到的一个事件库并调用事件执行相应的操作规则，判断是否满足条件，执行一个预定义的事件动作：RULE〈规则名〉［（〈参数〉，…］WHEN〈事件表达式〉、IF〈条件1〉THEN〈动作1〉、IF〈条件1〉THEN〈动作 n〉；ENDRULE［〈规则名〉］。

从上面的网络定义我们可以明显看出，每个类的对象和超类之间根据一个超级的类继承关系可以形成一种具有多个对象继承超类关系的网络结构，对于每个对象和超类中每个对象的每次访问或执行操作，可以通过激活“事件检测器”来自动检测新的规则和数组，以便主动发现激活并及时执行一些之前预设好的动作。

2 面向主动对象监控机制的实现

系统的一个整体事件执行处理过程如下:多个原子事件探测器自动监控系统对象自动管理应用程序系统中的内部时间移动事件、外部空间事件、对象运行状态值的变化等多个原子事件，通过一个复合发生事件触发处理器自动计算对象是否没有发生新的一个复合触发事件，最后将所有触发事件数据提供反馈给不同条件下的计算器，以确定触发事件相应的计算规则。如果满足条件，则指令调用者为相应的程序用户对象定义数据处理程序或用户对象定义管理器[3]。

2.1 原子事件探测器/复合事件处理器

该软件模块主要负责帮助检测复杂原子事件和帮助构建复杂原子事件。原子事件主要有三种原子类型:

（1）基于对象执行操作的基本执行状态对应于对象插入、更新、删除和其他基于对象操作状态的执行操作。在大气污染源信息监测管理系统中，如果一个系统中的运行管理模式发生变化，可能分别是由于一个设备的自动选择和由于设备自动开关和流量的自动开闭引起的。

（2）时间事件，使用AT定义绝对时间事件。每天定期打印负载报告是此事件的典型应用。使用“每个”定义周期性时间事件，例如，在系统正常运行期间，根据一定的周期进行安全分析和计算。

（3）外部攻击事件，包括任何来自网站外部环境或其他用户的内部行为提示信号。复合原子事件通常是由上述事件具有特定参数运算符的两个原子事件直接组成的复合事件。常用到的运算符类型包括有AND、OR、NOT、FOLLOW、BEFORE和AFTER。

2.2 条件评价器和规则的管理

使用相应规则的提取来评估条件。如果条件为true，则调用相应的用户定义事件处理程序或对象管理器[4]。

在大气污染源质量监测管理系统中，为了充分满足不平等的系统运行环境条件，各监测设备实时返回的数据模拟量精度应在一定频率范围内，其计算规则中的定义公式为:ONEVENT（模拟量改变）、IF模拟量＜模拟量下限CR、模拟量＞模拟量上限THEN、〈执行报警程序〉。

2.3 对象管理程序

对象状态管理应用程序可以提供面向对象的事件数据状态管理，定义其数据属性和使用方法，并将面向对象事件状态的各种变化实时信息通知对象事件状态检测器。

在监控对象参数管理应用程序中，采用一种面向监控设备的参数建模设计方法，将监控下位机的通信接口、模拟量信号输入、开关量信号输入、开关和测量信号输出等相关运行控制参数以及各电子监控系统设备的相关电气控制参数作为监控设备设计参数，在需要建立监控设备参数模型的时候同时进行建立。瞬时分钟流量、累积小时流量、零点限流校准、量程校准、测量、温度、工作模式等成为设备的附加属性，并与电气参数绑定。这样，在系统监控运行系统正常运行期间，无论是系统监控运行工作模式的自动改变、还是监控运行系统状态的自动改变、都有可能主动产生触发监测事件，能够很好地充分满足大气污染源质量监测的系统实时性功能要求。

3 具体应用

广东省河源市企业原有的大气污染源实时监测管理系统主要采用的是传统的实时监测管理模式，原系统已经不能满足新的需求，因此，建立主动面向对象数据库的操作系统，其系统结构如本框图1所示。

图1 改造后的污染源监控系统

该操作系统产品具有直观简单易用的移动人机交互图形界面。人机交互界面的视频输出显示部分通过使用一个高分辨率彩色显示器可以显示各种图形和视频数据。

（1）人工查询：人工查询功能主要允许监控中心人员随时选择企业，检测企业的污染源和排放数据。

（2）自动实时巡检:当监测系统工作时间控制达到规定预设自动巡检任务时间时，系统自动实时读取各站点监控监测企业的整体污水处理排放情况数据；

（3）历史数据和图表:历史数据列表可以极大地方便员工查看污水企业在规定时间内的污水排放数据，并可以图形化的方式进行汇总。

由于在系统内部采用主动面向对象化的数据库处理技术，除了系统用户的主动干预可能会直接引起系统常规处理应用程序的被动调用外，系统内在运行过程中的各种异常事件变化都有可能主动通过触发生成相应的事件处理应用程序，很好地充分满足实时性的设计要求。由于系统采用了面向对象开发技术，系统本身具有良好的可维护性和稳定可靠的扩展性。

4 结语

采用主动面向对象化的数据库建模技术，将大气污染物管理监测装备功能由目前传统对象数据库的被动面向实现方式改为传统数据库的主动面向实现，充分满足实时主动监测的功能要求；主动面向监测装备的数据建模更好地符合粒子物理学的现实，有利于其进一步进行开发和利用。详细描述了主动大气监测建模机制的基本实现和设计面向监测设备的主动建模解决方案，并重点介绍了其在大气污染源主动监测系统中的实际技术应用。实践经验表明，主动面向对象化的数据库分析技术在大气污染源分析监测中仍然具有较高的实用价值。