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空气质量数据管理系统

一、总体设计

空气质量监测系统平台主要体现在以下几个方面:
 
1) 依靠目前成熟的大众化的通讯手段作为该系统的通讯支持平台,实现环境监测数据的传送。
 
2) 应用平台以先进的GIS地理信息系统为基础,依照不同的功能划分设计与之相对应的功能模块,构建操作人性化的系统平台。
 
3) 具有综合的信息管理功能,包括监测点基本信息管理、设备信息管理等。
4) 提供完备的数据查询、数据统计、打印功能。
5) 监测现场要安装的数据采集与传输设备是一个智能化的监测单元,自动定时的上报多种监测数据、实时上报瞬时数据、超标报警和掉电报警等信息。
6) 系统平台中心数据库系统是一个关键的单元,它负责监测数据的存储,所以需采用国际流行的关系型数据库,使它能够在大量并发访问的环境下稳定可靠的工作并能够快速得到查询结果。

3.3 数据库结构

系统平台数据库结构包含两个层次,处于底层的数据库是原始数据库,处于高一层的数据库是审定数据库。两种数据库类型之间的数据交换采用单向模式,即数据流从原始数据库流向审定数据库,绝对禁止数据流的反向流动,数据流动有逻辑程序自动控制和手动控制两种方式。
  • 原始数据库
原始数据库是整个系统平台的核心,其数据安全性和数据完整性关乎全局。因此,在对该数据访问、修改、传输、存储和备份的各个环节必须加强监控确保安全,一般情况下只有最高权限的访问者(系统本身或人员)才能够访问,本解决方案已经充分考虑到了这一点,并且给出了完备的解决方案。
  • 审定数据库
审定数据库中的数据是系统平台提供给用户最终使用的数据,从原始数据库到审定数据库的数据流动过程中,系统平台需要对原始数据作出以下操作:数字平滑处理、异常数据剔除、补充不完整数据和其他必要操作。另外,各种环保监测数据都是敏感数据,在授权用户访问时,严格控制访问权限,建立访问日志记录。

3.4 系统结构

  1. 系统网络拓扑图
  • 系统层次结构框图
 

  • 数据处理中心拓扑图
 

  • 下端设备拓扑图

 

  • 系统应用平台拓扑图

 
 

第四章 系统功能介绍

4.1 友好的用户界面

1)用户登录界面,根据用户名和密码进行登录

2)用户切换界面,不同的用户登录可以点击切换按钮进行用户切换,用户第一次登录后将保存登录信息,方便下次登录。

 
 
3)主界面

点位标志标注
 
工具栏
菜单栏
实时数据
监测点信息显示
等级分类
功能列表
 

4.2 以GIS系统基础平台

系统结合GIS地理信息系统与监测信息管理平台紧,将不同类型的环保信息直观的反映到计算机的操作界面上;达到电子地图的功能操作与系统平台的有效结合

4.2.1电子地图操作

1、系统对电子地图的基本操作功能有:
a)漫游:拖动地图
b)缩小地图:将地图进行缩小
c)放大地图:将地图进行放大
d)标尺:测量两点直接或多点的距离
e)箭头:回复到地图的操作默认状态
f)监测点查询:在地图上查找在线监测站点的位置
g)GIS查询:按照分类查询地图上的信息
h)图层控制:对电子地图的图层进行管理,方便查看地图信息
i)复制地图:将地图复制到剪切板
j)导出地图:将地图的可见部分导出成图片格式
k)打印地图:将地图的可见部分进行打印
2、鹰眼
通过双击地图打开鹰眼,更方便的对地图进行定位,同时鹰眼界面提供几个常用的地图操作键,放大、缩小、漫游、还原等。
3、经纬度格式切换
通过双击经纬度显示处可以将经纬度的度分秒格式和浮点数格式进行切换
监测点的添加删除
4、可以地图上找到监测点的大约位置进行添加和删除图标;也可以根据经纬度精确的添加图标;同时可以对监测点的图标进行选择,以便对不同类别的监测点进行分类
 

 4.2.2 地图企业标志与企业信息和数据的结合

1、通过右键点击地图上的监测点图标可以打开便捷菜单,方便的查看监测点的瞬时数据、定时数据、调取历史数据、设置监控参数以及浏览站点信息或图片

   2、左键点击监测点图标会显示此监测点的信息

 
3、自动报警提示,
设备报警信息到达后系统主界面在信息栏会有报警信息提示,通过打开下拉列表可以查看报警信息。
设备报警信息到达后在电子地图上的图标会提供声光报警,提醒用户及时处理。

4.3完善的站点信息管理

点位信息的管理:包括监测点的列表显示,可以实现对此信息的分类查询,添加、修改、删除;点位信息包括:名称、地址、联系人、简介、现成照片、工艺照片等。
监控设备管理:包括对监控设备的加、修改、删除等功能,内容包含监控设备的编码、名称、通讯号码、指标信息等。
监控指标管理:对每个监测监控点的指标信息进行管理,比如PH、二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NOX)、二氧化碳、氧气、温度、压力和二氧化硫总量、氮氧化物、电机运行等监测监控指标的数据维护,各类设备共享监控指标数据。

4.4 定时数据采集和显示

定时监控功能是本系统最为主要的功能,通过它自动的完成数据的上报、分析、存储。数据上报的时间间隔由监控频次确定,监控频次可由监控中心根据需要向现场设备发送指令来设定。监控频次为:最短5分钟采样一次,最长24小时,以5分钟的倍数增加,由用户自由选择。监控仪器将监控数据通过GPRS方式上传到监控中心通讯服务器,并存入后台数据库。用户可以根据自己的权限对监控数据进行查询。
系统在用户设定好数据采集间隔时间后开始自动定时向所有下位机发送调取数据的指令。
用户能够自行设置延迟时间、超时调用次数等参数。
达到的效果为系统能够通过GPRS网络进行自动、实时、多路调取正确的监测点的监测数据

4.5 瞬时数据采集和显示

实时监控为监控中心提供了随时获取某一监控点当前监测监控数据的手段,用户可以根据需要随时调取任何监控点当前的监控数据。通讯方式为GPRS方式。
调取实时数据,数据间隔为5分钟,监控数据以图形和数字列表两种发方式显示。连续的曲线图形可以直观的显示数据的瞬间变化。
瞬时数据显示:
主界面列表显示,用不同的颜色代表不同的数据级别

点击“状态”列显示此监测点的设备状态,在线、离线、报警

点击“点位名称”列打开此监测点的详细信息

点击数据列,显示此监测点的详细数据,已经最近60条数据

   曲线显示方式:

4.6历史数据采集

在某些特殊的情况下,比如移动通讯故障,可能监控数据不能及时地传送到监控中心,这样必然导致监控数据不完整。历史数据采集功能能够在系统问题解决之后,工作人员通过发送指令,将存储在现场数据采集与传输子站内的监控数据重新上传至监控中心。
系统可以自动监测某个监测点的数据完整性,并在数据缺失时,出现监控数据丢失报警信息。工作人员可以向现场监控设备发送相关指令,来调取某一天的监控数据。通讯方式根据当前现场监控设备的工作通讯方式系统自动进行选择。

4.7设备远程控制

可以对空气质量的在线监测设备进行远程配置和读取设备的信息举例如下:
1)设备编码
2)系统编码
3)服务器IP地址和端口号
4)现场机系统时间
5)修正系数
6)超标报警参数
7)白天夜间范围
8)采样及上传参数
9)设备工作时间
10)大屏幕显示信息
通过列表显示当前设备的远程参数,并可以同时对同一类型的设备发送同一指令,提高了对设备远程操作的效率。

4.8数据审核

       包括原始数据、审核数据、无效数据三种类型;
  通过对各类设备各个指标的范围界定,对接收到的数据进行数据过滤,超出范围的数据作为无效数据存入无效数据表,便于查询,以作为对设备运行情况的数据参考。
  无效数据不参与统计分析。

 
数据接收完毕后,工作人员对采集到的数据进行审核,发现异常数据时,可将该数据进行标识,标识后该数据颜色变为蓝色。
凡数据被标记过都不参与计算,审核完成后形成一份报告单,审核无误后打印,审核后所有数据存入数据库中审核数据表中。

4.9 数据查询

数据查询子系统为用户提供了完善的监测监控数据查询手段,用户可以根据自己的权限对相应的监控点数据进行查询,查询结果以曲线图、柱状图和列表等多种方式进行显示。

4.10 数据完整率查询

       当监控中心服务器因为停电、服务器维护或者网络情况不好造成在线数据不能及时传到数据库的问题,采用调取历史数据的方式将前端设备的数据调取到服务器的数据库,为了方便的查询各个设备的数据上传情况,采用数据完整率查询功能可以很清晰的了解数据的完整情况,并有针对性的对设备进行发送调取历史数据指令,也可以通过系统提供的自动补齐功能进行自动调取,可以对多套设备统一管理,提高了工作效率。

4.11自动报警

报警监控是系统自动完成对下端仪器监测到的各种报警数据的上报和自动提示功能,并将各种报警项目自动写入系统日志,为之后采取相应治理措施提供依据,报警信息在电脑屏幕上进行主动提示(文字、声音、图像)的同时还可以短信息形式发到相关责任人的手机上。
报警子系统的设置
为了能够将报警信息及时地发送到工作人员的手机上,监控中心需要将工作人员的手机号码和监控点的基本信息通过监控中心系统发送到现场的监控设备上。
报警信息的显示
系统报警日志详细的记录了浓度指标超标报警信息、设备掉电设备故障等信息。同时相关责任人可以同时在自己的手机上收到相应的报警信息。

4.12报表功能

能够按照用户要求实现日报表、周报表、月报表、年报表的表格打印,并且可以将表格导出为Excel格式,实现订制报表等。
原始数据保存在数据库中专门的原始数据表中,任何对数据的操作都不直接影响原始数据表。

4.13报表打印输出

对监测站提供报告单、汇总表的打印能力。包括整份打印(完整打印一份)和单页打印(打印指定的某一页)。对于需上报市局的常规监测,提供报告单的数据导出能力(Excel表格)。

4.14数据分析

数据分析功能按照用户要求形成小时变化趋势图、日变化趋势图、周变化趋势图、月变化趋势图、季度变化趋势图、年变化趋势图等,并能将图表导出为BMP格式。所有图表都可以按用户要求选择点位、选择时段。并且图表能够呈现一图多点曲线。
 
 

4.14.1有效天数数据分析



分别对PM10、PM2.5两种类型的各个监测点进行有效数据的统计分析,分为月统计和年统计

点击其中一行,则进入此监测点的各个月份的有效天数列表
下图为单个监测点有效数据的月份统计

切换到列表方式,多天曲线显示不同的等级

采用饼状图显示各个等级天数所占的比例

单击饼状图的各个区域进入各个等级的数据情况列表

下图为单个监测点天数据情况


4.14.2日报、周边、月报、季报、年报横向分析


当点击某行时进入下级曲线和列表数据

4.14.3气象参数结合PM2.5或PM10的分析

1、同一类型的监测点可以多个点进行数据比较

2、监测点空气污染浓度与气象参数的温度的比较

3、监测点空气污染浓度与气象参数的压力的比较
 

4、监测点空气污染浓度与气象参数的湿度的比较
      
5、监测点空气污染浓度与气象参数的风速的比较

6、监测点空气污染浓度与气象参数的降雨量的比较

 

4.14.4白昼对比分析

对某个监测点或者全区平均值进行白天和夜间的数据对比,分为日报、月报、年报


 

4.14.5不同监测类型对比

       当同一监测点有多个指标,不如PM10、PM2.5,可以对此监测点的不同指标进行对比
       分为日报、月报、年报数据


4.15用户权限管理

系统是根据角色区分不同的权限的,设置用户权限就是为用户分配角色,设置可访问的系统功能,只有用户拥有的角色具有访问相关的系统功能的权限时,用户才能访问该功能。

设置可访问的应用程序功能,应用程序就是可以安装在系统中的各种程序,应用程序与系统框架本身是无关的,只要符合相关接口就可以接入系统,系统中的企业信息查看,定时数据查看等等通过在程序中打开窗口访问相关的功能。

系统功能管理,可以手工增加系统功能

应用程序管理可以管理应用程序,应用程序功能管理可以管理应用程序的功能


 

第五章 数据安全方案

5.1数据完整性

数据完整性泛指与损坏和丢失相对的数据的状态,即存储器中的数据必须和它被输入时或最后修改时一模一样;用来建立信息的计算机、外围设备或配件都必须正确的工作;数据不能被其他人非法利用。
影响数据完整性的因素有多个方面:设备损坏、误操作、系统设计缺陷、病毒、黑客攻击及其他不可知、不可抗因素等,任何一个方面都不可能做到万无一失。提高数据完整性的可行解决办法有二个方面的内容:首先,采用预防性的技术防范危及数据完整性事件的发生;其次,一旦数据完整性受到损坏时采取有效的恢复手段,恢复被破坏的数据。
在一般信息服务器上,采用支持热插拔的硬件设备、QoS体系等技术;对于核心业务数据库服务器,采用双机热备份或者外置自动备份等多种手段,确保数据的安全。
系统安全程序一方面记录了系统的各种操作日志,从而为分析影响系统安全的因素提供了依据;一方面记录了哪些数据已经更新,需要进行数据备份操作。

5.2系统安全管理

为了保证系统安全,除采用一定的技术手段外,还必须严格遵循一些安全管理原则。根据国际上通用安全信息系统设计及本系统的具体情况,归纳出以下几条原则:
  1. 落实网络安全组织管理体系;网络管理中心设网络安全管理员,负责具体网络安全的组织和管理工作,指导各级网络管理人员的安全技术培训和设备安装工作。
  2. 根据用户身份和数据密级的不同,进行访问授权是最重要的安全机制。
  3. 最小权限原则:对某一秘密知道的人越多,就越有可能泄密。对不同职责的人相互无权过问。在环保信息系统中,有些信息是严格保密的,系统管理员也不能访问。
  4. 全面确认原则:在环境监控中心网络信息系统中,要对职责、授权、使用权限进行确认,对采集数据的合法性、输入数据的有效性、业务处理的正确性、传输数据的安全性等进行全面的确认。
  5. 安全跟踪原则:系统处理过程必须设置完善的跟踪日志,进行有效的跟踪。以便一方面能审查验证过程的可靠性,另一方面能监测和发现系统的故障差错或对系统的恶意侵害行为,确保系统的安全与保密。同时,对系统内形成的跟踪信息又要严加控制,以防被不法分子利用。

5.3数据备份和恢复

备份是用来恢复出错系统或防止数据丢失的一种最常用的办法。通常所说的Backup是一种做备份操作,它把正确的完整的数据拷贝到磁带等介质上,万一系统的完整性受到不同程度的损坏,可以用备份系统将最近一次的系统备份恢复到机器上。网络备份实际上不仅仅是指网络上各计算机的文件备份,它实际上包含了整个网络系统的一套备份体系。主要包括如下几个方面:
  • 文件备份和恢复
  • 数据库备份和恢复
  • 系统灾难恢复
  • 备份任务管理
对于网络管理员来说,为保证能恢复全部系统,每天都必须进行备份工作。但每天都必需进行备份工作。但每天都进行所有内容的备份是不必要的。可以按照下面的备份方式进行:
  • 每周一次全盘备份
    所谓全盘备份是将所有文件写入备份介质。全盘备份是克服系统不安全的最直截了当的方法,操作起来也较简单。通过这种方法网络管理员可以很清楚地知道从备份之日起便可以恢复网络系统上的所有信息。
  • 每天进行增量备份和插拔差别备份
增量备份只备份那些上次备份之后已经做过更改的文件,即备份已更新的文件。增量备份是进行备份的最有效的方法。每天只需做增量备份,除了大大节省时间外,系统的性能和容量问题也可以得到很好的改善。差别备份是指备份上次全盘备份之后更新过的所有文件的一种方法。它与增量备份相类似,所不同的只是在全盘备份之后的每一天中它都备份在那次全盘备份之后所更新的所有文件,仅此而已。因此,在下一次全盘备份之前,日常备份工作所需要的时间会一天比一天更长一些。
  • 不定期按需备份
按需备份是指在正常的备份安排之外额外进行的备份操作。这种备份操作实际上经常会遇到。例如,只想备份若干个文件或目录,也可能只要备份服务器上的所有必需的信息,以便能进行更安全的升级。
  • 灾难恢复操作
全盘恢复通常用在灾难事件发生之后或进行系统升级重组及合并时。如果备份得当,则只需将存放在介质上的给定系统的信息全部转储到它们原来的地方即可。为保证系统崩溃的灾难能恢复到最新的水平以减少灾难损失,应做好下面的工作:
  • 每天进行备份操作并检查备份的完整性
  • 经常进行磁带的脱机转换以保证在发生站点灾难时的可恢复性
  • 了解、熟悉、掌握如何使用备份系统进行数据的恢复,部件的损坏或老化一般都有一个过程,而非一下子完全损坏;在这过程中,出错的次数不断增加,设备的动作也开始变的有点不可思议,根据分析,判断问题的症结,以便做好排除的准

第六章  应用软件系统部署方案

功能简介:实现对企业客户应用程序的平台整合化,同时实现统一用户的身份认证和用户数据的共享、并实现了对用户实时信息的交互和整合。
主要特点:

  • 操作界面防治windows 操作界面制作,无需进一步培训,只要会用电脑即可立即上手使用。
  • 界面与旧版本程序相比改动不大,不需要重新学习使用方法。
  • 基于3层架构建立,完全保证了数据的安全性。
  • 支持各种扩展程序的接入,可以完全无缝的整合任何现有应用程序。
  • 灵活的权限体系,不同角色的用户可以使用不同的应用功能。
  • 实现了类似Windows 的窗口打开,拖动与关闭效果。
  • 实现多窗口、子窗口的操作关系,实现对文件、文件夹的相关拖放操作并保存到数据库中。
  • 实现了对文件程序查找和查找窗口。
  • 实现了仿Windows 的任务栏管理与操作。
  • 实现了支持无限的操作界面皮肤自定义和扩展性。
  • 实现了对用户所有操作的记录、保存数据库以及错误日志。
本系统的简单结构图如下所示:

6.4硬件环境

以下配置只是建议配置,可以根据现实情况多种功能共用服务器
1、主域控制服务器1台。
2、备份域控制服务器1台。
3、应用服务器4台。
4、数据库服务器2台。
5、自动监控数据传输服务器1台。
6、自动监控GIS服务器1台。
7、数据交换服务器1台。
8、磁盘存储设备3台。
9、视频监控系统专业服务器,及终端主机共8台。
10、客户终端主机6台。

6.5软件环境

在进行平台软件部署之前必须安装部署好以下系统软件:
1) Windows 2008 Servers Enterprise Edition
2) IIS ( Internet Information Server ) 6.0(Windows Server2008包含)
4) Microsoft SQL Server2008标准版
5) Microsoft .Net Framework SDK 3.0以上
6) ArcGis Desktop 10.0
7) ArcGis SDE 10.0.
8) ArcGis Server Enterprise 10.0

6.6部署方案

  1. 数据库服务器(2台)。分别安装Windows 2008 Server操作系统和SQL Server 2008标准版数据库系统,设置SQL Server系统的备份功能,实现数据库系统的备份。
  2. 主域控制服务器(1台),安装Windows 2008 Server操作系统,设置为主域服务器,实现域内系统用户的管理。
  3. 备份域服务器(1台),安装Windows 2008 Server 操作系统,设置为备份域服务器,以便主域服务器意外死机的情况下,市监控中心系统可以正常运行。在此服务器上安装网络安全管理软件,实现市监控中心内部数据网络的信息安全。
  4. 自动监控数据传输服务器(1台)。安装Windows 2008 Server操作系统,安装污染源在线监控系统数据交换平台软件,配置IIS服务,安装SQL Server组件。
  5. 自动监控GIS服务器1台。安装Windows 2008 Server操作系统,安装Arc Gis系统软件(1套),配置IIS服务。
  6. 数据交换服务器1台。安装Windows 2008 Server操作系统,安装污染源自动监控系统数据交换系统软件。
  7. 应用服务器(4台)。安装Windows 2008 Server操作系统,配置IIS服务。分别安装重点污染源基础数据库应用系统;重点污染源在线监测应用系统;在线视频监控WEB应用系统;环保综合管理平台系统。
  8. 视频监控系统及终端主机,已预装了专业的操作系统和应用软件,不需要在现场再进行软件安装部署。
  9. 客户终端主机,预装Windows XP系统。
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