智慧环保大数据可视化系统建设
一、概述
智慧环保大数据分析平台以总量控制为目标，以在线监测为核心，以监测数据采集与传输、管理与应用为主要建设内容，运用和集成国际先进技术，构建覆盖环保系统、高效、稳定、通畅的数据传输共享网络和信息应用平台。具体建设目标包括：
（1）实现对各区内重点水库、排水管网、易涝点、河道的水质水量情况及泵站、监测设施运行状况的实时自动在线监控，使环保局能及时、准确、全面地了解各区内水质状况，为环境监管、环境评价、执法与决策提供有力支持。
（2）提升环保局环境监测业务全流程信息化管理的能力，规范环境监测业务管理程序，为数据收集、数据处理、数据审核、数据上报、数据应用提供信息化的平台，实现移动环境监测，以信息化带动全站工作质量与效率，提升监测综合服务能力。
（3）为监测数据进行质量控制提供信息化手段，规范数据产生、数据处理、数据审核的质量控制流程，保障监测数据的实效性和正确性，并对监测数据进行综合分析，如实反应环境质量状况。
智慧环保数据可视化系统整套解决方案，整体平台建设包含该系统的开发、设计、安装、调试试运行和交接验收等。内容如下：
（1）智慧环保数据可视化系统的设计、供货和施工、调试等，具体包括以下内容：
- 系统所涉及到的软件和硬件。
- 系统界面UI开发及各种仪表板、报表的开发设计。
- 数据的通讯、传输、存储、调取以及数据可架构的开发。
- 数据存储服务器部署在本地。
二、方案设计原则
本系统设计既要有前瞻性，又要符合标准化、规范化原则，体现高度的可扩展性。同时要充分考虑长远发展需求，做到统一规划、统一布局、统一设计、分期实施、逐步扩展，保证系统应用的完整性和用户投资的有效性，需确保全区综合管理系统的安全性、完整性、一致性、实时性，统一标准，规范建设。总体上将满足环境保护部要求和国家下发软件的要求，并遵循国家电子政务标准和环保部关于信息化系统建设的规范和要求，充分理解国家电子政务建设的方针和政策，严格遵循国家及行业标准和规范，以环保局信息化建设规划为指导，以“统一规划、统筹发展、技术管理并存、性能优化、适应未来发展”为基本原则，在此基础上，进行系统的设计、开发和实施工作。
1）充分利用已有系统
充分利用已有研究成果和已建立系统及相关数据。本系统在建设中应该充分考虑利用已有系统和数据的原则，对已有的支撑性应用软件系统通过系统集成或数据接口的方式将其纳入本系统并提供良好的系统与数据接口，便于数据实时更新和系统间的平滑应用。
2）满足实际业务需求
系统遵循以实际管理业务的需要出发，在需求调研和系统设计上以用户的实际使用为原则，兼顾长远发展性，使系统能够支撑全局工作，满足环水局业务管理工作不断深化与发展，整个系统应该具备用户化，使系统上线即可投入使用。
3）软件平台、数据库接口标准化
标准规范体系是实现互联互通、信息共享、业务协同的基础。在整个系统建设过程中，必须严格按照标准规范体系中制定的相关标准，例如：信息技术标准、信息接口标准和信息服务标准等。
4）系统实用性与易用性相结合
充分考虑系统的实用性和易用性，系统的操作界面要求尽量完备和简洁友好，要充分利用图像、图表等比较直观的技术，符合办公人员的操作习惯，并能提供实时、有效、准确的数据信息，为环保管理部门逐步提高决策的科学化和透明度提供支持，进一步资金利用率和环保管理水平。
5）重视系统安全性与可靠性
由于系统涉及大量重要数据，所以一方面系统从硬件底层做到安全可靠，另一方面软件系统制定严格的权限安全体系，确保不被非法窃取。同时，做到数据的实时备份，保证系统可靠的运行。
6）系统结构遵循易管理性和扩充性
系统具有开放的接口和灵活定制的功能，能实现对业务、图层、表单、人员、权限等的灵活定制。当需求发生变化时，能在少量进行代码级、数据库级的改动情况下实现。除此之外，系统还具有强大的扩展能力，可以很方便地挂接其它已有系统和新开发的系统，并能与这些系统很好的融合，实现数据共享，并能适应发展的需要和满足不同的需求。
7）界面设计友好性
界面友好满足各级领导和业务人员的使用习惯，系统在设计过程中将充分利用专题图、统计图表，直观展示领导和业务人员所查询出的各个业务数据结果。
三、项目数据及需求设计
3.1 项目现场数据源条件及要求
- 现场数据源来自西门子S7-200 SMART 、S7-1200、S7-1500等系列CPU。
- 现场PLC及上位机均属于局域网无外网访问权限。
- 项目现场设备状态及仪表状态都需要在数据可视化系统上显示。
- 数据库的所有数据要具备冗余功能，并且长期保存方便调阅相关数据。
3.2 数据处理流程
基于Wyn Enterprise的整个应用架构，从数据源对接，数据交工处理准备，到仪表板、报表可视化展示，整个数据流程可以分为以下步骤：
1）数据获取
环境质量监测数据分为业务系统产生的监测数据和手工录入的监测数据两部分。
对地表水、饮用水、大气、排水管网、区域噪声等环境质量数据的各类报表和Excel表格进行数据录入。并实现对录入的数据的编辑、更新和维护。
2）数据查询
提供多种方式查询，系统还提供用户自定义查询方式供重复使用，可以按照任意条件查询。
3）超标判定
对每个监测点的每个污染物指标设置最高或最低阈值，作为判定依据，当系统接收到监测数据后与此数据进行对比，如果发现超标则对数据进行标识，并用醒目的颜色标记超标数据以进行提示，同时超标记录被保存下来并分类统计生成日志。
4）数据统计与报表输出
系统能对数据进行各种统计分析，打印各种固定格式的表格和文件，并生成符合用户使用要求的各类环境质量月报、季报、年报表，并进行输出。另外，可根据实际需要自定义报表，系统还能够将相关的业务数据转储为Microsoft Excel数据表、Microsoft Word文档、文本文件或者数据库文件，以便于在Office等应用程序对数据进行二次加工或引用。具体的统计指标包括：断面名称、监测时间段、报表类型等。
3.3 项目现场监控画面
3.3.1 某污泥项目数据源参考画面
3.3.2 某污水项目需要数据源参考画面
3.4设计内容
3.4.1根据相关资料和要求对系统进行详细开发、设计，并提出设备的型式及主要基本参数，具体规格型号和数量的配置应列出详细清单。
3.4.2负责设计满足甲方是要送要求的数据可视化系统，为实现该系统的相关要求而增加的软件及硬件即使这些软硬件对实现相应条款中说明的功能是必要的，无论这些软硬件在技术协议中是否特地的提出要求都应提供。
四、技术方案
4.1 数据相关技术方案
4.1.1根据甲方提供的项目设备的实际情况，在不影响现场设备运行的情况下对前端具体数据进行采集、传输、存储等。
4.1.2数据均存储在本地数据库内，根据甲方要求设计一套合理智能的数据库架构。
4.1.3数据库软件采用MySQL/MariaDB、SQL Server等。
4.1.4服务器系统及数据库软件必须保证是正版。
4.2 系统界面功能方案
利用Wyn Enterprise 灵活的数据交互和探索分析能力，以及 OEM 白标集成的方式，为环保数据分析提供技术支撑。提供多源数据整合、报表统计、数据可视化、自助式BI分析、以及数据填报等功能，挖掘环保数据的潜在价值，为环保数据分析提供数据支撑。
4.2.1首页面以中国地图为住显示插件，用来显示公司在各个省份的项目概况，并且有具体的数据和颜色突出显示。并且在主页需要显示公司各专业领域项目的相关数据及指标，并且以图表的形式直观展现。界面色调可以参考下图所示：
- 主页面地图上的项目信息需要和周边个数据仪表盘进行联动，比如点击公司湿解项目，则全国地图上以省为单位显示各省湿解项目的相关数据，并且在走遍的各种仪表板数据随之显示湿解相关的各种数据指标，以此类推公司的污泥项目、污水项目、渗滤液项目以及垃圾发电项目等均遵循这一原则。
- 二级页面以省区图为基础，功能要求同上级页面，在二级页面以城市为单位在省区图上显示公司各个项目的相关数据及参数指标。
- 点击具体某个城市的项目进入三级页面，在三级页面只要显示对应某个城市对应环保项目现场设备处理系统的工控监视画面，该画面结合工艺流程图及现场上位机画面进行页面的开发设计，要和主页面的色调保持一致，然后在该页面可以实时看到具体设备专题和仪表数据以及生产相关数据，用于统计及计算相对应的生产效率、设备利用率及设备能耗比等。
4.3 环境质量综合分析
通过建设环境监测综合分析系统，满足不同业务部门对环境监测数据进行个性化的统计分析需求，包括水、气、声、等监测数据的综合分析、评价分析、相关性分析，并支持以报告、图表等多种展现方式展现分析结果，结合 GIS技术，实现环境监测的空间可视化分析，最终实现环境监测数据从微观到宏观的管理、空间分析、模型应用，建立环境质量空间评价体系，为环境管理者提供辅助决策依据。
要求支持用户自定义的环境质量分析功能，通过配置或设置可以增加或修改分析内容和表现方式。
4.3.1水环境质量分析
水环境质量包括地表水、地下水、河流、湖库、饮用水等不同的监测类型，针对不同监测类型，国家有不同的分析方法与标准。系统要针对不同的类型，实现具体的分析功能。
水环境质量综合分析模块通过对水环境监测数据的统计、对比、分析，加强数据的深化应用，准确掌握水环境质量状况和时空变化规律。
按时间、断面属性、点位属性、任务、污染物等查询条件统计监测样品数、最大值、最小值、平均值、最大值超标倍数、超标率、污染指数、污染负荷等参数的数据，生成统计结果并可输出报表。统计结果可有多种图表表现形式。各项统计功能可根据不同的评价标准生成不同结果。
统计类别包括：趋势分析；同比； 环比等。
对某单项指标，某区域站点，某年、某月日均值进行对比分析；
针对某区域站点、某单项指标进行GIS等值线、等值面分析；
基于某区域站点监测数据，将污染物浓度以指数值标识，进行环境质量状况和变化趋势分析。
4.3.2大气环境质量分析
大气环境质量分析系统通过对大气环境监测数据的统计、对比、分析，加强数据的深化应用，准确掌握环境质量状况和时空变化规律。
- 对某单项指标，某区域站点，某年、某月日均值进行对比分析；
- 针对某区域站点、某单项指标进行GIS等值线、等值面分析；
- 基于某区域站点监测数据，将污染物浓度以指数值标识，进行环境质量状况和变化趋势分析。
-
4.3.3噪声环境质量分析
噪声环境质量分析模块通过对功能区噪声、道路交通噪声、区域环境噪声监测数据的统计、对比、分析，加强数据的深化应用，准确掌握噪声环境质量状况和时空变化规律。
- 对某单项指标，某站点，某年、某月日均值进行对比分析；
- 针对某区域站点、某单项指标进行GIS等值线、等值面分析；
- 基于某区域站点监测数据，将污染物浓度以指数值标识，进行环境质量状况和变化趋势分析。要求可以调用绘图功能对每次检测的噪声点位图进行绘制，并保存下来，支持对历史监测点位图的查询功能。
-
4.4 其他功能
通过该系统的网络架构可以实现对远程PLC系统程序的上传和下载功能。方便电气工程师可以根据现场情况及甲方要求灵活调整现场PLC程序，提高售后技术服务的效率。
4.5 系统安全
整体系统的架构设计及网络搭建必须保证现场PLC控制下的安全及稳定，不能因该系统的原因影响现场PLC控制下或者影响项目现场上位机操作。并且也要提供必要的防火墙用以保护系统及数据的安全。