一、总体设计
在整个系统的设计上，在保证效率的前提下，遵循技术先进、分配合理、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则，综合考虑施工、维护及使用操作等因素，预留发展、增加、改造、完善等因素的扩充余地，并有效融合标准化、模块化、易用实用、性能优化、可靠稳定等特点。通过对多个监测平台工作内容及专业技术的进一步的分析与研究，对比分析国内相关的最新研究成果和应用成果，并结合我国国情及相关部门的人员规划，参照颁发的国家标准及文件，遵照超前性、实用性、客观性相结合，信息技术和自动化技术相结合，以及先进性与经济性相兼顾，管理手段与应用效果相兼顾的指导思想，最终设计并开发了该套PC端与移动端配套使用、相互共存的大气网络化质控平台。
二、设计原则
2.1 先进性和成熟性原则
在系统设计时，将充分应用先进和成熟的技术，提出先进合理的功能规划，保持系统软硬件及技术方法、数据管理上的先进与成熟，使系统具有较高性能，符合当今技术的发展方向，符合未来的发展趋势；同时保证系统具有较强的可移植性、可重用性，以便在将来能迅速采用最新技术，长期保持系统的先进性。
2.2 可靠性和稳定性原则
以可靠成熟的软件产品为基础，结合具体需求进行配置、定制和二次开发的方式进行实施，系统各环节具备故障分析与恢复和容错的能力，降低风险，以保证项目稳定实施。系统支持多个客户端（包括移动端和PC端）同时浏览、编辑、推送、上传等与数据库的交互式操作；当意外事件发生时，能通过快速的应急处理，实现故障修复，保证数据的完整，避免了重要数据的丢失。
2.3 安全性和保密性原则
系统的安全性和保密性是系统稳定运行的至关重要因素，因为既要考虑信息资源的充分共享，又要考虑信息的保护和隔离，所以系统在各个层次对访问都进行了控制，将用户划分为多个角色并设置了严格的操作权限，同时，利用日志系统、备份系统和完善的恢复策略将系统的安全性能和保密性能进一步提升。
2.4 可扩展性和易维护性原则
设计系统时要有一定的前瞻性，需要充分考虑系统升级、修改、扩容、扩充和维护等的可行性，因为随着系统长期的使用，数据量也会逐步增加，因此软件系统的建设要能够适应不断发展的业务需求，能够灵活扩充、易于调整，并以较小的代价升级系统，最大限度的满足业务的需求。
本系统采用插件化、面向服务的设计体系，选用符合国际标准的通信协议和设备技术参数，使系统的硬件系统、软件系统、操作平台之间的相互依懒减至最小，提供完整的应急预案和恢复预案。同时，系统还采用容错或容灾配置，对系统可能出现的故障备有完善的处理预案，并配有必要的技术手段支持。
2.5 经济性和易用性原则
系统具有较好的性价比，设计面向实际，注重实效，坚持实用，充分合理利用现有设备和信息资源，帮助用户节省投资；同时，系统具有一致的、友好的客户化界面，遵循简单实用的原则，操作简便，易于使用和推广，使用户能够快速的掌握方法，无论是PC端用户还是移动端用户都能有一个良好的人机交互体验。
2.6 机动性和灵活性原则
作为需要为现场执法任务提供服务的系统平台，机动性和灵活性也是必不可少的原则，运用PC端与移动端相结合的设计，分工合作，在保证安全性的基础上，提供一定的共享、交互功能。
面对突发事件，移动端用户能够第一时间赶赴现场，有效采集第一手资料并分享上传至PC端，为辅助决策提供依据支撑。
三、设计依据
系统建设严格执行系统的标准化和规范化，以保证信息系统工作过程的规范化和信息系统数据的标准化。所遵从的主要标准有：
《中华人民共和国环境保护法》
《中华人民共和国大气污染防治法》
《大气污染防治行动计划》（国发〔2013〕37号）
《大气污染防治目标责任书》
《国家环境保护“十二五”科技发展规划》（环发〔2011〕63号）
《关于开展环境保护重点城市环境空气质量预报工作的通知》（环发〔2000〕231号）
《污染源自动监控管理办法》（国家环保总局令第28号）
《国控重点污染源自动监控能力建设项目建设方案》（国家环保总局函[2007]241号
《污染源在线自动监控信息传输、交换技术规范》（HJ/T355-2007）
《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）
《污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准》（HJ/T212-2005）
《环境污染源在线自动监控信息传输、交换技术规范》（HJ/T352-2007）
《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）
四、建设内容
大气网格化平台是指环境保护相关部门通过通信传输线路与自动监控设备链接，用于对环境空气质量等监测项目实施自动监控的软件和硬件，硬件主要包括子站数采仪、子站VPN、子站交换机、数据库服务器、VPN、机柜等；软件部分包括两个平台，PC端平台和移动端平台。
4.1 平台整体规划
根据大气网格系统建设的总体目标及任务要求，系统划分为2 个平台，共包含10个子系统（信息管理子系统、任务管理子系统、移动办公终端、考核评价子系统、统计分析子系统、用户/权限管理子系统、运维管理子系统、地理位置服务子系统、发布系统、环境移动执法子系统），其体系结构如图所示。
4.2 信息管理子系统
信息管理子系统是大气网格平台的核心模块之一，它攘括了平台中所有监测类型的小系统，如微型空气站系统、油烟监测系统，扬尘监测系统等，每个小系统中又包含数据采集、数据查询、站点排名、数据修约、超标排名、预报预警等多种功能，为环境管理者对环境空气质量变化情况的掌握提供了便利条件。
系统建设充分考虑可拓展性原则，为未来数据接入预留足够的接口，在不用对系统做任何更改的情况下，可以自由增加监测站点数据资源，能够与扩展的监测站点进行无障碍对接。系统建设完成后，具有以下功能特点：
（1）数据采集
人工设置一定的数据接收时间间隔后，系统自动按照设定的接收频率采集各类监测数据，包括分钟、小时监测数据以及状态数据、设备参数等，过程中无需人工干预，全天自动采集。
（2）数据查询
系统接收实时监测数据的同时，将采集的大量数据统一存储到本地数据库中，并实现数据备份功能，方便用户根据实际需要进行历史数据的查询。
（3）站点排名
系统可根据用户的需求对接收的各站点的数值信息进行排名，包括各监测指标的小时区间、日区间等时间段的站点数据排名。
（4）数据修约
系统传输过程中，针对各项数据进行自动审核，可以预定义数据校验规则，有效保证数据质量批量查询经纬度，自动审核能够基于《国家空气监测网监测数据标识体系》对异常数据进行筛选剔除。对数据项有效值的上、下限以及表达格式按规范进行设置；监测项目的数值间逻辑关系也是审核的重点，进一步校对数据的合理性和准确性。
虽然在自动审核的过程中，系统按照设定程序进行数据质量的审核，但由于缺乏对整个运行平台宏观掌控，可能会将无效数据标识为有效数据，或将有效数据标识为无效数据。这时就需要进行人工复审，人工复审就是要实现数据的第二次过滤和筛查，通过对分析仪的运行状态、子站维护情况、数采情况、网络等信息的了解，来确定自动审核数据的客观性和准确度，对自动审核误标识的数据进行修约。数据修约需要对数据审核操作进行详细记录，包括审核人、审核时间、审核的监测项目、审核所采取的操作等。
（5）超标预警
超标排名和预警报警是系统平台不能缺少的内容，一旦空气质量状况出现异常，监测数值出现波动时，系统自行启动超标报警并对超过两个以上的站点进行排名。此功能中分数据上下限与预警上下限，数据上下限为数据有效性判定标准值，超过界限的则被判定为无效。预警上下限为当监测因子不在设定值范围内一定时间之后，则会自动给设定联系人发送预警提醒信息，保证系统的正常、稳定运行。同时日报通知将辖区内各个行政区环境质量指数日均值以短信形式发送给站点负责人或主管领导，让环境管理者及时掌握环境空气质量变化情况，在空气质量恶化时第一时间知道详细信息。
4.3 任务管理子系统
在任务管理子系统中管理员可以对任务进行编辑、下达、查询等操作，也可查看任务的完成状态，对任务进行分类，并根据重要程度和最后完成时间进行排序。
同时，PC端平台接收到的反馈、举报或投诉等其他来源的信息，也能在第一时间推送给相应的移动端执法人员，实现灵活、快捷、高速执法。
4.4 移动办公终端
移动办公终端是移动端信息的接收汇总点，包括移动端实时信息、执法信息、多项预警等功能。
4.4.1 实时信息
通过GIS系统、实时定位、轨迹回放等技术，系统自动对移动端执法人员上下班打卡以及工作时间的位置信息进行监管，另外可以通过定位校准执法所在具体位置，方便以后对环境质量的持续监管。
4.4.2 执法信息
接收执法人员上传的现场执法照片及视频，了解现场执法任务完成情况，了解限期整改、限期治理、处罚建议的后续情况，掌握环境监管最新的动态信息。
4.4.3 各项预警
通过系统设置，对执法任务过期、审批批复过期、许可证过期、许可证年检过期、限期治理过程、限期整改过程、行政处罚过期未执行、处罚收费过期未缴等情况进行预警，方便对业务进行全面的管理。
4.5 考核评价子系统
根据移动端执法人员对任务完成数、任务完成率、管辖企业达标数、管辖企业达标率、信访任务完成率等指标的量化，从工作质量和工作成效两个方面，系统自动按照评价权值对其工作情况进行分析评价并自动输出考核结果。
4.6 统计分析子系统
统计分析子系统是对各点位监测数据的统计与分析，经过算法运行生成数据模型，实现系统建模分析的关键功能；同时，统计支持根据原始值计算分钟值、小时值、日报、月报、年报的功能。管理员可以通过该子系统查看选定点位在某时间段内的数据统计报表、分析图（展示支持折线图、柱状图、表格等多种形式）以及首要污染物来源，系统还支持导出打印功能。
4.7 用户/权限管理子系统
用户/权限管理子系统就是对用户进行添加、编辑、删除等管理。每个用户都会设定对应的角色，系统对于不同的角色设置了相应权限管理，一个角色关联了一套操作权限。系统用户：拥有系统的所有功能操作权限；管理用户：拥有部分业务相关的功能操作权限；普通用户：只能进行系统中相关内容的查询操作，实现不同级别操作人员对数据访问范围和数据读写性的严格控制，建立统一用户管理平台实现所有用户的身份管理，包括用户个人身份信息、角色信息、电子邮箱等，同时执法人员移动端平台登录的个人账号和密码也由此设定。
4.8 运维管理子系统
系统可以通过运维管理子系统实现实时监视在线监测仪器工作是否正常，数据上传是否正常，从而清楚设备的运行状况及运行进度，当前端数据采集设备或仪器出现故障时，系统自动提供报警信息方便站点负责人及时知晓，并采取相应的解决措施，保证系统的正常、稳定运行。
4.9 地理位置服务子系统
地理位置服务子系统是在整合地理信息数据和环境监测数据的基础上，将传统的静态记录以多样化的地图形式展现给用户。通过地理位置服务子系统的可视化地图展示，实现大气网格化监测系统发布平台和手机APP按地理位置进行显示和查询，可以帮助环保部门工作人员直观地获取环境要素的空间分布，以及各要素间的空间关系等信息。
在系统前端界面上，显示各监测、监控点位置分布状况，并对各监测监控点实施监控，实现在线监测数据的实时刷新、临界提示、超标报警。实时调用刷新现在在线监控监测数据。用户可以通过空气质量的查询定位后，直接查看与监测项目相关的监测数据。
GIS用户通过部署一个集中式的GIS服务器在大型组织之内以及Internet的用户之间发布和共享地理信息。服务端的GIS软件适用于任何集中执行GIS计算，并计划扩展支持GIS数据管理和空间处理的场合。除了为客户端提供地图和数据服务，GIS服务器还在一个共享的中心服务器上支持GIS工作站的所有功能，包括制图，空间分析，复杂空间查询，高级数据编辑，分布式数据管理，批量空间处理，空间几何完整性规则的实施等等。
本项目地图采用百度开源地图数据，系统内所有监测点位按所属行政区域进行归类和展示，并通过系统配置经纬度计算坐标体系内所在位置显示；地图支持矢量、卫星、三维相互切换来展示监测仪器及移动端执法人员的位置。
4.10 发布系统
系统自动将接收到的实时监测数据上传至移动端、PC端以及监测终端，方便相关人员的查看。PC端和移动端人员均可在界面首页中点击想要查询的站点，即可得到实时信息，监测终端可在LED屏或设备自带的可触摸屏上直接查看。
4.11 环境移动执法子系统
环境移动执法子系统为手机版发布系统，是指智能手机客户端程序和数据。系统支持Android、IOS等主流的手机操作系统，界面简洁、大方，易于操作。系统结合地理位置服务子系统，实时发布各个监测站点的监测因子小时浓度值及滑动平均值，并自动绘制过去24小时的浓度曲线图。发布各监测站点的监测站点信息、环境质量AQI、首要污染物、指数类别以及多项排名信息，不仅可以查看实时数据，还可以查询历史数据。按照《HJ633-2012环境质量指数(AQI)技术规定》，根据环境质量AQI进行颜色标识。
系统在智能手机里批量查询经纬度，安装专门定制的程序，实现责任人实时定位，接收环境监督任务，环境管理现场业务的执行、监管，并通过系统将灵活表单、现场拍照、视频等执法信息上传，同时满足对环境管理全覆盖的信息以及常规法律、环保知识等信息的查询功能。
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