建设背景

大气污染防治背景下，对污染源企业的监管要求日益严格，存在大量不具备 自动监控设备的中小型排污企业，存在偷生产的隐患，现有污染源自动监控为主 的末端监控模式已无法满足新常态下的企业监控需求。在错峰生产、重污染天气 应急管理策略中，重点工业企业需要在特定时间内停产、限产，以缓解大气污染 物集中排放对环境空气的影响，环保部门需要加强对限产、停产企业的监督检查， 落实企业停产、限产的执行情况，保证环保任务的完成。

针对以上的问题，急需建设企业电量智能管控系统，通过采用电量监测“过 程管控”的方式，通过深入分析设备运转与排污的关联关系，找出企业偷生产、 治污设备运转异常、棑污超标等违规行为。实现辖区内污染源监管从人防到技防、 从结果监测到“过程+结果”监测、从计划监察到精准监察的转变，从而更好的 监督考核错峰生产期间、重污染天气应急期间中小型排污企业的日常生产，排污 企业限产、停产任务的执行情况，解决大气污染防治背景下的污染源企业监管困境。

建设目标

本系统运用大数据分析、移动互联网、物联网技术，对重污染企业生产环节 生产设备的用电信息、产能信息与污染治理设备用电信息、运行工况进行实时不 间断监测，实现从人防到技防、从结果监测到“过程+结果”监测、从计划监察 到状态监察的转变，低成本解决“全过程监测”规模化推广难题，极大提升了环 境监察执法效率。从而更好的监督考核错峰生产期间排污企业限产、停产任务的 执行情况，解决大气污染防治背景下的污染源企业监管困境，具体目标如下：

(一）创新监管模式，对污染源实现可视化监管，提升执法监管效率

建立企业生产、治理、排污全过程可视化监控模式，加强环保部门对企业的 远程智能化监管，减少环保监察人员现场检查的频次，提高政府部门的工作效率， 解决环保系统人手不足与企业数量大的不对称问题；从根本上解决企业污染偷排 偷放和治理设施不运行问题，破解治污设施工况监测难题，实现低成本全过程监 测，提高执法监管效能，为淘汰落后产能、排放总量控制，优化资源配置、改善 人居环境提供决策依据。

(二）建立智能分析模型，准确识别企业违规行为，实现精准执法

建立智能分析模型，对企业生产数据、治污数据、排污数据进行关联分析， 对存在的异常、弄虚作假自动报警，规范企业正常运行。通过分析结果对企业监 管和评价，对具有偷生产、超标排放行为的排污企业进行主动识别、精准处理， 改变环保执法人员盲目式、被动式的现场检查方式。

(三）加强源头防控，促进大气环境质量改善

本项目将对难监管的中小型排污企业纳入监管行列，对主要污染治理设施运 行工况进行实时过程监测，一旦遇到环保治污设施未开启、关闭或运行异常，系 统将发出告警提示，避免设备空转或低频运转、违规关闭治污设备、停产企业私 自开工生产、限产措施无法执行到位等情况。为打好秋冬季大气污染防治攻坚战 提供技术支撑，促进秋冬季大气环境质量改善。

总体设计

（一）系统总体设计

本项目以标准管理体系与安全保障体系为依据，分为感知层、支撑层、应用 层建设。

感知层：在现场端对难监管的中小型排污企业进行用电量数据监控，通过数 据传输网络上传至上层应用平台。

支撑层：支撑层是以云平台为基础，以环境监测中心数据支撑平台为服务支 撑为上端应用提供支撑服务。

应用层：建设以实时监测监控系统、智能分析模型、企业排污智能管控系统 平台端为主的应用服务。

标准管理体系：系统以国家、省、市相关法律法规为执行标准。

安全保障体系：以信息安全相关规范为执行标准，为系统的安全运行提供保 障措施。

（二）平台建设要求

平台可根据企业生产情况不同进行合理的报警提醒，以正常生产企业、限企业和停产企业为案例分析要求如下：

1、正常生产企业。企业排污智能管控系统可以根据企业生产设备开停状态和设备用电负荷，智能判断是否有污染物产生，通过电流情况自动监测治污设施是否开启，对可能存在偷排、擅自停运污染治理设施的行为进行报警提醒。

2、限产企业。企业排污智能管控系统具有生产备案功能，主管部门可根据对企业的限产情况，设置具体企业的生产时间、生产负荷（允许开启几条生产线）等指标，对于不按备案要求限产的企业，系统将自动报警提醒。

3、停产企业。企业排污智能管控系统除能够监控企业总变压器电流和生产设备用电电流外，还可以设置报警基础值，合理区分其他用电情况。当停产企业处于低负荷用电时（生活用电），系统不会报警；当停产企业出现高负荷用电，或者生产设备有用电电流时（生产设备用电量都很大），系统将自动报警，提醒执法人员企业未按规定停产。

建设内容

企业排污智能管控系统可以实现污染防治设施的源头监管，从“用电分析” 的角度摸清中小型排污企业的生产、治污设施的关联关系；通过实时监测及分析， 实现电能消耗过程、设备运行状态、生产作业行为的“可视化、数字化、精细化” 管理；通过对各种用电情况进行提前预警，减少及杜绝用电异常及设备异常；同 时对污染防治设施的全天候监测，防止企业在污染物监管过程中的偷排、减排、 漏排等情况，使企业严格执行排放标准，最终实现100%达标排放。

（一）标准规范建设内容

标准规范建设内容主要包括：

1. 监控企业现场端选点、布点技术规范要求
2. 电量监测数据传输及存储技术标准
3. 智能报警处置流程规范

（二）基础数据库

基础数据库存放平台正常运行所需的各类基础信息，包括标准代码库和基础 信息库两个部分：

标准代码库存放各类基础编码信息，如行政区划编码、行业分类编码、其他 相关编码等，为整个数据中心设定各类代码标准。

基础信息库则存放与系统运行管理相关的一些基础设置信息，如部门设置信 息、用户及权限信息、操作日志信息等。

（三）业务数据库

业务数据库存放环境管理业务中的具体信息，在本项目中，我们将根据环境 信息分类体系，结合项目的实际情况，建立主题数据库，实现对环境数据的分类 集中存储。

以下是对各个业务数据库数据内容的简要描述。

企业排污智能动态管控系统的建设涉及企业电量监管数据库、应急预警数据库、综合分析数据库，具体如下表示：

企业电量监管数据库包括企业管理信息、生产设施管理信息、治污设施管理 信息、生产工艺信息和用电量信息。

应急预警数据库包括停运报警、限产报警、超标报警等预警信息数据。

综合分析数据库包括报警趋势分析、AQI/用电量对比分析、AQI/错峰生产对 比分析、企业分布情况分析、用电量环比分析等信息。

（四）应用支撑层软件

通过智能分析模型，主动精准识别超标排污、治污不利、限产不达标企业， 使执法人员可快速出击、精准打击，改变现场执法核查难度大，取证难的局面。

模型采用arima时间序列模型与k-means算法结合，建立行业用电规律、企 业季节性用电规律、电量与污染物关联性、治污设备用电比、企业生产负荷分析 等多种分析规则。系统可根据项目情况配置管理分析模型。

GIS 服务：通过GIS地图信息服务，管辖范围内满足OGC标准的各类地图服务，其中 包括矢量、影像、晕渲多种类型电子地图服务。环保部门在地图上可以查看污染 源企业分布情况。

数据交换组件：依托专业数据交换组件，构建数据交换系统，从而依托数据交换系统实现与 外部系统数据交换与共享。

集中认证中心：用户身份认证系统建立以LDAP目录服务为基础的管理平台，对企业排污 智能管控系统应用体系提供身份管理与身份认证、访问控制服务。

用户管理

1、用户注册：包括用户信息的注册、修改、停用、激活、删除及复制等功 能；

2、角色管理：完成各应用系统的角色设置，可以给角色配置权限，以及为 用户、用户组提供快速配置角色的管理通道；

3、用户组管理：配置用户组，可以给用户组配置功能权限和单位权限，通 过快速管理通道可以为用户和角色分配用户组；

4、异常处理：用户验证、遗忘密码提取等异常处理功能；

5、查询服务：提供用户信息、角色信息、用户组等信息的综合查询服务。

权限管理

1、用户权限：提供用户的权限分配，包括功能权限和单位权限；

2、角色权限：提供角色的权限分配，包括功能权限和单位权限；

3、用户组权限：提供用户组的权限分配，包括功能权限和单位权限；

4、权限注册：完成功能权限和单位权限的注册。

访问控制

1、业务系统注册：对需要管理业务系统的资源进行系统注册；

2、单位对象注册：对需要管理业务系统中单位对象的资源进行对象注册；

3、控制对象注册：对需要管理业务系统中单位对象的具体操作资源进行对 象注册；

4、访问控制审查：当注册一个新的业务系统，应对其控制对象和单位对象 进行审查，判断其合法性，以防止恶意攻击和无效对象。

身份认证

1、用户数据采集：实现用户身份信息的采集和变更，用户信息数据库遵循 LDAP规范；

2、用户数据发布：向各应用系统提供用户身份数据，保证用户信息的一致 性；

3、批量维护工具：为系统管理员提供日常用户数据的维护工具，批量导入 和组织用户数据；

4、用户自助服务：满足用户对本人基础信息的管理（个人可定义的属性信息）。

維护管理

1、系统维护：完成系统的基础信息维护；

2、管理对象：对可控制对象进行管理，主要是对本系统的访问控制进行基 础对象的管理维护；

3、日志管理：实现用户注册、访问控制对象等操作系统日志的登记、跟踪、 审计和查询、统计、导出等功能。

（五）现场端排污企业用电量采集

通过对排污企业工艺的现场调研，确定企业生产设施、治污设施的关键节点， 布设电量智能采集设备，实现对生产环节用电关键信息、污染治理环节用电关键 数据的不间断监测。

1、对现场端采集传输设备实行防作弊处理，防止企业对电量监测点进行破 坏。

2、科学选定监测点位。除对设备进行封闭外，电量采集设备安装时，科学 选定监测点位，对企业总变压器电流（即企业入厂总电流）和企业各生产线生产 设施电流分别安装电量采集设备（设备可监测电压、电流大小），总变压器电流 和各生产设施电流互相印证，进行电量变化比对，如果生产设施监测设备被拆卸 移动，入厂总电流依然很大，仍可判定企业有生产行为。

3、实行一条生产线多点位监测。对鱼粉企业总变压器、蒸煮工序、烘干工 序等多处点位全部安装电量采集设备（平均每个企业约20个监测点位），进行全 生产线监控，单一设备损坏不会影响对企业生产状态的判定；如果企业要完全逃 避监控，则需变更所有电量监控设施，短时间内很难完成，也极易被执法人员巡查发现。

（六）电量信息采集模块

使用开口式互感器，测量电流、功率等用电参数，这种采集模块可以在不影 响企业的正常生产情况下进行安装，部署。

（七）现场防作弊处理

根据现场设备安装的情况，制定防作弊方案。为了保证数据的安全可靠，防 止人为破坏，现场端设备需要具备防作弊功能，在结构设计、防伪标签、铅封的 方面做好防作弊设计。

（八）智能数据采集传输终端

高可靠性linu操作系统；智能多协议自动转换；多协议多目标IP地址通信； 系统在线配置、升级、管理；嵌入式数据库大容量存储；具有治污设备智能管控 报警功能，及企业的生产负荷统计功能。在每个企业部署一套或几套电量数据集 中器（根据企业规模及现场实际情况），实现该企业所有监测点位信息的电量信 息采集，并对所有数据信息进行汇总后，通过环保部统一规定的HJ 212协议传 输至环保平台。智能数据采集传输终端与电量采集模块无线组网，传输距离视距是3公里。

技术优势

免停电：运用二次融合技术，免停电安装，不影响企业正常生产经营，施工方无往返 待工成本；

免布线：采用无线自组网技术，实现环保智能设备的广覆盖，无通讯线缆铺设、无接 线设计，设备辅材及线缆铺设成本降低90%。

环保云监控平台

企业排污智能管控系统平台，用“摸底排查”理顺每个测点生产、治污设施 的关联关系，实现对污染源企业的全面监管；通过实时监控及统计分析，实现数 据的展示、汇总及分类；通过“综合分析”对各种用电情况进行数据分析，实现 企业产能与污染排放的量化关系，为后续的精细化管理提供数据分析的基础。

1. 采集端。采集端指企业现场电量采集设备，采集端并非属于本系统的 一部分，与本系统建立通信。
2. 网络通信层。网络通信服务端系统，基于TCP协议，负责与采集端维 持连接，进行数据通信。
3. 报文处理层。一方面，网络通信子系统将采集端发送的报文交由本子 系统进行校验、分析等处理，然后交由下层；另一方面，执行底层向采集端的发 送任务，将发送任务组织为遵循规范的报文交由网络通信层。
4. 监测数据处理层。报文处理层将监测数据报文解析为预定义格式的数 据后交由本子系统，本子系统负责数据的最终存储。本子系统划分为两个单元: 本地缓存和数据库存储，本地缓存单元负责将数据缓存至本地磁盘，数据库存储 单元负责将缓存的数据存至数据库。
5. 实时库。将基础信息（如站点、设备类型等）常驻内存，供各业务层 子系统使用。实时库在整个系统架构中处于中心地位，所有其它业务子系统都基 于它进行数据处理，它自身没有任何业务逻辑，仅作为数据层提供基础信息及提 供实时库的持久化。
6. 系统启动层。作为整个系统的启动入口，负责管理业务子系统。
7. 运行监控系统。俗称看门狗程序，负责监视所有业务子系统的运行。
8. 外部接口。提供本系统与外界的交互访问。

通信建立

网络通信子系统负责与采集端即电量监测设备建立网络通信，双方基于 TCP/IP通信协议，双方通信的建立采用采集端主动请求的方式，以长连接的方 式工作。每个采集端在本系统中分配唯一的身份标识。

数据采集

负责接收采集端传输的电量监测数据。本系统收到数据后，对原始报文数据 记录到日志文件中，以备查阅，之后解析报文，对于正常和异常的报文解析结果 均记录到日志文件中，对于异常报文，要将异常原因记录在日志文件中。

数据存储

数据按照既定的数据库表结构存储至数据库中。

数据缓存

数据存储具备缓存机制，以备当数据库无法及时存储时，数据不丟失。本地 缓存（电量监测数据）子系统接收通信子系统投递的电量监测数据，负责将数据 按照一定格式存储在本地磁盘中。

数据存储

数据存储具备及时性。

数据库存储（电量监测数据）子系统读取电量监测数据本地缓存文件，将文 件内容即监测数据存储到指定的数据库表中。

运行日志

运行监控子系统负责监视所有其它子系统的运行状况，对于出现运行异常的 子系统，负责重启。作为一种服务性质系统，本系统日常是在无人操作、看管下 运行的，因此拥有一套完整的、可读性良好、可分析性良好的日志机制。

♦拥有系统开关记录，拥有系统异常退出记录。

♦记录采集端的连接和断开请求。

♦记录所有来自于采集端的原始报文。

♦记录原始报文的解析结果。

♦在数据存储过程中若产生了异常，则将异常内容记录到日志中。

排污智能管控

企业排污智能动态管控系统综合利用先进的数据分析技术，对大量电量数据 清洗、去噪，建立数据分析模型，将杂乱无章的数据变为可用数据。根据企业工 艺建立企业生产、治污关联模型和数据智能报警模型，分析预警各企业生产治污 运行情况、限产减产执行情况。

智能分析模型

系统内置智能分析模型，它作为核心建设内容之一，从“用电分析”的角度 摸清各污染源企业的生产、治污设施的关联关系；通过实时监测及分析，实现电 能消耗过程、设备运行状态、生产作业行为的“可视化、数字化、精细化”管理； 通过对各种用电情况进行提前预警，减少及杜绝用电异常及设备异常；同时对污 染防治设施的全天候监测，防止企业在污染物监管过程中的偷排、减排、漏排等 情况，使企业严格执行排放标准，最终实现100%达标排放。

通过智能分析模型，主动精准识别超标排污、治污不利、限产不达标企业， 使执法人员可快速出击、精准打击，改变现场执法核查难度大，取证难的局面。

模型采用arima时间序列模型与k-means算法结合，建立行业用电规律、企 业季节性用电规律、电量与污染物关联性、治污设备用电比、企业生产负荷分析 等多种分析规则。系统可根据项目情况配置管理分析模型。

1) 模型介绍

建立行业用电规律、企业季节性用电规律、电量与污染物关联性、治污设备用电比、企业生产负荷分析 等多种分析规则。系统可根据项目情况配置管理分析模型。

2) 分析模型应用

a. 企业用电数据统计分析

对企业用电及排污历史数据进行数据平滑，平稳分析，通过时间口径统计相 关指标。

b. 行业用电规律分析

利用k-means对各企业用电特点及排污特点进行分类，如：污染波动行业类， 高污染高消耗、嫌疑作假类。

c. 企业季节规律分析

分析企业用电及排污时间的周期性及季节周期性。

d. 电量同污染物关联

建立排污同用电量趋势关联的模型。

e. 治污设备用电比分析

建立治污设备用电比分析模型。

f. 企业生产负荷分析

通过企业设备用电信息,通过算法剔除基础用电量后，结合相关企业限产信 息，对企业生产负荷进行关联分析，通过用电量预测企业生产负荷。

g. 排放趋势分析

通过对企业用电量进行ARIMA时间序列分析，预测企业未来生产情况，结合同污染物分析模型，对未来企业污染物排放趋势进行预测分析。