摘要：随着国家的发展越来越好，各界对环境问题也越来越重视，在城市化的发展过程中，单方面强调经济发展，忽视生态环境的保护，导致城市生态环境的破坏。如何在城市发展过程中，对环境进行实施和有效的监测，是目前城市管理部门研究的重点问题。近年来在我国很多城市建设和发展的过程当中，突发性环境事件频繁发生，严重影响到了我国城市的生态环境和人们的生产生活。城市环境应急监测体系能够有效对城市环境进行监测，并且为环境治理和改善提供相应的意见和建议。

关键词：应急环境监测；可视化设计；应用

引言

环境监测是解决环境问题的关键。为了提高环境监测的有效性，需要对环境监测系统进行分析，合理对系统环境进行设计，使系统能够更好地投入使用，满足应急人员对环境问题的响应指标。环境信息采用动态图表进行显示，应用图形化显示技术，便于工作人员对数据监测结果进行观察，确定环境数据的具体信息情况，将数据以图形的方式进行展示，提高对环境数据信息的辨识度。

1环境应急监测系统平台建设的必要性

环境应急监测是指环境应急状态下对污染物的种类、数量、浓度范围以及生态的破坏程度和范围等进行监测，其目的是为了发现和查明环境污染状况，掌握污染的范围和程度。环境应急监测包括重大污染事故监测、突发性污染事故监测、对环境造成自然灾害等事件的监测以及在环境质量监测、污染源监测过程中发现异常情况时所采取的监测等。环境应急监测是环境应急体系中的重要组成部分，是突发性环境污染事故处置中的首要环节，是对污染事故及时、正确地进行应急处理、减轻事故危害和制定恢复措施的根本依据。

1.1环境应急监测体系的升级

面对新形势下物联网、大数据、生物识别等信息技术飞速发展、社会生产和对能源等多方位需求日益增长空前提高的新形势下，原有的监测和管理手段已经不能满足于解决当下的实际突出问题，并且国家对于环境问题的重视程度和要求越来越来高。故此，环境应急监测管理系统平台具有重要的建设意义：及时发现：在环境突发事件发生后，能够及时发现环境污染，并且快速监测污染，发现源头；快速响应：能够通过互联网、物联网、监测设备和人工检测的手段相结合，快速对环境突发事件做出应急响应；工作联动：通过空地一体化监测体系、数据挖掘、环境突发事件定性、环境污染事故预测评估，实现环境应急监测团队及其他相关部门有效的工作联动；应急指挥：对环境突发事件做出决策和指挥调度，有效开展应急处置、人员疏散、资源调度和善后处理；减少损失：平台整合有效的应急物资、应急人员、专家顾问、应急预案等，使人员安全和生产安全风险降到最低；事后总结：事件结束后，形成环境突发事件知识库，作为事件分析和应急管理经验的积累。

1.2防范环境风险的有效技术保障

通过本项目的建设，将物联网、移动互联、云计算技术与环境保护工作紧密结合起来，构建一个全方位、多层次、广覆盖的一体化环境应急监测平台，统筹先进的科研、技术、设备等优势，充分利用信息化手段，建设环保私有云、环境监控中心，形成“一个中心、三个门户、五大子系统”环境应急体系，促进环境数据在规划计划、政策法规、环境影响评价、污染防治、生态保护和环境监测等方面的有效应用，从而掌握环境质量状况及变化趋势，说清污染物排放情况，说清潜在的环境风险，为提高生态文明建设水平提供重要的科技支撑。

2城市环境应急监测体系存在的问题

2.1监测体系软件支持与硬件设施不匹配

目前我国很多城市在开展环境保护过程中，都引进和使用了城市环境监测应急体系，但是在具体实施过程中片面重视监测体系硬件设施的建设，没有得到软件的有效支持。这就导致虽然很多硬件设备能够符合环境监测的相关要求，但是软件没有能够对相应数据进行有效的搜集分析与处理，从而不能够为城市环境建设与发展提供有效的支持和帮助，在发生环境突发事件时，监测部门不能够快速准确的作出反应，导致环境建设与管理工作失去先机，导致突发性事件造成巨大和恶劣的影响。

2.2监测体系缺少后期管理和相关的支持

有些城市建立了环境监测体系，但是缺少了后期的管理与相关支持，相应的体系建立之后，需要引进人才，并且需要制定相应的管理体系和方案，进行常态化以及长期性的监管与服务，但是很多城市在建立了检测体系之后，没有进行有效的后期管理与支持。环境监测管理工作作为环境管理的一部分，它不应该仅仅只关注环境的现状，它还应该随时的将环境状况公布给社会，并对环境的管理给与一定的建议，充分的发挥出环境应急监测管理工作的社会服务功能。

2.3监测体系缺少与其他部门之间相互合作

城市环境应急监测体系不仅是生态环境部门运用相应的硬件和软件设备对突发性环境事件的相关数据和信息进行搜集和处理，同时应当与其他部门进行有效合作才能够达到环境应急监测的效果，但是从目前很多城市的环境监测与管理体系来看，缺少与其他部门之间的相互合作，没有及时有效地将相关数据信息进行可视化处理，提供给相关部门，导致在发生灾害性环境事件时，各类环境问题层出不穷同时会引发一系列社会问题。因此在开展环境监测的同时，应当与其他部门之间进行密切和有效的合作，这样才能够合理的利用资源，有效的规避环境灾害事件给城市生态环境和人们生产生活带来的不良影响。

2.4监测体系缺少人才支持和专业化监管

城市环境监测的体系缺少人才支持和专业化管理，要想形成行之有效的环境监测与管理体系，需要投入大量的人力物力，从很多城市的应急环境监测与管理体系来看，实际工作人员明显在减少。而环境应急监测为了更快的做好监测工作，其对于人员的要求更为严格。因此，现阶段监测管理部门人员的缺失对我国的环境应急监测管理工作是十分不利的。

3应急环境监测可视化系统设计实现

3.1用户管理模块

通过用户管理模块可以对不同用户进行管理，规范用户的使用流程，规定用户对数据库的访问行为，对用户的访问权限进行控制。根据用户的层次不同，将其划分为管理员、高级用户、普通用户，同时为用户分配不同的权限，满足用户对当前工作的需求，不向其开放职责之外的权限。用户登录过程中，由用户管理模块实现身份的验证，检验用户名、密码、身份信息等是否有效，确定用户是否满足身份条件，保障指定用户能够进行登录。访问权限方面，包括增加、删除、修改、查看四个权限，管理员具备所有权限，可对所有环境监测信息进行访问；高级用户可以对数据信息进行查看，相对地，普通用户仅能对部分信息进行查看，部分功能将不被开放，需要提升用户权限后才能查看信息，对应急环境数据进行访问。在用户权限的作用下，可避免数据信息被意外修改，有助于提高环境监测数据的安全性，保障对用户权限的限制作用，防止环境数据被非法使用。权限对用户具有约束作用，防止用户对参数信息进行修改，针对用户可视化过程进行管理，使用户管理模块能够发挥作用。

3.2功能设计

根据应急现场环境参数监测的需求，系统包含地理底图、数据接入实时显示、节点管理、系统报警、统计分析等功能模块，功能结构图如图2所示。①地理底图功能是为系统提供底图，包括底图加载显示、地图平移缩放等基本操作，以及多类型地图的同步缩放；②数据接入实时显示功能将各节点通过LoRa组网传输给数据网关节点的数据通过串口通讯接入系统，并将接收到的数据实时显示；③节点管理提供每个传感器节点状态信息，包括：节点状态管理每个节点实时的异常信息，地图标注根据节点不同状态在地图上以不同颜色显示并显示每个节点的属性信息，节点查询可以查询地图上每个节点对应的记录，以及用于了解当前节点的具体参数；④系统报警功能供使用人员快速获取异常信息。阈值管理供应急人员根据业务需求设置当前环境因子参数的报警临界值，报警管理负责将异常信息反馈到节点状态并在地图上显示，同时将具体异常信息反馈给用户；⑤统计分析功能根据当前时间节点追溯指定时间内的节点信息并做统计分析，还可以将节点各环境参数以图表形式显示，反映环境参数的变化趋势。

3.3串口通信模块

环境监测数据传输过程中，实现对数据的发送和接收，保证数据传输的稳定性。串口通信模块设计需要遵守串行通信的要求，对串口通信参数进行配置，提高通信环境的标准化程度，避免对数据传输造成影响。串口通信参数包括端口号、波特率、校验位等，是实现稳定通信控制的关键，需要对数据的传输过程进行验证，保障数据能够得到精准传输。数据传输过程中，引入传感器网络节点，与计算机COM口建立通信关系，使参数传输过程能够保持一致，提高数据的接收效果。对于临时传输的数据，采用临时开放接口的方式，提供一次性数据传输通道，数据传输完毕后断开端口；对于实时传输的数据，由通信串口对数据进行监听，将数据传输到缓冲区，逐条对数据进行处理，满足数据的实时处理需求，通过缓冲区的控制，避免数据在传输过程中造成丢失。数据传输过程中，需要对数据进行解码校验，确保数据具有完整的报文编码，提高数据传输控制的精准程度。以温度数据传输为例，需要注重温度传感器的应用，采用单片机对传感器进行控制，遵守单片机发送协议的要求，将温度信息传输到数据库中，实现对环境温度信息的采集。

3.4数据可视化

（1）动态数据图表。动态数据图表是在接收传感器数据的同时，以图表形式实时动态展示环境参数的变化。采用ZedGraph开源绘图控件，ZedGraph高度灵活，易于扩展，可以查询节点坐标。ZedGraph绘制曲线主要过程。首先利用Graph⁃Pane类设置图像面板的标题、坐标轴名称和范围，使用AddCurve方法添加曲线，包括曲线图例、点坐标序列、曲线颜色等参数。其次，利用ZedGraph实时绘制应急现场环境参数曲线：①初始化创建GraphPane类的实例，该实例用于设置图表字体、横轴、纵轴等信息，默认绘制所有传感器节点的温度曲线；②更新节点列表，根据收到新数据的信息，更新传感器列表，并按节点名称更新环境参数和接收时间坐标对到绘图节点列表，更新或者增加新曲线；③确定当前选中的环境参数和节点，更新横轴数据类型、数据格式、时间范围及步长，设置曲线可见性；④视图刷新，实现动态图的效果，包括横纵坐标和图表曲线的刷新。（2）多图层同步显示。多图层同步显示是多图层空间数据在系统中同步缩放、移动和显示的技术。这是快速获取信息，增加系统可用性的基础技术。Gmap.net由三层组成，分别为Map层、Overlay层、矢量数据层（Route，Markers，Polygon）。节点与地图同步显示，将节点遍历添加至Marker层，将Marker层绑定在Overlay层，然后绑定在Map层，实现节点标记数据与底图数据同步。不同底图放置在不同Map层，节点标记数据数据量小，直接放在内存数据库中，切换底图时清空各Map层标记，并将标记数据绑定在当前显示Map层，实现标记数据与多底图之间的同步缩放平移。底图缩放平移是图层层级和中心位置的变化，同步底图显示层级和底图中心完成底图间的同步，重写Map的PositionChanged和MapZoomChanged函数，将其他底图的缩放层级和底图中心与当前图层保持一致，设置标识标记当前选中图层，只有被标识的图层才能进行同步操作，避免漫游图层时图层间无限调用而导致系统崩溃。

3.5数据存储模块

（1）文件存储。为了满足环境监测系统可视化需求，需要对本地数据进行存储，用于对不变数据进行保存，实现对数据的加载与调用。应急环境监测过程中，需要对地理数据进行调用，以gmdb格式进行存储，便于获取指定的地理数据来源，缩短数据的调用时间，使文件存储能够发挥作用。地理数据类型及来源在Map中进行制定，由GMap实现对实例的加载，对地理文件数据加以管理。对地理文件进行操作时，需要通过API函数进行控制，包括CreateFile、ReadFile、WriteFile等，提高文件存储数据的采集效率。地理数据以字符串方式进行调用，需要对数据进行分离与转化，使数据具有完善的输出形式，将数据向可视化方向进行演变。文件存储主要针对本地基础数据，将常用数据资源在本地进行保存，使数据的调用更加方便，实现对数据可视化主体对象的加载。（2）关系型数据库存储。关系型数据与变量具有依存关系，将数据存储在数据库中，以一系列行与列的形式组成数据表，便于对数据进行查找和调用，使数据参数更加明确。通常情况下，这种存储方式适用于数据量不大的情况，数据具有较强的对应关系。关系型数据存储过程中，需要对数据结构展开设计，采用编码对同一组数据进行标识，使数据表具有完整的结构，便于对数据展开调用，实现对环境参数的存储。对于不同的数据而言，需要采用字段方式进行标识，如温度（TEMP）、湿度（HUM）、苯浓度，对应数据类型分别为int、int、float，建立字段与数据之间的关系，便于对环境数据进行唯一标识。数据使用过程中，采用SQL语句进行调用，能够提高数据的调用效率，通过数据表获取应急环境的相关信息，构建规范的数据设计环境。（3）内存数据库存储。内存数据库存储过程中，一般为非关系型数据，以键值对的方式进行存储，提高对数据的修改速度。以Marker层地理标记数据为例，采用两部分对数据进行存储，分别为地理位置（POSITION）和状态数据（STATE），将环境参数与地理位置相匹配，产生具有地理标记的数据源，实现对空间数据的有效存储。空间数据存储采用节点矢量形式，根据地理属性确定节点的状态，对数据源的真实性进行把控，使内存数据库得到有效解析。节点状态存储过程中采用Hash类型，提高对节点状态的检索效率，便于对内存数据库进行查找。为了实现内存数据库的有效调用，需要将地理位置与状态数据结合起来，针对非关系型数据进行确定，满足数据库调用的逻辑需求，使内存数据能够得到有效应用。

结语

综上所述，应急环境监测过程中，需要采用可视化监测手段，提高应急环境的监测水平，对环境监测系统进行完善。环境监测系统需要合理进行设计，通过数据分析及运用支撑可视化显示过程，使数据能够更好地进行展示，构建良好的数据查询环境。图形化是确定环境信息的关键，需要明确节点位置及属性，保障监测系统对环境信息的输出显示效果。

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