第３２卷第２期 ２０１５年２月 计算机应用与软件 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｖｏ１．３２ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．２０１５ 重点污染物排放量测算系统的设计与实现 李张永 陈和平顾进广 （武汉科技大学计算机科学与技术学院湖北武汉４３００６５） 湖北武汉４３００６５） （智能信息处理与实时工业系统湖北省重点实验室摘要 针对造纸、印染、冶金、火电四大重点污染行业的实际情况，在ＶＳ２０１０开发环境下，采用ｃ＃设计并实现一种重点污染 物排放量测算系统。实现ＣＯＤ、氨氮、二氧化硫及氮氧化物污染物总量的测算、统计和分析。通过监测数据法、产排污系数法两 种污染物排放总量测算方法的横向分析比较表明，系统的建设有利于提出适合一般省市发展现状的主要污染物初始总量分配体系， 有利于合理分配主要污染物总量控制指标。 关键词 中图分类号重点污染物 监测数据法ＴＰ３１ １．５２ ｃ样初始分配方法 Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００．３８６ｘ．２０１５．０２．０１３ 文献标识码ＤＥＳＩＧＮ ＡＮＤ ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＡＴＩｏＮ ｏＦ ＭＥＡＳＵＲＥ ＡＮＤ ＣＡＬＣＵＬＡＴＩｏＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦｏＲ ＭＡＪｏＲ ＰｏＬＬＵＴＡＮＴＳ ＥＭＩＳＳＩＯＮＳ Ｌｉ Ｚｈａｎｇｙｏｎｇ Ｃｈｅｎ Ｈｅｐｉｎｇ Ｇｕ Ｊｉｎｇｕａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＣｏｒｎ￣ｕｔｅｒ ｓｃ搪Ｍｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００６５，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ） （Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｃｅｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｗｕｈａｎ ４３００６５，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｒ ｋｅｙ ｐｏｌｌｕｔｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ：ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇ，ｐｒｉｎｔｉｎｇ ａｎｄ ｄｙｅｉｎｇ，ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ，ｕｎｄｅｒ ＶＳ２０１０ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｗｅ ｕｓｅ Ｃ＃ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ａ ｍｅａｓｕｒｅ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｋｅｙ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅ ａｎｄ ｅａｌｅｕｌａｔｉｏｎ，ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｏｆ ＣＯＤ，ＮＨ３．Ｎ．Ｓ０２ ａｎｄ ＮＯｘ ａｒｅ ｒｅａｌｉｓｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｕｓｉｎｇ ｔｗｏ ｍｅａｓｕｒｅ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｏｔａｌ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ， ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄａｔａ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔｆ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ ｔｏ ｐｒｏｐｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉｌａ ｔｏｔａｌ ａｍｏｕｎｔ ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｍａｊｏｒ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｗｈｉｃｈ ｆｉｔｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｉｎ ｇｅｎｅｒｌａ ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ．ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｆａｖｏｕｒｓ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ａｍｏｕｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｄｅｘ ｏｒｆ ｍａｊｏｒ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｍａｊｏｒ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄａｔａ ｍｅｔｈｏｄ Ｃ＃Ｉｎｉｔｉａｌ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ 算、统计、分析，也没有建立相关的重点污染物排放量测算 ０ 引 言 为深入推进某省“十二五”…污染减排工作，实现环境统 计、总量减排、排污许可证及排污权交易工作的顺利衔接。以 一系统。 本文以重点污染物排放总量监管体系的建设研究和现有的 主要污染物总量初始分配方法比较分析为基础，结合火电、冶 金、造纸、印染行业污染物排放的实际情况，筛选企业污染物 个典型城市为切入点，开展火电、冶金、造纸、印染等重点行 排放数据，利用监测数据法、产排污系数法进行污染物排放量 测算、统计以及横向比较分析。根据重点污染物排放量测算系 统的要求进行架构设计和功能设计，后台数据库为ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２００８，在ＶＳ２０１０环境下，采用ｃ＃语言并结合Ｃｈａａ图表控件实 现了该系统。 业的排污现状调查，研究ＣＯＤ、氨氮、二氧化硫及氮氧化物污 染物排放监管和统计体系，明确重点行业主要污染物排放量计 算、统计方法，提出可操作性的主要污染物排污权总量初始分 配方法。 ２Ｏ世纪９Ｏ年代开始，国外开始研究排污权初始分配问题， 主要从理论角度出发，建立简化的数学模型，设定约束条件，求 最优解。与国外研究者深耕分配理论不同，国内学者更注重于 理论在实践中的应用，如李如忠运用ＡＨＰ设计一种满足定型和 定量双重要求的分配模型，在流域各分区之间进行排污总量分 配；林高松 等设计了一套以平均分配的等贡献量分配为基础 收稿日期：２０１３—０７—２４。国家自然科学基金项目（６０８０３１６０）。李 张永，硕士生，主研领域：软件工程，移动ｗｅｂ。陈和平，教授。顾进广， 教授。 １ 相关原理 实现重点污染物排放量测算系统的关键是排放量总量测算 的公平准则下定量化的污染物排放量分配方法。但是基本都是 对区域的综合性研究，没有具体针对行业污染物排放量进行测 ５４ 计算机应用与软件 ２０１５丘 算法的选择，以期正确估算污染物排放量。 主要采用监测数据 法和产排污系数法两种环境工程中的方法。 作，实现查询、修改、删除和添加数据的功能，三层架构视图如 图１所示。 １．１监测数据法 监测数据法是以污染源监督性监测数据为基础的计算方 法，可根据被监测企业的生产工况、生产天数、排放浓度和排 放流量等相关数据进行。废气和废水污染物排放量的计算方法 略有不同。 （１）废水污染物排放量计算方法 ｌ用户界面卜 Ｉ口 白 ＼ ／ ＤＢ Ｊ 表示层 业务逻辑层 图１三层架构视图 Ｉ Ｃ后ｏｄ台ｅＢ幅ｅｈｉｎ 口 ［ＪＬａｙｎｅｒｓｓ ●．一・ｌ Ｌ『］ ａ咖一ｙｅｒ． （ ＿ｆ 数据层 先计算监测时段（日）内各个排放口污染物排放量，及该排 ２．２需求分析 重点污染物排放量测算系统主要针对的对象是火电、冶 放口计算时段（季或月）内排放量 ｊ，计算如式（１）所示；再将 各个排放口污染物排放量累加，获得计算时段内企业污染物排 放量，如式（２）所示；企业污染物年度排放量为各计算时段排放 量之和，如式（３）所示。 ， １ 、 １ Ｐ （Ｃ ×Ｑ 寺 ） Ｇｔ （ ） ＝ ∑Ｐ （２） ｉ＝ｌ ＝Ｊ ∑ １ （３） 式（１）中Ｃ 表示该排放口某污染物监测当日平均浓度（ｍｇ／１）； Ｑ 表示该排放口当Ｈ废水排放量（ｍ ／ｄ）； 表示计算时段内 该排放口对应的企业生产天数（ｄ），式（２）中的Ｐ 表示计算时 段内第ｉ个排放口某污染物排放量（ｋｇ）；式（３）中 表示企业 某污染物年排放总量（ｋｇ）。 （２）废气污染物排放量计算方法 废气的计算方式与废水类似，先计算监测时段内企业各个 废气排放设备（如锅炉等）污染物排放量，及该排放口计算时段 （季或月）内排放量 Ｊ，如式（４）所示，再将各废气排放设备污染 物排放量累加，获得计算时段内企业废气污染物排放总量，企业 废气污染物年排放总量为各监测时段该污染物排放量之和，时 段内废气污染物排放量和年排放总量计算方法与废水计算方法 类似。 Ｐ＝Ｉ Ｃ×Ｑ ｉ１×Ｔ）×Ｇ×１０ （４） 、 』ｆ ， 式（４）中的Ｃ表示该废气排放设备某污染物小时平均浓度 （ｍｇ／ｍ ）；Ｑ表示该废气设备废气小时废气排放量（ｍ ／ｈ）；Ｇ 表示计算时段内该废气排放设备的平均生产负荷（％）。 １．２产排污系数法 首先，根据《工业污染源产排污系数》的目录翻到相关行 业。其次，根据相关产品名称、原料名称、生产工艺、生产规 模，确定产污系数 ，最后，根据相关末端处理技术确定排污系 数来计算排污量，如式（５）所示： Ｄ ＝Ｋ×Ｐ （５） 式（５）中的 表示矿产量；Ｐ表示排污系数；Ｄ 表示排污量。 ２系统设计与实现 ２．１ 系统架构 通过分析，系统采用Ｃ／Ｓ模式的三层架构方法来开发，方 便分工与维护。表示层用于显示数据，将数据提交给业务逻辑 层，提供一个交互式界面。业务逻辑层针对表示层发来的数据 进行操作，即对数据层的操作。数据访问层 是对数据库的操 金、造纸、印染行业，实现对重点污染企业的日常监测采集的 污染物信息数据的采集输入、查询、修改和删除等功能，并能 对入库的废气和废水基础数据进行统计汇总、打印和导出，另 外利用监测数据法和产排污数据法分别对ＣＯＤ、氨氮、二氧化 硫及氮氧化物进行年度排放总量计算，以及两种方法计算结果 的横向比较，最后可以实现行业之间和行业内部的相关企业污 染物排放量进行对比分析。在此基础上简历数据库系统及 ＣＯＤ、氨氮、二氧化硫及氮氧化物的总量测算技术平台，以期为 湖北新近实施的排污权交易计划提供坚实的基础，实现由目标 总量控制向容量总量控制的转变。 ２．３系统功能模块架构 根据上述要求，系统主要功能模块包括基础数据采集模块、 数据计算模块、排放量统计模块、排放量分析模块、排放量对 比模块、行业间对比六大模块，具体功能模块架构如图２所示。 羲点污染物排放量测算系统 行业对比工按单位Ｉ导出 图２ 重点污染物排放量测算系统功能模块架构图 ２．４主要功能模块用途 根据系统需求分析，作者将重点污染物排放量测算系统划 分为系统登录、数据采集、数据计算、排放量统计、排放量分 析、排放量对比及行业间对比七大功能模块。各功能模块的用 途概述如下： （１）数据采集模块 数据采集模块是整个系统的基石，只有实现数据入库，其他 功能模块才能发挥作用，该模块功能是将各行业企业相关单位 采集的大气污染源和废水污染源所排污染物数据集中入库，并 可以对这些基础数据进行修改、删除和查询。 （２）数据计算模块 数据计算模块包括按监测数据法计算和按产排污系数法计 算两部分，根据前述监测数据法 和产排污系数法为算法，通 过之前输入的和已经确定的废水废气污染排放源信息和浓度及 流量数据，实现的功能是对各个污染源的排放量进行测算。 第２期 （３）排放量统计模块 李张永等：重点污染物排放量测算系统的设计与实现 （２）废水基础数据表 ５５ 排放量统计模块由按监测数据法统计和排污系数法统计两 部分组成，实现行业相关企业废水废气产生的污染物年度排放 总量的统计查询和统计报表的打印功能，其中统计查询实现按 废水基础数据表用来存放从企业采集的废水污染源信息以 及利用监测数据法计算排放量的所得结果。主要字段包括编 号、行业、企业名称、污染源名称、运行时间、废水排放量、监 企业名称、单位名称和年份等多条件查询。 （４）排放量分析模块 测日期、ＣＯＤ出口Ｅｔ均值、氨氮出口日均值、ＣＯＤ计算结果、 氨氮计算结果、计算状态等。 （３）产排污统计汇总表 排放量分析模块可以实现对同行业相关企业间污染物进行 对比，由按监测数据法和按产排污系数法两部分组成，其中按监 测数据法又可以分为按年度分析和按单位名称或污染源分析两 部分。每一部分将分析结果以柱状图的形式呈现，方便管理员 产排污统计汇总表用来存放利用产排污系数法计算ＣＯＤ、 氨氮、二氧化硫及氮氧化物排放量的值。主要字段包括编号、 行业、企业名称、年份、二氧化硫排放量、氮氧化物排放量、 查看，并可以对分析结果进行打印输出。 （５）排放量对比模块 排放量对比模块实现企业利用监测数据法和利用排污系数 法 计算所得的污染物年排放总量横向对比的功能。另外，排 放总量以柱状图的形式呈现，并提供对图表的打印输入、打印 设置、打印预览等功能。 （６）行业对比模块 行业对比模块实现火电、冶金、造纸和印染行业之间的相 关企业ＣＯＤ、氨氮、二氧化硫及氮氧化物重点污染物的年排放 总量的对比，通过行业对比，可以清晰的看出哪个行业污染物排 放的严重程度，并以图表的形式呈现。 （７）登录模块 系统登录模块是进入系统的“大门”，该模块实现用户输入 正确的用户名密码进入系统，可有效保护系统内部重要的信息 数据，提升安全性，用户合法登录并选择相关行业后进入系统主 界面。 ２．５数据库设计 根据系统功能需求分析及行业相关企业提供污染源信息数 据的实际情况，系统采用ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２００８作为后台数据库工 具，建立名为ＷＧＷ的数据库，库中主要设计了废气基础数据 表、废水基础数据表、排污法统计汇总表、用户信息表，各数据 表结构如下： （１）废气基础数据表 废气基础数据表主要用于存放从企业采集的废气污染源信 息，另外保存监测数据法计算废气中二氧化硫和氮氧化物排放 量的结果，如表１所示。 表１废气基础数据表 字段名称 说明 类型 长度 是否为空 ＩＤ（主键） 编号 Ｉｎｔ ２０ 否 ｈｙ 行业 ｖａｒｅｈａｒ ２０ 否 ｑｙｍｃ 企业名称 ｖａｒｃｂａｒ ５０ 否 ｄｗｍｃ 单位名称 ｖａｒｃｂａｒ ５０ 否 污染源名称 ｖａｒｃｈａｒ ２０ 否 ｙｘｓｊ－ 运行时间 Ｉｎｔ ２０ 否 ｊｃｒｑ 监测日期 Ｄａｔｅ ３０ 否 Ｎｐｆｎｄ 氮氧化物排放浓度 ｖａｒｃｈａｒ ２０ 否 Ｓｐｆｎｄ 二氧化硫排放浓度 ｖａｒｃｈａｒ ２０ 否 Ｎｙｑｌｌ 氮氧化物烟气流量 ｖａｒｃｈａｒ ２０ 否 ＳｙｑＵ 二氧化硫烟气流量 ｖａｒｃｈａｒ ２０ 否 Ｎｊｃｓｊ 氮氧化物计算结果 ｖａｒｃｈａｒ ３０ 是 Ｓｊｃｓｊ 二氧化硫计算结果 ｖａｒｃｈａｒ ３０ 是 ＣＯＤ排放量及氨氮排放量等。 （４）用户信息袁 用户信息表用来存放系统相关用户的基本信息，保证系统 数据的正确性与安全性。主要字段包括用户编号、用户名、密 码及用户类型。 ２．６ Ｅ．Ｒ图 根据重点污染物排放量测算系统的数据库设计规划出的主 要实体有管理员、废气基础数据、废水基础数据和排放总量 等。各个实体之间关系的Ｅ—Ｒ图如图３所示。 图３数据库实体间Ｅ—Ｒ图 ３关键技术 ３．１数据访问技术 为提高系统的效率，采用三层架构模式，即用户界面层业务 逻辑层及数据访问层。其中为了优化数据访问效率以及提高代 码重用率，单独建立了操作数据库的类。 （１）数据库连接 为了简化后期维护工作，将连接字符串写到Ｗｅｂ．ｃｏｎｆｉｇ文 件中。具体在＜ａｐｐＳｅｔｔｉｎｇｓ＞节点下的＜ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎＳｔｒｉｎｇｓ＞节 点中添加如下代码： ＜ａｄｄｎａｍｅ＝ ＇ｗｇｗ”ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎＳｔｒｉｎｇ ＤａｔａＳｏｕｒｃｅ＝ｌｏｃａｌｈｏｓｔ； ＩｎｉｔｉａｌＣａｔａｌｏｇ＝ＷＧＷ；ＵｓｅＩＤ＝ｓａ；Ｐａｓｓｗｏｒｄ：Ｓａ１９８９１１１７ ｐｍｖｉｄｅｒＮａｍｅ＝ Ｓｙｓｔｅｍ．Ｄａｔａ．ＳｑｌＣｌｉｅｎｔ＂／＞ （２）建立数据库操作类 数据库操作类主要是来提高代码重用率，将经常访问数据 库数据的增删改查操作写成方法，得到数据集方法代码如下： ｐｕｂｌｉｃ ｓｔａｔｉｃ ＤａｔａＳｅｔ ｇｅｔＤａｔａＳｅｔ（ｓｔｒｉｎｇ ｓｔｒ） ｛ＳｑｌＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎ＝ＤＢ．ＧｅｔＣｏｎ（）； ／／连接上数据库