一、需求概述
1. 项目背景
随着城市化进程的加速推进，城市规模不断扩大，人口数量急剧增长，这给城市环境带来了前所未有的压力。空气污染、水污染、噪音污染等问题日益突出，严重影响了城市居民的生活质量和健康水平。因此，建立智慧城市环境监测系统，实现对城市环境的实时监测和预警，成为当前城市管理的迫切需求。
智慧城市环境监测系统利用物联网、大数据、云计算等现代信息技术，对城市环境中的各类数据进行采集、传输、分析和展示。通过实时监测空气质量、水质、噪音等指标，系统能够及时发现环境异常情况，并向相关部门和公众发出预警信息，以便及时采取措施加以应对。
此外，智慧城市环境监测系统还能够为城市规划和管理提供科学依据。通过对历史数据的分析和挖掘，系统可以揭示城市环境变化的规律和趋势，为政府决策提供有力支持。同时，系统还可以为公众提供便捷的环境信息查询服务，提高公众的环保意识和参与度。
2. 系统目标
智慧城市环境监测系统的核心目标是构建一个高效、精准、全面的环境监测体系，以实现对城市环境质量的持续改善和有效管理。
具体而言，系统的首要目标是实现实时监测与预警。通过部署各类传感器和设备，系统能够不间断地收集环境数据，包括空气质量、水质、噪音等关键指标，一旦数据出现异常，系统将迅速发出预警，为管理部门提供及时应对的依据。
其次，系统致力于提供数据分析和决策支持。通过对收集到的数据进行深度挖掘和分析，系统能够揭示环境变化的内在规律和趋势，为政府部门的决策提供科学依据。同时，系统还可以提供可视化报告和图表，使得决策者能够直观地了解城市环境状况，从而做出更加精准的决策。
此外，系统还注重公众参与和互动。通过开发用户友好的查询接口和信息发布平台，系统使得公众能够方便地获取环境信息，提高公众的环保意识和参与度。同时，系统还提供了反馈机制，鼓励公众积极参与城市环境管理，共同为改善城市环境质量贡献力量。
总的来说，智慧城市环境监测系统的目标是构建一个能够实时监测、预警、分析和管理的环境监测体系，为城市环境保护和可持续发展提供有力支持。
3. 系统结构
二、系统功能需求
1. 现场可视化功能
现场可视化功能充分利用了计算机网络技术、空气质量传感侦测技术以及数字可视化技术，为用户提供了直观、实时的环境参数展示。具体而言，现场可视化功能主要实现用户在户外时，对环境参数的实时可视化。系统能够实时监测智慧城市中各个区域的环境参数，包括但不限于PM2.5、PM10、温湿度、风速、风向、SO2、NO2、O3、CO、负氧离子以及大气压等。这些环境参数的实时数据，通过系统内部的运算分析，被转化为可视化公告、多媒体触摸屏查询或智能手机查询等多种方式，让公众能够实时掌握自己所处的城市区域空气环境的质量状况。
2. 功能描述
实时数据采集与传输：系统通过部署在城市各个角落的传感器，实时采集环境数据，如空气质量、噪声、水质、土壤污染等，并将这些数据传输到中央数据处理中心。
数据处理与分析：中央数据处理中心对接收到的数据进行清洗、整合和分析，提取出有价值的信息。系统能够运用大数据分析和机器学习算法，对环境质量进行趋势预测和异常检测。
现场可视化展示：系统具备现场可视化功能，通过LED显示屏、触摸屏或智能手机等终端，将环境数据以图表、动画等形式直观地展示给公众。这样，公众可以实时了解城市环境状况，增强环保意识。
环境预警与应急响应：当环境数据超过预设的阈值时，系统会触发预警机制，通过短信、邮件或APP推送等方式，及时通知相关部门和人员。同时，系统还可以为应急响应提供决策支持，指导应急资源的调配和处置措施的实施。
环境质量评估与报告：系统能够定期对城市环境质量进行评估，生成环境质量报告，为政府决策提供科学依据。这些报告还可以用于公众宣传和教育，提高公众对环境问题的认识和重视程度。
远程监控与管理：系统支持远程监控和管理功能，管理人员可以通过网络平台，实时查看各监测点的数据、设备状态等信息，并进行远程控制和操作。
智能化决策支持：通过整合城市环境数据和其他相关信息，系统能够为城市管理者提供智能化决策支持，帮助优化城市布局、调整产业结构、改善环境质量等。
三、非系统功能需求
1. 可靠性需求
持续运行与稳定性：系统必须保证在24小时内不间断运行，不出现宕机情况。这意味着无论白天还是夜晚，无论工作日还是节假日，系统都需要稳定运行，以确保环境数据的连续采集和传输。
多部门协同查询与监管：系统应支持不同部门在不同客户端登录查询和监管。这意味着无论用户身处何地，使用何种设备，都能顺利访问系统并获取所需的环境数据，从而进行监管和决策。
数据准确性与完整性：系统应确保所采集的环境数据准确无误，并完整保留。这要求系统具备强大的数据处理和校验能力，能够自动识别和纠正数据中的错误，同时防止数据的丢失和篡改。
故障恢复与容错机制：系统应具备完善的故障恢复和容错机制。当系统出现故障或异常情况时，应能够自动进行故障排查和修复，或者至少提供明确的故障提示，以便管理员能够迅速介入处理。同时，系统还应具备数据备份和恢复功能，以防止数据丢失。
安全性与权限管理：系统应具有严格的安全性和权限管理功能。这包括对用户身份的验证和授权，以及对数据访问和操作的权限控制。只有经过授权的用户才能访问系统并查看数据，以确保数据的安全性和隐私性。
2. 系统安全性需求
身份验证和访问控制：系统应具备有效的身份验证机制，确保只有经过认证的用户能够访问系统资源。访问控制应细化到每个用户或用户组，确保他们只能访问其被授权的资源。
数据保护和加密：所有敏感数据，如环境参数、用户信息等，在存储和传输过程中都应进行加密处理，以防止数据泄露。系统应提供安全的数据备份和恢复机制，确保在发生意外情况时数据不会丢失。
异常检测和防御：系统应具备实时监测和检测异常活动的能力，如未经授权的访问尝试、恶意软件攻击等。应配备相应的防御措施，如防火墙、入侵检测系统（IDS）和入侵防御系统（IPS），以阻止或减轻潜在的威胁。
漏洞管理和修复：系统应定期进行漏洞扫描和评估，以发现潜在的安全隐患。
一旦发现漏洞，应及时进行修复，并采取预防措施防止类似漏洞的出现。
安全审计和日志记录：系统应能够记录所有用户活动和系统事件，以便进行安全审计和追溯。这些日志可用于分析潜在的安全问题，并为调查提供依据。
物理安全：除了网络安全外，还应考虑系统的物理安全，如确保服务器和监测设备处于安全的环境中，防止物理破坏或篡改。