基于GPRS DTU 污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)方案

一、背景概述

    隨著工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，人類賴以生存的環(huán)境正遭受前所未有的挑戰(zhàn)，由于我們生產(chǎn)時向空氣中排放的氣態(tài)污染物如硫氧化物、氮氧化物使得我們呼吸的空氣日趨污濁；長期以來，對于工業(yè)污染源的監(jiān)督管理、環(huán)保執(zhí)法缺乏有效的監(jiān)督手段，超標(biāo)排放和偷排現(xiàn)象時有發(fā)生，環(huán)境監(jiān)察工作任務(wù)重、難度大、壓力更大。工業(yè)污水的大量任意排放，水資源受到嚴(yán)重的污染；城市噪音污染日益嚴(yán)重等對人類健康和生態(tài)環(huán)境都帶來了極大的危害?！氨Ｗo(hù)環(huán)境，凈化地球”成了一件亟待解決的頭等大事，是關(guān)系到子孫后代刻不容緩的大事。使用GPRS DTU 進(jìn)行污染源監(jiān)測。人類需要發(fā)展，但是發(fā)展的前提是不損傷我們賴以生存的環(huán)境。因此如何保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境是人類必須關(guān)注的首要大事。

二、系統(tǒng)設(shè)計原則

    本系統(tǒng)遵照國家、省政府、環(huán)保主管部門的法令法規(guī)，依據(jù)環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和電氣技術(shù)規(guī)范，結(jié)合國內(nèi)外同類監(jiān)測系統(tǒng)的運行經(jīng)驗，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。  

1 先進(jìn)性與成熟性  系統(tǒng)方案設(shè)計在確保其技術(shù)先進(jìn)性，盡可能滿足今后科技發(fā)展和應(yīng)用需求發(fā)展要求的同時，考慮到本系統(tǒng)是實用項目而非理論研究項目，在設(shè)備選型、平臺設(shè)計、實現(xiàn)方法等方面，充分注重系統(tǒng)的成熟性、穩(wěn)定性、可用性及性能價格比。  

2 擴展性  系統(tǒng)功能的可擴展性，是應(yīng)用系統(tǒng)方案規(guī)劃與設(shè)計的重要方面，由于環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)，是由多個參數(shù)的污染源監(jiān)測系統(tǒng)組成的復(fù)合系統(tǒng)，若在總體方案設(shè)計時，沒有充分考慮各項功能的擴展需求，在今后各類項目逐步建設(shè)過程中，勢必造成大量的前期投資浪費，也將極大地影響整個環(huán)保工程的整體效益。  本系統(tǒng)方案設(shè)計充分考慮到擴充、升級的需要，在軟硬件的設(shè)計中預(yù)留接口，并使用模塊化設(shè)計，使系統(tǒng)具有方便的容量、技術(shù)升級能力，以及系統(tǒng)再整合能力，可以與其他用戶系統(tǒng)及職能部門進(jìn)行接口連接，擴大系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。  3 可靠性  污染源監(jiān)測現(xiàn)場，均為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，各類干擾信號較強，為此，系統(tǒng)設(shè)計按照工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境電氣系統(tǒng)的抗干擾要求進(jìn)行。  

系統(tǒng)監(jiān)測的對象，包括煙塵、煙氣、污水等，均為腐蝕性、耗損性物質(zhì)，對現(xiàn)場電子設(shè)備尤具有很強的破壞性，本系統(tǒng)配置的現(xiàn)場電子設(shè)備均可適應(yīng)抗腐蝕、防塵要求，屬工業(yè)級產(chǎn)品。

4 開放性  系統(tǒng)設(shè)計遵循開放式原則，能夠支持多種硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，特別是對未來的各種新型聯(lián)網(wǎng)模式的兼容，保障本次投資的長期有效。同時提供開放式的系統(tǒng)接口，便于支持系統(tǒng)的再整合和二次開發(fā)。  

5 可維護(hù)性  系統(tǒng)設(shè)計中包含完整的維護(hù)和故障處理子系統(tǒng)，能夠及時報告并處理系統(tǒng)中各個部分存在的問題，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和更新。  

6 經(jīng)濟性  系統(tǒng)的設(shè)計要充分的考慮市場經(jīng)濟原則，既有利于滿足用戶對服務(wù)的需求，又有利于降低系統(tǒng)的投資成本。系統(tǒng)在設(shè)備選型過程中主要依據(jù)是滿足系統(tǒng)要求，具備優(yōu)良品質(zhì)的性能價格比最優(yōu)產(chǎn)品，盡量降低成本。

三、方案設(shè)計簡介          

      污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)是環(huán)保監(jiān)測與環(huán)境預(yù)警的信息平臺。系統(tǒng)采用先進(jìn)的無線網(wǎng)絡(luò)，涵蓋水質(zhì)監(jiān)測、煙氣自動監(jiān)測、空氣質(zhì)量監(jiān)測、環(huán)境噪聲監(jiān)測以及視頻監(jiān)測等多種環(huán)境在線監(jiān)測應(yīng)用;系統(tǒng)以污染源在線監(jiān)測為基礎(chǔ)，充分貫徹總量管理、總量控制的原則，包含了環(huán)境監(jiān)理信息系統(tǒng)的許多重要功能，充分滿足各級環(huán)保部門環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)要求，支持各級環(huán)保部門的環(huán)境監(jiān)理與環(huán)境監(jiān)測工作，滿足不同層級用戶的管理需求。          

      整個系統(tǒng)充分體現(xiàn)總量控制的原則，為管理提供依據(jù)，為決策提供支持，各種的統(tǒng)計分析報表和圖表上都能分類匯總得到每種污染物的排放量，根據(jù)污染物的核定排污總量可以直觀的對比分析，跟蹤每種污染物的排放總量的發(fā)展變化趨勢曲線，得出是否超過核定值的結(jié)論，同時結(jié)合目前企業(yè)的狀況以及歷史同期數(shù)據(jù)的比對分析，對于排放總量趨勢發(fā)展將要超過核定值的狀況給予預(yù)警，充分體現(xiàn)管理企業(yè)，為企業(yè)服務(wù)的宗旨。匯總統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)所有污染物排放總量，掌握和量化污染物的排放趨勢，為區(qū)域內(nèi)控制污染物排放總量提供技術(shù)支持，為環(huán)保部門現(xiàn)場執(zhí)法和排污收費提供依據(jù)。

四、污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo) 

 ★ 基于污染源在線自動監(jiān)控(監(jiān)測)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn) ，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測站與環(huán)保局中心站的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸；

★ 環(huán)保局中心站在線動態(tài)增加現(xiàn)場監(jiān)測站的能力；  

★ 現(xiàn)場監(jiān)測站的歷史數(shù)據(jù)存儲與上傳能力 環(huán)保局中心站的歷史數(shù)據(jù)召喚與解析、插入存儲能力。此兩種能力解決了現(xiàn)場斷線后，環(huán)保局中心站的數(shù)據(jù)完整性問題； 

★ 環(huán)保局中心站對數(shù)據(jù)存儲的長時間、高精度(ms級)、多點并發(fā)及壓縮能力等功能要求；   ★ 環(huán)保局中心站的B／S體系結(jié)構(gòu)，降低客戶端軟件安裝配置的復(fù)雜度。 系統(tǒng)拓?fù)鋱D  污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)從底層向上可分為污染源現(xiàn)場監(jiān)測站、傳輸網(wǎng)絡(luò)和環(huán)保局中心站3 個層次   

1） 現(xiàn)場監(jiān)測站位于各個污染源現(xiàn)場監(jiān)測點，又可分為現(xiàn)場儀表、現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集傳輸服務(wù)器、無線傳輸終端等組成，主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理、GPRS終端組網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)采集、分析、GPRS網(wǎng)絡(luò)接入、無線透明傳輸鏈路建立等工作。

2） 傳輸網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將污染源現(xiàn)場監(jiān)測站的數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)保局中心站，屬于傳輸介質(zhì)；  

3） 環(huán)保局中心站它通過網(wǎng)絡(luò)傳輸層和現(xiàn)場層相互通訊，交換數(shù)據(jù)、指令下達(dá)，以實現(xiàn)對現(xiàn)場層的集中遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且可以通過其軟件接口與視頻系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)進(jìn)行無縫結(jié)合。

五、現(xiàn)場監(jiān)測站                 

現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)將儀表采集到的數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)采集傳輸服務(wù)器。標(biāo)準(zhǔn)RS232/485 電氣接口。數(shù)據(jù)采集傳輸服務(wù)器負(fù)責(zé)對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析、存儲 并負(fù)責(zé)與傳輸模塊CM3160P通訊。                

傳輸模塊CM3160P實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器與環(huán)保局中心站的無線組網(wǎng)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器與環(huán)保局中心站之間的數(shù)據(jù)交互。              

傳輸終端還提供主備數(shù)據(jù)中心和多數(shù)據(jù)中心鏈接方式和多種激活方式、支持APN組網(wǎng)等功能，是可以做到數(shù)據(jù)安全可靠的傳輸，同時也是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。  

六、環(huán)保局中心站

1環(huán)保中心實時數(shù)據(jù)庫          

環(huán)保中心實時數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)匯集來自各現(xiàn)場監(jiān)測站的實時數(shù)據(jù)，為客戶端提供實時、可靠、安全的數(shù)據(jù)，并且給中心的關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供有效的數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)庫是一個高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性強、跨網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開放式實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，產(chǎn)品為完全的分布式結(jié)構(gòu)，可任意組建應(yīng)用模式；支持C/S和B/S應(yīng)用；它可以提供豐富的企業(yè)級信息系統(tǒng)客戶端應(yīng)用和工具；大容量支持企業(yè)級應(yīng)用，內(nèi)部實現(xiàn)高數(shù)據(jù)壓縮率，可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的海量存儲，靈活的擴展結(jié)構(gòu)可滿足各種需求，具備廣泛的安全性和可跟蹤性。                  

環(huán)保局中心站由實時數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器和實現(xiàn)各種查詢、分析功能的客戶端軟件構(gòu)成。

2客戶端軟件          

客戶端全面監(jiān)測企業(yè)污染物排放狀況，將企業(yè)現(xiàn)場的實時畫面?zhèn)魉偷江h(huán)保局。   

◆實時監(jiān)控管理           

實現(xiàn)污染源可視化管理實現(xiàn)了對污染源的全面、實時、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測體系。只需觀察屏幕上各個企業(yè)的圖標(biāo)樣式或顏色即可了解所有企業(yè)各個污染物排放口的設(shè)備運行情況；同時還可以通過表格和曲線瀏覽企業(yè)污染物排放的詳細(xì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。這使得工作人員在同一個用戶界面即可將所有企業(yè)所有排污口的設(shè)備運行狀況、污染物排放濃度、流量、排放量等信息盡收眼底。

◆ 強大的報警與預(yù)警功能           

以聲音、圖標(biāo)顏色變化、表格中數(shù)值的顏色、手機短信（向預(yù)先設(shè)定的手機上發(fā)送相應(yīng)的報警信息）等形式提供多樣化的報警功能。精確地給出具體的超標(biāo)數(shù)值，超標(biāo)時間，超標(biāo)排放量、超標(biāo)排放介質(zhì)量，為強化監(jiān)理工作提供了詳實可靠的依據(jù)。   

◆ 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析           

將污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和報警信息進(jìn)行全方位多角度的分類匯總與統(tǒng)計分析，充分滿足各種統(tǒng)計要求。以圖標(biāo)、表格、圖形等豐富多樣的形式實時展現(xiàn)各排污口設(shè)備的運行狀況、污染物排放濃度、流量、排放量等信息，以及污染物排放口的發(fā)展趨勢與動態(tài)。從多種角度和層面來統(tǒng)計分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供全面的報表和統(tǒng)計圖表?？梢园摧爡^(qū)、按行業(yè)種類、按污染物種類等多種分類方式，生成統(tǒng)計分析報表和統(tǒng)計圖表。

◆ 系統(tǒng)管理            

系統(tǒng)管理的主要功能有:用戶帳號的管理、監(jiān)測元素管理、污染行業(yè)管理、監(jiān)測儀器管理、監(jiān)測任務(wù)管理等等。            

本系統(tǒng)為了保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性，對于用戶的權(quán)限將做細(xì)致的區(qū)分，首先用戶按其的行政級別有一個基本的權(quán)限，如市級用戶可以查詢?nèi)形廴酒髽I(yè)的排污情況，區(qū)鎮(zhèn)級用戶可以查詢其轄區(qū)范圍內(nèi)的污染企業(yè)的排污情況。在此基礎(chǔ)上，每個用戶又根據(jù)其的工作性質(zhì)得到相應(yīng)的使用權(quán)限，如只讀權(quán)限將讓用戶只能夠查找信息而不能對資料進(jìn)行任何的修改，而編輯權(quán)限將讓用戶對其所轄企業(yè)的信息有修改等所有的權(quán)限。

3.傳輸網(wǎng)絡(luò)         

一類是基于TCP/IP 協(xié)議的，如通用無線分組業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service 縮寫GPRS）、非對稱數(shù)字用戶環(huán)路（Asymmetrical Digital Subscriber Loop 縮寫ADSL）等。另一類是基于非TCP/IP 協(xié)議的，如：公共電話交換網(wǎng)（Public switched telephone network 縮寫PSTN）、短消息數(shù)據(jù)通訊等。

七、系統(tǒng)主要特點 

l 靈活性好：本系統(tǒng)可適用于企業(yè)級、區(qū)（縣）級、地市級和省級多級系統(tǒng)。既可以在企業(yè)單獨使用，也可在“企業(yè)＋區(qū)（縣）”、“企業(yè)＋區(qū)（縣）＋地市”、 “企業(yè)＋區(qū)（縣）＋地市＋省”等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用。 

l 適應(yīng)能力強：系統(tǒng)中采用的通訊處理技術(shù)是系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)對污染源各種類型的監(jiān)測設(shè)備不僅能夠良好支持，而且配置簡單，能夠方便快捷的將不同廠家、不同類別的污染源監(jiān)測設(shè)備接入環(huán)保監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。 

l 界面友好、操作簡捷：系統(tǒng)在界面設(shè)計過程中，力求美觀大方，功能組織與布局合理，概念準(zhǔn)確、用語規(guī)范，管理人員或操作人員易學(xué)易用。 

l 通訊手段先進(jìn)、經(jīng)濟性好、可靠性高：系統(tǒng)中采用的GPRS通訊技術(shù)為中國移動提供的一項新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，技術(shù)先進(jìn)，具有實時在線、永不掉線的特征，不僅通訊可靠，而且運營成本低廉，非常適合于環(huán)保行業(yè)內(nèi)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

八、總結(jié)  

將自動控制、網(wǎng)絡(luò)通信、計算機以及GIS 等信息技術(shù)引入環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域,采用工業(yè)級的GPRS DTU無線傳輸模塊、組建包括污染源在內(nèi)的各環(huán)境要素在線監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與建設(shè),對重點污染源進(jìn)行連續(xù)實時監(jiān)測,動態(tài)掌握重點污染源企業(yè)的排污及超標(biāo)情況,對加強重點污染企業(yè)、流域污染物排放的監(jiān)督、總量控制、防止重大污染事故的發(fā)生,提高我國環(huán)境監(jiān)測信息化水平以及環(huán)境決策與管理能力等都具有重大意義