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四信IP MODEM在污染源在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

解決方案

解決方案

1．行業(yè)背景 

1.1．現(xiàn)狀 

        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(shí)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；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(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境都帶來了極大的危害。“保護(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。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。

1.2．需求分析 

        為了保護(hù)環(huán)境，建設(shè)綠色家園，建立完整的污染源監(jiān)測系統(tǒng)是非常必要的。近年來，我國的環(huán)境保護(hù)工作取得重要進(jìn)展，但是環(huán)境形勢依然嚴(yán)峻，我國的污染源監(jiān)控信息化建設(shè)不僅起點(diǎn)低，覆蓋面小，而且整體水平不高。已安裝的污染源自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備與環(huán)保部門的聯(lián)網(wǎng)率不高，地方環(huán)保部門無法看到污染源自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，國家環(huán)保部等上級(jí)環(huán)保部門無法看到下級(jí)環(huán)保部門對(duì)已監(jiān)控企業(yè)污染物排放的情況。以在線自動(dòng)分析儀器為核心，以移動(dòng)通訊為傳輸媒介，運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動(dòng)測量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)以及相關(guān)的監(jiān)控分析軟件和通迅網(wǎng)絡(luò)所組成的一個(gè)綜合性的在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)是建立環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。 

2．污染源在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及開發(fā)

2.1．方案設(shè)計(jì)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(tái)。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(dòng)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(jí)環(huán)保部門環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)要求，支持各級(jí)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(jí)用戶的管理需求。 

        整個(gè)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(jì)分析報(bào)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(duì)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(shí)結(jié)合目前企業(yè)的狀況以及歷史同期數(shù)據(jù)的比對(duì)分析，對(duì)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(jì)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(fèi)提供依據(jù)。 

2.2污染源在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo) 

★ 基于污染源在線自動(dòng)監(jiān)控(監(jiān)測)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn) ，實(shí)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(dòng)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(chǔ)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(chǔ)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(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的長時(shí)間、高精度(ms級(jí))、多點(diǎn)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。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)拓?fù)鋱D
        污染源在線自動(dòng)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(gè)層次（如上圖所示）。 

1） 現(xiàn)場監(jiān)測站位于各個(gè)污染源現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)對(duì)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。 

2.4 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，支持Modbus 通信協(xié)議及非標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的開發(fā)。數(shù)據(jù)采集傳輸服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析、存儲(chǔ) 并負(fù)責(zé)與傳輸模塊F2103 GPRS DTU通訊。

        傳輸模塊F2103實(shí)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(shí)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(shí)也是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。

2.5 環(huán)保局中心站 

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

2.5.1環(huán)保中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 

        環(huán)保中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)匯集來自各現(xiàn)場監(jiān)測站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為客戶端提供實(shí)時(shí)、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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性強(qiáng)、跨網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開放式實(shí)時(shí)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(jí)信息系統(tǒng)客戶端應(yīng)用和工具；大容量支持企業(yè)級(jí)應(yīng)用，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)壓縮率，可實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)，靈活的擴(kuò)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。 

2.5.2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(shí)時(shí)畫面?zhèn)魉偷江h(huán)保局。 

◆實(shí)時(shí)監(jiān)控管理 

        實(shí)現(xiàn)污染源可視化管理實(shí)現(xiàn)了對(duì)污染源的全面、實(shí)時(shí)、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測體系。只需觀察屏幕上各個(gè)企業(yè)的圖標(biāo)樣式或顏色即可了解所有企業(yè)各個(gè)污染物排放口的設(shè)備運(yùn)行情況；同時(shí)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(gè)用戶界面即可將所有企業(yè)所有排污口的設(shè)備運(yùn)行狀況、污染物排放濃度、流量、排放量等信息盡收眼底。
◆ 強(qiáng)大的報(bào)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(jī)短信（向預(yù)先設(shè)定的手機(jī)上發(fā)送相應(yīng)的報(bào)警信息）等形式提供多樣化的報(bào)警功能。精確地給出具體的超標(biāo)數(shù)值，超標(biāo)時(shí)間，超標(biāo)排放量、超標(biāo)排放介質(zhì)量，為強(qiáng)化監(jiān)理工作提供了詳實(shí)可靠的依據(jù)。
 
◆ 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析 

        將污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和報(bào)警信息進(jìn)行全方位多角度的分類匯總與統(tǒng)計(jì)分析，充分滿足各種統(tǒng)計(jì)要求。以圖標(biāo)、表格、圖形等豐富多樣的形式實(shí)時(shí)展現(xiàn)各排污口設(shè)備的運(yùn)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(dòng)態(tài)。從多種角度和層面來統(tǒng)計(jì)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供全面的報(bào)表和統(tǒng)計(jì)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(jì)分析報(bào)表和統(tǒng)計(jì)圖表。
◆ 與地理信息系統(tǒng)(GIS)無縫集成 

        本系統(tǒng)將地理信息系統(tǒng)(GIS) 融入其中,利用GIS 強(qiáng)大的地理信息分析功能,結(jié)合環(huán)境數(shù)學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)基于地理信息基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)、環(huán)境制圖、顯示等功能以及污染源分析、區(qū)域環(huán)境評(píng)價(jià)、預(yù)警應(yīng)急、環(huán)境決策管理等 
◆ 系統(tǒng)管理 

        系統(tǒng)管理的主要功能有:用戶帳號(hào)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(duì)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(jí)別有一個(gè)基本的權(quán)限，如市級(jí)用戶可以查詢?nèi)形廴酒髽I(yè)的排污情況，區(qū)鎮(zhèn)級(jí)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(gè)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(duì)資料進(jìn)行任何的修改，而編輯權(quán)限將讓用戶對(duì)其所轄企業(yè)的信息有修改等所有的權(quán)限。

2.6 傳輸網(wǎng)絡(luò) 

依據(jù)不同傳輸網(wǎng)絡(luò)，基礎(chǔ)傳輸層可有兩類實(shí)現(xiàn)方式： 

        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(duì)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。 

        由于監(jiān)測點(diǎn)區(qū)域分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，本方案采用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸、采用廈門四信公司F2103 GPRS IP Modem作為無線組網(wǎng)設(shè)備。污染監(jiān)測設(shè)備將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息，通過RS232發(fā)送到IP MODEM,IP MODEM 通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)發(fā)送到環(huán)保監(jiān)察部門，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)排污單位或個(gè)人的及時(shí)管理，大大提高了工作效率，為環(huán)境保護(hù)提供了嶄新方式。 

3.總結(jié)

        將自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)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(jí)的四信F2103 GPRS IPMODEM(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(shí)現(xiàn)污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與建設(shè),對(duì)重點(diǎn)污染源進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測,動(dòng)態(tài)掌握重點(diǎn)污染源企業(yè)的排污及超標(biāo)情況,對(duì)加強(qiáng)重點(diǎn)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。

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