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四信IP MODEM在污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

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，水資源受到嚴重的污染；城市噪音污染日益嚴重等對人類健康和生態(tài)環(huán)境都帶來了極大的危害。“保護環(huán)境，凈化地球”成了一件亟待解決的頭等大事，是關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。因此如何保護我們賴以生存的環(huán)境是人類必須關注的首要大事。

1.2．需求分析 

        為了保護環(huán)境，建設綠色家園，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)境保護工作取得重要進展，但是環(huán)境形勢依然嚴峻，我國的污染源監(jiān)控信息化建設不僅起點低，覆蓋面小，而且整體水平不高。已安裝的污染源自動監(jiān)控設備與環(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監(jiān)控設備采集的數(shù)據(jù)，國家環(huán)保部等上級環(huán)保部門無法看到下級環(huán)保部門對已監(jiān)控企業(yè)污染物排放的情況。以在線自動分析儀器為核心，以移動通訊為傳輸媒介，運用現(xiàn)代傳感技術、自動測量技術、自動控制技術、信息技術以及相關的監(jiān)控分析軟件和通迅網(wǎng)絡所組成的一個綜合性的在線自動監(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．污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計及開發(fā)

2.1．方案設計簡介 

        污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)是環(huán)保監(jiān)測與環(huán)境預警的信息平臺。系統(tǒng)采用先進的無線網(wǎng)絡，涵蓋水質監(jiān)測、煙氣自動監(jiān)測、空氣質量監(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)測應用;系統(tǒng)以污染源在線監(jiān)測為基礎，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)絡的建設要求，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論，同時結合目前企業(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警，充分體現(xiàn)管理企業(yè)，為企業(yè)服務的宗旨。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支持，為環(huán)保部門現(xiàn)場執(zhí)法和排污收費提供依據(jù)。 

2.2污染源在線自動監(jiān)控系統(tǒng)建設目標 

★ 基于污染源在線自動監(jiān)控(監(jiān)測)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準 ，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測站與環(huán)保局中心站的標準數(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體系結構，降低客戶端軟件安裝配置的復雜度。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)拓撲圖
        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)絡和環(huán)保局中心站3 個層次（如上圖所示）。 

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、數(shù)據(jù)采集傳輸服務器、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)絡接入、無線透明傳輸鏈路建立等工作。
2） 傳輸網(wǎng)絡負責將污染源現(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； 
3） 環(huán)保局中心站它通過網(wǎng)絡傳輸層和現(xiàn)場層相互通訊，交換數(shù)據(jù)、指令下達，以實現(xiàn)對現(xiàn)場層的集中遠程監(jiān)控，并且可以通過其軟件接口與視頻系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)進行無縫結合。 

2.4 現(xiàn)場監(jiān)測站 

        現(xiàn)場通信網(wǎng)絡負責將儀表采集到的數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)采集傳輸服務器。標準RS232/485 電氣接口，支持Modbus 通信協(xié)議及非標準通訊協(xié)議的開發(fā)。數(shù)據(jù)采集傳輸服務器負責對實時數(shù)據(jù)進行匯總、分析、存儲 并負責與傳輸模塊F2103 GPRS DTU通訊。

        傳輸模塊F2103實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集服務器與環(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)的關鍵部分。

2.5 環(huán)保局中心站 

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

2.5.1環(huán)保中心實時數(shù)據(jù)庫 

        環(huán)保中心實時數(shù)據(jù)庫負責匯集來自各現(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構，可任意組建應用模式；支持C/S和B/S應用；它可以提供豐富的企業(yè)級信息系統(tǒng)客戶端應用和工具；大容量支持企業(yè)級應用，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，靈活的擴展結構可滿足各種需求，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)絡化的監(jiān)測體系。只需觀察屏幕上各個企業(yè)的圖標樣式或顏色即可了解所有企業(yè)各個污染物排放口的設備運行情況；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。
◆ 強大的報警與預警功能 

        以聲音、圖標顏色變化、表格中數(shù)值的顏色、手機短信（向預先設定的手機上發(fā)送相應的報警信息）等形式提供多樣化的報警功能。精確地給出具體的超標數(shù)值，超標時間，超標排放量、超標排放介質量，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、表格、圖形等豐富多樣的形式實時展現(xiàn)各排污口設備的運行狀況、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。
◆ 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 強大的地理信息分析功能,結合環(huán)境數(shù)學模型,實現(xiàn)基于地理信息基礎上的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、環(huán)境制圖、顯示等功能以及污染源分析、區(qū)域環(huán)境評價、預警應急、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，對于用戶的權限將做細致的區(qū)分，首先用戶按其的行政級別有一個基本的權限，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。在此基礎上，每個用戶又根據(jù)其的工作性質得到相應的使用權限，如只讀權限將讓用戶只能夠查找信息而不能對資料進行任何的修改，而編輯權限將讓用戶對其所轄企業(yè)的信息有修改等所有的權限。

2.6 傳輸網(wǎng)絡 

依據(jù)不同傳輸網(wǎng)絡，基礎傳輸層可有兩類實現(xiàn)方式： 

        一類是基于TCP/IP 協(xié)議的，如通用無線分組業(yè)務（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。 

        由于監(jiān)測點區(qū)域分散，分布范圍廣，而且大多設置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，本方案采用GPRS無線網(wǎng)絡進行無線數(shù)據(jù)傳輸、采用廈門四信公司F2103 GPRS IP Modem作為無線組網(wǎng)設備。污染監(jiān)測設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，及時發(fā)送到環(huán)保監(jiān)察部門，可以實現(xiàn)對排污單位或個人的及時管理，大大提高了工作效率，為環(huán)境保護提供了嶄新方式。 

3.總結

        將自動控制、網(wǎng)絡通信、計算機以及GIS 等信息技術引入環(huán)境監(jiān)測領域,采用工業(yè)級的四信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),實現(xiàn)污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與建設,對重點污染源進行連續(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。

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