一、概述
環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護工作的重要組成部分,是環(huán)境管理的基礎(chǔ)和。隨著我國工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展,環(huán)境保護也相應(yīng)大力發(fā)展起來。這樣就迫切需要加快全國環(huán)境管理基礎(chǔ)能力的建設(shè),提高環(huán)境監(jiān)測能力和環(huán)境監(jiān)督*管理水平。
排污口水環(huán)境實時自動監(jiān)測系統(tǒng)的研制在我國剛剛起步,歐美一些發(fā)達國家在這方面已趨向成熟,例如美國等一些工業(yè)發(fā)達國家,幾乎在每個排污口都安裝了有關(guān)監(jiān)測儀器,對污水處理設(shè)施的運行情況以及排污流量、PH值、DO、電導(dǎo)、燭度、溫度等值進行自動監(jiān)控,在監(jiān)控中心可以隨時知道排污口染物的排放情況。在韓國已有50%的企業(yè)做到了對以下四項指標的實時自動監(jiān)控:污水處理設(shè)備運行情況、流量、PH值和溶氧。
我國目前大部分地區(qū)的水環(huán)境監(jiān)測主要是以化學(xué)化為主。即人工定期(或不定期)的現(xiàn)場采樣、化驗、水質(zhì)分析。這樣工作量大且具有隨機性,不能準確反映整個水量水質(zhì)的變化過程,因而不能做到為水環(huán)境評價和環(huán)境治理的可靠依據(jù)。
由于我國經(jīng)濟發(fā)展過程中出現(xiàn)越來越多的水環(huán)境污染問題,近年來國家已充分重視和加強對環(huán)境污染的治理。為了配合這項工作,改進水環(huán)境監(jiān)測手段和方法已顯得尤為重要。
上海正偉數(shù)字技術(shù)有限公司在充分調(diào)研、考察、征詢客戶意見等基礎(chǔ)上,研制開發(fā)了集自動化、即時化、智能化于一體的經(jīng)濟實用的水質(zhì)量無線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對排污口污水的PH值、DO、溫度、電導(dǎo)和排污流量進行實時監(jiān)控,通過GPRS/CDMA無線終端將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心和環(huán)境管理部門,工作人員可以在監(jiān)控中心或辦公室進行遠程監(jiān)測,隨時得到即時數(shù)據(jù)報告,實現(xiàn)遠端無人值守。
二、系統(tǒng)組成、工作原理
系統(tǒng)主要是由一個監(jiān)測中心,若干個固定監(jiān)測站和GPRS/CDMA無線終端組成。監(jiān)測中心對各個監(jiān)測站進行控制指揮,各監(jiān)測站收集各種污染參數(shù),兩者間的控制信號和監(jiān)測數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMA無線終端傳送完成。監(jiān)測中心既是各監(jiān)測站的指揮中心,又是監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯集、處理的存儲的數(shù)據(jù)庫。各監(jiān)測站可設(shè)置為自動向監(jiān)測中心發(fā)送信息;也可設(shè)置為平時處于待機狀態(tài),在收到監(jiān)測中心的指令后才開始啟動工作,將信息發(fā)送給監(jiān)控中心。各監(jiān)測站有數(shù)據(jù)采集。命令識別、數(shù)據(jù)發(fā)送的功能。
監(jiān)測中心由功能較齊全的計算機外圍設(shè)備如顯示器、打印機、繪圖機等組成。各監(jiān)測站由各種采集參數(shù)的探頭、PAC可編程自動控制器和GPRS/CDMA無線終端組成。
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三、系統(tǒng)方案說明:
在水質(zhì)系統(tǒng)中,常常需要對眾多的排污口污水的PH值、DO、溫度、電導(dǎo)和排污流量進行實時監(jiān)控實時監(jiān)測,大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進行處理。由于監(jiān)測點分散,分布范圍廣,而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū),通過線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半,通過GPRS/CDMA/EDGE無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸,成為水質(zhì)監(jiān)測部門選擇的通信手段之一。污染源監(jiān)測設(shè)備可將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡(luò)同時發(fā)送到多個水質(zhì)監(jiān)測部門,實現(xiàn)對排污單位或個人的及時管理,可以大大提高環(huán)保部門的工作效率。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖:
系統(tǒng)方案組成
水質(zhì)監(jiān)控中心
監(jiān)控中心服務(wù)器通過ADSL或撥號接入Internet,或申請配置專線,通過光纖、DDN
等數(shù)據(jù)專線直接和移動中心機房的GPRS/CDMA 網(wǎng)絡(luò)連接。監(jiān)控中心服務(wù)器上安裝相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兩個部分。
1、監(jiān)控中心服務(wù)器實現(xiàn)實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理分析、業(yè)務(wù)管理等功能;
2、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行數(shù)據(jù)存儲、備份;
具體實現(xiàn)時,監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以安裝在一臺服務(wù)器中,也可以安裝在
不同服務(wù)器中。
軟件系統(tǒng)特點:
1、 純JAVA系統(tǒng)設(shè)計:采用JAVA技術(shù)進行設(shè)計開發(fā),具有強大的穩(wěn)定性、安全性、兼容性、
可擴展性;
2、 *的B/S結(jié)構(gòu):系統(tǒng)使用*的B/S結(jié)構(gòu),用戶只需要使用瀏覽器就可以通過環(huán)保內(nèi)
部的網(wǎng)絡(luò)完成污染源管理和污染源監(jiān)控功能。使用BS 結(jié)構(gòu)不僅極大的方便了環(huán)保部門
相關(guān)人員的使用,而且為*未來向公眾公公布環(huán)境數(shù)據(jù)提供了方便。
3、 管理決策支持:基于完整的、實時的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),智能的決策支持系統(tǒng)可以為管理者提供
豐富的決策支持信息,實現(xiàn)業(yè)務(wù)運營的有效管理。
4、功能擴展性:整個系統(tǒng)具有*的開放性和可伸縮性,可以方便的與各類數(shù)據(jù)分析軟件連接,為*和其他政府部門共享信息提供了方便。
GPRS/CDMA無線傳輸終端
水質(zhì)監(jiān)控儀器通過RS232 串口直接與正偉環(huán)保GPRS/CDMA無線傳輸數(shù)傳設(shè)備(智能型GPRS/CDMA調(diào)制解調(diào)器)連接,并由其建立無線數(shù)據(jù)連接與監(jiān)控中心進行雙向數(shù)據(jù)通信。水質(zhì)監(jiān)控儀器包括污水流量計、COD(含氧量)/BOD(生物耗氧量)、PH 探頭等測量儀可根據(jù)系統(tǒng)實際監(jiān)控地點的需求選擇對應(yīng)測量儀器。
系統(tǒng)功能
實時監(jiān)控
對企業(yè)監(jiān)測點的排污量、設(shè)備運行等情況進行實時監(jiān)控,并以人性化的界面顯示有關(guān)數(shù)據(jù);
數(shù)據(jù)接收
數(shù)據(jù)接收方式有兩種,一種是監(jiān)測點通信控制器定時向中心返回監(jiān)測數(shù)據(jù)(一般按1個小時
返回,也可以通過用戶設(shè)置);一種是通過中心向監(jiān)測點通信控制器發(fā)送查詢指令,監(jiān)測點
通信控制器返回當(dāng)前監(jiān)測的實時數(shù)據(jù);
報警處理
當(dāng)監(jiān)測到排污超標、檢測設(shè)施非正常關(guān)閉等事故時,軟件能自動識別事故類型,并及時向環(huán)
境監(jiān)理部門發(fā)送報警信息,使環(huán)境監(jiān)理部門能夠以zui快的速度及時對企業(yè)的違規(guī)行為進行糾
正、制止,從而保證了環(huán)境監(jiān)理信息傳遞的順暢、完整;
統(tǒng)計分析
a) 對所選擇污染源監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行各種分析,以曲線圖、直方圖和表格等形式進行
顯示??蛇x擇行業(yè)、區(qū)域、時間段等條件。包括污染源分析、污染源對比分析、綜合分析、
綜合對比分析和監(jiān)理報告資料分析等;
b)污染源分析可根據(jù)條件對污染物排放量和污水排放量進行分析;
c) 污染源對比分析可根據(jù)條件對某一污染源進行按月分析和按年分析;
d) 綜合分析可根據(jù)條件對污染物、污染類型(水)和治理設(shè)備(運行時間)進行分析;
e) 綜合對比分析可根據(jù)條件對污染物、污染類型(水)和治理設(shè)備(運行時間)進行按月分析和按年分析;
數(shù)據(jù)存儲
本設(shè)備能自動監(jiān)測、記錄、存儲、傳送數(shù)據(jù),實時采集各類環(huán)保測量儀器的輸出信號,并將測量數(shù)據(jù)通過無線遠程發(fā)送至環(huán)保監(jiān)控中心,同時將數(shù)據(jù)保存在本機大容量數(shù)據(jù)存儲器中。
參數(shù)設(shè)置
1、可按照設(shè)置的時段采集一組數(shù)據(jù),并實時發(fā)送至環(huán)保監(jiān)控中心。GPRS/CDMA 網(wǎng)絡(luò)是分布zui廣的無線網(wǎng)絡(luò),使用GPRS/CDMA 的優(yōu)勢在于實時、無線、遠程、誤碼率極低、安裝簡便無需布線等特點。
2、可按照設(shè)置的時段采集一組數(shù)據(jù),并保存在本機內(nèi)部大容量數(shù)據(jù)存儲器中;
3、可以通過串行接口對系統(tǒng)各項運行參數(shù)進行設(shè)置。對每個通道的采樣數(shù)據(jù)進行物理量的換算對應(yīng),從而使終端保存或發(fā)送的數(shù)據(jù)都是符合現(xiàn)場測量指標的數(shù)據(jù);
4、可通過串行接口訪問機內(nèi)大容量存儲器中的數(shù)據(jù)。將終端保存數(shù)據(jù)保存到計算機數(shù)據(jù)庫中,以備分析備案;
5、可按照條件設(shè)置系統(tǒng)各通道的報警條件,觸發(fā)報警,并可實時將報警信號發(fā)送至監(jiān)控中心。
四、無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢
中國移動或者中國聯(lián)通GPRS/CDMA系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動或聯(lián)通通信公司的GPRS/CDMA業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測采集傳輸系統(tǒng),實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測采集點的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò),縮短建設(shè)周期,降低建設(shè)成本的優(yōu)點,而且設(shè)備安裝方便、維護簡單。經(jīng)過比較分析,我們選擇中國移動的GPRS/CDMA系統(tǒng)作為水質(zhì)監(jiān)測采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。
GPRS/CDMA無線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)具備如下優(yōu)勢:
1、實時性強:
GPRS/CDMA具有實時在線特性,系統(tǒng)無時延,無需輪巡就可以同步接收、處理多個或所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)??珊芎玫臐M足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
2、可對各監(jiān)測點儀器設(shè)備進行遠程控制:
通過GPRS/CDMA雙向系統(tǒng)還可實現(xiàn)對儀器設(shè)備進行反向控制,如:時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)等控制功能,并可進行系統(tǒng)遠程在線升級。
3、建設(shè)成本少低:
由于采用GPRS/CDMA公網(wǎng)平臺,無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò),只需安裝好設(shè)備就可以,建設(shè)成本低。
4、監(jiān)控范圍廣:
構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣,擴容無限制,接入地點無限制,能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于水質(zhì)信息采集點數(shù)量眾多,分布在全省范圍內(nèi),部分水質(zhì)信息采集點位于偏僻地區(qū),而且地理位置分散。
5、具有良好的可擴展性:
由于目前GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)已覆蓋省內(nèi)絕大部分地區(qū),基本不存在盲區(qū),可實現(xiàn)大范圍的在線監(jiān)控,滿足水質(zhì)信息采集傳輸系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。
6、系統(tǒng)的傳輸容量大:
水質(zhì)監(jiān)測中心站要和每一個水質(zhì)信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于水質(zhì)數(shù)據(jù)信息采集點數(shù)量眾多,系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?,而GPRS/CDMA技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
7、數(shù)據(jù)傳送速率高:
每個水質(zhì)信息采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達171.2kbit/s,目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右,完滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率(≥10Kbps)的需求。
8、通信費用低:
采用包月計費方式,運營成本低。
五、安全措施:
由于水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的特殊性,本系統(tǒng)需要*的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán),網(wǎng)絡(luò)安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行,即使出現(xiàn)硬件和軟件故障,系統(tǒng)也不能中斷運行。 以GPRS為例,數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng),采用VPN方式成本比較低,企業(yè)不用租用專線,還可以利舊使用原有的VPN設(shè)備,移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式,客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前,要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護,安全性比較高,可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。另外,數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式,租用專線接入到移動公司的GGSN設(shè)備上,這種成本高,安全性高、穩(wěn)定可靠。對于安全性要求非常高的系統(tǒng),可考慮在APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式,進一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式:企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器,移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù),用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進行隔離,可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護,有效避免非法入侵。
2、用SIM卡的*性:對用戶SIM卡進行鑒別*,在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進行綁定,劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于行業(yè)的SIM卡才能訪問APN,移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網(wǎng)絡(luò)接入,普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶:可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼, 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統(tǒng),系統(tǒng)的安全性進一步增強。
4、數(shù)據(jù)加密:通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機制:采用防火墻軟件,設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能,保障系統(tǒng)安全。
六、系統(tǒng)成本
七、結(jié)論:
采用有線方式,租用靜態(tài)IP目前費用比較高約800~1500元/月。采用GPRS/CDMA無線方式,系統(tǒng)流量費用目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費方式,GPRS按流量計算0.01元K,而包月制20元/月有50M流量,可滿足省水質(zhì)監(jiān)測局目前水質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實際數(shù)據(jù)量,估計日后其費用會逐步降低。對于水質(zhì)監(jiān)測局等用戶來說,由于通信費用較低,享受到了實惠。另外,由于接入設(shè)備可以移動,當(dāng)水質(zhì)觀測站和水質(zhì)信息采集點搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用,可以保護用戶原有投資,適合于水質(zhì)信息采集工作的特點。
采用GPRS/CDMA構(gòu)建水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),不僅能很好地滿足水質(zhì)信息采集監(jiān)測的需求,而且,做為網(wǎng)絡(luò)運營商的移動或聯(lián)通通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團用戶,隨著用戶數(shù)量的增加,移動或聯(lián)通通信公司的營收也隨之增加,調(diào)動了運營商的積極性,符合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同步發(fā)展的要求。
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