淺談基于無線通訊GPRS技術(shù)在污水處理監(jiān)控系統(tǒng)
眾所周知，以往在環(huán)保數(shù)據(jù)檢測方面出現(xiàn)了許多的解決方案，其中比較有代表性的基于PSTN電話線和基于GSM短消息傳輸方案。但是在實際使用的過程中，由于電話線傳輸?shù)牟环(wěn)定性以及容易受環(huán)境的影響(雷擊)以致整個系統(tǒng)往往不能正常運行，GSM方案雖然已經(jīng)解決了環(huán)境的影響，但是它天生的數(shù)據(jù)傳輸吞吐量小，以及數(shù)據(jù)傳輸時延，不能做到實時在線，也不能滿足環(huán)保檢測的需要；贕PRS無線通訊技術(shù)在環(huán)保檢測上的應(yīng)用方案應(yīng)運而生。
一、 系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)——GPRS無線高速傳輸網(wǎng)絡(luò)
GPRS—General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗的講，GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以“分組”的形式傳送數(shù)據(jù)到用戶，具有“實時在線、按量計費、快捷登錄、自如切換、高速傳輸”等優(yōu)點。
?數(shù)據(jù)傳輸距離無限制，面向全國，只要有電信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地方就能夠?qū)崿F(xiàn)無線傳輸。
?采用可靠的TCP/IP通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸安全可靠。
?采用室內(nèi)安裝，不受環(huán)境因素的影響。
?設(shè)備安裝簡單，沒有維護工作。
?不存在通訊的干擾問題，通訊的數(shù)據(jù)在INTERNET上傳輸。
?基于INTERNET的數(shù)據(jù)傳輸，為遠程辦公鋪設(shè)捷徑。
?由于采用無線GPRS技術(shù)通訊，所以在環(huán)保監(jiān)測部門需要有一臺靜態(tài)IP的服務(wù)器。
二、污染源監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析
2.1 污染源實時監(jiān)控系統(tǒng)包括三部分：
1、 監(jiān)控現(xiàn)場的黑匣子
該系統(tǒng)負責對現(xiàn)場所有的檢測儀表COD、PH、流量計等進行管理，采集污染源數(shù)據(jù)，存儲歷史數(shù)據(jù)、傳輸實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，反控現(xiàn)場的監(jiān)測儀表和其他設(shè)備，在整個系統(tǒng)中扮演著重要的角色。
2、 基于GPRS無線通訊技術(shù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)
運行于具有靜態(tài)IP地址的數(shù)據(jù)通訊服務(wù)器上，負責和現(xiàn)場所有污染源保持實時通訊的解析程序和現(xiàn)場的每一個通訊點組成點對多點的通訊網(wǎng)絡(luò)。
3、監(jiān)控中心
監(jiān)控中心是一個軟件集合，包括污染源數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)、污染源實時控制系統(tǒng)、基于B/S結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)瀏覽器。
2.2 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)(見下圖)：
2.3 污染源數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)：
本系統(tǒng)具有強大的信息處理功能，系統(tǒng)將得到的實時數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，然后對數(shù)據(jù)進行各種處理。
1、分析統(tǒng)計打印報表。系統(tǒng)對得到的數(shù)據(jù)進行分析處理，得到各種監(jiān)控指標，包括PH值、COD/TOC值、流量和設(shè)備運行狀態(tài)等的日報、月報、季報和年報，以及報警信息和設(shè)備運行狀態(tài)報表。這些報表可以取代手工報表，成為執(zhí)法的參考和依據(jù)。
2、分析形成各種圖表。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析處理，得到各種圖表，圖表的類型包括柱形圖、折線圖、餅圖、點圖等，圖表可以形象直觀地反映整體和未來的趨勢。
3、 強大的信息查詢功能。系統(tǒng)提供查詢、打印各種信息的功能。查詢的內(nèi)容包括設(shè)備的安裝和工作情況，各被監(jiān)視廠家的基本情況，各種排放數(shù)據(jù)指標情況，超標報警情況以及各中隊執(zhí)法人員情況等。
2. 4 數(shù)據(jù)自動采集：
允許用戶自行設(shè)定采集時間，系統(tǒng)會根據(jù)用戶設(shè)定的時間，在相應(yīng)時間內(nèi)創(chuàng)建采集任務(wù)，把需要的企業(yè)污染源數(shù)據(jù)采集入數(shù)據(jù)庫。
2.5 GPRS2000系列黑匣子介紹：
環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)采集設(shè)備是為環(huán)保監(jiān)測管理部門對有關(guān)的廠礦企業(yè)生產(chǎn)污水排放水質(zhì)及污水 處理而設(shè)計，它提供了一種便于集中管理和實時監(jiān)控的有效管理辦法。
功能描述：
高可靠性
采集終端內(nèi)部采用全隔離技術(shù)設(shè)計，防電源浪涌，雷擊，能在惡劣的環(huán)境下長期工作。
完備的接入方式
本產(chǎn)品具有多至 5 個 RS232 串口、 8 路模擬量輸入、 8 路開關(guān)量輸入、 4 路開關(guān)量輸出(繼電器)，為不同的環(huán)保設(shè)備預留了豐富的接口。
遠程電源管理
通過遠程電源管理解決方案 , 用戶由采集設(shè)備能實現(xiàn)遠程控制環(huán)保設(shè)備的電源開機 / 關(guān)機。
遠程反控
通過遠程反控方案用戶可以按照自己的意圖去控制現(xiàn)場環(huán)保設(shè)備的運行程序，如設(shè)備定時采樣、立即采樣、關(guān)排污水閥門、回傳歷史數(shù)據(jù)等等。
多設(shè)備支持
客戶在現(xiàn)場需要更換不同廠家的環(huán)保設(shè)備數(shù)據(jù)采集終端會自動識別設(shè)備的型號，如 TCP/IP 轉(zhuǎn)接器、 COD 、 TOC 、 PH 、流量計。大大方便了用戶的維護工作。
完善的存儲機制
采集終端采用閃存技術(shù)，已大至 4MBIT 的存儲空間完整的存儲每一分鐘的設(shè)備運行數(shù)據(jù)。
遠程控制臺管理
通過 GSM 或 GPRS 連接提供系統(tǒng)管理員遠程設(shè)置能力和維護相關(guān)的環(huán)保設(shè)備。
GPRS2000系列具有強大的現(xiàn)場調(diào)試功能，通過鍵盤和數(shù)碼顯示，企業(yè)用戶和監(jiān)理人員能夠隨時調(diào)出檢測因子數(shù)據(jù)、流量值、累計流量等數(shù)據(jù)。強大的存儲功能，存儲大至三個月的檢測數(shù)據(jù)，不但為環(huán)保執(zhí)法提供了有力的依據(jù)，而且一旦由于局端因為停電、放假等原因沒能及時上傳的數(shù)據(jù)，可以重新傳上來，保證數(shù)據(jù)不會丟失，增強了數(shù)據(jù)的安全性
2.6信息的網(wǎng)絡(luò)共享：
系統(tǒng)采用C/S和B/S相結(jié)合的方式，便于實現(xiàn)系統(tǒng)控制和信息共享。C/S結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)強大的控制功能和在環(huán)保局內(nèi)部局域之間信息共享，B/S結(jié)構(gòu)既可以在環(huán)保局內(nèi)部局域之間方便實現(xiàn)信息共享，也可以通過因特網(wǎng)在大范圍內(nèi)實現(xiàn)共享，當然這是在保證安全的前提下。
因系統(tǒng)將分散在不同地點的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、視頻信息即時采集并保存在監(jiān)控中心的服務(wù)器中，使得環(huán)保局各有關(guān)部門都可以從內(nèi)部局域網(wǎng)中隨時查詢或輸出所需要的各種數(shù)據(jù)資料、報表、報警信息等，非常方便快捷。根據(jù)部門職能及行政權(quán)限的不同，對使用人員設(shè)置口令和訪問權(quán)限。
2.7服務(wù)器端數(shù)據(jù)交換中心：
該系統(tǒng)運行于具有靜態(tài)IP的數(shù)據(jù)通訊服務(wù)器上，是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換中心，采用多線程技術(shù)設(shè)計，能夠同步和無線采集終端保持通訊，運行平臺兼容Win98/2000/NT,用戶可以以客戶方式登陸服務(wù)器，實現(xiàn)對整個污染源系統(tǒng)的監(jiān)控。這樣就可以實現(xiàn)在不同的地方、不同的上網(wǎng)方式、多客戶控制整個系統(tǒng)。
2.8監(jiān)控中心：
對于一套完整的環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)來講，應(yīng)該包括3G環(huán)境監(jiān)控指揮子系統(tǒng)、環(huán)保監(jiān)控子系統(tǒng)、煙氣黑度監(jiān)控子系統(tǒng)、網(wǎng)上排污申報子系統(tǒng)、綜合業(yè)務(wù)查詢等子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)相對獨立運行，所以系統(tǒng)的功能可以根據(jù)客戶的要求進行裁減、組合。
三、污染源監(jiān)控系統(tǒng)功能：
3.1實時數(shù)據(jù)傳送
污染源現(xiàn)場的數(shù)據(jù)可以實時傳送到環(huán)保局監(jiān)控中心，監(jiān)控中心也可以隨時發(fā)指令及時啟動COD采樣，采樣結(jié)束后立即把新的采樣數(shù)據(jù)回傳到環(huán)保局監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心可以方便地設(shè)定COD每天采樣的次數(shù)，每天取流量和PH計數(shù)據(jù)的次數(shù)，系統(tǒng)可以做到全天候24小時處于實時在線監(jiān)控狀態(tài)。
3.2數(shù)據(jù)存儲功能
前端的智能數(shù)據(jù)采集器具有數(shù)據(jù)存儲功能，可以存儲一個月以上的數(shù)據(jù)，這樣如果局端因為停電、放假等原因沒能及時上傳的數(shù)據(jù)，可以重新傳上來，保證數(shù)據(jù)不會丟失，增強了數(shù)據(jù)的安全性。數(shù)據(jù)存儲采用循環(huán)方式，存儲的永遠是最近一個月的數(shù)據(jù)。
3.3報警功能
1、報警事件
●COD超標事件
●PH超標事件
●流量異常事件
●設(shè)備運行故障事件
●掉電事件和其他報警事件
2、報警方式
(1) 報警監(jiān)視：利用內(nèi)部局域網(wǎng)監(jiān)視所有報警信息，并顯示報警單位名稱、報警事件、超標排放指標值等;報警數(shù)據(jù)以紅色超亮顯示，并以閃爍方式在GIS(地理信息系統(tǒng))的地圖上顯示報警污染源的地點和位置，并可以發(fā)出警告聲。
(2) GSM短消息：在系統(tǒng)無人值守時，用戶可以通過軟件設(shè)定，將報警信息通過GSM短消息，向值班人員或相應(yīng)的科室管理人員發(fā)送信息，短消息的內(nèi)容包括：報警單位名稱、報警類型、日期時間以及超標數(shù)值等。
(3) 電子郵件：系統(tǒng)可以將報警信息以電子郵件的方式發(fā)送到相關(guān)管理人員的電子郵箱中。
3、報警的級別
根據(jù)報警事件的嚴重程度和輕重緩急，將報警事件分為：一般報警、報警和嚴重報警三個級別。執(zhí)法工作人員可以根據(jù)報警的級別進行不同的處理。
3.4分析統(tǒng)計與查詢
本系統(tǒng)具有強大的信息處理功能，系統(tǒng)將得到的實時數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，然后對數(shù)據(jù)進行各種處理。
1、分析統(tǒng)計打印報表。系統(tǒng)對得到的數(shù)據(jù)進行分析處理，得到各種監(jiān)控指標，包括PH值、COD/TOC值、流量和設(shè)備運行狀態(tài)等的日報、月報、季報和年報，以及報警信息和設(shè)備運行狀態(tài)報表。這些報表可以取代手工報表，成為執(zhí)法的參考和依據(jù)。
2、分析形成各種圖表。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析處理，得到各種圖表，圖表的類型包括柱形圖、折線圖、餅圖、點圖等，圖表可以形象直觀地反映整體和未來的趨勢。
3、強大的信息查詢功能。系統(tǒng)提供查詢、打印各種信息的功能。查詢的內(nèi)容包括設(shè)備的安裝和工作情況，各被監(jiān)視廠家的基本情況，各種排放數(shù)據(jù)指標情況，超標報警情況以及各中隊執(zhí)法人員情況等。
3.5信息的網(wǎng)絡(luò)共享
系統(tǒng)采用C/S和B/S相結(jié)合的方式，便于實現(xiàn)系統(tǒng)控制和信息共享。C/S結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)強大的控制功能和在環(huán)保局內(nèi)部局域之間信息共享，B/S結(jié)構(gòu)既可以在環(huán)保局內(nèi)部局域之間方便實現(xiàn)信息共享，也可以通過因特網(wǎng)在大范圍內(nèi)實現(xiàn)共享，當然這是在保證安全的前提下。
因系統(tǒng)將分散在不同地點的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、視頻信息即時采集并保存在監(jiān)控中心的服務(wù)器中，使得環(huán)保局各有關(guān)部門都可以從內(nèi)部局域網(wǎng)中隨時查詢或輸出所需要的各種數(shù)據(jù)資料、報表、報警信息等，非常方便快捷。根據(jù)部門職能及行政權(quán)限的不同，對使用人員設(shè)置口令和訪問權(quán)限。
3.6反控功能
主要是針對需要采樣分析后得出數(shù)據(jù)的在線分析儀器如COD/TOC等。當系統(tǒng)操作人員需要對某一污染源進行采樣分析時，無需到現(xiàn)場，只需通過軟件系統(tǒng)發(fā)送一條或多條控制指令，并通過GSM短信的方式發(fā)送至污染源現(xiàn)場，當排放現(xiàn)場收到命令后，即執(zhí)行COD/TOC采樣分析，采樣結(jié)束后，將分析結(jié)果即時發(fā)送至監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，反控方式也可以分為以下兩種：
1、中心監(jiān)控室反控
也就是在中心監(jiān)控室，通過軟件對企業(yè)端監(jiān)控設(shè)備進行控制？刂瓢皶r啟動COD采樣，設(shè)定COD采樣次數(shù)，設(shè)定取流量計數(shù)據(jù)次數(shù)。
2、手機反控
具有手機反控權(quán)限的環(huán)保局管理人員，可以利用自己的手機對前端監(jiān)控設(shè)備進行控制。手機反控是用手機發(fā)短信的方式，短信的格式必須符合規(guī)定要求，只有那些具有反控權(quán)限的手機，才能進行反控，系統(tǒng)對反控權(quán)限進行嚴格控制，能夠保證安全性。
3.7故障自診
整個系統(tǒng)接入了大量的儀表，這些儀表的維護和管理就變成一項頭疼的事，本系統(tǒng)提供輔助診斷的功能。系統(tǒng)在運行過程中可以自動診斷故障點，包括是一次儀表的非正常工作狀態(tài)、誤碼的自動糾錯功能等，并可以通過軟件設(shè)定故障報警/故障查詢等功能。
四、.系統(tǒng)的安全性、擴展性、兼容性與升級
4.1安全性
采用自主的通訊協(xié)議設(shè)計，經(jīng)TCP打包，保證數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容的安全。
對登陸用戶采取用戶名和密碼的管理，并設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限，為系統(tǒng)的安全運行提供保障。
采用本地數(shù)據(jù)庫架構(gòu)設(shè)計，有效降低數(shù)據(jù)庫運行的風險。
4.2擴展性
軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，軟件自身都預留有與系統(tǒng)的接口，一旦需要增加軟件的功能，在不需要修改原系統(tǒng)功能的情況下，直接增加相應(yīng)的軟件模塊即可。
4.3兼容性
系統(tǒng)的運行平臺兼容WIN98/2000/XP/NT。
4.4升級
提供無償?shù)?年軟件免費升級。
5.1 12369舉報系統(tǒng)
12369環(huán)保舉報熱線是信息產(chǎn)業(yè)部專門為環(huán)保部門核配的全國統(tǒng)一的投訴舉報特服號碼，該熱線由環(huán)保投訴舉報自動受理和處理系統(tǒng)兩部分組成，可以實現(xiàn)24小時自動受理電話錄音、傳真舉報和重大污染事故的緊急人工舉報，根據(jù)系統(tǒng)隨機給予的舉報號碼，舉報人還可以進行辦理舉報情況查詢等功能。
通過該熱線，市民足不出戶，一個電話，就能對環(huán)境違法行為、環(huán)境污染事件、環(huán)保工作人員違法違紀行為進行舉報，各級環(huán)保部門將按照立案快，查處快，結(jié)案快和及時回訪“三快一及時”的要求，對群眾反映的重點問題實行專案專辦，確保人民群眾反映的各類環(huán)境問題得到妥善解決，努力維護廣大人民群眾的合法環(huán)境權(quán)益。而12369呼叫中心本系統(tǒng)是基于CTI技術(shù)的，充分利用通信網(wǎng)和計算機網(wǎng)的多項功能集成并與環(huán)保局連為一體的一個完整的綜合信息服務(wù)系統(tǒng)。它能有效、高速地為用戶提供多種服務(wù)。系統(tǒng)集語音技術(shù)、呼叫處理技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)為一體，并利用語音、傳真、電子郵件和辦公設(shè)備于一體的交互式服務(wù)系統(tǒng)等多種自動設(shè)備提供每天24小時的不間斷服務(wù)。用戶可以通過電話、傳真、撥號接入、訪問Internet網(wǎng)站等多種方式進入本系統(tǒng)，系統(tǒng)接收以上信息后在自動語音導航或人工坐席的幫助下訪問系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，獲取各種咨詢服務(wù)信息或完成響應(yīng)的事務(wù)處理。
5.2 3G指揮系統(tǒng)
“3G指揮系統(tǒng)” 就是結(jié)合了環(huán)境監(jiān)控、環(huán)保 12369 呼叫中心、污染報警處理等的一個綜合管理系統(tǒng)。它采用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GSM/GPRS全球移動通訊技術(shù)、GIS地理信息系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，在現(xiàn)有GSM/GPRS網(wǎng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出一套環(huán)保監(jiān)控指揮信息系統(tǒng)和遠程監(jiān)控通訊管理系統(tǒng)。
“3G指揮系統(tǒng)”以計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫為中心，將市話網(wǎng)絡(luò)語音、數(shù)據(jù)傳輸、圖像遠程監(jiān)控、無線傳真、GPS衛(wèi)星定位、因特網(wǎng)、GSM/GPRS、地理信息系統(tǒng)等多種技術(shù)有機結(jié)合在一起，能在短時間內(nèi)多方位地獲取多種信息，自動受理多種形式的污染報警，快速、準確地確認災情和報警地點，輔助決策，調(diào)派合理的出動力量，自動下達命令，及時為指揮員提供決策資料。系統(tǒng)在設(shè)計上以實戰(zhàn)為根據(jù)，以先進、可靠、實用為宗旨，具有先進性、實戰(zhàn)性、科學性、可靠性、易使用性、可擴充性、可伸縮性等主要特性。
5.3 GIS地理信息系統(tǒng)
地理信息系統(tǒng)(GIS)采用MapInfo公司的MapX控件嵌入Delphi 6開發(fā)，MapX控件功能強大，使用方便。GPS車載終端使用華強HQ6006A智能車載終端，可適用于私家車、出租車、物流車、120院前急救系統(tǒng)和其他營運車輛及特種車輛等。
主要功能：
全球衛(wèi)星定位、防盜反劫、調(diào)度管理、車載電話。
綜上所述，隨著國家環(huán)境保護調(diào)控政策的不斷緊縮，各級環(huán)保行政部門必將對污染源的監(jiān)控、特別是對污水排放的監(jiān)控更加嚴格，將GPRS技術(shù)(包括PH值、COD、氨氮、溶氧量及溫度等主要參數(shù)的監(jiān)控技術(shù))進一步應(yīng)用到污水處理遠程監(jiān)控系統(tǒng)不失為行之有效的辦法。我們深信，隨著科學技術(shù)的不斷進步，污水排放的遠程監(jiān)控技術(shù)日循成熟，從源頭上徹底解決各企事業(yè)單位亂排亂放等造成環(huán)境嚴重污染的問題。
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