淺談基于無線通訊GPRS技術在污水處理監控系統
眾所周知，以往在環保數據檢測方面出現了許多的解決方案，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，由于電話線傳輸的不穩定性以及容易受環境的影響(雷擊)以致整個系統往往不能正常運行，GSM方案雖然已經解決了環境的影響，但是它天生的數據傳輸吞吐量小，以及數據傳輸時延，不能做到實時在線，也不能滿足環保檢測的需要。基于GPRS無線通訊技術在環保檢測上的應用方案應運而生。
一、 系統傳輸網絡——GPRS無線高速傳輸網絡
GPRS—General Packet Radio Service，通用無線分組業務，是一種基于GSM系統的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗的講，GPRS是一項高速數據處理的技術，方法是以“分組”的形式傳送數據到用戶，具有“實時在線、按量計費、快捷登錄、自如切換、高速傳輸”等優點。
?數據傳輸距離無限制，面向全國，只要有電信網絡覆蓋的地方就能夠實現無線傳輸。
?采用可靠的TCP/IP通訊協議，數據傳輸安全可靠。
?采用室內安裝，不受環境因素的影響。
?設備安裝簡單，沒有維護工作。
?不存在通訊的干擾問題，通訊的數據在INTERNET上傳輸。
?基于INTERNET的數據傳輸，為遠程辦公鋪設捷徑。
?由于采用無線GPRS技術通訊，所以在環保監測部門需要有一臺靜態IP的服務器。
二、污染源監控系統的結構分析
2.1 污染源實時監控系統包括三部分：
1、 監控現場的黑匣子
該系統負責對現場所有的檢測儀表COD、PH、流量計等進行管理，采集污染源數據，存儲歷史數據、傳輸實時數據和歷史數據，反控現場的監測儀表和其他設備，在整個系統中扮演著重要的角色。
2、 基于GPRS無線通訊技術的傳輸網絡
運行于具有靜態IP地址的數據通訊服務器上，負責和現場所有污染源保持實時通訊的解析程序和現場的每一個通訊點組成點對多點的通訊網絡。
3、監控中心
監控中心是一個軟件集合，包括污染源數據查詢系統、污染源實時控制系統、基于B/S結構的數據瀏覽器。
2.2 系統拓撲結構(見下圖)：
2.3 污染源數據查詢系統：
本系統具有強大的信息處理功能，系統將得到的實時數據保存到數據庫服務器，然后對數據進行各種處理。
1、分析統計打印報表。系統對得到的數據進行分析處理，得到各種監控指標，包括PH值、COD/TOC值、流量和設備運行狀態等的日報、月報、季報和年報，以及報警信息和設備運行狀態報表。這些報表可以取代手工報表，成為執法的參考和依據。
2、分析形成各種圖表。系統對數據進行分析處理，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。系統提供查詢、打印各種信息的功能。查詢的內容包括設備的安裝和工作情況，各被監視廠家的基本情況，各種排放數據指標情況，超標報警情況以及各中隊執法人員情況等。
2. 4 數據自動采集：
允許用戶自行設定采集時間，系統會根據用戶設定的時間，在相應時間內創建采集任務，把需要的企業污染源數據采集入數據庫。
2.5 GPRS2000系列黑匣子介紹：
環境監測數據采集設備是為環保監測管理部門對有關的廠礦企業生產污水排放水質及污水 處理而設計，它提供了一種便于集中管理和實時監控的有效管理辦法。
功能描述：
高可靠性
采集終端內部采用全隔離技術設計，防電源浪涌，雷擊，能在惡劣的環境下長期工作。
完備的接入方式
本產品具有多至 5 個 RS232 串口、 8 路模擬量輸入、 8 路開關量輸入、 4 路開關量輸出(繼電器)，為不同的環保設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 , 用戶由采集設備能實現遠程控制環保設備的電源開機 / 關機。
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場環保設備的運行程序，如設備定時采樣、立即采樣、關排污水閥門、回傳歷史數據等等。
多設備支持
客戶在現場需要更換不同廠家的環保設備數據采集終端會自動識別設備的型號，如 TCP/IP 轉接器、 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，已大至 4MBIT 的存儲空間完整的存儲每一分鐘的設備運行數據。
遠程控制臺管理
通過 GSM 或 GPRS 連接提供系統管理員遠程設置能力和維護相關的環保設備。
GPRS2000系列具有強大的現場調試功能，通過鍵盤和數碼顯示，企業用戶和監理人員能夠隨時調出檢測因子數據、流量值、累計流量等數據。強大的存儲功能，存儲大至三個月的檢測數據，不但為環保執法提供了有力的依據，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據，可以重新傳上來，保證數據不會丟失，增強了數據的安全性
2.6信息的網絡共享：
系統采用C/S和B/S相結合的方式，便于實現系統控制和信息共享。C/S結構可以實現強大的控制功能和在環保局內部局域之間信息共享，B/S結構既可以在環保局內部局域之間方便實現信息共享，也可以通過因特網在大范圍內實現共享，當然這是在保證安全的前提下。
因系統將分散在不同地點的實時數據、歷史數據、視頻信息即時采集并保存在監控中心的服務器中，使得環保局各有關部門都可以從內部局域網中隨時查詢或輸出所需要的各種數據資料、報表、報警信息等，非常方便快捷。根據部門職能及行政權限的不同，對使用人員設置口令和訪問權限。
2.7服務器端數據交換中心：
該系統運行于具有靜態IP的數據通訊服務器上，是整個系統的數據交換中心，采用多線程技術設計，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器，實現對整個污染源系統的監控。這樣就可以實現在不同的地方、不同的上網方式、多客戶控制整個系統。
2.8監控中心：
對于一套完整的環保監控系統來講，應該包括3G環境監控指揮子系統、環保監控子系統、煙氣黑度監控子系統、網上排污申報子系統、綜合業務查詢等子系統。每個子系統相對獨立運行，所以系統的功能可以根據客戶的要求進行裁減、組合。
三、污染源監控系統功能：
3.1實時數據傳送
污染源現場的數據可以實時傳送到環保局監控中心，監控中心也可以隨時發指令及時啟動COD采樣，采樣結束后立即把新的采樣數據回傳到環保局監控中心。在監控中心可以方便地設定COD每天采樣的次數，每天取流量和PH計數據的次數，系統可以做到全天候24小時處于實時在線監控狀態。
3.2數據存儲功能
前端的智能數據采集器具有數據存儲功能，可以存儲一個月以上的數據，這樣如果局端因為停電、放假等原因沒能及時上傳的數據，可以重新傳上來，保證數據不會丟失，增強了數據的安全性。數據存儲采用循環方式，存儲的永遠是最近一個月的數據。
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) 報警監視：利用內部局域網監視所有報警信息，并顯示報警單位名稱、報警事件、超標排放指標值等;報警數據以紅色超亮顯示，并以閃爍方式在GIS(地理信息系統)的地圖上顯示報警污染源的地點和位置，并可以發出警告聲。
(2) GSM短消息：在系統無人值守時，用戶可以通過軟件設定，將報警信息通過GSM短消息，向值班人員或相應的科室管理人員發送信息，短消息的內容包括：報警單位名稱、報警類型、日期時間以及超標數值等。
(3) 電子郵件：系統可以將報警信息以電子郵件的方式發送到相關管理人員的電子郵箱中。
3、報警的級別
根據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。執法工作人員可以根據報警的級別進行不同的處理。
3.4分析統計與查詢
本系統具有強大的信息處理功能，系統將得到的實時數據保存到數據庫服務器，然后對數據進行各種處理。
1、分析統計打印報表。系統對得到的數據進行分析處理，得到各種監控指標，包括PH值、COD/TOC值、流量和設備運行狀態等的日報、月報、季報和年報，以及報警信息和設備運行狀態報表。這些報表可以取代手工報表，成為執法的參考和依據。
2、分析形成各種圖表。系統對數據進行分析處理，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。系統提供查詢、打印各種信息的功能。查詢的內容包括設備的安裝和工作情況，各被監視廠家的基本情況，各種排放數據指標情況，超標報警情況以及各中隊執法人員情況等。
3.5信息的網絡共享
系統采用C/S和B/S相結合的方式，便于實現系統控制和信息共享。C/S結構可以實現強大的控制功能和在環保局內部局域之間信息共享，B/S結構既可以在環保局內部局域之間方便實現信息共享，也可以通過因特網在大范圍內實現共享，當然這是在保證安全的前提下。
因系統將分散在不同地點的實時數據、歷史數據、視頻信息即時采集并保存在監控中心的服務器中，使得環保局各有關部門都可以從內部局域網中隨時查詢或輸出所需要的各種數據資料、報表、報警信息等，非常方便快捷。根據部門職能及行政權限的不同，對使用人員設置口令和訪問權限。
3.6反控功能
主要是針對需要采樣分析后得出數據的在線分析儀器如COD/TOC等。當系統操作人員需要對某一污染源進行采樣分析時，無需到現場，只需通過軟件系統發送一條或多條控制指令，并通過GSM短信的方式發送至污染源現場，當排放現場收到命令后，即執行COD/TOC采樣分析，采樣結束后，將分析結果即時發送至監控中心的數據庫服務器中，反控方式也可以分為以下兩種：
1、中心監控室反控
也就是在中心監控室，通過軟件對企業端監控設備進行控制。控制包括及時啟動COD采樣，設定COD采樣次數，設定取流量計數據次數。
2、手機反控
具有手機反控權限的環保局管理人員，可以利用自己的手機對前端監控設備進行控制。手機反控是用手機發短信的方式，短信的格式必須符合規定要求，只有那些具有反控權限的手機，才能進行反控，系統對反控權限進行嚴格控制，能夠保證安全性。
3.7故障自診
整個系統接入了大量的儀表，這些儀表的維護和管理就變成一項頭疼的事，本系統提供輔助診斷的功能。系統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、誤碼的自動糾錯功能等，并可以通過軟件設定故障報警/故障查詢等功能。
四、.系統的安全性、擴展性、兼容性與升級
4.1安全性
采用自主的通訊協議設計，經TCP打包，保證數據傳輸內容的安全。
對登陸用戶采取用戶名和密碼的管理，并設置相應的權限，為系統的安全運行提供保障。
采用本地數據庫架構設計，有效降低數據庫運行的風險。
4.2擴展性
軟件采用模塊化結構設計，軟件自身都預留有與系統的接口，一旦需要增加軟件的功能，在不需要修改原系統功能的情況下，直接增加相應的軟件模塊即可。
4.3兼容性
系統的運行平臺兼容WIN98/2000/XP/NT。
4.4升級
提供無償的3年軟件免費升級。
5.1 12369舉報系統
12369環保舉報熱線是信息產業部專門為環保部門核配的全國統一的投訴舉報特服號碼，該熱線由環保投訴舉報自動受理和處理系統兩部分組成，可以實現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，根據系統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，就能對環境違法行為、環境污染事件、環保工作人員違法違紀行為進行舉報，各級環保部門將按照立案快，查處快，結案快和及時回訪“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境問題得到妥善解決，努力維護廣大人民群眾的合法環境權益。而12369呼叫中心本系統是基于CTI技術的，充分利用通信網和計算機網的多項功能集成并與環保局連為一體的一個完整的綜合信息服務系統。它能有效、高速地為用戶提供多種服務。系統集語音技術、呼叫處理技術、計算機網絡技術和數據庫技術為一體，并利用語音、傳真、電子郵件和辦公設備于一體的交互式服務系統等多種自動設備提供每天24小時的不間斷服務。用戶可以通過電話、傳真、撥號接入、訪問Internet網站等多種方式進入本系統，系統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的數據庫，獲取各種咨詢服務信息或完成響應的事務處理。
5.2 3G指揮系統
“3G指揮系統” 就是結合了環境監控、環保 12369 呼叫中心、污染報警處理等的一個綜合管理系統。它采用GPS全球衛星定位系統、GSM/GPRS全球移動通訊技術、GIS地理信息系統和計算機網絡通信與數據處理技術，在現有GSM/GPRS網的基礎上開發出一套環保監控指揮信息系統和遠程監控通訊管理系統。
“3G指揮系統”以計算機網絡和數據庫為中心，將市話網絡語音、數據傳輸、圖像遠程監控、無線傳真、GPS衛星定位、因特網、GSM/GPRS、地理信息系統等多種技術有機結合在一起，能在短時間內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。系統在設計上以實戰為根據，以先進、可靠、實用為宗旨，具有先進性、實戰性、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
地理信息系統(GIS)采用MapInfo公司的MapX控件嵌入Delphi 6開發，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院前急救系統和其他營運車輛及特種車輛等。
主要功能：
全球衛星定位、防盜反劫、調度管理、車載電話。
綜上所述，隨著國家環境保護調控政策的不斷緊縮，各級環保行政部門必將對污染源的監控、特別是對污水排放的監控更加嚴格，將GPRS技術(包括PH值、COD、氨氮、溶氧量及溫度等主要參數的監控技術)進一步應用到污水處理遠程監控系統不失為行之有效的辦法。我們深信，隨著科學技術的不斷進步，污水排放的遠程監控技術日循成熟，從源頭上徹底解決各企事業單位亂排亂放等造成環境嚴重污染的問題。
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