基于GPRS DTU 污染源自动监控系统方案

一、背景概述

    随着工业化生产的发展，人类赖以生存的环境正遭受前所未有的挑战，由于我们生产时向空气中排放的气态污染物如硫氧化物、氮氧化物使得我们呼吸的空气日趋污浊；长期以来，对于工业污染源的监督管理、环保执法缺乏有效的监督手段，超标排放和偷排现象时有发生，环境监察工作任务重、难度大、压力更大。工业污水的大量任意排放，水资源受到严重的污染；城市噪音污染日益严重等对人类健康和生态环境都带来了极大的危害。“保护环境，净化地球”成了一件亟待解决的头等大事，是关系到子孙后代刻不容缓的大事。使用GPRS DTU 进行污染源监测。人类需要发展，但是发展的前提是不损伤我们赖以生存的环境。因此如何保护我们赖以生存的环境是人类必须关注的首要大事。

二、系统设计原则

    本系统遵照国家、省政府、环保主管部门的法令法规，依据环保行业标准和电气技术规范，结合国内外同类监测系统的运行经验，进行系统设计。  

1 先进性与成熟性  系统方案设计在确保其技术先进性，尽可能满足今后科技发展和应用需求发展要求的同时，考虑到本系统是实用项目而非理论研究项目，在设备选型、平台设计、实现方法等方面，充分注重系统的成熟性、稳定性、可用性及性能价格比。  

2 扩展性  系统功能的可扩展性，是应用系统方案规划与设计的重要方面，由于环保监测系统，是由多个参数的污染源监测系统组成的复合系统，若在总体方案设计时，没有充分考虑各项功能的扩展需求，在今后各类项目逐步建设过程中，势必造成大量的前期投资浪费，也将极大地影响整个环保工程的整体效益。  本系统方案设计充分考虑到扩充、升级的需要，在软硬件的设计中预留接口，并使用模块化设计，使系统具有方便的容量、技术升级能力，以及系统再整合能力，可以与其他用户系统及职能部门进行接口连接，扩大系统的应用范围。  3 可靠性  污染源监测现场，均为工业生产环境，现场环境恶劣，各类干扰信号较强，为此，系统设计按照工业生产环境电气系统的抗干扰要求进行。  

系统监测的对象，包括烟尘、烟气、污水等，均为腐蚀性、耗损性物质，对现场电子设备尤具有很强的破坏性，本系统配置的现场电子设备均可适应抗腐蚀、防尘要求，属工业级产品。

4 开放性  系统设计遵循开放式原则，能够支持多种硬件设备和网络系统，特别是对未来的各种新型联网模式的兼容，保障本次投资的长期有效。同时提供开放式的系统接口，便于支持系统的再整合和二次开发。  

5 可维护性  系统设计中包含完整的维护和故障处理子系统，能够及时报告并处理系统中各个部分存在的问题，并可进行远程维护和更新。  

6 经济性  系统的设计要充分的考虑市场经济原则，既有利于满足用户对服务的需求，又有利于降低系统的投资成本。系统在设备选型过程中主要依据是满足系统要求，具备优良品质的性能价格比最优产品，尽量降低成本。

三、方案设计简介          

      污染源在线监测系统是环保监测与环境预警的信息平台。系统采用先进的无线网络，涵盖水质监测、烟气自动监测、空气质量监测、环境噪声监测以及视频监测等多种环境在线监测应用;系统以污染源在线监测为基础，充分贯彻总量管理、总量控制的原则，包含了环境监理信息系统的许多重要功能，充分满足各级环保部门环境信息网络的建设要求，支持各级环保部门的环境监理与环境监测工作，满足不同层级用户的管理需求。          

      整个系统充分体现总量控制的原则，为管理提供依据，为决策提供支持，各种的统计分析报表和图表上都能分类汇总得到每种污染物的排放量，根据污染物的核定排污总量可以直观的对比分析，跟踪每种污染物的排放总量的发展变化趋势曲线，得出是否超过核定值的结论，同时结合目前企业的状况以及历史同期数据的比对分析，对于排放总量趋势发展将要超过核定值的状况给予预警，充分体现管理企业，为企业服务的宗旨。汇总统计区域内所有污染物排放总量，掌握和量化污染物的排放趋势，为区域内控制污染物排放总量提供技术支持，为环保部门现场执法和排污收费提供依据。

四、污染源在线自动监控系统建设目标 

 ★ 基于污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准 ，实现现场监测站与环保局中心站的标准数据传输；

★ 环保局中心站在线动态增加现场监测站的能力；  

★ 现场监测站的历史数据存储与上传能力 环保局中心站的历史数据召唤与解析、插入存储能力。此两种能力解决了现场断线后，环保局中心站的数据完整性问题； 

★ 环保局中心站对数据存储的长时间、高精度(ms级)、多点并发及压缩能力等功能要求；   ★ 环保局中心站的B／S体系结构，降低客户端软件安装配置的复杂度。 系统拓扑图  污染源在线自动监控系统从底层向上可分为污染源现场监测站、传输网络和环保局中心站3 个层次   

1） 现场监测站位于各个污染源现场监测点，又可分为现场仪表、现场通信网络、数据采集传输服务器、无线传输终端等组成，主要完成数据的采集和处理、GPRS终端组网，完成数据采集、分析、GPRS网络接入、无线透明传输链路建立等工作。

2） 传输网络负责将污染源现场监测站的数据传输到环保局中心站，属于传输介质；  

3） 环保局中心站它通过网络传输层和现场层相互通讯，交换数据、指令下达，以实现对现场层的集中远程监控，并且可以通过其软件接口与视频系统、GIS系统进行无缝结合。

五、现场监测站                 

现场通信网络负责将仪表采集到的数据汇总到数据采集传输服务器。标准RS232/485 电气接口。数据采集传输服务器负责对实时数据进行汇总、分析、存储 并负责与传输模块CM3160P通讯。                

传输模块CM3160P实现数据采集服务器与环保局中心站的无线组网，从而实现数据采集服务器与环保局中心站之间的数据交互。              

传输终端还提供主备数据中心和多数据中心链接方式和多种激活方式、支持APN组网等功能，是可以做到数据安全可靠的传输，同时也是整个系统的关键部分。  

六、环保局中心站

1环保中心实时数据库          

环保中心实时数据库负责汇集来自各现场监测站的实时数据，为客户端提供实时、可靠、安全的数据，并且给中心的关系数据库提供有效的数据。实时数据库是一个高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性强、跨网络系统的开放式实时数据库系统，产品为完全的分布式结构，可任意组建应用模式；支持C/S和B/S应用；它可以提供丰富的企业级信息系统客户端应用和工具；大容量支持企业级应用，内部实现高数据压缩率，可实现历史数据的海量存储，灵活的扩展结构可满足各种需求，具备广泛的安全性和可跟踪性。                  

环保局中心站由实时数据库、关系数据库、Web服务器和实现各种查询、分析功能的客户端软件构成。

2客户端软件          

客户端全面监测企业污染物排放状况，将企业现场的实时画面传送到环保局。   

◆实时监控管理           

实现污染源可视化管理实现了对污染源的全面、实时、网络化的监测体系。只需观察屏幕上各个企业的图标样式或颜色即可了解所有企业各个污染物排放口的设备运行情况；同时还可以通过表格和曲线浏览企业污染物排放的详细监测数据。这使得工作人员在同一个用户界面即可将所有企业所有排污口的设备运行状况、污染物排放浓度、流量、排放量等信息尽收眼底。

◆ 强大的报警与预警功能           

以声音、图标颜色变化、表格中数值的颜色、手机短信（向预先设定的手机上发送相应的报警信息）等形式提供多样化的报警功能。精确地给出具体的超标数值，超标时间，超标排放量、超标排放介质量，为强化监理工作提供了详实可靠的依据。   

◆ 数据的统计与分析           

将污染源在线监测数据和报警信息进行全方位多角度的分类汇总与统计分析，充分满足各种统计要求。以图标、表格、图形等丰富多样的形式实时展现各排污口设备的运行状况、污染物排放浓度、流量、排放量等信息，以及污染物排放口的发展趋势与动态。从多种角度和层面来统计分析监测数据，提供全面的报表和统计图表。可以按辖区、按行业种类、按污染物种类等多种分类方式，生成统计分析报表和统计图表。

◆ 系统管理            

系统管理的主要功能有:用户帐号的管理、监测元素管理、污染行业管理、监测仪器管理、监测任务管理等等。            

本系统为了保障系统数据的安全性，对于用户的权限将做细致的区分，首先用户按其的行政级别有一个基本的权限，如市级用户可以查询全市污染企业的排污情况，区镇级用户可以查询其辖区范围内的污染企业的排污情况。在此基础上，每个用户又根据其的工作性质得到相应的使用权限，如只读权限将让用户只能够查找信息而不能对资料进行任何的修改，而编辑权限将让用户对其所辖企业的信息有修改等所有的权限。

3.传输网络         

一类是基于TCP/IP 协议的，如通用无线分组业务（General Packet Radio Service 缩写GPRS）、非对称数字用户环路（Asymmetrical Digital Subscriber Loop 缩写ADSL）等。另一类是基于非TCP/IP 协议的，如：公共电话交换网（Public switched telephone network 缩写PSTN）、短消息数据通讯等。

七、系统主要特点 

l 灵活性好：本系统可适用于企业级、区（县）级、地市级和省级多级系统。既可以在企业单独使用，也可在“企业＋区（县）”、“企业＋区（县）＋地市”、 “企业＋区（县）＋地市＋省”等网络系统中使用。 

l 适应能力强：系统中采用的通讯处理技术是系统中的关键技术，系统对污染源各种类型的监测设备不仅能够良好支持，而且配置简单，能够方便快捷的将不同厂家、不同类别的污染源监测设备接入环保监测网络。 

l 界面友好、操作简捷：系统在界面设计过程中，力求美观大方，功能组织与布局合理，概念准确、用语规范，管理人员或操作人员易学易用。 

l 通讯手段先进、经济性好、可靠性高：系统中采用的GPRS通讯技术为中国移动提供的一项新的数据业务，技术先进，具有实时在线、永不掉线的特征，不仅通讯可靠，而且运营成本低廉，非常适合于环保行业内的远程数据传输。

八、总结  

将自动控制、网络通信、计算机以及GIS 等信息技术引入环境监测领域,采用工业级的GPRS DTU无线传输模块、组建包括污染源在内的各环境要素在线监测系统,实现污染源在线监测系统的开发与建设,对重点污染源进行连续实时监测,动态掌握重点污染源企业的排污及超标情况,对加强重点污染企业、流域污染物排放的监督、总量控制、防止重大污染事故的发生,提高我国环境监测信息化水平以及环境决策与管理能力等都具有重大意义