一、項目背景
    隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的污水排放量已越來越大，已造成地表水的嚴重污染，環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)不斷惡化趨勢，但目前全國各地對污染源和排污河渠的水質(zhì)監(jiān)測仍停留在手工監(jiān)測階段，時間覆蓋率低，樣品缺乏科學性和代表性，難以反映企業(yè)及城市污水排放連續(xù)變化的情況。國家及各省市地區(qū)日趨重視生態(tài)環(huán)境的保護，在水資源污染方面不斷加強治理，但因為環(huán)境保護意識的淡薄及利益的驅(qū)使等諸多因素，隨意偷排污水和非達標排污，造成環(huán)境嚴重污染的情況時有發(fā)生，因此在監(jiān)測監(jiān)管方面也要加大投入，提供一個有效的實用的先進的監(jiān)控系統(tǒng)和解決方法，對加強環(huán)境監(jiān)測力度顯得極為迫切建立廢水在線監(jiān)測系統(tǒng)，提高水質(zhì)監(jiān)測能力，勢在必行。
    在污水治理監(jiān)測項目中，所涉及的污水處理監(jiān)測系統(tǒng)，很多必需無人值守設備或監(jiān)測點，受到地形、氣候、監(jiān)測范圍等因素影響，不適合用有線通信和無線數(shù)傳電臺等數(shù)據(jù)傳輸方式， 而且它們還具有移動性差、成本高、擴展性差、設備維護不方便等缺點，而中國移動GPRS網(wǎng)絡覆蓋面廣，具有高速的數(shù)據(jù)傳輸和永遠在線的特點，配合靈活的資費方式，使GPRS通訊在污水處理監(jiān)控系統(tǒng)中的應用具有無可比擬的性價比優(yōu)勢。
二、項目分析
2.1 系統(tǒng)組成
2.1.1 污水數(shù)據(jù)采集終端
    根據(jù)監(jiān)測性質(zhì)的不同主要分為三個方面，地表水站（河流、水庫等飲用水）、城市污水處理廠和工業(yè)污染源；主要檢測的物理量有：流速、流量、PH值、COD、氨氮、硝氮、亞硝氮、總磷等；實時將現(xiàn)場噪聲數(shù)據(jù)采集到智能監(jiān)控終端內(nèi)。通過工業(yè)上通用的MODIBUS標準協(xié)議進行傳輸。
2.1.2無線傳輸設備
    鑒于對通訊模塊的要求，我們選擇廈門四信通訊有限公司的F2103 IP MODEM。它具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道、實時在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN網(wǎng)絡接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費。
2.1.3數(shù)據(jù)管理中心
    監(jiān)測數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)（整個系統(tǒng)中至關(guān)重要的一個子系統(tǒng),它肩負著各種現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測及數(shù)據(jù)接收的作用,具有無人職守自動工作功能）；數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計子系統(tǒng)（監(jiān)測系統(tǒng)中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S模式在監(jiān)測部門內(nèi)部供工作人員直接操作使用）；報警短信子系統(tǒng)（利用目前廣泛使用的移動通訊技術(shù)進行開發(fā)的一個及其有用的功能系統(tǒng)，終端儀器儀表設定報警值后和短信 MODEM組合，以快速的把報警信息發(fā)到指定的管理層）；WEB發(fā)布子系統(tǒng)（污水自動監(jiān)測系統(tǒng)中對外公布的網(wǎng)頁查詢系統(tǒng)，是提供普通市民了解居住城市水體質(zhì)量的窗口，也是被監(jiān)測企業(yè)、工廠對自己排放污染程度的要求）；
2.2 系統(tǒng)總架構(gòu)
    污水數(shù)據(jù)采集終端通過RS232/485通訊接口與F2103串口連接，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心可以采用多種方式連接網(wǎng)絡，例如固定IP、APN、ADSL等。
    無線傳輸設備F2103通過GPRS網(wǎng)絡連接到遠程數(shù)據(jù)中心服務器主機，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數(shù)據(jù)通道。當采集終端需要上報數(shù)據(jù)的時候?qū)��?shù)據(jù)直接送往串口，此時F2103就會把收到的數(shù)據(jù)原封不動地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務器主機。當數(shù)據(jù)中心下發(fā)的命令或數(shù)據(jù)通過通道傳輸?shù)紽2103后，F(xiàn)2103通過串口送到采集終端，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。

2.3系統(tǒng)實現(xiàn)功能
2.3.1監(jiān)測數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)

1. 自動啟動(在停電后/系統(tǒng)重啟后自動啟動,不用人為操作。
2. 數(shù)據(jù)過濾(本系統(tǒng)從安全考慮，僅接收經(jīng)系統(tǒng)認證后的數(shù)據(jù))。
3. 使用于各種數(shù)據(jù)類型輸出的現(xiàn)場檢測儀表(開關(guān)量、模擬量、數(shù)值等)。
4. 將接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)保存到后臺數(shù)據(jù)庫。
5. 現(xiàn)場反控(通過修改監(jiān)測采集方案來啟動現(xiàn)場設備(包括對自動采樣器的操作等)。
6. 查看各監(jiān)測站連接狀態(tài)。
2.3.2數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計子系統(tǒng)

    數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計子系統(tǒng)是監(jiān)測系統(tǒng)中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S模式在監(jiān)測部門內(nèi)部供工作人員直接操作使用。具有安全、快捷方便的特點、系統(tǒng)即具有綜合性、集成性的特點、又有各模塊獨立操作的有點。
其功能包括如下:
1. 現(xiàn)場實時監(jiān)測原始數(shù)據(jù)的查詢、偏離修正、監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性審核、預報數(shù)據(jù)錄入。
2. 監(jiān)測數(shù)據(jù)歷史記錄的維護。
3. GIS電子地圖實時顯示水體污染變化趨勢。
4. 結(jié)合歷史數(shù)據(jù)生成水體污染指數(shù)曲線圖。
5. 監(jiān)測數(shù)據(jù)異常分析、軟件報警、實時通過短信通知報警信息。
6. 各種數(shù)據(jù)匯總報表、統(tǒng)計報表、上報表格，包括特殊格式報表。
7. 默認、自定義監(jiān)測采集方案維護。
8. 現(xiàn)場自動采樣器操作。
9. 現(xiàn)場樣本試驗數(shù)據(jù)錄入、與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)對比、偏離報告。
10. 現(xiàn)場維護記錄。
11. 監(jiān)測站點、監(jiān)測項目等基礎(chǔ)信息自由配置、兼容性好。
12. 人員權(quán)限分配。
13. 數(shù)據(jù)備份。
14. WEB用戶認證、權(quán)限分配、及其web訪問統(tǒng)計情況等。
2.3.3報警短信子系統(tǒng)
    1. 報警短信子系統(tǒng)是利用目前廣泛使用的移動通訊技術(shù)進行開發(fā)的一個及其有用的功能系統(tǒng)，終端儀器儀表設定報警值后和短信 MODEM組合，以快速的把報警信息發(fā)到指定的管理層。
    2. 廈門四信通信科技有限公司F2103 IP MODEM，可通過配置軟件靈活配置對端接收的多個手機號碼，設備永遠在線，自動檢測串口數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動短信收發(fā)功能。和報警裝置串口對接，實時監(jiān)測報警裝置串口的報警數(shù)據(jù)，便可以第一時間把某種監(jiān)測項目的異常報警信息發(fā)送到相關(guān)項目負責人、監(jiān)督人的手機，報警系統(tǒng)可以定時將某個統(tǒng)計匯總數(shù)據(jù)、分析結(jié)果通過GSM MODEM發(fā)送到相關(guān)負責人，讓相關(guān)項目負責人、監(jiān)督人在出差、外出等情況下第一時間了解其負責的監(jiān)測情況。
2.3.4 WEB發(fā)布子系統(tǒng)
1. 歷史、當前水體污染報告、預告
2. 水體測試數(shù)據(jù)查詢、曲線圖
3. 監(jiān)測站點明細、監(jiān)測分析報表等
三、項目架構(gòu)實施
3.1 傳輸模塊與污水處理采集終端連接
    在工業(yè)領(lǐng)域設備一般都采用以太口或串口傳輸數(shù)據(jù)，無線通信模塊F2103同時支持232/485通信方式，因此可以直接和污水處理數(shù)據(jù)采集終端進行連接通信，如下圖：
3.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡接入方式分析
3.2.1 專線接入
    中心采用APN專線， 所有點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進入。

    用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務器，作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。
    用戶在內(nèi)部建立DHCP服務器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
3.2.2 ADSL撥號連接（動態(tài)公網(wǎng)IP地址）
    中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務的。客戶先與DNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模應用。
3.2.3 通過固定公網(wǎng)IP連接
    中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
3.3 數(shù)據(jù)中心軟件平臺構(gòu)建
    中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設備的管理。

目前四信提供三種方式的中心接口：

1. 首先是對于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動了，可以直接配置使用；
2. 對于后臺中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況，提供一個虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串口數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)利用無線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對現(xiàn)有系統(tǒng)不做修改的完美結(jié)合。
3. 在客戶想要開發(fā)自己的數(shù)據(jù)中心是，此時我公司會提供一個動態(tài)鏈接庫，利用動態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進行對接，同時會提供一個的數(shù)據(jù)中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。
四、方案特點
1. 利用四信無線IP MODEM可基本不用布線，且采用多點對一中心的組網(wǎng)方式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一中心統(tǒng)一管理。
2. 四信IP MODEM采用高性能工業(yè)級處理器以及看門狗等安全機制設計，保證IP MODEM 萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟，保證IP MODEM 永遠在線，通信鏈路永遠正常。
3. 目前污水處理監(jiān)控工程數(shù)量及規(guī)模都不斷的在擴大，因此系統(tǒng)采用多點對中心的組網(wǎng)方案，不論采用普通無線GPRS還是APN專網(wǎng)都可以實現(xiàn)隨時增加新的采集控制點，對現(xiàn)有的網(wǎng)絡不會造成任何的中斷和影響。
4. IP MODEM 采用標準的工業(yè)串口通信，即插即用，且高規(guī)格的模具設計，體積小巧方便維護。
5. 四信IP MODEM完全采用國際標準的TCP/IP安全傳輸協(xié)議機制，保證數(shù)據(jù)的安全和及時，而且采用完全透明傳輸機制，保證數(shù)據(jù)的準確性。
6. 多中心設計，可同時設置5個中心監(jiān)控采集現(xiàn)場，避免因某個中心網(wǎng)絡不穩(wěn)定或者關(guān)閉導致無法對現(xiàn)場進行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。
7. 污水處理一般都在偏遠地區(qū)，在此F2103進行人性化工程設計，可是工程人員無需到現(xiàn)場就可以遠程直接對網(wǎng)絡參數(shù)進行相應的配置，達到時間和人力的合理利用。
8. 高規(guī)格材料選配，可在 -25~+65ºC、 相對濕度 95%(無凝結(jié))環(huán)境下正常工作。
五、小結(jié)
    目前污水數(shù)據(jù)監(jiān)測應用廣泛，直接關(guān)系到生態(tài)環(huán)境安全，在特殊的大背景下國家政策也是大力推行，廈門四信在污水處理監(jiān)測領(lǐng)域已有全國范圍性的應用。在物聯(lián)網(wǎng)的大環(huán)境下廈門四信解決方案和產(chǎn)品已廣泛應用于移動POS終端、金融、供應鏈自動化、智能化運輸、工業(yè)自動化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環(huán)境保護、氣象、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測、軍事、空間探索、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務、電力、煤礦、石化等行業(yè)。