一、 概述

     粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的規(guī)定，粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵。粉塵對(duì)人類(lèi)健康有著極大的危害，飄逸在大氣中的粉塵往往含有許多有毒成分，如鉻，錳，鎘，鉛，汞，砷等。當(dāng)人體吸入粉塵后，小于5μm的微粒，極易深入肺部，引起中毒性肺炎或矽肺，有時(shí)還會(huì)引起肺癌。

 

     隨著人們生活水平的提高，對(duì)身體健康的關(guān)注越來(lái)越高，人們對(duì)于身體健康和環(huán)境安全的要求也逐步提高。如何有效監(jiān)測(cè)并預(yù)警粉塵污染，保障人民的身體健康和環(huán)境安全，正日益成為一個(gè)突出的問(wèn)題，嚴(yán)峻地?cái)[在了人類(lèi)的面前。

 

     近年來(lái)，我國(guó)的環(huán)境污染監(jiān)測(cè)工作取得重要進(jìn)展，隨著物聯(lián)網(wǎng)理念的提出與發(fā)展，以在線(xiàn)自動(dòng)分析儀器為核心，以移動(dòng)通訊為傳輸媒介，運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)、信息技術(shù)以及相關(guān)的監(jiān)控分析軟件所組成的一個(gè)綜合性的粉塵監(jiān)控系統(tǒng)是重要的發(fā)展方向。

 

二、項(xiàng)目分析

2.1系統(tǒng)組成

粉塵監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成：粉塵濃度采集終端、無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備、監(jiān)控調(diào)度中心。

2.1.1粉塵濃度采集終端

     根據(jù)粉塵檢測(cè)的不同場(chǎng)所需求，在現(xiàn)場(chǎng)安裝粉塵濃度采集終端，該終端通過(guò)外置探頭時(shí)刻感知空氣中懸浮的顆粒物大小與含量，經(jīng)過(guò)終端內(nèi)部的微電腦激光原理和靜電交流感應(yīng)原理，實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度數(shù)據(jù)采集到智能監(jiān)控終端內(nèi)。

2.1.2無(wú)線(xiàn)通訊傳輸設(shè)備

      對(duì)于無(wú)線(xiàn)通訊傳輸設(shè)備，我們選擇廈門(mén)四信通信科技有限公司的F2103 IP Modem。該設(shè)備采用RS-232/485接口，金屬外殼設(shè)計(jì)，具有體積小、功耗低、配置使用簡(jiǎn)單、即插即用，支持主備份數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道，實(shí)時(shí)在線(xiàn)和按需在線(xiàn)多種工作方式，并且支持APN網(wǎng)絡(luò)接入等功能，不僅可以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩�可靠，還可以讓客戶(hù)根據(jù)需要有選擇性的進(jìn)行傳輸，節(jié)省資費(fèi)。

 

2.1.3監(jiān)控調(diào)度中心

     監(jiān)控調(diào)度中心主要由中心服務(wù)器和系統(tǒng)軟件組成，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)粉塵濃度采集終端上傳上來(lái)的各項(xiàng)粉塵數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、發(fā)布，并對(duì)各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)下達(dá)各種控制指令或發(fā)布各種預(yù)警信息。

 

2.2系統(tǒng)構(gòu)架

     粉塵濃度采集終端通過(guò)RS232/485通訊接口與無(wú)線(xiàn)通訊傳輸設(shè)備F2103串口連接，監(jiān)控調(diào)度中心可以采用多種網(wǎng)絡(luò)連接，例如固定公網(wǎng)IP、移動(dòng)專(zhuān)網(wǎng)APN、ADSL撥號(hào)上網(wǎng)等。無(wú)線(xiàn)通訊傳輸設(shè)備F2103通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，與中心建立TCP/IP連接后開(kāi)啟透明數(shù)據(jù)通道。當(dāng)粉塵濃度采集終端需要上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)��?shù)據(jù)直接送往串口，此時(shí)F2103會(huì)把串口讀取到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地發(fā)送到監(jiān)控調(diào)度中心的服務(wù)器主機(jī)；當(dāng)監(jiān)控調(diào)度中心下發(fā)的指令或數(shù)據(jù)通過(guò)通道傳送到F2103后，F(xiàn)2103通過(guò)串口輸出到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向透明傳輸。

 

2.3系統(tǒng)功能

1)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)接收、處理：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的粉塵濃度、顆粒大小等數(shù)據(jù)；

2)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)應(yīng)答、查詢(xún)：定時(shí)或人工查詢(xún)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的粉塵濃度及設(shè)備工作狀態(tài)；

3)數(shù)據(jù)庫(kù)管理：包含原始、歷史、預(yù)報(bào)或成果數(shù)據(jù)庫(kù)的形成、檢索、查詢(xún)等；

4)數(shù)據(jù)輸出：可通過(guò)顯示器（包括大屏幕顯示）、打印機(jī)、繪圖儀等直觀輸出粉塵濃度、顆粒大小的直方圖、曲線(xiàn)圖、過(guò)程線(xiàn)等；

5)粉塵預(yù)報(bào)及優(yōu)化調(diào)度：包括粉塵預(yù)報(bào)參數(shù)初始化、參數(shù)設(shè)置或修改、定時(shí)預(yù)報(bào)、脫機(jī)估報(bào)、優(yōu)化調(diào)度、成果存貯與輸出等；

6)聯(lián)網(wǎng)通訊：可將粉塵監(jiān)測(cè)結(jié)果接入局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可實(shí)現(xiàn)多計(jì)算機(jī)的串行通訊，通過(guò)電話(huà)線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能；

7)狀態(tài)告警：根據(jù)先前設(shè)定的告警濃度，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聲光告警，并可通過(guò)電話(huà)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)電話(huà)語(yǔ)言報(bào)警。

 

三、系統(tǒng)構(gòu)架實(shí)施方案

3.1 粉塵濃度采集終端與無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備連接

F2103 IP Modem同時(shí)支持RS232/485通訊接口，粉塵濃度采集終端通過(guò)RS232/485與IP Modem進(jìn)行連接，接口定義如下圖所示：

 

 

3.2監(jiān)控調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)接入分析

3.2.1 專(zhuān)線(xiàn)接入

     監(jiān)控調(diào)度中心采用 APN 專(zhuān)線(xiàn)，所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶(hù)中心通過(guò)一條2M APN專(zhuān)線(xiàn)接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶(hù)分配專(zhuān)用的APN，普通用戶(hù)不得申請(qǐng)?jiān)揂PN，只有用于GPRS專(zhuān)網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專(zhuān)網(wǎng)APN，防止其他非法用戶(hù)的進(jìn)入。用戶(hù)在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶(hù)接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能），只有通過(guò)認(rèn)證的用戶(hù)才允許接入。用戶(hù)在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過(guò)認(rèn)證的用戶(hù)分配用戶(hù)內(nèi)部地址。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過(guò)程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過(guò)濾。此種方案適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下該連接方式為最佳組網(wǎng)方式。

3.2.2 ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）

       監(jiān)控調(diào)度中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。客戶(hù)先與 DNS服務(wù)商聯(lián)系開(kāi)通動(dòng)態(tài)域名，IP Modem先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，繼而建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種連接方式適合小規(guī)模應(yīng)用。

3.2.3 通過(guò)固定公網(wǎng)IP連接

      監(jiān)控調(diào)度中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種連接方式先向INTERNET運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的，IP Modem直接向中心發(fā)起連接。該連接方式運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，推薦此種。

3.2.4監(jiān)控調(diào)度中心軟件平臺(tái)構(gòu)建

      監(jiān)控調(diào)度中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對(duì)于傳入數(shù)據(jù)方式的不同，我們提供不同的軟件來(lái)幫助客戶(hù)快速地實(shí)現(xiàn)監(jiān)控調(diào)度中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理。目前四信通信公司提供以下三種方式的中心接口：