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GPRS環(huán)保污染源無線監(jiān)控系統(tǒng)
唐山藍迪通信科技有限公司
LAND communication Technology Ltd.
一、 設(shè)計思想：
環(huán)境監(jiān)測部門作為國家環(huán)境保護系統(tǒng)的技術(shù)部門，是環(huán)境管理工作的重要基礎(chǔ)。隨著市民環(huán)境意識的增強，越來越多的人開始關(guān)心所處環(huán)境質(zhì)量的好壞，要求環(huán)境保護工作透明化；上級主管部門也需要數(shù)量大、種類發(fā)多、更新快的信息。所有這一切，給環(huán)境監(jiān)測部門提出了一個應(yīng)引起重視的問題：如何建立起實用性強、覆蓋面廣、靈活性好的環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滿足各方面對環(huán)境監(jiān)測信息的需求。
在環(huán)保系統(tǒng)中，常常需要對眾多的污染排放點進行實時監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進行處理。由于監(jiān)測點分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，成為環(huán)保部門選擇的通信手段之一。污染源監(jiān)測設(shè)備可將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時發(fā)送到環(huán)保監(jiān)測部門，實現(xiàn)對排污單位或個人的及時管理，可以大大提高環(huán)保部門的工作效率。
二、 系統(tǒng)組成
監(jiān)控中心： 服務(wù)器申請配置固定IP地址，采用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當(dāng)環(huán)保信息采集點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求。
監(jiān)控中心服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后先進行AAA認證，后傳送到監(jiān)控中心計算機主機，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行數(shù)據(jù)處理。
通信網(wǎng)絡(luò)：中國移動公司GPRS無線網(wǎng)絡(luò)。
測控終端：GPRS無線RTU
計量設(shè)備：現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測儀，如COD、DOC、PH儀、氨氮、余氯、煙氣測量儀等。
GPRS測控終端（RTU）
由藍迪通信科技公司自主開發(fā)，是該系統(tǒng)的核心部分之一。其主要功能：
1）通過變送器及傳感器將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采樣、A/D轉(zhuǎn)換、邏輯判斷、數(shù)據(jù)編碼、 數(shù)據(jù)處理和協(xié)議打包、存儲并向通信單元傳輸操作;
2）接受通信單元發(fā)來的信息和控制操作，處理并執(zhí)行控制中心對采集參數(shù)的設(shè)置或機構(gòu)操作；
3）流量計數(shù)據(jù)通信協(xié)議的編碼和解碼
4）供電方式可采用市電220V供電、電池供電、太陽能供電幾種方式。
（1） 技術(shù)原理：
LAND無線RTU是集成了模擬信號采集、過程IO控制和無線數(shù)據(jù)通信于一體的高性能測控裝置，可以直接接入標(biāo)準(zhǔn)變送器信號或儀表輸出的模擬信號、電平信號、干觸點、脈沖信號等，是小規(guī)模過程信號實施無線測控的最佳手段。
LAND無線RTU內(nèi)部具有一個高性能的微處理器，可以完成模擬信號的采集、量值轉(zhuǎn)換和濾波處理等，數(shù)據(jù)的存儲周期和上報周期可以根據(jù)用戶環(huán)境的要求而調(diào)整，多點組網(wǎng)的方式非常靈活，既可以選擇簡單方便的GSM短消息方式，也可以選擇高效實時的GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)方式。監(jiān)控中心的建立也是非常容易，目前流行的組態(tài)軟件都可以直接接入，同時我公司也可以提供基于互聯(lián)網(wǎng)WEB發(fā)布的測控系統(tǒng)，可以滿足大多數(shù)用戶的需求。
（2） 功能及特點：
① 配備多種接口資源，包括模擬信號采集、開關(guān)量輸入、輸出，脈沖信號輸入等；
② 支持一路RS232/RS485方式的用戶數(shù)據(jù)接口，可接入流量計等各種設(shè)備；
③ 采集傳輸控制一體化，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本；
④ 采用工業(yè)級超低功耗高性能的嵌入式處理器；
⑤ 用戶可以編程的量程轉(zhuǎn)換和報警上下限設(shè)定；
⑥ 內(nèi)設(shè)工業(yè)時鐘，精確計時；
⑦ 自動定時上報和事件觸發(fā)上報功能；
⑧ 內(nèi)置大容量FLASH存儲器，數(shù)據(jù)自動記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索；
⑨ 通訊協(xié)議完善，組態(tài)軟件支持，用戶免開發(fā)；
⑩ 板載GSM/GPRS傳輸模塊，方便用戶選擇GSM、GPRS組網(wǎng)方式；
⑪ 提供用戶設(shè)置軟件，開放式接口，方便與組態(tài)軟件及其它軟件連接；
⑫ 工業(yè)級設(shè)計，穩(wěn)定可靠，堅固耐用；
（3） GPRS測控終端（RTU）內(nèi)部結(jié)構(gòu)
（4） GPRS測控終端（RTU）組網(wǎng)原理圖
RTU的通訊方式可以根據(jù)實際情況選擇SMS/GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)，其他的工作參數(shù)如量程、開關(guān)量輸入模式、存儲周期、上報周期等可以通訊RTU初始化軟件予以設(shè)置。具體使用參照手冊進行即可。
GPRS網(wǎng)絡(luò)
（1）GPRS通信的特點
GPRS是目前解決移動通信信息服務(wù)的一種較完美的業(yè)務(wù)，它是以數(shù)據(jù)流量計費、覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業(yè)和企業(yè)用戶開展無線辦公提供了基礎(chǔ)設(shè)施平臺，為推動移動辦公的應(yīng)用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，GPRS網(wǎng)絡(luò)具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優(yōu)點。GPRS的出現(xiàn)為企業(yè)和行業(yè)用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。
GPRS通信方式更適合于無線監(jiān)測系統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)。在監(jiān)控中有大量的數(shù)據(jù)需要工作人員及時的采集、記錄，如果這些數(shù)據(jù)都要人工采集、記錄的話勢必給工作人員巨大的工作量，而且效率不高，于是我公司根據(jù)實際工作情況設(shè)計了一套完整的解決方案，可以實現(xiàn)各站點累計流量、瞬時流量、壓力、溫度、流體密度、儀表內(nèi)部時間的監(jiān)測，并且通過增加現(xiàn)場儀表可以采集更多的數(shù)據(jù)。采集的參數(shù)可以通過報表輸出或者以趨勢曲線的方式顯示、打印，以便管理部門及時發(fā)現(xiàn)異常情況，管理和服務(wù)好用戶。
（2）GPRS無線傳輸數(shù)據(jù)有以下優(yōu)勢：
1、安裝簡單方便。GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網(wǎng)絡(luò)點，無須擔(dān)心線路的維護或有線在移機時導(dǎo)致的通訊中斷。建設(shè)新的營業(yè)點無需進行拉線，埋線等工作。
2、設(shè)備投資價格低。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，接收傳送數(shù)據(jù)的GPRS模塊已經(jīng)比數(shù)傳電臺便宜的多。
3、通信資費便宜。目前各地移動公司對GPRS 資費包月比有線電話網(wǎng)絡(luò)資費還便宜。在GPRS網(wǎng)中，用戶只需與網(wǎng)絡(luò)建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數(shù)據(jù)時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，營業(yè)點即不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。
4、鏈路穩(wěn)定可靠，永不掉線。
5、GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。
6、覆蓋較好，相比較很多無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，），其網(wǎng)絡(luò)覆蓋是最好的。
7、接入時間短，分組交換接入時間縮短為少于1秒，能提供快速即時的連接。
8、支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議以及VPN組網(wǎng)
4、監(jiān)控管理中心（管理服務(wù)器+COD監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件）
調(diào)度控制中心部分：
在調(diào)度控制中心安裝遠程GPRS數(shù)據(jù)接入服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、WEB數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器各一臺。并利用現(xiàn)有的辦公局域網(wǎng)、INTERNET環(huán)境形成一套綜合的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平臺。
1、監(jiān)控中心軟件：
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：
三、 方案優(yōu)點
1、實時性強：與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，無需輪巡就可以同步接收、處理多個/所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)。可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
2、可對各監(jiān)測點儀器設(shè)備進行遠程控制：通過GPRS雙向系統(tǒng)還可實現(xiàn)對儀器設(shè)備進行反向控制，如：時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)等控制功能，并可進行系統(tǒng)遠程在線升級。
3、建設(shè)成本少低：由于采用GPRS公網(wǎng)平臺，無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需安裝好設(shè)備就可以，建設(shè)成本低；
4、監(jiān)控范圍廣：構(gòu)建環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于環(huán)保信息采集點數(shù)量眾多，分布在全省范圍內(nèi)，部分環(huán)保信息采集點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。
5、具有良好的可擴性： 由于目前GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)已覆蓋省內(nèi)絕大部分地區(qū)，基本不存在盲區(qū)，可實現(xiàn)大范圍的在線監(jiān)控，滿足環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。
6、系統(tǒng)的傳輸容量大：環(huán)保中心站要和每一個環(huán)保信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于環(huán)保信息采集點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
7、數(shù)據(jù)傳送速率高：每個環(huán)保信息采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達171.2kbit/s，目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
8、通信費用低：采用包月計費方式，運營成本低。
四、 結(jié)論
對于環(huán)保局等用戶來說，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動，當(dāng)環(huán)保觀測站和環(huán)保信息采集點搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護用戶原有投資，適合于環(huán)保采集工作的特點。
因此, 采用GPRS構(gòu)建環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅能很好地滿足環(huán)保信息采集的需求，而且，做為網(wǎng)絡(luò)運營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團用戶，隨著用戶數(shù)量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調(diào)動了運營商的積極性，符合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同步發(fā)展的要求。
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