正偉水質無線監(jiān)測系統(tǒng)方案
一、概述
環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護工作的重要組成部分，是環(huán)境管理的基礎和技術支持。隨著我國工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展，環(huán)境保護也相應大力發(fā)展起來。這樣就迫切需要加快全國環(huán)境管理基礎能力的建設，提高環(huán)境監(jiān)測能力和環(huán)境監(jiān)督執(zhí)法管理水平。
排污口水環(huán)境實時自動監(jiān)測系統(tǒng)的研制在我國剛剛起步，歐美一些發(fā)達國家在這方面已趨向成熟，例如美國等一些工業(yè)發(fā)達國家，幾乎在每個排污口都安裝了有關監(jiān)測儀器，對污水處理設施的運行情況以及排污流量、PH值、DO、電導、燭度、溫度等值進行自動監(jiān)控，在監(jiān)控中心可以隨時知道排污口染物的排放情況。在韓國已有50％的企業(yè)做到了對以下四項指標的實時自動監(jiān)控：污水處理設備運行情況、流量、PH值和溶氧。
我國目前大部分地區(qū)的水環(huán)境監(jiān)測主要是以化學化為主。即人工定期（或不定期）的現(xiàn)場采樣、化驗、水質分析。這樣工作量大且具有隨機性，不能準確反映整個水量水質的變化過程，因而不能做到為水環(huán)境評價和環(huán)境治理的可靠依據。
由于我國經濟發(fā)展過程中出現(xiàn)越來越多的水環(huán)境污染問題，近年來國家已充分重視和加強對環(huán)境污染的治理。為了配合這項工作，改進水環(huán)境監(jiān)測手段和方法已顯得尤為重要。
上海正偉數字技術有限公司在充分調研、考察、征詢客戶意見等基礎上，研制開發(fā)了集自動化、即時化、智能化于一體的經濟實用的水質量無線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對排污口污水的PH值、DO、溫度、電導和排污流量進行實時監(jiān)控，通過GPRS/CDMA無線終端將數據傳送到監(jiān)控中心和環(huán)境管理部門，工作人員可以在監(jiān)控中心或辦公室進行遠程監(jiān)測，隨時得到即時數據報告，實現(xiàn)遠端無人值守。
二、系統(tǒng)組成、工作原理
系統(tǒng)主要是由一個監(jiān)測中心，若干個固定監(jiān)測站和專用GPRS/CDMA無線終端組成。監(jiān)測中心對各個監(jiān)測站進行控制指揮，各監(jiān)測站收集各種污染參數，兩者間的控制信號和監(jiān)測數據通過GPRS/CDMA無線終端傳送完成。監(jiān)測中心既是各監(jiān)測站的指揮中心，又是監(jiān)測站監(jiān)測數據 的匯集、處理的存儲的數據庫。各監(jiān)測站可設置為自動向監(jiān)測中心發(fā)送信息；也可設置為平時處于待機狀態(tài)，在收到監(jiān)測中心的指令后才開始啟動工作，將信息發(fā)送給監(jiān)控中心。各監(jiān)測站有數據采集。命令識別、數據發(fā)送的功能。
監(jiān)測中心由功能較齊全的計算機外圍設備如顯示器、打印機、繪圖機等組成。各監(jiān)測站由各種采集參數的探頭、PAC可編程自動控制器和正偉GPRS/CDMA無線終端組成。
三、系統(tǒng)方案說明
在水質系統(tǒng)中，常常需要對眾多的排污口污水的PH值、DO、溫度、電導和排污流量進行實時監(jiān)控實時監(jiān)測，大部分監(jiān)測數據需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務器進行處理。由于監(jiān)測點分散，分布范圍廣，而且大多設置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，通過電話線傳送數據往往事倍功半，通過GPRS/CDMA/EDGE無線網絡進行數據傳輸，成為水質監(jiān)測部門選擇的通信手段之一。污染源監(jiān)測設備可將采集到的污染數據和告警信息通過GPRS/CDMA無線網絡同時發(fā)送到多個水質監(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。
1. 系統(tǒng)結構圖：
2. 系統(tǒng)方案組成
水質監(jiān)控中心
監(jiān)控中心服務器通過ADSL或電話撥號接入Internet，或申請配置專線，通過光纖、DDN等數據專線直接和移動中心機房的GPRS/CDMA 網絡連接。監(jiān)控中心服務器上安裝相關監(jiān)控系統(tǒng)軟件。監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括監(jiān)控中心服務器、數據庫服務器兩個部分。
1、監(jiān)控中心服務器實現(xiàn)實時監(jiān)控、數據管理分析、業(yè)務管理等功能；
2、數據庫服務器進行數據存儲、備份；
具體實現(xiàn)時，監(jiān)控中心服務器、數據庫服務器可以安裝在一臺服務器中，也可以安裝在不同服務器中。
軟件系統(tǒng)特點：
1、 純JAVA系統(tǒng)設計：采用JAVA技術進行設計開發(fā)，具有強大的穩(wěn)定性、安全性、兼容性、可擴展性；
2、 先進的B/S結構：系統(tǒng)使用先進的B/S結構，用戶只需要使用瀏覽器就可以通過環(huán)保內部的網絡完成污染源管理和污染源監(jiān)控功能。 使用BS 結構不僅極大的方便了環(huán)保部門相關人員的使用，而且為環(huán)保局未來向公眾公公布環(huán)境數據提供了方便。
3、 管理決策支持：基于完整的、實時的業(yè)務數據，智能的決策支持系統(tǒng)可以為管理者提供豐富的決策支持信息，實現(xiàn)業(yè)務運營的有效管理。
4、功能擴展性：整個系統(tǒng)具有極強的開放性和可伸縮性，可以方便的與各類數據分析軟件連接，為環(huán)保局和其他政府部門共享信息提供了方便。
上海正偉GPRS/CDMA無線傳輸終端
水質監(jiān)控儀器通過RS232 串口直接與正偉環(huán)保專用GPRS/CDMA無線傳輸數傳設備（智能型GPRS/CDMA調制解調器）連接，并由其建立無線數據連接與監(jiān)控中心進行雙向數據通信。水質監(jiān)控儀器包括污水流量計、COD（含氧量）/BOD（生物耗氧量）、PH 探頭等測量儀可根據系統(tǒng)實際監(jiān)控地點的需求選擇對應測量儀器。
3. 系統(tǒng)功能
實時監(jiān)控
對企業(yè)監(jiān)測點的排污量、設備運行等情況進行實時監(jiān)控，并以人性化的界面顯示有關數據；
數據接收
數據接收方式有兩種，一種是監(jiān)測點通信控制器定時向中心返回監(jiān)測數據（一般按1個小時返回，也可以通過用戶設置）；一種是通過中心向監(jiān)測點通信控制器發(fā)送查詢指令，監(jiān)測點通信控制器返回當前監(jiān)測的實時數據；
報警處理
當監(jiān)測到排污超標、檢測設施非正常關閉等事故時，軟件能自動識別事故類型，并及時向環(huán)境監(jiān)理部門發(fā)送報警信息，使環(huán)境監(jiān)理部門能夠以最快的速度及時對企業(yè)的違規(guī)行為進行糾正、制止，從而保證了環(huán)境監(jiān)理信息傳遞的順暢、完整；
統(tǒng)計分析
a) 對所選擇污染源監(jiān)測點的監(jiān)測數據進行各種分析，以曲線圖、直方圖和表格等形式進行顯示?？蛇x擇行業(yè)、區(qū)域、時間段等條件。包括污染源分析、污染源對比分析、綜合分析、綜合對比分析和監(jiān)理報告資料分析等；
b)污染源分析可根據條件對污染物排放量和污水排放量進行分析；
c) 污染源對比分析可根據條件對某一污染源進行按月分析和按年分析；
d) 綜合分析可根據條件對污染物、污染類型（水）和治理設備（運行時間）進行分析；
e) 綜合對比分析可根據條件對污染物、污染類型（水）和治理設備（運行時間）進行按月分析和按年分析；
數據存儲
本設備能自動監(jiān)測、記錄、存儲、傳送數據，實時采集各類環(huán)保測量儀器的輸出信號，并將測量數據通過無線遠程發(fā)送至環(huán)保監(jiān)控中心，同時將數據保存在本機大容量數據存儲器中。
參數設置
1、可按照設置的時段采集一組數據，并實時發(fā)送至環(huán)保監(jiān)控中心。GPRS/CDMA 網絡是全球分布最廣的無線網絡，使用GPRS/CDMA 的優(yōu)勢在于實時、無線、遠程、誤碼率極低、安裝簡便無需布線等特點。
2、可按照設置的時段采集一組數據，并保存在本機內部大容量數據存儲器中；
3、可以通過串行接口對系統(tǒng)各項運行參數進行設置。對每個通道的采樣數據進行物理量的換算對應，從而使終端保存或發(fā)送的數據都是符合現(xiàn)場測量指標的數據；
4、可通過串行接口訪問機內大容量存儲器中的數據。將終端保存數據保存到計算機數據庫中，以備分析備案；
5、可按照條件設置系統(tǒng)各通道的報警條件，觸發(fā)報警，并可實時將報警信號發(fā)送至監(jiān)控中心。
四、無線水質監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢
中國移動或者中國聯(lián)通GPRS/CDMA系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動或聯(lián)通通信公司的GPRS/CDMA業(yè)務平臺上構建水質監(jiān)測采集傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)水質監(jiān)測采集點的無線數據傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網絡，縮短建設周期，降低建設成本的優(yōu)點，而且設備安裝方便、維護簡單。經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS/CDMA系統(tǒng)作為水質監(jiān)測采集傳輸系統(tǒng)的數據通信平臺。
GPRS/CDMA無線水質監(jiān)測系統(tǒng)具備如下優(yōu)勢：
1、實時性強：
GPRS/CDMA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、處理多個或所有監(jiān)測點的各種數據?？珊芎玫臐M足系統(tǒng)對數據采集和傳輸實時性的要求。
2、可對各監(jiān)測點儀器設備進行遠程控制：
通過GPRS/CDMA雙向系統(tǒng)還可實現(xiàn)對儀器設備進行反向控制，如：時間校正、狀態(tài)報告、開關等控制功能，并可進行系統(tǒng)遠程在線升級。
3、建設成本少低：
由于采用GPRS/CDMA公網平臺，無需建設網絡，只需安裝好設備就可以，建設成本低。
4、監(jiān)控范圍廣：
構建水質監(jiān)測采集傳輸系統(tǒng)要求數據通信覆蓋范圍廣，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。由于水質信息采集點數量眾多，分布在全國范圍內，部分水質信息采集點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。
5、具有良好的可擴展性:
由于目前GPRS/CDMA網絡已覆蓋國內絕大部分地區(qū)，基本不存在盲區(qū)，可實現(xiàn)大范圍的在線監(jiān)控，滿足水質信息采集傳輸系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。
6、系統(tǒng)的傳輸容量大：
水質監(jiān)測中心站要和每一個水質信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于水質數據信息采集點數量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS/CDMA技術能很好地滿足傳輸突發(fā)性數據的需要。
7、數據傳送速率高：
每個水質信息采集點每次數據傳輸量在10Kbps之內。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
8、通信費用低：
采用包月計費方式，運營成本低。
GPRS/CDMA無線水質監(jiān)測系統(tǒng)具備如下優(yōu)勢：
1、實時性強：
GPRS/CDMA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、處理多個或所有監(jiān)測點的各種數據?？珊芎玫臐M足系統(tǒng)對數據采集和傳輸實時性的要求。
2、可對各監(jiān)測點儀器設備進行遠程控制：
通過GPRS/CDMA雙向系統(tǒng)還可實現(xiàn)對儀器設備進行反向控制，如：時間校正、狀態(tài)報告、開關等控制功能，并可進行系統(tǒng)遠程在線升級。
3、建設成本少低：
由于采用GPRS/CDMA公網平臺，無需建設網絡，只需安裝好設備就可以，建設成本低。
4、監(jiān)控范圍廣：
構建水質監(jiān)測采集傳輸系統(tǒng)要求數據通信覆蓋范圍廣，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。由于水質信息采集點數量眾多，分布在全國范圍內，部分水質信息采集點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。
5、具有良好的可擴展性:
由于目前GPRS/CDMA網絡已覆蓋國內絕大部分地區(qū)，基本不存在盲區(qū)，可實現(xiàn)大范圍的在線監(jiān)控，滿足水質信息采集傳輸系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。
6、系統(tǒng)的傳輸容量大：
水質監(jiān)測中心站要和每一個水質信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于水質數據信息采集點數量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS/CDMA技術能很好地滿足傳輸突發(fā)性數據的需要。
7、數據傳送速率高：
每個水質信息采集點每次數據傳輸量在10Kbps之內。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
8、通信費用低：
采用包月計費方式，運營成本低。
五、安全措施
由于水質監(jiān)測系統(tǒng)的特殊性，本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內外的有意和無意的破環(huán)，網絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運行。 以GPRS為例，數據中心可通過公網使用VPN接入到移動GPRS網，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可以利舊使用原有的VPN設備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經過Radius服務器的認證整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。另外，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。對于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網模式：企業(yè)內部網絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過接入企業(yè)內部虛擬專網的方式與Internet進行隔離，可對整個數據傳送過程進行加密保護，有效避免非法入侵。
2、用SIM卡的唯一性：對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
3、對于特定用戶：可通過數據中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數據中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進一步增強。
4、數據加密：通過VPN對整個數據傳送過程進行加密保護。
5、網絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網絡鑒權和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
六、結論
采用有線方式，租用靜態(tài)IP目前費用比較高約800~1500元/月。采用GPRS/CDMA無線方式，系統(tǒng)流量費用目前有包月制和按數據量兩種收費方式，GPRS按流量計算0.01元K，而包月制20元/月有50M流量，可滿足水質監(jiān)測局目前水質數據采集系統(tǒng)的實際數據量，估計日后其費用會逐步降低。對于水質監(jiān)測局等用戶來說，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設備可以移動，當水質觀測站和水質信息采集點搬遷時設備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護用戶原有投資，適合于水質信息采集工作的特點。
采用GPRS/CDMA構建水文數據采集系統(tǒng)，不僅能很好地滿足水質信息采集監(jiān)測的需求，而且，做為網絡運營商的移動或聯(lián)通通信公司也將因此獲得業(yè)務穩(wěn)定的集團用戶，隨著用戶數量的增加，移動或聯(lián)通通信公司的營收也隨之增加，調動了運營商的積極性，符合網絡建設和網絡應用同步發(fā)展的要求。
采用GPRS/CDMA構建水文數據采集系統(tǒng)，不僅能很好地滿足水質信息采集監(jiān)測的需求，而且，做為網絡運營商的移動或聯(lián)通通信公司也將因此獲得業(yè)務穩(wěn)定的集團用戶，隨著用戶數量的增加，移動或聯(lián)通通信公司的營收也隨之增加，調動了運營商的積極性，符合網絡建設和網絡應用同步發(fā)展的要求。
公司簡介
上海正偉數字技術有限公司是一家注冊于上海高新技術開發(fā)區(qū)內的專業(yè)的技術研發(fā)型公司，公司專注于嵌入式系統(tǒng)領域的技術創(chuàng)新和產品開發(fā)，專業(yè)提供嵌入式網絡領域、無線網絡領域和嵌入式計算系統(tǒng)領域的軟硬件產品及服務。
公司擁有資深的設計師和專業(yè)的管理者，并具有從博士到專科不同學歷的良好人才結構。公司與眾多廠家、研究所在器件供貨、產品經銷、技術創(chuàng)新等方面形成了良好的合作伙伴關系。
憑借其技術、人才、管理優(yōu)勢，本著“踏實創(chuàng)新，追求卓越”的企業(yè)精神，正偉數字銳意進取，勇于創(chuàng)新，已成為領先的嵌入式網絡領域設備和服務提供商。
“正人正事，偉心偉業(yè)”是公司永恒的信念和追求
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