发布日期：2022/12/15

摘要：本文提供了一种基于GPRS网络的环境监测系统设计原理和实现方案，简要介绍了GPRS技术的基本知识，描述了GPRS无线传输应用于环境监测的实现方法。通过实际应用，获得了理想的效果. 关键词：GPRS；DTU；Internet；环境监测；   一、GPRS网络概述     GPRS是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务，它是以数据流量计费、覆盖范围广泛、数据传输速度更快。GPRS的推出，为行业和企业用户开展无线办公提供了基础设施平台，为推动移动办公的应用和发展创造了有利条件。与有线网络相比，GPRS网络具有租用费用低、移动办公，不受地域制约等优点。GPRS的出现为企业和行业用户开展无线办公提供了一种新的选择。 二、系统功能特点     1．系统采用了先进的无线/有线数据通信技术。传输方式以GPRS无线数据终端传输方式为主，结合电话线、IP宽带网、GPRS公网传输方式，组网灵活方便，传输速度快捷。采用无线数传方式采集一个污染源的数据时间小于5秒，真正做到在线实时采集。     2．系统采用区/县、市、省、国家四级联网结构，地方各级均可通过软件与国家联网，也可通过本系统软件直接与国家联网，并可把数据存入国家信息中心数据仓库。     3．系统软件与监理部门工作紧密结合，不但可以自动调取安装有在线传输系统的单位的数据，还有人工录入界面，方便大量暂时没有安装在线设备的单位的污染源资料的录入（例如由监测站人工测量的数据），软件可自动对这些数据分析计算，得出日报表、月报表等数据报表及曲线图。     4．系统软件采用B/S（Browse/Server）模式，各工作站不必进行任何的配置，通过环保局的计算机局域网，各部门可用浏览器方便地调用及录入各部门相关的信息，其所需的报表、曲线的数据可以直接打印输出，而且本系统提供完整的办公流程，进行网上办公。如果你出差到外地或在家中，你也可用授权密码进行远程访问，真正做到24小时随时随地了解本部门的工作动态及在线监测数据。     5．本系统的数据存储方式与传统的不同。以前环保系统主要是采用黑匣子在企业前端存储数据，这是由当时的系统非实时性造成的（早期通过环保局人工读取或通过电话线调取数据周期都很长，造成数据必须在前端存储较长时间）这样将造成前端设备造价较高，且数据分散存储在大量的企业前端，一旦黑匣子遭破坏则易造成数据丢失。本系统由于采用GPRS/CDMA无线数据终端快速调数方式，前端可不必安装黑匣子和适配器，各式传感器可直接连接终端（原已安装黑匣子的企业，可保留黑匣子与智能终端相连），这样前端整体造价降低且减少了环节，提高了系统可靠性。而数据由于实时采集回环保局中心计算机数据库中保存，安全可靠，且调用方便。本系统软件可随时检索调出多个企业的10分钟曲线，而采用电话拨号方式只能在电话连接某家企业时才能显示，平时只能显示日曲线。     6．本系统高度自动化，可无人值守，污染源超标排放可自动报警并打印。     7．本系统可显示监测点污染物的10分钟、日、月、年等排放曲线,并可与其污控设施运行状态图结合进行相同时段内情况比较，可做企业或同类监测数据历史同期比较（纵向比较）、同类型企业同时段比较（横向比较）等等，并可生成各种报表（包括横向、纵向比较数据及应收\实收费数据计算）并打印。     8．本系统软件与环保局办公自动化相结合，可逐步实现无纸化办公。     9．本系统留有与烟尘黑度监控系统的数据接口，可通过烟尘黑度、烟尘排放总量/排放浓度、对企业的烟尘处理设施运行状态等多方面进行自动综合分析。     10．系统采用模块化设计，组合灵活方便。 三、系统技术参数 1.采用GPRS无线数据终端传输前端采样时间:≤3秒 （加中继时≤5秒） 2.采用GPRS无线数据终端自动采样:间隔10分钟（可自由设定） 3.自由设定超标报警； 4.可人工/自动补录数据，自动对数据进行分析，生成各种图表； 5.配置GIS软件，辅助决策； 6.中心数据库可自动生成备份； 7. GPRS/CDMA无线数据终端：可直接连接各式传感器，可连接各厂家生产的黑匣子，可监控污控设备运行状态，可接各种COD、TOC等在线仪器设备。 四、系统模块 1.数据采集模块——厦门才茂3150P GPRS/CDMA无线数据终端     CM3150P GPRS DTU采用ARM9高性能工业级嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台,超大内存,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。公司产品已广泛应用于金融，水利，环保，电力，邮政，气象等行业。 才茂3150P GPRS DTU实物图 一、无线参数 1、  支持EGSM900/GSM1800无线网络 2、  GPRS multi-slot class 10 3、  编码方案：CS1~CS4 4、  符合SMG31bis技术规范 5、  Compliant to GSM phase 2/2+ 6、  支持数据、语音、短信和传真 二、硬件系统 1、  CPU:工业级ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache(业内最高级CPU) 2、  FLASH：8MB（可扩展至32MB）(业内最大内存容量) 3、  SDRAM：64MB（可扩展至256MB） 4、  接口：         1个RS232串口。串口速率110~230400bits/s         指示灯：具有电源、通信及在线指示灯。         天线接口：标准SMA阴头天线接口，特性阻抗50欧。         SIM卡接口：3V/5V标准的推杆式用户卡接口。         电源接口：标准的3芯火车头电源插座。         语音接口：标准的耳机麦克风接口。 5、  供电： 外接电源：DC 9V 500mA 宽电压供电：DC 5-35V 通信电流：350mA 待机电流：35mA 6、  工业级无线模块     GRPS模块：Simens MC39i 7、  尺寸     外形尺寸：92.7x61.3x23 mm（不包括天线及固定件）  8、  其他参数: 工作环境温度 -25~+65ºC 储存温度 -40~+85ºC 相对湿度 95%(无凝结) 三、软件功能 1.    智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。 2.    支持RSA，RC4加密算法 3.    支持虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）功能，确保系统稳定可靠 4.    支持虚拟数据专用网（APN） 5.    透明数据传输与协议转换，支持多种工作模式 6.    支持数据中心动态域名和IP地址访问 7.    支持双数据中心备份 8.    支持多数据中心 9.    支持主从模式 10.  支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接。 11.  支持短消息备份及告警。 12.  多重软硬件看门狗 13.  数据包传输状态报告。 14.  标准的AT命令界面 15.  可以用做普通拨号MODEM 16.  支持telnet功能。 17.  支持远程配置，远程控制 18.  通过串口软件升级 19. 同时支持LINUX和WINDOWS操作系统）   2.GIS地理信息系统模块 3.监控指挥中心管理模块 4.数据录入模块 5.新闻发布模块 6.数据浏览分析模块 五、 建议选用设备说明 A、前端     (1) GPRS无线数据终端 采用厦门才茂通信技术有限公司提供的CM3150P GPRS DTU，安装在企业监控点的设备。可接其他公司生产的二次仪表，可直接连接污水、烟尘监测传感器，可监控污控设施运行状态。     (2)烟（粉）尘排放在线监测器用于对烟(粉)尘污染源排放总量/排放浓度实时在线监测，安装在烟道上，每个烟道安装一个。     (3)超声波明渠流量探测器用于对污水流量的测量，安装在污水明渠中。 B、中心     (1)中心标准版（网络版）软件含无线数据采集，GIS查询定位标示（建库信息录入除外），带WEB浏览功能，数据图表，手工录入，预留烟尘黑度系统接口，可对黑度值生成图表分析，可与国家局联网。另外可增加以太网数据转换终端，收费管理应用模块，办公室管理应用模块等等。     (2)其它软件及硬件设备服务器、电脑、打印机等相关计算机设备和平台软件。 六、功能与框图 1、数据传输方面的比较     GPRS无线数据终端 原电话线在线传输系统 数据传输方式 以无线数传为主，可兼容电话线、GSM、宽带网等多种传输方式 仅支持电话线传输方式 数据采集速度 对企业每个端站的数据采集速度≤5秒，每10分钟对全部企业进行一遍轮询，真正做到高速在线采集 对企业每个端站的数据采集速度平均约需5分钟 系统对外部的依赖性 采用无线数传专网为主要传输手段，采用超强纠错技术，误码率极低，数据可靠、快速，不受外部因素的制约 依赖电话线，易受电信企业制约 系统受外部的影响性 在系统规划时，对现场进行电测，可避免外界的无线电干扰。 电话线路的故障易造成系统瘫痪 系统故障的自诊断性 系统一旦发生故障，可快速判断故障点并迅速排除 系统故障点不易判断，且如果为电话线路故障，还需通过电信部门解决 系统资源被盗用的可能性 由于是专网，不存在被盗打的情况 电话易被企业职工盗打，影响网络正常通信，且增加通信费用，造成通信费用不易控制 系统运行费用 永远在线，按流量收费，运行费用低廉。 每个企业端站需安装一部电话，环保局中心亦需安装若干电话（电话初装费约310元/部，基本月租18元/部/月，电话通信使用费若干）。运行费用较高。   2、中心软件方面的比较   中心软件模式 原电话线在线传输系统 中心软件模式 采用B/S（浏览器）模式，方便数据的共享使用 主要为单机版，数据共享不方便 软件兼容性 可将采集的数据送给在线软件分析或将数据取回分析 一般 联网性能 系统采用区/县、市、省、国家四级联网结构，地方各级均可与国家联网，并可把数据存入国家信息中心数据仓库 系统采用区/县、市、省、国家四级联网结构，地方各级均可与国家联网 可操作性 根据不同科室进行界面设计，真正满足不同科室的业务需要，操作简单 工作界面在一起，没有真正做到按业务需要设计界面，操作不易 GIS地理 信息系统 配置GIS地理信息系统软件，可方便地在电子地图上查找（人工或自动）污染源的信息，而且方便今后扩充监理车GPS调度指挥系统 目前无GIS软件 实时分析功能 对所有端站数据能进行即时采集分析 仅能对正在通信的端站进行即时采集分析 远程办公、访问功能 系统提供完整的办公流程，进行网上办公。可做到24小时随时随地了解本部门的工作动态及在线监测数据。 无此功能 数据存储方式 数据实时存储在环保局中心服务器数据库中，并可做备份，数据安全性高，使用方便 数据主要存储在企业端站中，存储分散，易丢失，使用不便 可扩展性 软件留有与烟尘黑度监控系统的数据接口，对企业的烟尘污染可通过烟尘黑度、烟尘排放浓度/排放总量、除尘设施运行状态等多方面进行自动综合分析 无此功能 自动化程度 可做到无人值守，数据自动采集，超标报警 必须有人值守，无超标报警功能 软件设计重点 软件设计中不但考虑到数据传输的实时性和安全性，更考虑到数据的使用，即如何利用采集到的数据为环保工作服务 更多地考虑电话线传输，忽视了系统的使用效率 3、企业端站方面的比较            GPRS无线数据终端 目前使用的一些端站 端站组成 RS232接口,可灵活组合.接超声波探测器即污水流量计;接澳洲产EMS6型监测器即烟（粉）尘在线监测仪;接污染处理设施又是一台设备运行状态监测仪;接原有各种在线监测仪表又相当于黑匣子和适配器。 一般由传感器、二次仪表、黑匣子、适配器等组成 设备可靠性 由一台设备代替了二次仪表、黑匣子、适配器等众多设备，减少了故障点 设备众多，易出故障 可维护性 设备为一个厂家出品，维护方便快速 多个厂家产品，系统一旦出现故障，厂家之间易扯皮 数据可靠性 数据实时传送回环保局，主要存储在中心服务器中，数据安全可靠，企业前端设备保留最近15天的数据 数据存储在企业的黑匣子中，一旦黑匣子损坏，企业数据将丢失，而黑匣子较服务器出现故障的概率要高得多 数据使用方   便性 数据实时存储在中心，调用方便 数据分散存储在前端黑匣子中，调用不是十分方便             总 结    环境监测现在越来越受到各国领导人的重视，中国这几年环境受到了国家领导的极大重视，采利用现代通信技术和计算机技术以及环境监测技术结合在一起，可以实现环境监测的实时性、准确性和应用性等方面都多方面优势。