方案提供:北京碩人時代科技有限公司

摘要：環(huán)保數據采集系統是一個由污染源排放監(jiān)測點和監(jiān)測中心組成的污染源監(jiān)測系統。該系統可對污染源進行自動采樣、對主要污染因子進行在線監(jiān)測；掌握城市污染源排放情況及污染源排放總量，監(jiān)測數據自動傳輸到環(huán)保監(jiān)測中心；由監(jiān)測中心的計算機進行數據匯總、整理和綜合分析；監(jiān)測信息傳至環(huán)保局，由環(huán)保局對污染源進行監(jiān)督管理。

境監(jiān)測部門作為國家環(huán)境保護系統的技術部門，是環(huán)境管理工作的重要基礎。隨著市民環(huán)境意識的增強，越來越多的人開始關心所處環(huán)境質量的好壞，要求環(huán)境保護工作透明化；上級主管部門也需要數量大、種類多、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)保數據采集系統，滿足各方面對環(huán)境監(jiān)測信息的需求。

在環(huán)保系統中，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STEC550+GPRS模塊進行數據傳輸，成為環(huán)保部門選擇的通信手段之一。污染源監(jiān)測設備可將采集到的污染數據和告警信息通過GPRS網絡及時發(fā)送到環(huán)保監(jiān)測部門，實現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。

一、項目需求

環(huán)保數據采集系統是一個由污染源排放監(jiān)測點和監(jiān)測中心組成的污染源監(jiān)測系統。該系統可對污染源進行自動采樣、對主要污染因子進行在線監(jiān)測；掌握城市污染源排放情況及污染源排放總量，監(jiān)測數據自動傳輸到環(huán)保監(jiān)測中心；由監(jiān)測中心的計算機進行數據匯總、整理和綜合分析；監(jiān)測信息傳至環(huán)保局，由環(huán)保局對污染源進行監(jiān)督管理。

目前，各污染源排放監(jiān)測點安裝污染源監(jiān)測儀，對污染源進行監(jiān)測。監(jiān)測中心接收監(jiān)測點傳輸的監(jiān)測信息；并負責對監(jiān)測信息進行分類、篩選和綜合分析。環(huán)保局作為系統的決策中心，對從監(jiān)測中心站獲得的監(jiān)測信息進行分析、調研，及時作出管理決策，增加管理力度。目前，省環(huán)保監(jiān)測站與各采集點之間的數據通信主要采用手工抄錄或PSTN電話線傳輸。采用電話線傳輸數據時，由于每次撥號都需要等待，速度慢，而且費用也較高。同時，由于各監(jiān)控點分布范圍廣、數量多、距離遠，個別點還地處偏僻，因此需申請很多電話線，而且有些監(jiān)控點有線線路難以到達。GPRS具有速度快、使用費用低的特點，其傳輸速度可達171.2kb/s。與有線通訊方式相比，采用GPRS無線通信方式則顯得非常靈活，它具有組網靈活、擴展容易、運行費用低投，維護簡單、性價比高等優(yōu)點。因此，可以采用GPRS無線傳輸方式解決污染源監(jiān)測數據的實時傳輸問題。

二、方案優(yōu)點

中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務平臺上構建環(huán)保信息采集傳輸系統，實現環(huán)保信息采集點的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，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系統作為環(huán)保信息采集傳輸系統的數據通信平臺。

GPRS無線環(huán)保污染源在線監(jiān)控系統具備如下特點：

1、實時性強：

與短消息服務比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，無需輪巡就可以同步接收、處理多個/所有監(jiān)測點的各種數據�？珊芎玫臐M足系統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雙向系統還可實現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，并可進行系統遠程在線升級。

3、建設成本少低：

由于采用GPRS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：

構建環(huán)保信息采集傳輸系統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。由于環(huán)保信息采集點數量眾多，分布在全省范圍內，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、具有良好的可擴展性。由于目前GSM/GPRS網絡已覆蓋省內絕大部分地區(qū)，基本不存在盲區(qū)，可實現大范圍的在線監(jiān)控，滿足環(huán)保信息采集傳輸系統對覆蓋范圍的要求。

6、系統的傳輸容量大：

環(huán)保中心站要和每一個環(huán)保信息采集點實現實時連接。由于環(huán)保信息采集點數量眾多，系統要求能滿足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS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：

每個環(huán)保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。

三、解決方案介紹

由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，監(jiān)測中心計算機主機配置固定的IP地址，各個數據采集點采用STEC550+GPRS模塊和主機進行通信。

（一）系統結構

該監(jiān)控系統將實時、全面地了解各檢測站以及通訊網絡的運行情況，隨時帳務各污染源數據變化。一個完整的監(jiān)控系統如下圖所示，在物理層面上它主要由三部分組成：監(jiān)控中心、無線數據傳輸網絡、現場監(jiān)控設備；在軟件層面上主要包括三部分：現場控制軟件、通訊軟件、中央監(jiān)控調度軟件。

1、監(jiān)控中心：

服務器申請配置固定IP地址，采用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當環(huán)保信息采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。監(jiān)控中心HOMS5.0服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后先進行AAA認證，后傳送到監(jiān)控中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，并進行數據處理。

2、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡：

現場監(jiān)控點采集的數據經GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心IP地址。

3、現場監(jiān)控設備：

現場監(jiān)控點通過碩人時代小型數據采集器STEC550自動采集污染源信息，通過RS232接口與GPRS透明數據傳輸終端相連，通過GPRS透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發(fā)送到GSM網絡。

（二）系統方案

各監(jiān)控點使用STTEC350+GPRS透明數據傳輸終端，通過移動GPRS網絡與監(jiān)控中心相連。各污染源數據采集點使用移動通信公司統一的STK卡，同時監(jiān)控中心對各點進行登記，保存相關資料以便識別和維護處理。各信息采集點運行監(jiān)控系統軟件，支持24小時實時在線，實現信息采集點24小時傳送采集的環(huán)保信息數據。

凡環(huán)保局授權的信息采集點均可以使用本系統：

1、環(huán)保信息采集點必須使用移動統一的STK卡，用戶使用本卡只能用于與環(huán)保站數據通信功能。

2、終端設備使用嘉復欣提供的GPRS移動數據通信終端。

3、用戶登記：符合省級環(huán)保局的規(guī)定。

（三）產品特性

系統采用北京碩人時代科技有限公司的遠程數據采集終端STEC550。該產品以嵌入式技術為基礎，基于32位高速MCU和嵌入式實時LINUX操作系統，具有現場采集、數據處理和遠傳等功能�？蓮V泛適用于市政管網監(jiān)控（如熱網、水網、氣網等）、樓宇自控、交通、電信、環(huán)保等領域的遠程數據采集和遠程抄表系統中。具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準RS232/485接口、以太網接口，可直接與計算機、RTU、GPS接收機等連接，傳輸速率達171Kbps，具有遠程診斷、測試、監(jiān)管功能，滿足各行業(yè)調度或控制中心與眾多遠端站之間的數據采集和控制。

1、接口：ADSL、RS485、RS232、PTSN。

2、無線傳輸系統理論傳輸速率可達171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。

3、支持Windows95/98/200/XP操作系統。

4、支持透明數據傳輸與協議轉換。

5、支持VPN安全功能。

6、安裝靈活、使用方便、可靠。

（四）安全措施

由于環(huán)保數據采集系統的特殊性，本系統需要極高的系統安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統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)定是指系統能夠7×24小時不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能中斷運行。

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，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，系統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，保障系統安全。

四、結論

采用STEC550+GPRS模塊構建環(huán)保數據采集系統，不僅能很好地滿足環(huán)保信息采集、監(jiān)控的需求，而且，做為網絡運營商的移動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。

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