浅谈基于无线通讯GPRS技术在污水处理监控系统

众所周知，以往在环保数据检测方面出现了许多的解决方案，其中比较有代表性的基于PSTN电话线和基于GSM短消息传输方案。但是在实际使用的过程中，由于电话线传输的不稳定性以及容易受环境的影响（雷击）以致整个系统往往不能正常运行，GSM方案虽然已经解决了环境的影响，但是它天生的数据传输吞吐量小，以及数据传输时延，不能做到实时在线，也不能满足环保检测的需要。基于GPRS无线通讯技术在环保检测上的应用方案应运而生。
一、 系统传输网络——GPRS无线高速传输网络
GPRS—General Packet Radio Service，通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗的讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送数据到用户，具有“实时在线、按量计费、快捷登录、自如切换、高速传输”等优点。
•数据传输距离无限制，面向全国，只要有电信网络覆盖的地方就能够实现无线传输。
•采用可靠的TCP/IP通讯协议，数据传输安全可靠。
•采用室内安装，不受环境因素的影响。
•设备安装简单，没有维护工作。
•不存在通讯的干扰问题，通讯的数据在INTERNET上传输。
•基于INTERNET的数据传输，为远程办公铺设捷径。
   •由于采用无线GPRS技术通讯，所以在环保监测部门需要有一台静态IP的服务器。
二、污染源监控系统的结构分析
2．1 污染源实时监控系统包括三部分：
1、 监控现场的黑匣子
该系统负责对现场所有的检测仪表COD、PH、流量计等进行管理，采集污染源数据，存储历史数据、传输实时数据和历史数据，反控现场的监测仪表和其他设备，在整个系统中扮演着重要的角色。
2、 基于GPRS无线通讯技术的传输网络
    运行于具有静态IP地址的数据通讯服务器上，负责和现场所有污染源保持实时通讯的解析程序和现场的每一个通讯点组成点对多点的通讯网络。
3、监控中心
监控中心是一个软件集合，包括污染源数据查询系统、污染源实时控制系统、基于B/S结构的数据浏览器。
2．2 系统拓扑结构（见下图）：

2．3 污染源数据查询系统：
   本系统具有强大的信息处理功能，系统将得到的实时数据保存到数据库服务器，然后对数据进行各种处理。
1、分析统计打印报表。系统对得到的数据进行分析处理，得到各种监控指标，包括PH值、COD/TOC值、流量和设备运行状态等的日报、月报、季报和年报，以及报警信息和设备运行状态报表。这些报表可以取代手工报表，成为执法的参考和依据。
2、分析形成各种图表。系统对数据进行分析处理，得到各种图表，图表的类型包括柱形图、折线图、饼图、点图等，图表可以形象直观地反映整体和未来的趋势。
3、 强大的信息查询功能。系统提供查询、打印各种信息的功能。查询的内容包括设备的安装和工作情况，各被监视厂家的基本情况，各种排放数据指标情况，超标报警情况以及各中队执法人员情况等。
2. 4 数据自动采集：
允许用户自行设定采集时间，系统会根据用户设定的时间，在相应时间内创建采集任务，把需要的企业污染源数据采集入数据库。
2．5 GPRS2000系列黑匣子介绍：
环境监测数据采集设备是为环保监测管理部门对有关的厂矿企业生产污水排放水质及污水 处理而设计，它提供了一种便于集中管理和实时监控的有效管理办法。
功能描述：

GPRS2000系列具有强大的现场调试功能，通过键盘和数码显示，企业用户和监理人员能够随时调出检测因子数据、流量值、累计流量等数据。强大的存储功能，存储大至三个月的检测数据，不但为环保执法提供了有力的依据，而且一旦由于局端因为停电、放假等原因没能及时上传的数据，可以重新传上来，保证数据不会丢失，增强了数据的安全性
2．6信息的网络共享：     
系统采用C/S和B/S相结合的方式，便于实现系统控制和信息共享。C/S结构可以实现强大的控制功能和在环保局内部局域之间信息共享，B/S结构既可以在环保局内部局域之间方便实现信息共享，也可以通过因特网在大范围内实现共享，当然这是在保证安全的前提下。
因系统将分散在不同地点的实时数据、历史数据、视频信息即时采集并保存在监控中心的服务器中，使得环保局各有关部门都可以从内部局域网中随时查询或输出所需要的各种数据资料、报表、报警信息等，非常方便快捷。根据部门职能及行政权限的不同，对使用人员设置口令和访问权限。
2．7服务器端数据交换中心：
该系统运行于具有静态IP的数据通讯服务器上，是整个系统的数据交换中心，采用多线程技术设计，能够同步和无线采集终端保持通讯，运行平台兼容Win98/2000/NT,用户可以以客户方式登陆服务器，实现对整个污染源系统的监控。这样就可以实现在不同的地方、不同的上网方式、多客户控制整个系统。
2．8监控中心：
    对于一套完整的环保监控系统来讲，应该包括3G环境监控指挥子系统、环保监控子系统、烟气黑度监控子系统、网上排污申报子系统、综合业务查询等子系统。每个子系统相对独立运行，所以系统的功能可以根据客户的要求进行裁减、组合。
三、污染源监控系统功能：
3.1实时数据传送
污染源现场的数据可以实时传送到环保局监控中心，监控中心也可以随时发指令及时启动COD采样，采样结束后立即把新的采样数据回传到环保局监控中心。在监控中心可以方便地设定COD每天采样的次数，每天取流量和PH计数据的次数，系统可以做到全天候24小时处于实时在线监控状态。
3.2数据存储功能
前端的智能数据采集器具有数据存储功能，可以存储一个月以上的数据，这样如果局端因为停电、放假等原因没能及时上传的数据，可以重新传上来，保证数据不会丢失，增强了数据的安全性。数据存储采用循环方式，存储的永远是最近一个月的数据。
3.3报警功能
1、报警事件
●COD超标事件
●PH超标事件
●流量异常事件
●设备运行故障事件
●掉电事件和其他报警事件
2、报警方式
(1) 报警监视：利用内部局域网监视所有报警信息，并显示报警单位名称、报警事件、超标排放指标值等；报警数据以红色超亮显示，并以闪烁方式在GIS（地理信息系统）的地图上显示报警污染源的地点和位置，并可以发出警告声。
(2) GSM短消息：在系统无人值守时，用户可以通过软件设定，将报警信息通过GSM短消息，向值班人员或相应的科室管理人员发送信息，短消息的内容包括：报警单位名称、报警类型、日期时间以及超标数值等。
(3) 电子邮件：系统可以将报警信息以电子邮件的方式发送到相关管理人员的电子邮箱中。
3、报警的级别
根据报警事件的严重程度和轻重缓急，将报警事件分为：一般报警、报警和严重报警三个级别。执法工作人员可以根据报警的级别进行不同的处理。
3.4分析统计与查询
本系统具有强大的信息处理功能，系统将得到的实时数据保存到数据库服务器，然后对数据进行各种处理。
1、分析统计打印报表。系统对得到的数据进行分析处理，得到各种监控指标，包括PH值、COD/TOC值、流量和设备运行状态等的日报、月报、季报和年报，以及报警信息和设备运行状态报表。这些报表可以取代手工报表，成为执法的参考和依据。
2、分析形成各种图表。系统对数据进行分析处理，得到各种图表，图表的类型包括柱形图、折线图、饼图、点图等，图表可以形象直观地反映整体和未来的趋势。
3、强大的信息查询功能。系统提供查询、打印各种信息的功能。查询的内容包括设备的安装和工作情况，各被监视厂家的基本情况，各种排放数据指标情况，超标报警情况以及各中队执法人员情况等。
3.5信息的网络共享
系统采用C/S和B/S相结合的方式，便于实现系统控制和信息共享。C/S结构可以实现强大的控制功能和在环保局内部局域之间信息共享，B/S结构既可以在环保局内部局域之间方便实现信息共享，也可以通过因特网在大范围内实现共享，当然这是在保证安全的前提下。
因系统将分散在不同地点的实时数据、历史数据、视频信息即时采集并保存在监控中心的服务器中，使得环保局各有关部门都可以从内部局域网中随时查询或输出所需要的各种数据资料、报表、报警信息等，非常方便快捷。根据部门职能及行政权限的不同，对使用人员设置口令和访问权限。
3.6反控功能
主要是针对需要采样分析后得出数据的在线分析仪器如COD/TOC等。当系统操作人员需要对某一污染源进行采样分析时，无需到现场，只需通过软件系统发送一条或多条控制指令，并通过GSM短信的方式发送至污染源现场，当排放现场收到命令后，即执行COD/TOC采样分析，采样结束后，将分析结果即时发送至监控中心的数据库服务器中，反控方式也可以分为以下两种：
1、中心监控室反控
也就是在中心监控室，通过软件对企业端监控设备进行控制。控制包括及时启动COD采样，设定COD采样次数，设定取流量计数据次数。
2、手机反控
具有手机反控权限的环保局管理人员，可以利用自己的手机对前端监控设备进行控制。手机反控是用手机发短信的方式，短信的格式必须符合规定要求，只有那些具有反控权限的手机，才能进行反控，系统对反控权限进行严格控制，能够保证安全性。
3.7故障自诊
整个系统接入了大量的仪表，这些仪表的维护和管理就变成一项头疼的事，本系统提供辅助诊断的功能。系统在运行过程中可以自动诊断故障点，包括是一次仪表的非正常工作状态、误码的自动纠错功能等，并可以通过软件设定故障报警/故障查询等功能。
四、.系统的安全性、扩展性、兼容性与升级
4．1安全性
    采用自主的通讯协议设计，经TCP打包，保证数据传输内容的安全。
    对登陆用户采取用户名和密码的管理，并设置相应的权限，为系统的安全运行提供保障。
    采用本地数据库架构设计，有效降低数据库运行的风险。
4．2扩展性     
     软件采用模块化结构设计，软件自身都预留有与系统的接口，一旦需要增加软件的功能，在不需要修改原系统功能的情况下，直接增加相应的软件模块即可。
4．3兼容性
     系统的运行平台兼容WIN98/2000/XP/NT。
4．4升级
     提供无偿的3年软件免费升级。
5.1 12369举报系统
12369环保举报热线是信息产业部专门为环保部门核配的全国统一的投诉举报特服号码，该热线由环保投诉举报自动受理和处理系统两部分组成，可以实现24小时自动受理电话录音、传真举报和重大污染事故的紧急人工举报，根据系统随机给予的举报号码，举报人还可以进行办理举报情况查询等功能。
通过该热线，市民足不出户，一个电话，就能对环境违法行为、环境污染事件、环保工作人员违法违纪行为进行举报，各级环保部门将按照立案快，查处快，结案快和及时回访“三快一及时”的要求，对群众反映的重点问题实行专案专办，确保人民群众反映的各类环境问题得到妥善解决，努力维护广大人民群众的合法环境权益。而12369呼叫中心本系统是基于CTI技术的，充分利用通信网和计算机网的多项功能集成并与环保局连为一体的一个完整的综合信息服务系统。它能有效、高速地为用户提供多种服务。系统集语音技术、呼叫处理技术、计算机网络技术和数据库技术为一体，并利用语音、传真、电子邮件和办公设备于一体的交互式服务系统等多种自动设备提供每天24小时的不间断服务。用户可以通过电话、传真、拨号接入、访问Internet网站等多种方式进入本系统，系统接收以上信息后在自动语音导航或人工坐席的帮助下访问系统的数据库，获取各种咨询服务信息或完成响应的事务处理。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
5.2 3G指挥系统
“3G指挥系统” 就是结合了环境监控、环保 12369 呼叫中心、污染报警处理等的一个综合管理系统。它采用GPS全球卫星定位系统、GSM/GPRS全球移动通讯技术、GIS地理信息系统和计算机网络通信与数据处理技术，在现有GSM/GPRS网的基础上开发出一套环保监控指挥信息系统和远程监控通讯管理系统。
“3G指挥系统”以计算机网络和数据库为中心，将市话网络语音、数据传输、图像远程监控、无线传真、GPS卫星定位、因特网、GSM/GPRS、地理信息系统等多种技术有机结合在一起，能在短时间内多方位地获取多种信息，自动受理多种形式的污染报警，快速、准确地确认灾情和报警地点，辅助决策，调派合理的出动力量，自动下达命令，及时为指挥员提供决策资料。系统在设计上以实战为根据，以先进、可靠、实用为宗旨，具有先进性、实战性、科学性、可靠性、易使用性、可扩充性、可伸缩性等主要特性。
5.3 GIS地理信息系统
地理信息系统(GIS)采用MapInfo公司的MapX控件嵌入Delphi 6开发，MapX控件功能强大，使用方便。GPS车载终端使用华强HQ6006A智能车载终端，可适用于私家车、出租车、物流车、120院前急救系统和其他营运车辆及特种车辆等。
主要功能：
全球卫星定位、防盗反劫、调度管理、车载电话。
综上所述，随着国家环境保护调控政策的不断紧缩，各级环保行政部门必将对污染源的监控、特别是对污水排放的监控更加严格，将GPRS技术（包括PH值、COD、氨氮、溶氧量及温度等主要参数的监控技术）进一步应用到污水处理远程监控系统不失为行之有效的办法。我们深信，随着科学技术的不断进步，污水排放的远程监控技术日循成熟，从源头上彻底解决各企事业单位乱排乱放等造成环境严重污染的问题。

来源：上海依路机电设备有限公司