隨著經濟的發(fā)展，我國的污水排放量已越來越大，已造成地表水的嚴重污染，環(huán)境質量呈現不斷惡化趨勢，但目前全國各地對污染源和排污河渠的水質監(jiān)測仍停留在手工監(jiān)測階段，時間覆蓋率低，樣品缺乏科學性和代表性，難以反映企業(yè)及城市污水排放連續(xù)變化的情況。國家及各省市地區(qū)日趨重視生態(tài)環(huán)境的保護，在水資源污染方面不斷加強治理，但因為環(huán)境保護意識的淡薄及利益的驅使等諸多因素，隨意偷排污水和非達標排污，造成環(huán)境嚴重污染的情況時有發(fā)生，因此在監(jiān)測監(jiān)管方面也要加大投入，提供一個有效的實用的先進的監(jiān)控系統和解決方法，對加強環(huán)境監(jiān)測力度顯得極為迫切建立污染源在線監(jiān)測系統，提高水質監(jiān)測能力，勢在必行。
在污水治理監(jiān)測項目中，所涉及的污水處理監(jiān)測系統，很多必需無人值守設備或監(jiān)測點，受到地形、氣候、監(jiān)測范圍等因素影響，不適合用有線通信和無線數傳電臺等數據傳輸方式， 而且它們還具有移動性差、成本高、擴展性差、設備維護不方便等缺點，而中國移動GPRS網絡覆蓋面廣，具有高速的數據傳輸和永遠在線的特點，配合靈活的資費方式，使GPRS通訊在污水處理監(jiān)控系統中的應用具有無可比擬的性價比優(yōu)勢。
二、項目分析
2.1 污水在線監(jiān)測系統組成
2.1.1 污水數據采集終端
根據監(jiān)測性質的不同主要分為三個方面，地表水站（河流、水庫等飲用水）、城市污水處理廠和工業(yè)污染源；主要檢測的物理量有：流速、流量、PH值、COD、氨氮、硝氮、亞硝氮、總磷等；實時將現場噪聲數據采集到智能監(jiān)控終端內。通過工業(yè)上通用的MODIBUS標準協議進行傳輸。
2.1.2無線傳輸設備
鑒于對通訊模塊的要求，我們選擇廈門四信通訊有限公司的F2103 IP MODEM (DTU)。它具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數據通道、并行多數據通道、實時在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN網絡接入等功能不僅可以保障數據安全可靠還能讓客戶根據需傳輸節(jié)省資費。
2.1.3數據管理中心
監(jiān)測數據接收子系統（整個系統中至關重要的一個子系統,它肩負著各種現場實時數據的監(jiān)測及數據接收的作用,具有無人職守自動工作功能）；數據分析統計子系統（監(jiān)測系統中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S模式在監(jiān)測部門內部供工作人員直接操作使用）；報警短信子系統（利用目前廣泛使用的移動通訊技術進行開發(fā)的一個及其有用的功能系統，終端儀器儀表設定報警值后和短信 MODEM組合，以快速的把報警信息發(fā)到指定的管理層）；WEB發(fā)布子系統（污水自動監(jiān)測系統中對外公布的網頁查詢系統，是提供普通市民了解居住城市水體質量的窗口，也是被監(jiān)測企業(yè)、工廠對自己排放污染程度的要求）;
2.2 系統總架構
污水數據采集終端通過RS232/485通訊接口與F2103串口連接，數據監(jiān)控中心可以采用多種方式連接網絡，例如固定IP、APN、ADSL等。
無線傳輸設備F2103通過GPRS網絡連接到遠程數據中心服務器主機，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數據通道。當采集終端需要上報數據的時候將數據直接送往串口，此時F2103就會把收到的數據原封不動地發(fā)送到數據中心服務器主機。當數據中心下發(fā)的命令或數據通過通道傳輸到F2103后，F2103通過串口送到采集終端，從而實現了數據雙向透明傳輸。
2.3系統實現功能
2.3.1監(jiān)測數據接收子系統
1. 自動啟動(在停電后/系統重啟后自動啟動,不用人為操作。
2. 數據過濾(本系統從安全考慮，僅接收經系統認證后的數據)。
3. 使用于各種數據類型輸出的現場檢測儀表(開關量、模擬量、數值等)。
4. 將接收到的監(jiān)測數據保存到后臺數據庫。
5. 現場反控(通過修改監(jiān)測采集方案來啟動現場設備(包括對自動采樣器的操作等)。
6. 查看各監(jiān)測站連接狀態(tài)。
2.3.2數據分析統計子系統
數據分析統計子系統是監(jiān)測系統中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S模式在監(jiān)測部門內部供工作人員直接操作使用。具有安全、快捷方便的特點、系統即具有綜合性、集成性的特點、又有各模塊獨立操作的有點。
其功能包括如下:
1. 現場實時監(jiān)測原始數據的查詢、偏離修正、監(jiān)測數據有效性審核、預報數據錄入。
2. 監(jiān)測數據歷史記錄的維護。
3. GIS電子地圖實時顯示水體污染變化趨勢。
4. 結合歷史數據生成水體污染指數曲線圖。
5. 監(jiān)測數據異常分析、軟件報警、實時通過短信通知報警信息。
6. 各種數據匯總報表、統計報表、上報表格，包括特殊格式報表。
7. 默認、自定義監(jiān)測采集方案維護。
8. 現場自動采樣器操作。
9. 現場樣本試驗數據錄入、與自動監(jiān)測數據對比、偏離報告。
10. 現場維護記錄。
11. 監(jiān)測站點、監(jiān)測項目等基礎信息自由配置、兼容性好。
12. 人員權限分配。
13. 數據備份。
14. WEB用戶認證、權限分配、及其web訪問統計情況等。
2.3.3報警短信子系統
1. 報警短信子系統是利用目前廣泛使用的移動通訊技術進行開發(fā)的一個及其有用的功能系統，終端儀器儀表設定報警值后和短信 MODEM組合，以快速的把報警信息發(fā)到指定的管理層。
2. 廈門四信通信科技有限公司F2103 IP MODEM，可通過配置軟件靈活配置對端接收的多個手機號碼，設備永遠在線，自動檢測串口數據，實現自動短信收發(fā)功能。和報警裝置串口對接，實時監(jiān)測報警裝置串口的報警數據，便可以第一時間把某種監(jiān)測項目的異常報警信息發(fā)送到相關項目負責人、監(jiān)督人的手機，報警系統可以定時將某個統計匯總數據、分析結果通過GSM MODEM發(fā)送到相關負責人，讓相關項目負責人、監(jiān)督人在出差、外出等情況下第一時間了解其負責的監(jiān)測情況。
2.3.4 WEB發(fā)布子系統
1. 歷史、當前水體污染報告、預告
2. 水體測試數據查詢、曲線圖
3. 監(jiān)測站點明細、監(jiān)測分析報表等
三、項目架構實施
3.1 傳輸模塊與污水處理采集終端連接
在工業(yè)領域設備一般都采用以太口或串口傳輸數據，無線通信模塊F2103同時支持232/485通信方式，因此可以直接和污水處理數據采集終端進行連接通信，如下圖：
3.2 數據中心網絡接入方式分析
3.2.1 專線接入
中心采用APN專線， 所有點都采用內網固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。
用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內部安全。
用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。
3.2.2 ADSL撥號連接（動態(tài)公網IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態(tài)IP+DNS解析服務的。客戶先與DNS服務商聯系開通動態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規(guī)模應用。
3.2.3 通過固定公網IP連接
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP服務的。此種方案先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
3.3 數據中心軟件平臺構建
中心端軟件的構建有多種方式，對于傳入數據的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現中心端的數據接收和現場設備的管理。
目前四信提供三種方式的中心接口：
1. 首先是對于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經集成了我們的驅動了，可以直接配置使用；
2. 對于后臺中心軟件只讀串口數據的情況，提供一個虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網數據轉化為串口數據，從而實現利用無線公網傳輸數據且又對現有系統不做修改的完美結合。
3. 在客戶想要開發(fā)自己的數據中心是，此時我公司會提供一個動態(tài)鏈接庫，利用動態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進行對接，同時會提供一個的數據中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協助客戶進行自己數據中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數據交互的中心軟件。
四、方案特點
1. 利用四信無線IP MODEM可基本不用布線，且采用多點對一中心的組網方式，實現了數據的一中心統一管理。
2. 四信IP MODEM采用高性能工業(yè)級處理器以及看門狗等安全機制設計，保證IP MODEM 萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟，保證IP MODEM 永遠在線，通信鏈路永遠正常。
3. 目前污水處理監(jiān)控工程數量及規(guī)模都不斷的在擴大，因此系統采用多點對中心的組網方案，不論采用普通無線GPRS還是APN專網都可以實現隨時增加新的采集控制點，對現有的網絡不會造成任何的中斷和影響。
4. IP MODEM 采用標準的工業(yè)串口通信，即插即用，且高規(guī)格的模具設計，體積小巧方便維護。
5. 四信IP MODEM完全采用國際標準的TCP/IP安全傳輸協議機制，保證數據的安全和及時，而且采用完全透明傳輸機制，保證數據的準確性。
6. 多中心設計，可同時設置5個中心監(jiān)控采集現場，避免因某個中心網絡不穩(wěn)定或者關閉導致無法對現場進行監(jiān)控而產生安全隱患。
7. 污水處理一般都在偏遠地區(qū)，在此F2103進行人性化工程設計，可是工程人員無需到現場就可以遠程直接對網絡參數進行相應的配置，達到時間和人力的合理利用。
8. 高規(guī)格材料選配，可在 -25~+65ºC、 相對濕度 95%(無凝結)環(huán)境下正常工作。
五、小結
目前污水數據監(jiān)測應用廣泛，直接關系到生態(tài)環(huán)境安全，在特殊的大背景下國家政策也是大力推行，廈門四信在污水處理監(jiān)測領域已有全國范圍性的應用。在物聯網的大環(huán)境下廈門四信解決方案和產品已廣泛應用于移動POS終端、金融、供應鏈自動化、智能化運輸、工業(yè)自動化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環(huán)境保護、氣象、數字化醫(yī)療、遙感勘測、軍事、空間探索、農業(yè)、林業(yè)、水務、電力、煤礦、石化等行業(yè)。
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