一、項(xiàng)目背景

隨著經(jīng)濟(jì)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(yán)重污染，環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)不斷惡化趨勢，但目前全國各地對(duì)污染源和排污河渠的水質(zhì)監(jiān)測仍停留在手工監(jiān)測階段，時(shí)間覆蓋率低，樣品缺乏科學(xué)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(hù)，在水資源污染方面不斷加強(qiáng)治理，但因?yàn)榄h(huán)境保護(hù)意識(shí)的淡薄及利益的驅(qū)使等諸多因素，隨意偷排污水和非達(dá)標(biāo)排污，造成環(huán)境嚴(yán)重污染的情況時(shí)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(gè)有效的實(shí)用的*的監(jiān)控系統(tǒng)和解決方法，對(duì)加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測力度顯得極為迫切建立廢水在線監(jiān)測系統(tǒng)，提高水質(zhì)監(jiān)測能力，勢在必行。

在污水治理監(jiān)測項(xiàng)目中，所涉及的污水處理監(jiān)測系統(tǒng)，很多必需無人值守設(shè)備或監(jiān)測點(diǎn)，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(shù)傳電臺(tái)等數(shù)據(jù)傳輸方式， 而且它們還具有移動(dòng)性差、成本高、擴(kuò)展性差、設(shè)備維護(hù)不方便等缺點(diǎn)，而中國移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，具有高速的數(shù)據(jù)傳輸和永遠(yuǎn)在線的特點(diǎn)，配合靈活的資費(fèi)方式，使GPRS通訊在污水處理監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用具有的性價(jià)比優(yōu)勢。

二、項(xiàng)目分析

2.1 系統(tǒng)組成

2.1.1 污水?dāng)?shù)據(jù)采集終端

根據(jù)監(jiān)測性質(zhì)的不同主要分為三個(gè)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(shí)時(shí)將現(xiàn)場噪聲數(shù)據(jù)采集到智能監(jiān)控終端內(nèi)。通過工業(yè)上通用的MODIBUS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行傳輸。

2.1.2無線傳輸設(shè)備

鑒于對(duì)通訊模塊的要求，我們選擇廈門才茂通訊有限公司的CM550-5XX 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(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道、實(shí)時(shí)在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN網(wǎng)絡(luò)接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費(fèi)。

2.1.3數(shù)據(jù)管理中心

監(jiān)測數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)（整個(gè)系統(tǒng)中至關(guān)重要的一個(gè)子系統(tǒng),它肩負(fù)著各種現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)測及數(shù)據(jù)接收的作用,具有無人職守自動(dòng)工作功能）；數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)（監(jiān)測系統(tǒng)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(nèi)部供工作人員直接操作使用）；報(bào)警短信子系統(tǒng)（利用目前廣泛使用的移動(dòng)通訊技術(shù)進(jìn)行開發(fā)的一個(gè)及其有用的功能系統(tǒng)，終端儀器儀表設(shè)定報(bào)警值后和短信 MODEM組合，以快速的把報(bào)警信息發(fā)到的管理層）；WEB發(fā)布子系統(tǒng)（污水自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)中對(duì)外公布的網(wǎng)頁查詢系統(tǒng)，是提供普通市民了解居住城市水體質(zhì)量的窗口，也是被監(jiān)測企業(yè)、工廠對(duì)自己排放污染程度的要求）；

2.2 系統(tǒng)總架構(gòu)

污水?dāng)?shù)據(jù)采集終端通過RS232/485通訊接口與CM550-5XX串口連接，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心可以采用多種方式連接網(wǎng)絡(luò)，例如固定IP、APN、ADSL等。

無線傳輸設(shè)備CM550-5XX通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數(shù)據(jù)通道。當(dāng)采集終端需要上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)直接送往串口，此時(shí)CM550-5XX就會(huì)把收到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)。當(dāng)數(shù)據(jù)中心下發(fā)的命令或數(shù)據(jù)通過通道傳輸?shù)紺M550-5XX后，CM550-5XX通過串口送到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。

2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

2.3.1監(jiān)測數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)

1. 自動(dòng)啟動(dòng)(在停電后/系統(tǒng)重啟后自動(dòng)啟動(dòng),不用人為操作。

2. 數(shù)據(jù)過濾(本系統(tǒng)從安全考慮，僅接收經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)證后的數(shù)據(jù))。

3. 使用于各種數(shù)據(jù)類型輸出的現(xiàn)場檢測儀表(開關(guān)量、模擬量、數(shù)值等)。

4. 將接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。

5. 現(xiàn)場反控(通過修改監(jiān)測采集方案來啟動(dòng)現(xiàn)場設(shè)備(包括對(duì)自動(dòng)采樣器的操作等)。

6. 查看各監(jiān)測站連接狀態(tài)

2.3.2數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)是監(jiān)測系統(tǒng)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(nèi)部供工作人員直接操作使用。具有安全、快捷方便的特點(diǎn)、系統(tǒng)即具有綜合性、集成性的特點(diǎn)、又有各模塊獨(dú)立操作的有點(diǎn)。

其功能包括如下:

1. 現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測原始數(shù)據(jù)的查詢、偏離修正、監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性審核、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)錄入

2. 監(jiān)測數(shù)據(jù)歷史記錄的維護(hù)。

3. GIS電子地圖實(shí)時(shí)顯示水體污染變化趨勢

4. 結(jié)合歷史數(shù)據(jù)生成水體污染指數(shù)曲線圖

5. 監(jiān)測數(shù)據(jù)異常分析、軟件報(bào)警、實(shí)時(shí)通過短信通知報(bào)警信息

6. 各種數(shù)據(jù)匯總報(bào)表、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、上報(bào)表格，包括特殊格式報(bào)表

7. 默認(rèn)、自定義監(jiān)測采集方案維護(hù)

8. 現(xiàn)場自動(dòng)采樣器操作

9. 現(xiàn)場樣本試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入、與自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)比、偏離報(bào)告

10. 現(xiàn)場維護(hù)記錄

11. 監(jiān)測站點(diǎn)、監(jiān)測項(xiàng)目等基礎(chǔ)信息自由配置、兼容性好

12. 人員權(quán)限分配

13. 數(shù)據(jù)備份

14. WEB用戶認(rèn)證、權(quán)限分配、及其web訪問統(tǒng)計(jì)情況等

2.3.3報(bào)警短信子系統(tǒng)

1.報(bào)警短信系統(tǒng)是利用目前廣泛使用的移動(dòng)通訊技術(shù)進(jìn)行開發(fā)的一個(gè)及其有用的功能系統(tǒng)，終端儀器儀表設(shè)定報(bào)警值后和短信 MODEM組合，以快速的把報(bào)警信息發(fā)到的管理層。

2. 污染監(jiān)測設(shè)備可通過配置軟件靈活配置對(duì)端接收的多個(gè)，設(shè)備永遠(yuǎn)在線，自動(dòng)檢測串口數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)短信收發(fā)功能。和報(bào)警裝置串口對(duì)接，實(shí)時(shí)監(jiān)測報(bào)警裝置串口的報(bào)警數(shù)據(jù)，便可以時(shí)間把某種監(jiān)測項(xiàng)目的異常報(bào)警信息發(fā)送到相關(guān)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、監(jiān)督人的手機(jī)，報(bào)警系統(tǒng)可以定時(shí)將某個(gè)統(tǒng)計(jì)匯總數(shù)據(jù)、分析結(jié)果通過GSM MODEM發(fā)送到相關(guān)負(fù)責(zé)人，讓相關(guān)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、監(jiān)督人在出差、外出等情況下了解其負(fù)責(zé)的監(jiān)測情況。

2.3.4 WEB發(fā)布子系統(tǒng)

1. 歷史、當(dāng)前水體污染報(bào)告、預(yù)告

2. 水體測試數(shù)據(jù)查詢、曲線圖

3. 監(jiān)測站點(diǎn)明細(xì)、監(jiān)測分析報(bào)表等

三、項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)施

3.1 傳輸模塊與污水處理采集終端連接

在工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備一般都采用以太口或串口傳輸數(shù)據(jù)，無線通信模塊CM550-5XX同時(shí)支持232/485通信方式，因此可以直接和污水處理數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行連接通信，如下圖：

3.2.1 專線接入

中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)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(qǐng)?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。

用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。

用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。此種方案無論實(shí)時(shí)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(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下佳組網(wǎng)方式。

3.2.2 ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）

中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的?？蛻粝扰cDNS服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。

3.2.3 通過固定公網(wǎng)IP連接

中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INTERNET運(yùn)營商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。

3.3 數(shù)據(jù)中心軟件平臺(tái)構(gòu)建

中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對(duì)于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設(shè)備的管理。

目前才茂提供三種方式的中心接口：

1. 首先是對(duì)于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動(dòng)了，可以直接配置使用；

2. 對(duì)于后臺(tái)中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況，提供一個(gè)虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串口數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)利用無線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)不做修改的結(jié)合。

3. 在客戶想要開發(fā)自己的數(shù)據(jù)中心是，此時(shí)我公司會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫，利用動(dòng)態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進(jìn)行對(duì)接，同時(shí)會(huì)提供一個(gè)的數(shù)據(jù)中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)?？蛻艨赡芡ㄟ^動(dòng)態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個(gè)靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。

四、方案特點(diǎn)

1. 利用才茂無線IP MODEM可基本不用布線，且采用多點(diǎn)對(duì)一中心的組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一中心統(tǒng)一管理。

2. 才茂IP MODEM采用高性能工業(yè)級(jí)處理器以及看門狗等安全機(jī)制設(shè)計(jì)，保證IP MODEM 萬一通信中斷也會(huì)自行檢測然后自動(dòng)斷電重啟，保證IP MODEM 永遠(yuǎn)在線，通信鏈路永遠(yuǎn)正常。

3. 目前污水處理監(jiān)控工程數(shù)量及規(guī)模都不斷的在擴(kuò)大，因此系統(tǒng)采用多點(diǎn)對(duì)中心的組網(wǎng)方案，不論采用普通無線GPRS還是APN專網(wǎng)都可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)增加新的采集控制點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)不會(huì)造成任何的中斷和影響。

4. IP MODEM 采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)串口通信，即插即用，且高規(guī)格的模具設(shè)計(jì)，體積小巧方便維護(hù)。

5. 才茂IP MODEM*采用國際標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP安全傳輸協(xié)議機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的安全和及時(shí)，而且采用*透明傳輸機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

6. 多中心設(shè)計(jì)，可同時(shí)設(shè)置5個(gè)中心監(jiān)控采集現(xiàn)場，避免因某個(gè)中心網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者關(guān)閉導(dǎo)致無法對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。

7. 污水處理一般都在偏遠(yuǎn)地區(qū)，在此CM550-5XX進(jìn)行人性化工程設(shè)計(jì)，可是工程人員無需到現(xiàn)場就可以遠(yuǎn)程直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的配置，達(dá)到時(shí)間和人力的合理利用。

8. 高規(guī)格材料選配，可在 -25~+65C、 相對(duì)濕度 95%(無凝結(jié))環(huán)境下正常工作。

五、小結(jié)

目前污水?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)測應(yīng)用廣泛，直接關(guān)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，在污水處理監(jiān)測領(lǐng)域已有全國范圍性的應(yīng)用。在物聯(lián)網(wǎng)的大環(huán)境下解決方案和產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于移動(dòng)POS終端、金融、供應(yīng)鏈自動(dòng)化、智能化運(yùn)輸、工業(yè)自動(dòng)化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環(huán)境保護(hù)、氣象、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測、軍事、空間探索、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務(wù)、電力、煤礦、石化等行業(yè)。