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摘要：隨著人們對環(huán)境問題的日益關(guān)注，環(huán)境監(jiān)測成為國家環(huán)境保護系統(tǒng)進行環(huán)境管理工作的重要基礎(chǔ)。我國的環(huán)境保護工作已逐步形成了一系列強化管理制度，要求環(huán)境監(jiān)測必須為環(huán)境管理服務(wù)，為環(huán)境管理提供技術(shù)支持、技術(shù)監(jiān)督和技術(shù)服務(wù)。環(huán)境監(jiān)測不僅要做好濃度控制的監(jiān)測，而且要進一步開拓污染物總量控制的監(jiān)測；在完成城市環(huán)境監(jiān)測的同時，要逐步開拓生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測。因此，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的重要性正日益引起各方面的共同關(guān)注。
環(huán)境監(jiān)測的對象具有成分復(fù)雜，隨機多變，時間、空間、量級上分布廣泛，不易準確測量等特點。因此，環(huán)境監(jiān)測是包含環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)正確可靠的全部活動和措施，環(huán)境監(jiān)測中要求監(jiān)測數(shù)據(jù)具有代表性、完整性、準確性、精密性和可比性，所有這一切，給環(huán)境監(jiān)測部門提出了一個重要的問題：如何建立起實用性強、覆蓋面廣、靈活性好的環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滿足各方面對環(huán)境監(jiān)測信息的需求。
我們以排污監(jiān)測為例，為有效防止有的企業(yè)私自排污，在環(huán)保系統(tǒng)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(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進行處理。由于監(jiān)測點分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，以前曾以modem方式通過電話線傳送數(shù)據(jù)，但工作的有效性卻往往事倍功半。隨著通信技術(shù)的不發(fā)展，GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的不斷成熟應(yīng)用，為環(huán)保部門實現(xiàn)監(jiān)測提供了良好的選擇方式。污染源的各種監(jiān)測設(shè)備可將采集到的污染監(jiān)測數(shù)據(jù)和告警信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時發(fā)送到環(huán)保監(jiān)測部門，實現(xiàn)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、 項目概述
市環(huán)保局需對城區(qū)空氣質(zhì)量實施監(jiān)測并對城區(qū)內(nèi)的各企業(yè)的排污口進行綜合監(jiān)測管理。監(jiān)測主要對象是空氣質(zhì)量條件及大氣環(huán)境、水環(huán)境、噪聲環(huán)境以及工業(yè)"三廢"的排放及治理情況等。監(jiān)測內(nèi)容包括：監(jiān)測5個城區(qū)的空氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，1條主要水系、2個主要湖庫、及2個城市飲用水源和17個自備井的水質(zhì)現(xiàn)狀以及31個河道沿線的工廠排污,43個居住小區(qū)的噪聲監(jiān)測點的噪聲污染現(xiàn)狀，并通過綜合指數(shù)等方法進行趨勢分析，最后得出環(huán)境質(zhì)量結(jié)論向市民公布。
市環(huán)保局數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個由污染源排放監(jiān)測點、大氣監(jiān)測點、噪聲監(jiān)測點和市中心監(jiān)測站組成的污染綜合監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對城區(qū)的空氣污染狀況進行一個量化的測定，為大氣監(jiān)測提供依據(jù)。同時為保護水源，恢復(fù)生態(tài)，對沿河污染源進行自動采樣、對主要污染物進行在線監(jiān)測；掌握城市污染源排放情況及水質(zhì)影響情況，監(jiān)測噪聲污染對居民小區(qū)的影響；由監(jiān)測中心的計算機進行數(shù)據(jù)匯總、整理和綜合分析，并向公示部門提供公示結(jié)果。
目前，各監(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?shù)谋O(jiān)測信息；并負責對監(jiān)測信息進行分類、篩選和綜合分析。市環(huán)保局作為系統(tǒng)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(diào)研，及時作出管理決策，協(xié)同其它單位增加管理力度。 由于各監(jiān)控點分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠，個別點還地處市郊，申請電話線費時費力，而且有些監(jiān)控由于地處河道點段，有線線路難以到達。而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(wǎng)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，因此采用GPRS無線傳輸方式解決污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸問題成為最好的手段。
二、解決方案介紹
由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測中心計算機主機需配置固定的IP地址，各個數(shù)據(jù)采集點采用GPRS模塊和該主機進行通信。由于配置固定IP每月均會產(chǎn)生一筆費用，對于暫時無法配置固定IP以及系統(tǒng)測點較少，沒必要配置IP的系統(tǒng)，昆侖公司提供一年的免費數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，若長期使用只需每年繳納很小一部分流量使用費即可輕松享受GPRS的便利服務(wù)。
系統(tǒng)組成：
1、環(huán)保信息采集點：
現(xiàn)場監(jiān)控點通過KL-7000數(shù)據(jù)采集模塊自動采集污染源信息，通過RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連，通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理、數(shù)據(jù)打包后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)。
2、監(jiān)控中心：
服務(wù)器配置固定IP地址，采用移動通信公司提供的DDN專線或是昆侖公司的轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。
監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器接收到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后先進行數(shù)據(jù)存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，傳送到監(jiān)控中心計算機主機，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行數(shù)據(jù)處理。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
各監(jiān)控點使用昆侖海岸的GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端模塊KL-7000，通過移動GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連。各污染源數(shù)據(jù)采集點的終端模塊使用移動通信公司統(tǒng)一的STK卡，同時監(jiān)控中心對各點進行登記，保存相關(guān)資料以便識別和維護處理。各信息采集點運行監(jiān)控系統(tǒng)軟件，支持24小時實時在線，也可實現(xiàn)定時上下線方式以節(jié)約流量，能夠?qū)崿F(xiàn)信息采集點24小時傳送采集的環(huán)保信息數(shù)據(jù)，對于像噪聲污染這類主要監(jiān)測夜間擾民的監(jiān)測點可以通過定時上下線方式在節(jié)約數(shù)據(jù)流量的情況下一樣可以完成監(jiān)測任務(wù)。
現(xiàn)場監(jiān)控點采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)接口功能模塊對數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心IP地址。 終端所使用的KL-7000透明數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)，中國移動GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)保信息采集點的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點，而且設(shè)備安裝方便、維護簡單等特點。中國移動的GPRS系統(tǒng)作為環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準RS232透傳接口可直接與計算機、RTU、PLC、GPS接收機、數(shù)碼相機、數(shù)據(jù)終端等連接，傳輸速率達171Kbps，具有遠程診斷、測試、監(jiān)管功能，能夠滿足控制中心與眾多遠端站之間的數(shù)據(jù)采集和控制。
GPRS無線環(huán)保污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點：
1、實時性強、兼容性好：
與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)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(shù)據(jù)。可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
2、可對各監(jiān)測點儀器設(shè)備進行遠程控制：
通過GPRS雙向系統(tǒng)還可實現(xiàn)對儀器設(shè)備進行反向控制，如：時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)等控制功能，并可進行系統(tǒng)遠程在線升級。
3、建設(shè)成本少低：
由于采用GPRS公網(wǎng)平臺，無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需安裝好設(shè)備就可以，建設(shè)成本低；
4、監(jiān)控范圍廣：
構(gòu)建環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)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(shù)量眾多，分布在全省范圍內(nèi)，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(wǎng)絡(luò)已覆蓋省內(nèi)絕大部分地區(qū)，基本不存在盲區(qū)，可實現(xiàn)大范圍的在線監(jiān)控，滿足環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。
6、系統(tǒng)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(xiàn)實時連接。由于環(huán)保信息采集點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
7、數(shù)據(jù)傳送速率高：
每個環(huán)保信息采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達171.2kbit/s，目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求。支持數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換
8、通信費用低：
采用包月計費方式，運營成本低
安全措施
由于環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特殊性，本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運行。
對于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)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(shù)，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進行隔離，可對 整個數(shù)據(jù)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(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)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(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進一步增強。
4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
總結(jié)
環(huán)保局目前環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由于通信費用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動，當環(huán)保觀測站和環(huán)保信息采集點搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護用戶原有投資，適合于環(huán)保采集工作的特點。
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