KL-W7000在城市排污及噪声综合监测系统中的应用

随着人们对环境问题的日益关注，环境监测成为国家环境保护系统进行环境管理工作的重要基础。我国的环境保护工作已逐步形成了一系列强化管理制度，要求环境监测必须为环境管理服务，为环境管理提供技术支持、技术监督和技术服务。环境监测不仅要做好浓度控制的监测，而且要进一步开拓污染物总量控制的监测；在完成城市环境监测的同时，要逐步开拓生态环境的监测。因此，环境监测数据的重要性正日益引起各方面的共同关注。
环境监测的对象具有成分复杂，随机多变，时间、空间、量级上分布广泛，不易准确测量等特点。因此，环境监测是包含环境监测数据正确可靠的全部活动和措施，环境监测中要求监测数据具有代表性、完整性、准确性、精密性和可比性，所有这一切，给环境监测部门提出了一个重要的问题：如何建立起实用性强、覆盖面广、灵活性好的环保数据采集系统，满足各方面对环境监测信息的需求。
我们以排污监测为例，为有效防止有的企业私自排污，在环保系统中，常常需要对众多的污染排放点进行实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较恶劣的地区，以前曾以modem方式通过电话线传送数据，但工作的有效性却往往事倍功半。随着通信技术的不发展，GPRS无线网络的不断成熟应用，为环保部门实现监测提供了良好的选择方式。污染源的各种监测设备可将采集到的污染监测数据和告警信息通过GPRS网络及时发送到环保监测部门，实现对排污单位或个人的及时管理，可以大大提高环保部门的工作效率。
一、项目概述
市环保局需对城区空气质量实施监测并对城区内的各企业的排污口进行综合监测管理。监测主要对象是空气质量条件及大气环境、水环境、噪声环境以及工业"三废"的排放及治理情况等。监测内容包括：监测5个城区的空气环境质量现状，1条主要水系、2个主要湖库、及2个城市饮用水源和17个自备井的水质现状以及31个河道沿线的工厂排污,43个居住小区的噪声监测点的噪声污染现状，并通过综合指数等方法进行趋势分析，最后得出环境质量结论向市民公布。
市环保局数据采集系统是一个由污染源排放监测点、大气监测点、噪声监测点和市中心监测站组成的污染综合监测系统。该系统可对城区的空气污染状况进行一个量化的测定，为大气监测提供依据。同时为保护水源，恢复生态，对沿河污染源进行自动采样、对主要污染物进行在线监测；掌握城市污染源排放情况及水质影响情况，监测噪声污染对居民小区的影响；由监测中心的计算机进行数据汇总、整理和综合分析，并向公示部门提供公示结果。
目前，各监测点安装污染源监测仪，对污染源进行监测。监测中心接收监测点传输的监测信息；并负责对监测信息进行分类、筛选和综合分析。市环保局作为系统的决策中心，对从监测中心站获得的监测信息进行分析、调研，及时作出管理决策，协同其它单位增加管理力度。 由于各监控点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处市郊，申请电话线费时费力，而且有些监控由于地处河道点段，有线线路难以到达。而GPRS具有速度快、使用费用低的特点，其传输速度可达171.2kb/s。与有线通讯方式相比，采用GPRS无线通信方式则显得非常灵活，它具有组网灵活、扩展容易、运行费用低投，维护简单、性价比高等优点因此，因此采用GPRS无线传输方式解决污染源监测数据的实时传输问题成为最好的手段。
三、解决方案介绍
由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，监测中心计算机主机需配置固定的IP地址，各个数据采集点采用GPRS模块和该主机进行通信。由于配置固定IP每月均会产生一笔费用，对于暂时无法配置固定IP以及系统测点较少，没必要配置IP的系统，昆仑公司提供一年的免费数据转发服务，若长期使用只需每年缴纳很小一部分流量使用费即可轻松享受GPRS的便利服务。
系统组成：
1、环保信息采集点：
现场监控点通过KL-7000数据采集模块自动采集污染源信息，通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端相连，通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、数据打包后发送到GSM网络。
2、监控中心：
服务器配置固定IP地址，采用移动通信公司提供的DDN专线或是昆仑公司的转发服务器，与GPRS网络相连。
监控中心数据服务器接收到GPRS网络传来的数据后先进行数据存储和转发，传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。


系统结构：
各监控点使用昆仑海岸的GPRS透明数据传输终端模块KL-7000，通过移动GPRS网络与监控中心相连。各污染源数据采集点的终端模块使用移动通信公司统一的STK卡，同时监控中心对各点进行登记，保存相关资料以便识别和维护处理。各信息采集点运行监控系统软件，支持24小时实时在线，也可实现定时上下线方式以节约流量，能够实现信息采集点24小时传送采集的环保信息数据，对于像噪声污染这类主要监测夜间扰民的监测点可以通过定时上下线方式在节约数据流量的情况下一样可以完成监测任务。
现场监控点采集的数据经GSM网络接口功能模块对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到监控中心IP地址。 终端所使用的KL-7000透明数据传输模块，数据传输基于中国移动的GPRS网络，中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建环保信息采集传输系统，实现环保信息采集点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单等特点。中国移动的GPRS系统作为环保信息采集传输系统的数据通信平台具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准RS232透传接口可直接与计算机、RTU、PLC、GPS接收机、数码相机、数据终端等连接，传输速率达171Kbps，具有远程诊断、测试、监管功能，能够满足控制中心与众多远端站之间的数据采集和控制。
GPRS无线环保污染源在线监控系统具备如下特点：
1、实时性强、兼容性好：
与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有监测点的各种数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。支持900／1800／1900MHz三频GSM/GPRS。
2、可对各监测点仪器设备进行远程控制：
通过GPRS双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如：时间校正、状态报告、开关等控制功能，并可进行系统远程在线升级。
3、建设成本少低：
由于采用GPRS公网平台，无需建设网络，只需安装好设备就可以，建设成本低；
4、监控范围广：
构建环保信息采集传输系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于环保信息采集点数量众多，分布在全省范围内，部分环保信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。
5、具有良好的可扩展性。由于目前GSM/GPRS网络已覆盖省内绝大部分地区，基本不存在盲区，可实现大范围的在线监控，满足环保信息采集传输系统对覆盖范围的要求。
6、系统的传输容量大：
环保中心站要和每一个环保信息采集点实现实时连接。由于环保信息采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
7、数据传送速率高：
每个环保信息采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。支持数据传输与协议转换
8、通信费用低：
采用包月计费方式，运营成本低
安全措施
由于环保数据采集系统的特殊性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。
对于安全性要求非常高的系统，可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安全性。
1、VPN虚拟专网模式：企业内部网络中配置VPN服务器，移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功能的客户端软件。采用VPN安全技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可对 整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。
2、用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。
3、对于特定用户，可通过数据中心分配特定的用户ID和密码， 其他没有数据中心分配的用户ID和密码的用户将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。
4、数据加密：通过VPN对整个数据传送过程进行加密保护。
5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。
总结
环保局目前环保数据采集系统，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当环保观测站和环保信息采集点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资，适合于环保采集工作的特点。