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一、項目背景
隨sui著zhe經jing濟ji的de發fa展zhan，我wo國guo的de汙wu水shui排pai放fang量liang已yi越yue來lai越yue大da，已yi造zao成cheng地di表biao水shui的de嚴yan重zhong汙wu染ran，環huan境jing質zhi量liang呈cheng現xian不bu斷duan惡e化hua趨qu勢shi，但dan目mu前qian全quan國guo各ge地di對dui汙wu染ran源yuan和he排pai汙wu河he渠qu的de水shui質zhi監jian測ce仍reng停ting留liu在zai手shou工gong監jian測ce階jie段duan，時shi間jian覆fu蓋gai率lv低di，樣yang品pin缺que乏fa科ke學xue性xing和he代dai表biao性xing，難nan以yi反fan映ying企qi業ye及ji城cheng市shi汙wu水shui排pai放fang連lian續xu變bian化hua的de情qing況kuang。國guo家jia及ji各ge省sheng市shi地di區qu日ri趨qu重zhong視shi生sheng態tai環huan境jing的de保bao護hu，在zai水shui資zi源yuan汙wu染ran方fang麵mian不bu斷duan加jia強qiang治zhi理li，但dan因yin為wei環huan境jing保bao護hu意yi識shi的de淡dan薄bo及ji利li益yi的de驅qu使shi等deng諸zhu多duo因yin素su，隨sui意yi偷tou排pai汙wu水shui和he非fei達da標biao排pai汙wu，造zao成cheng環huan境jing嚴yan重zhong汙wu染ran的de情qing況kuang時shi有you發fa生sheng，因yin此ci在zai監jian測ce監jian管guan方fang麵mian也ye要yao加jia大da投tou入ru，提ti供gong一yi個ge有you效xiao的de實shi用yong的de先xian進jin的de監jian控kong係xi統tong和he解jie決jue方fang法fa，對dui加jia強qiang環huan境jing監jian測ce力li度du顯xian得de極ji為wei迫po切qie建jian立li廢fei水shui在zai線xian監jian測ce係xi統tong，提ti高gao水shui質zhi監jian測ce能neng力li，勢shi在zai必bi行xing。
在汙水治理監測項目中，所涉及的汙水處理監測係統，很多必需無人值守設備或監測點，受到地形、氣候、監測範圍等因素影響，不適合用有線通信和無線數傳電台等數據傳輸方式， 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網絡覆蓋麵廣，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通訊在汙水處理監控係統中的應用具有無可比擬的性價比優勢。
二、項目分析
2.1 係統組成
2.1.1 汙水數據采集終端
根據監測性質的不同主要分為三個方麵，地表水站（河流、水庫等飲用水）、城市汙水處理廠和工業汙染源；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控終端內。通過工業上通用的MODIBUS標準協議進行傳輸。
2.1.2無線傳輸設備
鑒於對通訊模塊的要求，我們選擇廈門四信通訊有限公司的F2103 IP MODEM。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、並行多數據通道、實時在線和按需在線多種工作方式、並且支持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省資費。
2.1.3數據管理中心
監測數據接收子係統（整個係統中至關重要的一個子係統,它肩負著各種現場實時數據的監測及數據接收的作用,具有無人職守自動工作功能）；數據分析統計子係統（監測係統中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S模式在監測部門內部供工作人員直接操作使用）；報警短信子係統（利用目前廣泛使用的移動通訊技術進行開發的一個及其有用的功能係統，終端儀器儀表設定報警值後和短信 MODEM組合，以快速的把報警信息發到指定的管理層）；WEB發布子係統（汙水自動監測係統中對外公布的網頁查詢係統，是提供普通市民了解居住城市水體質量的窗口，也是被監測企業、工廠對自己排放汙染程度的要求）；
2.2 係統總架構
汙水數據采集終端通過RS232/485通訊接口與F2103串口連接，數據監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連接後開啟透明數據通道。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送到數據中心服務器主機。當數據中心下發的命令或數據通過通道傳輸到F2103後，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係統實現功能
2.3.1監測數據接收子係統
1. 自動啟動(在停電後/係統重啟後自動啟動,不用人為操作。
2. 數據過濾(本係統從安全考慮，僅接收經係統認證後的數據)。
3. 使用於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. 將接收到的監測數據保存到後台數據庫。
5. 現場反控(通過修改監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. 查看各監測站連接狀態。
2.3.2數據分析統計子係統
數據分析統計子係統是監測係統中的核心部分.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、係統即具有綜合性、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. 現場實時監測原始數據的查詢、偏離修正、監測數據有效性審核、預報數據錄入。
2. 監測數據曆史記錄的維護。
3. GIS電子地圖實時顯示水體汙染變化趨勢。
4. 結合曆史數據生成水體汙染指數曲線圖。
5. 監測數據異常分析、軟件報警、實時通過短信通知報警信息。
6. 各種數據彙總報表、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、與自動監測數據對比、偏離報告。
10. 現場維護記錄。
11. 監測站點、監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報警短信子係統
1. 報警短信子係統是利用目前廣泛使用的移動通訊技術進行開發的一個及其有用的功能係統，終端儀器儀表設定報警值後和短信 MODEM組合，以快速的把報警信息發到指定的管理層。
2. 廈門四信通信科技有限公司F2103 IP MODEM，ketongguopeizhiruanjianlinghuopeizhiduiduanjieshoudeduogeshoujihaoma，shebeiyongyuanzaixian，zidongjiancechuankoushuju，shixianzidongduanxinshoufagongneng。hebaojingzhuangzhichuankouduijie，shishijiancebaojingzhuangzhichuankoudebaojingshuju，biankeyidiyishijianbamouzhongjiancexiangmudeyichangbaojingxinxifasongdaoxiangguanxiangmufuzeren、監督人的手機，報警係統可以定時將某個統計彙總數據、分析結果通過GSM MODEM發送到相關負責人，讓相關項目負責人、監督人在出差、外出等情況下第一時間了解其負責的監測情況。
2.3.4 WEB發布子係統
1. 曆史、當前水體汙染報告、預告
2. 水體測試數據查詢、曲線圖
3. 監測站點明細、監測分析報表等
三、項目架構實施
3.1 傳輸模塊與汙水處理采集終端連接
在工業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，因此可以直接和汙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。用於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）。隻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wei通tong過guo認ren證zheng的de用yong戶hu分fen配pei用yong戶hu內nei部bu地di址zhi。移yi動dong終zhong端duan和he服fu務wu器qi平ping台tai之zhi間jian采cai用yong端duan到dao端duan加jia密mi，避bi免mian信xin息xi在zai整zheng個ge傳chuan輸shu過guo程cheng中zhong可ke能neng的de泄xie漏lou。雙shuang方fang采cai用yong防fang火huo牆qiang進jin行xing隔ge離li，並bing在zai防fang火huo牆qiang上shang進jin行xingIP地址和端口過濾。此種方案無論實時性，安全性和穩定性較前一種方案都有大大提高，適合於安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。
3.2.2 ADSL撥號連接（動態公網IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態IP+DNS解析服務的。客戶先與DNS服務商聯係開通動態域名，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IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受製於DNS服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。
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等寬帶業務，中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。
3.3 數據中心軟件平台構建
zhongxinduanruanjiandegoujianyouduozhongfangshi，duiyuchuanrushujudefangshidebutong，womentigongbutongderuanjianlaibangzhukehukuaisudishixianzhongxinduandeshujujieshouhexianchangshebeideguanli。
目前四信提供三種方式的中心接口：
1. 首先是對於組態軟件，目前很多組態軟件廠家已經集成了我們的驅動了，可以直接配置使用；
2. 對於後台中心軟件隻讀串口數據的情況，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係統不做修改的完美結合。
3. 在(zai)客(ke)戶(hu)想(xiang)要(yao)開(kai)發(fa)自(zi)己(ji)的(de)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)是(shi)，此(ci)時(shi)我(wo)公(gong)司(si)會(hui)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)動(dong)態(tai)鏈(lian)接(jie)庫(ku)，利(li)用(yong)動(dong)態(tai)鏈(lian)接(jie)庫(ku)客(ke)戶(hu)可(ke)以(yi)很(hen)輕(qing)鬆(song)的(de)與(yu)傳(chuan)輸(shu)通(tong)道(dao)進(jin)行(xing)對(dui)接(jie)，同(tong)時(shi)會(hui)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)的(de)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)DEMO軟ruan件jian，不bu僅jin開kai放fang源yuan碼ma還hai全quan程cheng協xie助zhu客ke戶hu進jin行xing自zi己ji數shu據ju中zhong心xin軟ruan件jian和he功gong能neng的de開kai發fa。客ke戶hu可ke能neng通tong過guo動dong態tai鏈lian接jie庫ku快kuai速su開kai發fa一yi個ge靈ling活huo的de，穩wen定ding的de，功gong能neng齊qi全quan的de終zhong端duan管guan理li和he數shu據ju交jiao互hu的de中zhong心xin軟ruan件jian。
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采用高性能工業級處理器以及看門狗等安全機製設計，保證IP MODEM 萬一通信中斷也會自行檢測然後自動斷電重啟，保證IP MODEM 永遠在線，通信鏈路永遠正常。
3. 目前汙水處理監控工程數量及規模都不斷的在擴大，因此係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製點，對現有的網絡不會造成任何的中斷和影響。
4. IP MODEM 采用標準的工業串口通信，即插即用，且高規格的模具設計，體積小巧方便維護。
5. 四信IP MODEM完全采用國際標準的TCP/IP安全傳輸協議機製，保證數據的安全和及時，而且采用完全透明傳輸機製，保證數據的準確性。
6. 多中心設計，可同時設置5個中心監控采集現場，避免因某個中心網絡不穩定或者關閉導致無法對現場進行監控而產生安全隱患。
7. 汙水處理一般都在偏遠地區，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. 高規格材料選配，可在 -25~+65ºC、 相對濕度 95%(無凝結)環境下正常工作。
五、小結
muqianwushuishujujianceyingyongguangfan，zhijieguanxidaoshengtaihuanjinganquan，zaiteshudedabeijingxiaguojiazhengceyeshidalituixing，shamensixinzaiwushuichulijiancelingyuyiyouquanguofanweixingdeyingyong。zaiwulianwangdedahuanjingxiashamensixinjiejuefanganhechanpinyiguangfanyingyongyuyidongPOS終端、金融、供應鏈自動化、智能化運輸、工業自動化、智能建築、智能家居、消防、公共安全、環境保護、氣象、數字化醫療、遙感勘測、軍事、空間探索、農業、林業、水務、電力、煤礦、石化等行業。
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