基於GPRS DTU環保監測應用方案

環境監測部門作為國家環境保護係統的技術部門，是環境管理工作的重要（yào）基礎。隨著市民環境意識的增強，越來越多的（de）人開始關心所處環境質量的好壞，要求環境保護（hù）工作透明化；上（shàng）級（jí）主管部門也（yě）需要數（shù）量大、種類發多、更新（xīn）快的信息。所有這一切（qiē），給環境監測部門提出了一個應引起重視的問題：如何建（jiàn）立起實用性強、覆蓋麵廣、靈活性好的環保數（shù）據采集係統，滿足各方麵對環境監測信息的需求。

在環保係統中，常常需要對眾多的汙（wū）染排放點進行實（shí）時監（jiān）測，大部分監測數據（jù）需要實（shí）時（shí）發送到管理中心的後端服務器（qì）進行處理。由於監（jiān）測點分散，分布範圍（wéi）廣，而且大多設置在環境（jìng）較惡劣的地區，通過電話線傳送數據往往事倍功半。通（tōng）過GPRS無線網絡進（jìn）行數據傳輸，成為環保部門選擇的通（tōng）信手（shǒu）段之一。汙染源監（jiān）測設備可將采集（jí）到的汙染數據和告警信（xìn）息通過GPRS網（wǎng）絡及時發送到環保監測部門，實現對排（pái）汙單（dān）位或個人（rén）的及時管理，可以大大提高環保部門的工作效率（lǜ）。

一、市場（chǎng）需（xū）求

某省現（xiàn）已（yǐ）有16個城市的環境監測站及各縣區監測站納入省級監測網，三（sān）級以上環境監測站共102個，監測主要對象是工業"三（sān）廢"的（de）排放及治理情（qíng）況及大氣環境、水環境、噪聲環境等。包括：監測（cè）14個城市的（de）空氣（qì）環（huán）境質量現狀，12條主要（yào）水係、7個主要湖（hú）庫、7個（gè）近岸港灣及16個城市飲用水源的水（shuǐ）質現狀,9個城市的噪聲汙染現狀（zhuàng），並通過綜合指數等（děng）方法進（jìn）行趨勢（shì）分析，最後（hòu）得出（chū）環境質量結論（lùn）。

省環保數據采集係統是一（yī）個（gè）由汙染源排（pái）放監測點和監測中心組（zǔ）成的汙染源監測係統（tǒng）。該係統（tǒng）可對汙染源進行自動采（cǎi）樣、對主要汙染因子進行在線監測；掌（zhǎng）握城市汙染源排放情況（kuàng）及（jí）汙染（rǎn）源排放總（zǒng）量，監測數據自動傳輸到省環（huán）保監測中心；由監測中心的計算機進行數（shù）據匯總、整理和綜合分析；監測信息傳至省環保局，由省環保局對汙染源進行監督管理。

各汙（wū）染源排放監測點安（ān）裝（zhuāng）汙（wū）染源監（jiān）測儀，對汙染源進行監測。監測（cè）中心接收監測點傳輸的監測（cè）信息；並負責（zé）對監測信息進行分類（lèi）、篩選和綜合分析。省環保（bǎo）局作為係統（tǒng）的決策中心，對從監測中心站獲得的監測信息進（jìn）行分析、調研，及時作（zuò）出（chū）管理決策（cè），增加管理（lǐ）力度。

目前（qián），省環（huán）保監測站與各采集（jí）點之間的數（shù）據通信主要采用手工抄錄或PSTN電話線傳輸。采用電話線傳（chuán）輸數據時，由於每次撥號都需要等待，速度慢，而且費用也較高。同時，由於各監控點分布範圍廣、數量多、距離遠，個別點還地處偏僻，因此需申請很多電話線，而且有些監控點有（yǒu）線線路難以到達。

而GPRS數據傳輸（shū）具有速度快、分布範圍廣、使用費用低的特（tè）點，其傳輸速度理論（lùn）上最高可達171.2kb/s，實際平均數速度可達30kb/s字節（jiē）/秒。與有線通訊方式相比，采用GPRS無線通信方式則（zé）顯得非常（cháng）靈活，它具有（yǒu）組網靈活、擴展容易、運行費用（yòng）低投，維護簡單、性價比高等優點因此，目前正考慮（lǜ）采用（yòng）GPRS無線傳輸方式解（jiě）決汙染源監測數（shù）據的實時傳（chuán）輸問題。

二、方案優點

中國移動GPRS係統可提供（gòng）廣域的無線IP連接。在（zài）移動通信公司的GPRS業務平台上構建環保信息采集傳輸係統，實現環保信息采集點的無線數據傳輸具有可充分利用現（xiàn）有網絡，縮短建設周（zhōu）期（qī），降（jiàng）低（dī）建設成本的優點，而且設備安裝（zhuāng）方便、維護簡單。經過比較分析，我們選擇中國移動的（de）GPRS係統作為環保信息采集傳輸係統的數據通信平台。

GPRS無（wú）線環保汙染源在線監控係統（GPRS DTU）具備如（rú）下特點：

A、可靠性高：與SMS短信息方式相比（bǐ），GPRS DTU采用麵向連接的TCP協議通（tōng）信，避免了數據包丟失的現象，保證（zhèng）數據可靠傳輸。中心可以與多（duō）個監測點同時進行數據傳輸，互不幹擾。GPRS網絡本身具備完（wán）善的頻分複用機製，並具備極強（qiáng）的抗幹擾性能，完全避（bì）免了傳（chuán）統數傳電台的多機頻段“碰撞”現象。

B、實時性（xìng）強：GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸（shū）時延小（xiǎo），並（bìng）支（zhī）持多點（diǎn）同（tóng）時傳（chuán）輸，因此GPRS DTU監（jiān）測數據中心可以多（duō）個監測點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足係統對數據采集和傳輸實（shí）時性的要求。目前GPRS實際（jì）數據傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足係統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求（qiú）。

C、監控範圍廣：GPRS網絡已經實現全國範圍內覆蓋，並且擴容（róng）無限製，接入地點無限製，能滿足山區、鄉鎮（zhèn）和跨地區的（de）接入需求。由於環保信息采集點數量眾多，分布在全省範（fàn）圍內（nèi），部分環保信息采（cǎi）集點位於偏僻地區，而且地理位置分散。因此（cǐ）采用GPRS網絡是其（qí）理想的選擇（zé）。

D、係統建設成（chéng）本低：由於采用GPRS公網平（píng）台，無需建（jiàn）設網絡，隻需（xū）安裝設備（bèi）就即可，建設成本低（dī）；也免去了（le）網（wǎng）絡維（wéi）護費用。

E、係統運營成本低：采用GPRS公網（wǎng）通信，全國（guó）範圍內均按統一費率計費，省去昂貴的漫遊費用, GPRS網絡可按數據實際通信流量計費，(1分-3分/1K字（zì）節（jiē）)，也可以按包月（yuè）不限流量收（shōu）費，從而實現（xiàn）了係統的低成本（běn）通信。

F、可對各監測點儀器設備進行控製：通過GPRS DTU數據監（jiān）控中心，可實現對現場設備的遠程控製（zhì），例如：遠程開關控製，遠程複位控製，遠程狀態查詢，遠程參數配置，遠程固件升級等（děng）。

G、係統的傳（chuán）輸（shū）容量，擴容性能好：環保（bǎo）中心（xīn）站（zhàn）要和每一個環保信息采集點實現（xiàn）實時連接。由於環保（bǎo）信息采集點數量眾多，係統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技（jì）術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；由於係（xì）統采用（yòng）成熟的TCP/IP通（tōng）信架構，具備良好的擴展性能，一個監控中心可輕鬆支持幾千（qiān）個現場采集點的通（tōng）信接（jiē）入。

H、GPRS傳（chuán）輸功耗小，適合野外（wài）供電環境：雖然與遠在千裏的數據中心進行雙向通信，GPRS數傳設備在（zài）工作時卻隻需與附近的移動（dòng）基站（zhàn）通信即可,其整（zhěng）體功耗與一台普通GSM手機相當（dāng）, 平均功耗（hào）僅為200毫瓦左右（yòu），比傳統數傳電（diàn）台小得多（duō）。因此GPRS傳輸（shū）方式非（fēi）常適合在野外使用太陽（yáng）能供（gòng）電（diàn）或蓄電池供電的場合下使用（yòng）。

3、解決方案介紹（shào）

由於GPRS通（tōng）信是基於IP地址的數據分組通信網絡，因此監測中心計算機需要一個（gè）固定的IP地址或固定的域（yù）名，各個數據采集點采用（yòng）GPRS模（mó）塊通過IP地址（zhǐ）或域名來訪問（wèn）該（gāi）主機，從而（ér）進（jìn）行數據通信。

（一）係統（tǒng）組成

(1)、環保信息采集點：

現場監控點通過環保數據（jù）采集器自動采集汙染源（yuán）信息，通過RS232或（huò）RS485接口與GPRS DTU終端（duān）相連，環保數據采集器采集到（dào）的數據通過GPRS 數據傳輸（shū）終端的內置嵌入式（shì）處理器對數據進行處理、協議封裝後發送（sòng）到GPRS無線網絡。

(2)、監控中心：

a）公網接入方案

服務器采用公網方式（shì）接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬（kuān）帶上網等，申（shēn）請公（gōng）網固定IP地址；可以實現中小容量（liàng）的數據采集應（yīng）用（yòng）。

b）專網接入方案

服務器采用省移動通信公司提供的DDN專線, 申請配置固定IP地址（zhǐ），與GPRS網絡相（xiàng）連。由於DDN專線可提供較高的帶寬，當環保信息采（cǎi）集點數量增加，中心不用擴容即可（kě）滿（mǎn）足需求，可實現大容量數據采集應用。

監（jiān）控中（zhōng）心RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據後先進行AAA認證，後傳送到監控中心（xīn）計算機主機，通過係統軟件對數據進行還原顯示，並進行數據處理，這樣進（jìn）一步增強了係統數據通信安全性能。

3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡（luò）：

現場監控點采集的數據經（jīng）GPRS/GSM網絡空中接口功能模（mó）塊同時對數據（jù）進行解（jiě）碼處理，轉換成在公網數據傳（chuán）送的格式（shì），通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最（zuì）終傳送到監控中心IP地址。

（二）係統（tǒng）方案

各監控點使用GPRS DTU透明數據傳輸終端，通過移動GPRS網絡與監控中（zhōng）心相連。各汙染源數據采集（jí）點使用移動通信公司的GPRS普通數據卡或APN專用數據（jù）卡，同時（shí）監控中心對各點（diǎn）GPRS終端編號進（jìn）行登記, 並（bìng）與采（cǎi）集（jí）點信息進行關聯，以便識別和維護處理。信息采集中心運行監控係統軟件，實（shí）時采集環保信息數據。

凡省環保局授權的信息采（cǎi）集（jí）點均可以使用本係統：

1、環保信息采集點必須（xū）使用移動統一的APN卡，用戶使用本卡隻能用於與環（huán）保站（zhàn）數據通信功能（néng）。

2、終端設（shè）備使用北京（jīng）禹風時代信（xìn）息（xī）技術有限公司提供的GPRS DTU移動數據（jù）通信終端。

3、用戶登記：符合省級環保局的（de）規定。

（三）產品（pǐn）特性

本係統采（cǎi）用EC2161係列GPRS無線數據傳輸終端。產品基於中國移動的GPRS網絡，具有高性（xìng）能、高（gāo）可靠及抗幹擾能力強（qiáng）等特點，提供標準232數據接口可直接（jiē）與計（jì）算機、單片機係（xì）統、RTU測控終（zhōng）端、PLC、GPS接收機、數據集中器等連接，傳輸速率達171Kbps，具有遠程診斷、測試、監管（guǎn）功能（néng），滿足各行業調（diào）度或（huò）控製中心與眾多遠（yuǎn）端站之間的數據采集和控製。

1、支持GSM/GPRS 900／1800／1900MHz三頻

2、符（fú）合ETSI GSM Phase 2+標準

3、提供RS232接口（kǒu）

4、係統理論傳輸速率171Kbps，實（shí）際傳輸速率40Kbps。

5、支持透明數據傳（chuán）輸、數據終端永（yǒng）遠在線或工作模式選擇

6、支持中心為固定（dìng）IP或動態數據中心域名

7、支持APN數據專網業務

8、支（zhī）持自動心跳（tiào），保持永久在線

9、心跳報告時間間隔用戶可自行設定

10、支持近端/遠程配置與維護

11、短信息服（fú）務，支（zhī）持PDU和BLOCK模式

12、全部采用工業接口

13、整機低功耗技術，在線（xiàn）待機電（diàn）流<20mA

14、先進的電源技術，輸入電壓範圍寬

15、內置防浪湧、防過流設計

16、硬件看門狗設計，防止死機

17、優化電磁兼容（róng）設計，適合電磁環境（jìng）惡劣和要求較高的應用需求

18、適應低（dī）溫、高溫等特殊（shū）工作環境

19、 安裝（zhuāng）靈（líng）活、使用方便、可靠。

（四）安全措施（shī）

由於環保數據采（cǎi）集係（xì）統（tǒng）的特殊性，本（běn）係統需要極高的係統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自係（xì）統內外的有意（yì）和無意的破環，網絡安全防護措（cuò）施包括（kuò）信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火牆等。穩定是指係（xì）統能夠7×24小（xiǎo）時不間斷運行（háng），即使出現硬件和軟件故障，係統也不能中斷運行。

數據中心可通過公網接（jiē）入,或者到（dào）移動專網接入，采用公網接入方（fāng）式成本比較（jiào）低，企業不用租用專線，而使用（yòng）數據專線接入時，GPRS DTU數據傳輸設備要經過（guò）Radius服務器的認證, 整個數據傳送過程得到了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。

1、APN數（shù）據專網模（mó）式：企業內部網絡中配置APN服務器（qì），移動終（zhōng）端使用APN數據專網，由於采用數據專網,服務器與公（gōng）網Internet隔離,可以有效避免非法入侵。

2、用SIM卡的唯一性（xìng），對用戶SIM卡手機號（hào）碼進行鑒別授權，在網絡側對SIM卡號（hào）和APN進行綁定，劃定用戶可接入某係統的範圍,隻有屬於指定行業的SIM卡手機（jī）號才能訪問專用APN，移動終端與數據中心采用（yòng）中國移動分（fèn）配的專門的APN進行無線（xiàn）網絡接入，普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的APN。

3、可（kě）以為每個GPRS DTU數據（jù）傳設備單獨配置ID號和密碼，通過數據中心（xīn）在（zài）其登陸時進行應用層（céng）認證，其他沒有數據中心分（fèn）配的ID號和密碼的GPRS的設備將無法登錄進入係統，係（xì）統的安全性進一（yī）步增強。

4、數據加密：可對整個數據傳送過程進行加密保護。

5、網絡接（jiē）入安全鑒定機製：采用防火牆軟件，設置（zhì）網絡（luò）鑒權和安全防範功能，保障係統安全。

四、結論

數據中心采用有線方式，租用靜態（tài）IP目前費（fèi）用約800~1500元/月。采集點采用GPRS無線方式，流量費用目前有包月製和按數據量兩種收費方式，按（àn）流量計算0.01元-0.03元/KB，而包月製5元/月有30M流量（liàng），可滿足環保局目前（qián）環保數據采集係（xì）統的實際數據（jù）量，估計日後其費用會（huì）逐步（bù）降低。

對於環保局等用戶來說（shuō），由（yóu）於通信費用較低，享受（shòu）到了實惠。另外，由於（yú）接（jiē）入設備（bèi）可以移動（dòng），當環保觀測站和環保信息采集（jí）點搬遷時設備可隨之遷移並可繼續使用，可以保（bǎo）護用戶原有（yǒu）投資，適合於環保采集工作的特點。

因此, 采用GPRS構建環保數據采集係統，不僅能很（hěn）好地滿足環保（bǎo）信息采集的（de）需求（qiú），而且，做為網絡運營商（shāng）的移動（dòng）通信公司也（yě）將因此獲得業務穩定的集團用戶，隨著用戶（hù）數量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調動了運營商的積極性，符合（hé）網絡（luò）建設和網絡應用同步發展的要求。