環(huán)境監(jiān)測部門作為國家環(huán)境保護系統(tǒng)的技術(shù)部門,，是環(huán)境管理工作的重要基礎,。隨著市民環(huán)境意識的增強,，越來越多的人開始關心所處環(huán)境質(zhì)量的好壞,，要求環(huán)境保護工作透明化,；上級主管部門也需要數(shù)量大,、種類多,、更新快的信息,。所有這一切，給環(huán)境監(jiān)測部門提出了一個應引起重視的問題：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" title="數(shù)據(jù)采集">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,。
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器進行處理,。由于監(jiān)測點分散,，分布范圍廣，而且大多設置在環(huán)境較惡劣的地區(qū),，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半,。通過GPRS無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，成為環(huán)保部門選擇的通信手段之一,。污染源監(jiān)測設備可將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息通過GPRS網(wǎng)絡及時發(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,、項目需求
某省現(xiàn)已有18個城市的環(huán)境監(jiān)測站及各縣區(qū)監(jiān)測站納入省級監(jiān)測網(wǎng),，三級以上環(huán)境監(jiān)測站共182個，監(jiān)測主要對象是工業(yè)'三廢'的排放及治理情況及大氣環(huán)境,、水環(huán)境,、噪聲環(huán)境等。包括：監(jiān)測15個城市的空氣環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀,，10條主要水系,、6個主要湖庫、5個近岸港灣及18個城市飲用水源的水質(zhì)現(xiàn)狀,9個城市的噪聲污染現(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。
省環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)" title="數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)">數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個由污染源排放監(jiān)測點和監(jiān)測中心" title="監(jiān)測中心">監(jiān)測中心組成的污染源監(jiān)測系統(tǒng),。該系統(tǒng)可對污染源進行自動采樣,、對主要污染因子進行在線監(jiān)測；掌握城市污染源排放情況及污染源排放總量,，監(jiān)測數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)绞…h(huán)保監(jiān)測中心,；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,；監(jiān)測信息傳至省環(huán)保局,，由省環(huán)保局對污染源進行監(jiān)督管理。
目前,，各污染源排放監(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。省環(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,，增加管理力度,。
目前，省環(huán)保監(jiān)測中心(站)與各采集點之間的數(shù)據(jù)通信主要采用手工抄錄或PSTN電話線傳輸,。采用電話線傳輸數(shù)據(jù)時,，由于每次撥號都需要等待，速度慢，而且費用也較高,。同時,，由于各監(jiān)控點分布范圍廣、數(shù)量多,、距離遠，個別點還地處偏僻,，因此需申請很多電話線,，而且有些監(jiān)控點有線線路難以到達。
GPRS具有速度快,、使用費用低的特點,，其傳輸速度可達115.2kb/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,，目前的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)已采用GPRS無線傳輸與PSTN相結(jié)合的方式解決污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸問題。 新建的監(jiān)測點采用GPRS方式進行數(shù)據(jù)傳輸,，老的監(jiān)測點逐漸改造,，以提高實時性和降低通信費用。
當然,，用GPRS或PSTN進行數(shù)據(jù)傳輸僅僅是現(xiàn)場監(jiān)測站的功能之一,，它僅僅解決了數(shù)據(jù)的傳輸問題，而數(shù)據(jù)采集,、存儲,、顯示及部分設備的啟停控制則需要“環(huán)保數(shù)據(jù)采集儀”來完成,。
二．環(huán)保數(shù)據(jù)采集儀的組成
北京鼎升力創(chuàng)研發(fā)生產(chǎn)的“環(huán)保數(shù)據(jù)采集儀”包含以下幾個部分：
1．8.4”TFT液晶屏,、5線電阻式觸摸屏
2．低功耗、嵌入式X86 CPU
3．4個RS-232/RS-485串口,、1個USB接口,、1個100M網(wǎng)口
4．1塊GPRS通訊模塊
5．4路光隔離D/I、5路繼電器D/O,、8路16位A/D
6．運行Windows XPE嵌入式操作系統(tǒng)
此儀器可通過GPRS,、PSTN及Internet進行數(shù)據(jù)傳輸
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三、方案優(yōu)點
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)務平臺上構(gòu)建環(huán)保信息采集" title="信息采集">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,，縮短建設周期，降低建設成本的優(yōu)點,，而且設備安裝方便,、維護簡單。經(jīng)過比較分析,，我們選擇中國移動的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,。
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：
與短消息服務比較,，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,。
2,、可對各監(jiān)測點儀器設備進行遠程控制：
通過GPRS雙向系統(tǒng)還可實現(xiàn)對儀器設備進行反向控制，如：時間校正,、狀態(tài)報告,、開關等控制功能，并可進行系統(tǒng)遠程在線升級,。
3,、建設成本少低：
由于采用GPRS公網(wǎng)平臺，無需建設網(wǎng)絡,，只需安裝好設備就可以,，建設成本低；
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,、具有良好的可擴性：
由于目前GSM/GPRS網(wǎng)絡已覆蓋省內(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" title="傳輸速率">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,。
8,、通信費用低：
采用包月計費方式，運營成本低,。
四,、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，監(jiān)測中心計算機主機配置固定的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,。
（一）系統(tǒng)組成
1、環(huán)保信息采集點：
現(xiàn)場監(jiān)控點通過數(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、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM絡,。
2,、監(jiān)控中心：
服務器申請配置固定IP地址，采用省移動通信公司提供的DDN專線,，與GPRS網(wǎng)絡相連,。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當環(huán)保信息采集點數(shù)量增加,，中心不用擴容即可滿足需求,。
監(jiān)控中心RADIUS服務器接受到GPRS網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)后先進行AAA認證，后傳送到監(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。
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3,、GPRS/GSM移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡：
現(xiàn)場監(jiān)控點采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡空中接口功能模塊同時對數(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)絡進行傳輸，最終傳送到監(jiān)控中心IP地址,。
（二）系統(tǒng)方案
各監(jiān)控點使用GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端,，通過移動GPRS網(wǎng)絡與監(jiān)控中心相連。各污染源數(shù)據(jù)采集點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,，實現(xiàn)信息采集點24小時傳送采集的環(huán)保信息數(shù)據(jù)。
凡省環(huán)保局授權(quán)的信息采集點均可以使用本系統(tǒng)：
1,、環(huán)保信息采集點必須使用移動統(tǒng)一的STK卡,，用戶使用本卡只能用于與環(huán)保站數(shù)據(jù)通信功能。
2,、終端設備使用北京鼎升力創(chuàng)技術(shù)有限公司提供的GPRS DTU移動數(shù)據(jù)通信終端,。
3、用戶登記：符合省級環(huán)保局的規(guī)定,。
（三）產(chǎn)品特性
系統(tǒng)采用GPRS DTU無線透明數(shù)據(jù)傳輸終端,。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡，具有高性能,、高可靠及抗干擾能力強等特點,，提供標準RS-232/RS-485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，滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠端站之間的數(shù)據(jù)采集和控制,。
1,、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
2,、接口： RS232,、RS485、TTL,。
3,、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps,，實際傳輸速率40Kbps。
4,、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系統(tǒng),。
5、透明數(shù)據(jù)傳輸：GPRS DTU內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議,，為用戶的數(shù)據(jù)設備提供透明傳輸通道,；
6、自動撥號連接：GPRU DTU可配置上電自動撥號上網(wǎng),、連接網(wǎng)絡,，同時支持用戶端發(fā)起命令連接或遠程喚醒連接；
7,、短信息備用數(shù)據(jù)通道：在GPRS網(wǎng)絡無法連接時可啟用短信作為備用數(shù)據(jù)傳輸通道,；
8、短信息遠程維護功能,；
9,、實時監(jiān)測網(wǎng)絡連接情況，掉線自動重撥功能,；
10、提供主副IP及動態(tài)域名解析,；
11,、心跳報告時間間隔用戶可設定；
12,、數(shù)據(jù)通信幀長度用戶可設定,；
13、支持VPN安全功能,。
14,、安裝靈活、使用方便,、可靠,。
（四）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,。 數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng),，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線,，還可以利舊使用原有的VPN設備,，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式,，客戶端在連接應用服務器前,，要經(jīng)過Radius服務器的認證整個數(shù)據(jù)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(wǎng)絡服務質(zhì)量,。另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式,，租用專線接入到移動公司的GGSN設備上,，這種成本高，安全性高,、穩(wěn)定可靠,。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)絡中配置VPN服務器,，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)絡接入安全鑒定機制：采用防火墻軟件，設置網(wǎng)絡鑒權(quán)和安全防范功能,，保障系統(tǒng)安全,。
五、結(jié)論
采用有線方式,，租用靜態(tài)IP目前費用比較高約800~1500元/月,。采用GPRS無線方式，系統(tǒng)流量費用目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費方式,，按流量計算0.03元K,，而包月制20元/月有1024 kBytes流量，可滿足省環(huán)保局目前環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實際數(shù)據(jù)量,，估計日后其費用會逐步降低,。對于環(huán)保局等用戶來說，由于通信費用較低,，享受到了實惠,。另外，由于接入設備可以移動,，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,。
采用GPRS構(gòu)建環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，不僅能很好地滿足環(huán)保信息采集的需求,，而且,，做為網(wǎng)絡運營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務穩(wěn)定的集團用戶，隨著用戶數(shù)量的增加,，移動通信公司的營收也隨之增加,，調(diào)動了運營商的積極性，符合網(wǎng)絡建設和網(wǎng)絡應用同步發(fā)展的要求,。