1 概述

隨著工業(yè)化和城市化建設(shè)的發(fā)展，各種工廠及汽車等急速增長，工廠、汽車等排出的廢氣嚴重污染了大氣，對人類的生活產(chǎn)生了極大的危害(圖1)。世界各國對此表現(xiàn)出極大的重視，提出了各種保護環(huán)境的倡議并制定了各種環(huán)境保護的法律法規(guī)。

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護工作的重要組成部分，是環(huán)境管理的基礎(chǔ)和技術(shù)支持。隨著我國工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展，環(huán)境保護也相應(yīng)大力發(fā)展起來，這樣就迫切需要加快全國環(huán)境管理基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，提高環(huán)境監(jiān)測能力和環(huán)境監(jiān)督執(zhí)法水平。

我國目前絕大部分地區(qū)依然采用人工采樣和實驗室分析為主的大氣監(jiān)測手段，這種方式不能及時、準確地監(jiān)測到污染物的實時排放情況，使得環(huán)境監(jiān)管人員很難在短時間內(nèi)摸清所有污染區(qū)的實際情況，使有些企業(yè)得以偷排、漏排污染物。另外對各種突發(fā)性污染源及污染現(xiàn)場，也不能做到即時準確的監(jiān)測和處理。

GPRS通用無線分組業(yè)務(wù)是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供了端到端的、廣域的無線IP連接。GPRS具有永遠在線、傳輸速度快、實時性強、按流量收費等特點，在各種工業(yè)無線監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛。利用GPRS技術(shù)的無線廢氣監(jiān)測系統(tǒng)具有安裝方便、無需鋪設(shè)通信電纜、傳輸距離遠等特點，完全可以取代傳統(tǒng)的廢氣人工采樣監(jiān)測的方式。

2 系統(tǒng)組成

基于GPRS技術(shù)的無線廢氣監(jiān)測系統(tǒng)由氣體監(jiān)測站及監(jiān)控中心組成。氣體監(jiān)測站安裝在各監(jiān)管地點，由氣體監(jiān)測探頭對廢氣進行監(jiān)測，并把廢氣的各種參數(shù)指標通過GPRS模塊發(fā)送到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心對這些數(shù)據(jù)進行備案。對于嚴重超標的監(jiān)測點，氣體監(jiān)測站可直接通過GPRS模塊的短信通道發(fā)送告警短信通知監(jiān)管人員，讓監(jiān)管人員能及時有效地對廢氣超標排放點進行處理及監(jiān)管。

整個無線廢氣監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。

(1)氣體監(jiān)測站。氣體監(jiān)測站由氣體監(jiān)測探頭、用戶系統(tǒng)板、GPRS模塊等組成。氣體監(jiān)測站能連續(xù)自動地監(jiān)測空氣中的煙塵、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、一氧化碳、氧氣等濃度，把廢氣的監(jiān)測濃度通過GPRS模塊發(fā)送到環(huán)保監(jiān)測中心，由環(huán)保監(jiān)測中心記錄備案這些監(jiān)測數(shù)據(jù)。氣體監(jiān)測站對這些廢氣濃度值進行分析處理并與設(shè)定的濃度門檻值進行比較，如果監(jiān)測點廢氣濃度長時間處于超標狀態(tài)，氣體監(jiān)測站可通過GPRS模塊的短信通道發(fā)送告警短信給監(jiān)管人員進行短信息告警，監(jiān)管人員在接收到告警短信后能第一時間去廢氣超標點進行處理，減少企業(yè)偷排廢氣等現(xiàn)象。

(2)GPRS DTU。氣體監(jiān)測站使用的通信模塊采用由廣州致遠電子有限公司設(shè)計及生產(chǎn)的一款嵌入式GPRS DTU模塊ZWG-28DP。它具有小巧的體積和靈活的應(yīng)用方式，可以非常方便地嵌入到用戶的設(shè)備中，使用戶的設(shè)備具有GPRS無線通信功能。ZWG-28DP外觀如圖3所示。

ZWG-28DP的功能特征如下：

比名片還小的尺寸（66 mm×48 mm）；支持 SMS、GPRS 兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，通過引腳電平控制或參數(shù)配置；短信收數(shù)時機可控，防止干擾GPRS數(shù)據(jù)；支持5個手機號碼同步發(fā)送短信；支持純英文短信、中英文短信和16進制短信；垃圾短信過濾功能；同時具有配置串口和通信串口；支持備用數(shù)據(jù)中心；支持數(shù)據(jù)中心動態(tài)域名或IP地址訪問；支持APN虛擬專網(wǎng)業(yè)務(wù)；支持斷線自動重連功能；具有連接時機可控功能，節(jié)約流量；支持永遠在線、空閑下線和空閑掉電三種工作方式；支持短信和電話喚醒功能；支持本地和遠程圖形化界面配置與維護；支持短信配置與維護；支持數(shù)據(jù)中心虛擬串口功能，無縫銜接現(xiàn)有上位機軟件；西門子工業(yè)級GPRS模塊；多重軟硬件可靠設(shè)計，復(fù)合式看門狗技術(shù)，使設(shè)備安全運行；可適應(yīng)高溫和低溫工作環(huán)境，溫度范圍-25℃～+70℃。

ZWG-28DP具有三種數(shù)據(jù)傳輸模式，分別是GPRS方式、SMS方式和引腳控制（PIN）方式。GPRS方式為用戶數(shù)據(jù)通過ZWG-28DP模塊的串口使用GPRS通道透明傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心服務(wù)器；SMS方式為用戶數(shù)據(jù)通過ZWG-28DP模塊的串口使用短信通道透明傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心或用戶的手機，最多可同時支持向5個手機號碼發(fā)短信；當選擇引腳控制（PIN）方式時，用戶的CPU通過控制ZWG-28DP的GPRS/SMS選擇引腳（GPRS/SMS_CTR）的高低電平來選擇傳輸方式，高電平時為使用GPRS通道，低電平時為使用SMS通道，而且ZWG-28DP對GPRS和SMS的數(shù)據(jù)分開處理，互相不影響發(fā)送，傳輸過程如圖4所示。

(3)監(jiān)控中心組網(wǎng)實施。監(jiān)控中心由數(shù)據(jù)庫、WEB服務(wù)器及監(jiān)測工作站等組成。監(jiān)測中心通過網(wǎng)絡(luò)接收GPRS模塊發(fā)送過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并把監(jiān)測數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一管理分析，方便環(huán)保監(jiān)管人員調(diào)用數(shù)據(jù)庫查看各監(jiān)管點廢氣的排放情況并對監(jiān)管點做出各種監(jiān)管決策。整個系統(tǒng)采用WEB服務(wù)器的管理方式，無需使用專門的監(jiān)控軟件，監(jiān)管人員可隨時通過監(jiān)測工作站電腦的IE瀏覽器了解各廢氣監(jiān)測點的廢氣排放情況。整個廢氣監(jiān)控系統(tǒng)完全可做到無人職守的方式，比以往人工采集監(jiān)測廢氣的方式大大減少了人力和物力。

由于監(jiān)測站采用了GPRS無線傳輸?shù)姆绞?，監(jiān)控中心服務(wù)器需要接入到網(wǎng)絡(luò)接收來自各氣體監(jiān)測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心可采用兩種方案進行組網(wǎng)。

①監(jiān)測中心使用ADSL的方式接入Internet。這種方案是環(huán)保監(jiān)管部門向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商申請ADSL網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使用固定IP或動態(tài)域名的方式建立服務(wù)器，各氣體監(jiān)測站的GPRS DTU即可通過IP地址或域名的方式登錄數(shù)據(jù)中心服務(wù)器傳送監(jiān)測數(shù)據(jù)。這種方案費用低，操作簡便，性能穩(wěn)定，一般推薦使用這種方案。

②監(jiān)測中心使用APN專線的方式接入網(wǎng)絡(luò)。這種方案不需要把監(jiān)測服務(wù)器接入到Internet，減少了由于Internet公網(wǎng)的復(fù)雜性而出現(xiàn)的黑客攻擊等問題，使用APN專線的方式是監(jiān)測中心服務(wù)器直接通過APN專線接入到移動運營商的網(wǎng)關(guān)，監(jiān)測服務(wù)器與移動運營商網(wǎng)關(guān)之間采用私有IP地址進行廣域連接，移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。這種方案比監(jiān)測中心直接接入Internet要安全，但這種網(wǎng)絡(luò)組建方案比監(jiān)測中心直接使用ADSL接入Internet的費用要高很多。

監(jiān)控中心可根據(jù)具體需求選擇這兩種組網(wǎng)方案。

使用GPRS無線技術(shù)的工業(yè)廢氣監(jiān)測系統(tǒng)，具有安裝簡單，監(jiān)測能力強等特點，大大節(jié)省了環(huán)保監(jiān)管部門的人力和物力，節(jié)約了環(huán)保監(jiān)測成本，并能避免漏檢，杜絕了企業(yè)的偷排偷放等現(xiàn)象，能很好地對廢氣排放監(jiān)管點進行監(jiān)測管理。