童碧云

摘 要：飲用水安全現(xiàn)已成為制約社會發(fā)展的重要因素，加強(qiáng)水源地水質(zhì)監(jiān)控力度勢在必行，然而目前偏遠(yuǎn)水源地的水質(zhì)監(jiān)控技術(shù)仍存在部署成本高、及時(shí)響應(yīng)困難等問題。該文在分析現(xiàn)有水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)通信傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上，介紹了基于3G MODEM的水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案及短信通信控制方案，并結(jié)合同類實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的類似應(yīng)用，提出本系統(tǒng)在偏遠(yuǎn)水源地水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用可能。

關(guān)鍵詞：3G MODEM 水質(zhì)監(jiān)測 遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號：P33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（a）-0031-02

1 問題的提出

我國水資源總量大約為2.8萬億 m3，居世界第六位；但是人均占有量僅為2240 m3，在世界銀行連續(xù)統(tǒng)計(jì)的153個(gè)國家中居第88位。我國的水資源現(xiàn)狀不僅人均占有量低，還存在地區(qū)分布不平衡、水體污染日益加重、城市缺水情況凸顯等問題。尤其是近年來很多地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和過度開發(fā)的加劇，加重了局部水資源的負(fù)荷，也加劇了水源地的污染。水污染問題已經(jīng)成為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的最重要制約因素之一，已經(jīng)引起國家和地方政府的高度重視[1-2]。因此，各地在治理水污染的同時(shí)，逐漸加強(qiáng)了對水源地水質(zhì)的監(jiān)測力度。

傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測工作以人工現(xiàn)場采樣、實(shí)驗(yàn)室儀器分析為主。隨著當(dāng)今政府和企業(yè)對水環(huán)境管理要求的提高，水質(zhì)在線自動監(jiān)測成為相關(guān)的熱點(diǎn)。通用的水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)一般是通過各類水質(zhì)監(jiān)測儀/數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，然后將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心服務(wù)器，由監(jiān)控中心對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，得出水污染的綜合指標(biāo)和趨勢。

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)可快速而準(zhǔn)確地獲得水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。自動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，有助于水利及環(huán)保部門建立大范圍的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，以確定目標(biāo)區(qū)域的污染狀況和發(fā)展趨勢。隨著監(jiān)測技術(shù)和儀器儀表工業(yè)的發(fā)展，水質(zhì)監(jiān)測工作更開始向自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化為主的監(jiān)測方向發(fā)展[3-6]。

但是目前的水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)往往在監(jiān)控中心和現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備之間建立穩(wěn)定的通信網(wǎng)絡(luò)，而這對于很多偏遠(yuǎn)的小型水源地的監(jiān)測來說卻是難以實(shí)現(xiàn)，鋪設(shè)較長的網(wǎng)絡(luò)線路包括各種網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備或者直接采用無線通信方式，在實(shí)際應(yīng)用中往往因地理環(huán)境的因素限制是不現(xiàn)實(shí)的或者代價(jià)過高的。因此，該文提出了一種基于工業(yè)級3G MODEM的水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要以一種替代的方案解決了通用的水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的通信傳輸問題。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

針對上述的背景描述及需求分析，結(jié)合具體實(shí)踐，該文認(rèn)為水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)在偏遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用，可采取如下方案：

（1）偏遠(yuǎn)地區(qū)水源地的污染一般是一個(gè)長期的過程，受到突發(fā)式污染的概率比較小，因此對于水質(zhì)監(jiān)測的實(shí)時(shí)性要求并不高。在這樣的情況下，可以在數(shù)據(jù)采集部分增加大容量的存儲器，實(shí)時(shí)存儲采樣檢測后的數(shù)據(jù)，并在固定時(shí)間內(nèi)由專門工作人員現(xiàn)場拷貝提取，再導(dǎo)入到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫；

（2）在現(xiàn)場檢測部分增加控制模塊，設(shè)置各類指標(biāo)的閾值范圍。當(dāng)控制模塊檢測到數(shù)據(jù)采集儀采集到的數(shù)據(jù)不在相應(yīng)指標(biāo)的閾值范圍內(nèi)時(shí)，將該信息以事先設(shè)定好的格式和內(nèi)容轉(zhuǎn)換成短信的方式通過3G MODEM進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸；

（3）設(shè)定固定的間隔時(shí)間，控制模將各種水質(zhì)檢測儀/數(shù)據(jù)采集儀間隔時(shí)間點(diǎn)的設(shè)備狀態(tài)信息，以事先設(shè)定好的格式和內(nèi)容轉(zhuǎn)換成短信的方式通過3G MODEM進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸；

（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的3G MODEM接收到短信后發(fā)送到控制模塊，按照約定的格式解析成相應(yīng)的信息，例如：污染指標(biāo)情況、水質(zhì)檢測儀/數(shù)據(jù)采集儀設(shè)備狀態(tài)情況等；

（5）遠(yuǎn)程監(jiān)控中心將傳統(tǒng)的控制命令（控制信號/數(shù)據(jù)）通過控制模塊轉(zhuǎn)換成短信的形式，并通過3G MODEM進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，水質(zhì)檢測儀/數(shù)據(jù)采集儀通過3G MODEM收到短信后，發(fā)送到控制模塊，按照程序約定的格式解析成設(shè)備的控制信號，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制開機(jī)、關(guān)機(jī)、重啟等。其中，現(xiàn)場檢測部分控制模塊的處理流程圖如圖1所示。

基于上述方案，本文提出了基于3G MODEM的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2可見，整個(gè)系統(tǒng)包括控制中心和現(xiàn)場檢測兩個(gè)部分，兩端通過3G無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡單的短信通信。其中控制中心主要包含各類數(shù)據(jù)分析和管理模塊，實(shí)現(xiàn)對水源地現(xiàn)場的設(shè)備和水質(zhì)狀況進(jìn)行分析，并能夠接受突發(fā)情況產(chǎn)生告警信息；現(xiàn)場檢測部分大多與傳統(tǒng)的水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)一樣，通過水源地檢測點(diǎn)取樣，經(jīng)過各種檢測設(shè)備檢測后將數(shù)據(jù)通過控制模塊存儲到存儲設(shè)備中，并將水質(zhì)指標(biāo)的異常情況和設(shè)備的異常情況，通過短信發(fā)送到控制中心。

本系統(tǒng)采用的工業(yè)級3G MODEM是一款基于CDMA2000 1X EV-DO的短信平臺，內(nèi)嵌工業(yè)級3G無線模塊，具有RS232標(biāo)準(zhǔn)接口，能夠直接與用戶設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)短消息收發(fā)功能。

3 短信通信控制

本系統(tǒng)的核心在于控制中心和現(xiàn)場檢測設(shè)備之間，在控制模塊的管理下通過3G MODEM進(jìn)行交互，以短信的方式實(shí)現(xiàn)控制中心和現(xiàn)場檢測設(shè)備之間的必要通信。短信的傳輸過程是由3G MODEM設(shè)備接入3G無線網(wǎng)絡(luò)自動實(shí)現(xiàn)的功能，而本系統(tǒng)主要是要解決控制模塊對3G MODEM的控制過程，也就是說由控制模塊來控制短信的收發(fā)，這是由控制模塊調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)AT命令來實(shí)現(xiàn)的。

短信通信控制主要完成短信的發(fā)送和接收，以及消息的組裝、編碼和解析。下面主要以短信發(fā)送為例來介紹控制模塊如何驅(qū)動3G MODEM完成短信發(fā)送的功能。發(fā)送短信一般要經(jīng)過啟動端口、建立串口連接、短息編碼、發(fā)送“發(fā)送短信”命令和關(guān)閉端口等動作。啟動端口一般通過SerialPort類來實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵代碼如下。

portld=CommPortldentifier.getPortIdentifier（“com1”）； //設(shè)置串口名稱為com1endprint