張建軍, 殷偉慶, 董錚

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

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新型現(xiàn)場自動監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

張建軍, 殷偉慶, 董錚

(鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

簡述了新型移動監(jiān)測儀器及監(jiān)控系統(tǒng)的意義，介紹了鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站基于業(yè)務(wù)管理平臺建設(shè)的現(xiàn)場自動監(jiān)控系統(tǒng)，詳細(xì)描述了自動監(jiān)控系統(tǒng)各個組成部分及其相關(guān)功能。對于該系統(tǒng)中存在的不足之處，提出了對今后工作的展望。

現(xiàn)場；自動監(jiān)測；監(jiān)測儀器；監(jiān)控系統(tǒng)

環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測作為環(huán)境監(jiān)測工作的重要組成部分，具有時間上的突發(fā)性和地點上的分散性，依靠傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場操作方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展要求，迫切需要引入新的傳輸方式和技術(shù)來完善環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，第一時間為管理層提供現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)。針對傳統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測點位多、數(shù)據(jù)量大、布線繁瑣、傳輸距離長等問題，將移動智能終端模塊植入現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備，通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時處理、傳輸、匯總及監(jiān)測儀器的遠(yuǎn)程控制。新型現(xiàn)場自動監(jiān)控系統(tǒng)的建立，不僅改變了傳統(tǒng)的監(jiān)測工作模式，而且大幅度提高了環(huán)境監(jiān)測人員和管理人員的工作效率。

1 系統(tǒng)構(gòu)建

1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

移動監(jiān)控系統(tǒng)將信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)和計算機技術(shù)有效地綜合運用，通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心管理人員通過中心監(jiān)控系統(tǒng)(PC版)或移動監(jiān)控系統(tǒng)(移動版)實時查看前端設(shè)備的運行情況。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

1.2 硬件配置

1.2.1 平板電腦

由于環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)場自然情況比較復(fù)雜，條件惡劣，這就要求用于現(xiàn)場監(jiān)測的平板電腦具有比較高的穩(wěn)定性和耐用性，能達到防震、防潮、防塵的三防標(biāo)準(zhǔn)，具備較寬的溫度適應(yīng)范圍以及較好的電池續(xù)航能力。另外，除具備數(shù)據(jù)終端常規(guī)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程存儲、3G通訊功能外，還應(yīng)具有現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測管理設(shè)計的功能，例如，需具備藍(lán)牙、wifi、高清攝像頭、GPS等功能。

1.2.2 移動監(jiān)測儀器

移動監(jiān)測儀器由各種現(xiàn)場傳感器、智能樣品采集器和通訊微工作站三部分組成?，F(xiàn)場傳感器由風(fēng)向、風(fēng)速、溫濕度、氣壓、雨量、噪聲、圖像等組成；智能樣品采集器則負(fù)責(zé)水、氣等環(huán)境要素監(jiān)測的樣品更換和采集；通訊微工作站安裝有經(jīng)過剪裁的Windows server 操作系統(tǒng)，內(nèi)嵌3G通訊模塊和各種控制類協(xié)議，支持監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳和下載、監(jiān)測儀器控制、查看現(xiàn)場監(jiān)測儀器狀態(tài)等功能。儀器的采樣頻次和時間間隔，遠(yuǎn)程啟停，儀器復(fù)位，定時自動清洗等操作均可通過平板電腦遠(yuǎn)程操作完成，從而達到真正實現(xiàn)監(jiān)控工作自動化的效果。

圖1 網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)

1.3 軟件配置

1.3.1 系統(tǒng)流程

以鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站的現(xiàn)有業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、移動平臺為基礎(chǔ)，主要操作流程為：

(1)任務(wù)分配人員通過業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)發(fā)布監(jiān)測任務(wù)，質(zhì)量管理系統(tǒng)根據(jù)發(fā)布的監(jiān)測任務(wù)同步下達質(zhì)控任務(wù)，現(xiàn)場監(jiān)測人員通過平板電腦無線上網(wǎng)登錄業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)服務(wù)器，獲得最終監(jiān)測(質(zhì)控)任務(wù)及電子原始記錄；(2)監(jiān)測人員將監(jiān)測儀器布置至現(xiàn)場環(huán)境，樣品裝載完畢后開機初始化，查看微工作站及連接服務(wù)器狀態(tài)情況，調(diào)試正常后監(jiān)測人員即可離開；(3)現(xiàn)場負(fù)責(zé)人通過平板電腦查看各現(xiàn)場監(jiān)測儀器狀態(tài)，分別將監(jiān)測任務(wù)指令下達到各臺儀器，監(jiān)測儀器根據(jù)獲取的監(jiān)測指令自動完成樣品采集及數(shù)據(jù)的傳送。管理人員可在辦公室通過業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)閱現(xiàn)場第一時間上傳的報表及數(shù)據(jù)，用于對現(xiàn)場監(jiān)測的質(zhì)量管理及后期使用。系統(tǒng)流程如圖2所示。

1.3.2 微工作站功能

安裝在現(xiàn)場監(jiān)測儀器上的微工作站可實現(xiàn)的功能包括：系統(tǒng)配置、儀器控制、指令接收、儀器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)上傳等，如圖3所示。系統(tǒng)配置：儀器參數(shù)配置、驅(qū)動安裝、修改密碼等功能；儀器控制：開關(guān)機設(shè)置和自動采集樣品控制；指令接收：通過3G網(wǎng)絡(luò)接收平板電腦和服務(wù)器發(fā)出的操作指令；數(shù)據(jù)采集：采集現(xiàn)場監(jiān)測儀器傳感器及分析數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲：在微工作站存儲采集的現(xiàn)場參數(shù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)查詢：提供平板電腦和服務(wù)器終端用戶的查詢?nèi)肟?；?shù)據(jù)上傳：微工作站將各種監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳回服務(wù)器，系統(tǒng)根據(jù)平板電腦及服務(wù)器終端用戶的權(quán)限下載監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖2 現(xiàn)場自動監(jiān)控系統(tǒng)流程

圖3 微工作站功能

1.3.3 監(jiān)控系統(tǒng)工作內(nèi)容

移動監(jiān)測儀器(前端)將前端設(shè)備儀器上的數(shù)據(jù)按照一定的格式轉(zhuǎn)換后發(fā)送給中心監(jiān)控管理系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)傳輸包括：自動傳輸(每10 min發(fā)出一次)和手動傳輸(接收到中心指令后傳輸)。中心監(jiān)控管理系統(tǒng)(服務(wù)端)負(fù)責(zé)接收前端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息并存儲，并對數(shù)據(jù)訪問權(quán)限及安全功能進行管理，如發(fā)現(xiàn)異常可向前端設(shè)備發(fā)送監(jiān)控命令指令，控制前端設(shè)備工作執(zhí)行新的指令。實時監(jiān)控數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢、參數(shù)設(shè)置及控制、定位標(biāo)注等功能。

2 系統(tǒng)應(yīng)用及效果

2.1 系統(tǒng)應(yīng)用

現(xiàn)場自動監(jiān)控系統(tǒng)是應(yīng)用計算機技術(shù)、自動化、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進技術(shù)，對廢水、廢氣、空氣等各種環(huán)境污染指標(biāo)實施不間斷的隨機監(jiān)測，并將采集到的自動監(jiān)測數(shù)據(jù)分別傳送到監(jiān)測中心進行數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)，最終生成各種發(fā)布數(shù)據(jù)。它采用主動和被動交互數(shù)據(jù)傳輸方式，利用監(jiān)測儀器及現(xiàn)場攝像等設(shè)備，實現(xiàn)對污染源的實時監(jiān)測、監(jiān)控，并完成各個監(jiān)測點位的數(shù)據(jù)收集、整理、保存、顯示。環(huán)保監(jiān)測人員只要利用手中的平板電腦直接定位到區(qū)域內(nèi)的污染源企業(yè)，看到其總排污口信息、排污流向、影響區(qū)域等情況，形成工業(yè)企業(yè)與環(huán)境保護部門兩者互動的環(huán)境監(jiān)督管理網(wǎng)絡(luò)。

2.2 設(shè)備支持

目前通過3G網(wǎng)絡(luò)采集到數(shù)據(jù)的儀器主要包括：煙塵煙氣儀、中流量大氣采樣器、噪聲統(tǒng)計分析儀、水質(zhì)采樣分析儀等儀器，對于未包含在內(nèi)的監(jiān)測儀器可根據(jù)儀器的協(xié)議，開發(fā)相關(guān)驅(qū)動程序，安裝到微工作站電腦中，完成數(shù)據(jù)的采集工作，服務(wù)器根據(jù)程序中預(yù)先設(shè)定的公式將傳回的監(jiān)測數(shù)據(jù)自動計算生成需要的結(jié)果。

2.3 儀器先進性及應(yīng)用討論

新型現(xiàn)場監(jiān)測儀器的使用，監(jiān)測人員只需將移動監(jiān)測儀器布置到現(xiàn)場，將樣品吸收管(瓶)裝載及連接電源后，開機調(diào)試與服務(wù)器的連接，接收正常后即可離開，每天只需一個現(xiàn)場監(jiān)測人員負(fù)責(zé)巡視所有監(jiān)測儀器，用戶可以迅速方便地對戶外噪聲進行自動監(jiān)測，無需人值守，無需擔(dān)心刮風(fēng)下雨。這種監(jiān)測模式的使用，提高了現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入和處理的效率，節(jié)約了工作時間。

2.4 整體實用性討論

現(xiàn)場選取環(huán)評和竣工驗收現(xiàn)狀監(jiān)測進行測試，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測方案，設(shè)置了若干環(huán)境空氣、噪聲敏感點和廢水監(jiān)測點，以往現(xiàn)場監(jiān)測每個監(jiān)測點必須安排一個監(jiān)測人員，根據(jù)監(jiān)測頻次和生產(chǎn)周期要求更換采樣管(瓶)及聲級計的起停，連續(xù)多天，勢必會造成人力資源的浪費。為此，鎮(zhèn)江市站首先針對鎮(zhèn)江12家國家重點監(jiān)控企業(yè)和17家污水處理廠的每月例行監(jiān)測進行了測試，目前每月只需安排一個監(jiān)測人員將采集的個別現(xiàn)場無法分析的水(氣)樣帶回實驗室進行分析，極大地節(jié)省人力物力，加快了報告生成和數(shù)據(jù)上報速度。

2.5 數(shù)據(jù)質(zhì)量保證

監(jiān)測人員可以通過訪問業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)服務(wù)器，調(diào)閱實時的電子原始記錄，對相應(yīng)的監(jiān)測結(jié)果予以判斷，及時對現(xiàn)場監(jiān)測工作進行指導(dǎo)和遠(yuǎn)程質(zhì)量控制，上傳的數(shù)據(jù)后期可直接與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)無縫對接，并生成監(jiān)測報告。質(zhì)量管理人員可以通過訪問業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，第一時間瀏覽到現(xiàn)場遠(yuǎn)程傳輸回來的實時現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過對現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的審閱，相關(guān)技術(shù)人員可判斷儀器工作狀態(tài)的正常性、監(jiān)測結(jié)果的合理性與代表性，實現(xiàn)異地對監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量管理與質(zhì)量控制，提高了監(jiān)測效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率。

3 問題討論

該系統(tǒng)實現(xiàn)了現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時處理、傳輸、匯總及監(jiān)測儀器的遠(yuǎn)程控制，但由于技術(shù)的限制，還存在一些局限性和需要改進的地方，要使整個系統(tǒng)功能完善還需要更多的研究和工作，包括：

(1)環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)場及個別企業(yè)由于各種原因，在監(jiān)測點附近布置了較為復(fù)雜的電源線路，容易和周邊生產(chǎn)環(huán)境共同作用形成干擾源，影響了數(shù)據(jù)傳送和接收無線信號傳輸。因此，需進一步改進設(shè)計，解決干擾問題，避免傳輸異常數(shù)據(jù)及失去對儀器的控制和喚醒。

(2)目前環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)使用的是3G網(wǎng)絡(luò)，隨著4G技術(shù)的發(fā)展及其覆蓋網(wǎng)絡(luò)范圍的日益擴大，在今后的環(huán)境監(jiān)測中采用4G傳輸?shù)姆绞街档酶由钊胙芯俊?G技術(shù)與WLAN融合則形成第五代移動通信技術(shù)，提供高達1Gbps的上網(wǎng)速度，更符合實時在線監(jiān)測的運用需求。

(3)現(xiàn)有移動監(jiān)測儀器目前只能對部分監(jiān)測項目進行檢測，其余監(jiān)測項目仍需將樣品帶回實驗室分析。

(4)不同廠商產(chǎn)品接口不統(tǒng)一，給數(shù)據(jù)整合帶來一定的困難，需要軟件人員破解儀器廠家提供的部分通訊協(xié)議。

(5)移動監(jiān)測儀器和監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)投入較大，需得到主要領(lǐng)導(dǎo)和大量經(jīng)費的支持。

4 結(jié)語

新型現(xiàn)場自動監(jiān)測儀器及監(jiān)控系統(tǒng)的使用，可以改變傳統(tǒng)的監(jiān)測工作模式，大幅度提高環(huán)境監(jiān)測人員和管理人員的工作效率，提升現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性和準(zhǔn)確性，減少人為工作失誤，使環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測工作走“無紙化、無線化”之路，加快環(huán)保工作的數(shù)字化進程。未來，通過該系統(tǒng)的逐漸推廣使用，系統(tǒng)的功能和性能將會逐漸完善，成為環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測人員不可或缺的得力助手。

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The Construction and Application of Novel Field Automatic Monitoring System

ZHANG Jian-jun , YIN Wei-qing, DONG Zheng

(ZhenjiangEnvironmentalMonitoringCentralStation,Zhenjiang,Jiangsu212001,China)

This paper described the significance of automatic monitoring system, and components and functions of the system, which was based on the business management platform in Zhenjiang environmental monitoring system. However, this system still has some shortcomings, and some advice has been put forward.

Field; Automatic monitoring; Monitoring instrument; Monitoring system

2014-04-11；

2014-09-02

張建軍(1972—)，男，高級工程師，本科，從事環(huán)境監(jiān)測工作。

X85

B

1674-6732(2015)01-0026-04