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關鍵字：GPRS DTU；DTU
環境監測部門作為國家環境保護系統的技術部門，是環境管理工作的重要基礎。隨着市民環境意識的增強，越來越多的人開始關心所處環境質量的好坏，要求環境保護工作透明化；上級主管部門也需要數量大、種類發多、更新快的信息。所有這一切，給環境監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、靈活性好的環保數據採集系統，滿足各方面對環境監測信息的需求。
在環保系統中，常常需要對眾多的污染排放點進行實時監測，大部分監測數據需要實時發送到管理中心的后端服務器進行處理。由於監測點分散，分布範圍廣，而且大多設置在環境較惡劣的地區，通過電話線傳送數據往往事倍功半。通過GPRS無線網絡進行數據傳輸，成為環保部門選擇的通信手段之一。污染源監測設備可將採集到的污染數據和告警信息通過GPRS網絡及時發送到環保監測部門，實現對排污單位或個人的及時管理，可以大大提高環保部門的工作效率。
一、項目需求 某省現已有16個城市的環境監測站及各縣區監測站納入省級監測網，三級以上環境監測站共102個，監測主要對象是工業"三廢"的排放及治理情況及大氣環境、水環境、噪聲環境等。包括：監測14個城市的空氣環境質量現狀，12條主要水系、7個主要湖庫、7個近岸港灣及16個城市飲用水源的水質現狀,9個城市的噪聲污染現狀，並通過綜合指數等方法進行趨勢分析， 得出環境質量結論。 省環保數據採集系統是一個由污染源排放監測點和監測中心組成的污染源監測系統。該系統可對污染源進行自動采樣、對主要污染因子進行在線監測；掌握城市污染源排放情況及污染源排放總量，監測數據自動傳輸到省環保監測中心；由監測中心的計算機進行數據匯總、整理和綜合分析；監測信息傳至省環保局，由省環保局對污染源進行監督管理。 各污染源排放監測點安裝污染源監測儀，對污染源進行監測。監測中心接收監測點傳輸的監測信息；並負責對監測信息進行分類、篩選和綜合分析。省環保局作為系統的決策中心，對從監測中心站獲得的監測信息進行分析、調研，及時作出管理決策，增加管理力度。 目前，省環保監測站與各採集點之間的數據通信主要採用手工抄錄或PSTN電話線傳輸。採用電話線傳輸數據時，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，而且有些監控點有線線路難以到達。 而GPRS數據傳輸具有速度快、分布範圍廣、使用費用低的特點，其傳輸速度理論上 可達171.2kb/s，實際平均數速度可達30kb/s字節/秒。與有線通訊方式相比，採用GPRS無線通信方式則顯得非常靈活，它具有組網靈活、擴展容易、運行費用低投，維護簡單、性價比高等優點因此，目前正考慮採用GPRS無線傳輸方式解決污染源監測數據的實時傳輸問題。
二、方案優點 中國移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建環保信息採集傳輸系統，實現環保信息採集點的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設週期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統作為環保信息採集傳輸系統的數據通信平台。 GPRS無線環保污染源在線監控系統具備如下特點： 1、可靠性高： 與SMS短信息方式相比，GPRS DTU採用面向連接的TCP協議通信，避免了數據包丟失的現象，保証數據可靠傳輸。中心可以與多個監測點同時進行數據傳輸，互不干擾。GPRS網絡本身具備完善的頻分復用機制，並具備極強的抗干擾性能，完全避免了傳統數傳電台的多機頻段“碰撞”現象。
2、實時性強： GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸時延小，並支持多點同時傳輸，因此GPRS監測數據中心可以多個監測點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足系統對數據採集和傳輸實時性的要求。目前GPRS實際數據傳輸速率在30Kbps左右，完全能滿足系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
3、監控範圍廣： GPRS網絡已經實現全國範圍內覆蓋，並且擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由於環保信息採集點數量眾多，分布在全省範圍內，部分環保信息採集點位於偏僻地區，而且地理位置分散。因此採用GPRS網絡是其理想的選擇。
4、系統建設成本低： 由於採用GPRS公網平台，無需建設網絡，只需安裝設備就即可，建設成本低；也免去了網絡維護費用。 5、系統運營成本低： 採用GPRS公網通信，全國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字節)，也可以按包月不限流量收費，從而實現了系統的低成本通信。
6、可對各監測點儀器設備進行控制： 通過GPRS數據監控中心，可實現對現場設備的遠程控制，例如：遠程開關控制，遠程復位控制，遠程狀態查詢，遠程參數配置，遠程固件升級等。 7、系統的傳輸容量，擴容性能好： 環保中心站要和每一個環保信息採集點實現實時連接。由於環保信息採集點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；由於系統採用成熟的TCP/IP通信架構，具備良好的擴展性能，一個監控中心可輕鬆支持几千個現場採集點的通信接入。 8、GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環境： 雖然與遠在千里的數據中心進行雙向通信，GPRS數傳設備在工作時卻只需與附近的移動基站通信即可,其整體功耗與一台普通GSM手機相當, 平均功耗僅為200毫瓦左右，比傳統數傳電台小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合下使用。
三 解決方案介紹 由於GPRS通信是基於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固定的IP地址或固定的域名，各個數據採集點採用GPRS模塊通過IP地址或域名來訪問該主機，從而進行數據通信。
（一）系統組成 1、環保信息採集點： 現場監控點通過環保數據採集器自動採集污染源信息，通過RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連，環保數據採集器採集到的數據通過GPRS DTU終端的內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到GPRS無線網絡。 2、監控中心： 公網接入方案:
服務器採用公網方式接入Internet，如ADSL撥號/電信專線寬帶上網等，申請公網固定IP地址；可以實現中小容量的數據採集應用。 專網接入方案:
服務器採用省移動通信公司提供的DDN專線, 申請配置固定IP地址，與GPRS網絡相連。由於DDN專線可提供較高的帶寬，當環保信息採集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求，可實現大容量數據採集應用。
監控中心RADIUS服務器接受到GPRS網絡傳來的數據后 行AAA認証，后傳送到監控中心計算機主機，通過系統軟件對數據進行還原顯示，並進行數據處理，這樣進一步增強了系統數據通信安全性能。 3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡： 現場監控點採集的數據經GPRS/GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。（二）系統方案
各監控點使用GPRS透明數據傳輸終端，通過移動GPRS網絡與監控中心相連。各污染源數據採集點使用移動通信公司的GPRS普通數據卡或APN專用數據卡，同時監控中心對各點GPRS終端編號進行登記, 並與採集點信息進行關聯，以便識別和維護處理。信息採集中心運行監控系統軟件，實時採集環保信息數據。 凡省環保局授權的信息採集點均可以使用本系統： 1、環保信息採集點必須使用移動統一的APN卡，用戶使用本卡只能用於與環保站數據通信功能。 2、終端設備使用成都眾山科技有限公司提供的GPRS移動數據通信終端。 3、用戶登記：符合省級環保局的規定。（三）產品特性
系統採用ZSD3120 GPRS DTU無線透明數據傳輸終端。產品基於中國移動的GPRS網絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準RS232/RS485接口, 可直接與PC、單片機系統、RTU測控終端、PLC、GPS接收機、數據集中器等連接，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控制中心與眾多遠端站點之間的數據採集和控制。 1、內置TCP/IP協議棧，針對GPRS網絡優化 2、提供GPRS無線數據雙向傳輸功能 3、提供RS232/RS485/RS422接口 4、符合ETSI GSM Phase 2+標準 5、支持自動心跳，保持 在線 6、透明數據傳輸：為用戶的數據設備提供雙向100K大容量數據緩衝區，支持大數據包傳輸 7、自動撥號連接：DTU上電自動撥號上網、連接網絡，支持用戶端發起命令連接或遠程喚醒連接 8、提供短信通道，內置Unicode國際編碼轉換表 9、支持遠程短信/電話喚醒 10、實時監測網絡連接情況，掉線自動重撥功能 11、支持中心為固定IP或動態域名 12、心跳報告時間間隔用戶可設定 13、支持點對點、點對多點、多點對多點對等 數據傳輸 14、支持APN數據專網業務 15、安裝靈活、使用方便、可靠 16、支持多數據中心，自動切換 17、適應低溫和高溫工作環境 18、EMC抗干擾設計，適合電磁惡劣環境應用 19、復合式看門狗技術，永不當機 20、整機低功耗技術，在線待機電流<20mA（四）安全措施
由于环保数据采集系统的特殊性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。 数据中心可通过公网接入,或者到移动专网接入，采用公网接入方式成本比较低，企业不用租用专线，而使用数据专线接入时，GPRS数据传输设备要经过Radius服务器的认证, 整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。 1、APN数据专网模式：企业内部网络中配置APN服务器，移动终端使用APN数据专网，由于采用数据专网,服务器与公网Internet隔离,可以有效避免非法入侵。 2、用SIM卡的 性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。 3、可以为每个GPRS数据传设备单独配置 DTU ID号和密码，通过数据中心在其登陆时进行应用层认证，其他没有数据中心分配的DTU ID号和密码的GPRS的设备将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。 4、数据加密：可对整个数据传送过程进行加密保护。 5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。
四 结论
数据中心采用有线方式，租用静态IP目前费用约800~1500元/月。采集点采用GPRS无线方式，流量费用目前有包月制和按数据量两种收费方式，按流量计算0.01元-0.03元/KB，而包月制20元/月有1024KB流量，可满足环保局目前环保数据采集系统的实际数据量，估计日后其费用会逐步降低。
资料来源：[众山科技] http://www.zstel.com
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