環(huán)境監(jiān)測部門作為國家環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)部門，是環(huán)境管理工作的重要基礎(chǔ)。隨著市民環(huán)境意識的增強(qiáng)，越來越多的人開始關(guān)心所處環(huán)境質(zhì)量的好壞，要求環(huán)境保護(hù)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(yīng)引起重視的問題：如何建立起實用性強(qiáng)、覆蓋面廣、靈活性好的環(huán)保數(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(diǎn)進(jìn)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(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測點(diǎn)分散，分布范圍廣，而且大多設(shè)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(luò)進(jìn)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(shè)備可將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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)是一個由污染源排放監(jiān)測點(diǎn)和監(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(jìn)行自動采樣、對主要污染因子進(jìn)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(jī)進(jìn)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(jìn)行監(jiān)督管理。
目前，各污染源排放監(jiān)測點(diǎn)安裝污染源監(jiān)測儀，對污染源進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測中心接收監(jiān)測點(diǎn)傳輸?shù)谋O(jiān)測信息；并負(fù)責(zé)對監(jiān)測信息進(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(fèi)用也較高。同時，由于各監(jiān)控點(diǎn)分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，個別點(diǎn)還地處偏僻，因此需申請很多電話線，而且有些監(jiān)控點(diǎn)有線線路難以到達(dá)。
GPRS具有速度快、使用費(fèi)用低的特點(diǎn)，其傳輸速度可達(dá)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(kuò)展容易、運(yùn)行費(fèi)用低投，維護(hù)簡單、性價比高等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)采用GPRS方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，老的監(jiān)測點(diǎn)逐漸改造，以提高實時性和降低通信費(fèi)用。
當(dāng)然，用GPRS或PSTN進(jìn)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(shè)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(yùn)行Windows XPE嵌入式操作系統(tǒng)
此儀器可通過GPRS、PSTN及Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸

三、方案優(yōu)點(diǎn)
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(wù)平臺上構(gòu)建環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)保信息采集點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)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(diǎn)：
1、實時性強(qiáng)：
與短消息服務(wù)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(diǎn)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(diǎn)儀器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制：
通過GPRS雙向系統(tǒng)還可實現(xiàn)對儀器設(shè)備進(jìn)行反向控制，如：時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)等控制功能，并可進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程在線升級。
3、建設(shè)成本少低：
由于采用GPRS公網(wǎng)平臺，無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只需安裝好設(shè)備就可以，建設(shè)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(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)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(diǎn)數(shù)量眾多，分布在全省范圍內(nèi)，部分環(huán)保信息采集點(diǎn)位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。
5、具有良好的可擴(kuò)性：
由于目前GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)實現(xiàn)實時連接。由于環(huán)保信息采集點(diǎn)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(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s，目前GPRS實際數(shù)據(jù)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(fèi)用低：
采用包月計費(fèi)方式，運(yùn)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(luò)，監(jiān)測中心計算機(jī)主機(jī)配置固定的IP地址，各個數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采用GPRS模塊和該主機(jī)進(jìn)行通信。
（一）系統(tǒng)組成
1、環(huán)保信息采集點(diǎn)：
現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)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(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)。
2、監(jiān)控中心：
服務(wù)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(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當(dāng)環(huán)保信息采集點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。
監(jiān)控中心RADIUS服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后先進(jìn)行AAA認(rèn)證，后傳送到監(jiān)控中心計算機(jī)主機(jī)，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3、GPRS/GSM移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：
現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時對數(shù)據(jù)進(jìn)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(luò)進(jìn)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(diǎn)使用GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端，通過移動GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連。各污染源數(shù)據(jù)采集點(diǎn)使用移動通信公司統(tǒng)一的STK卡，同時監(jiān)控中心對各點(diǎn)進(jìn)行登記，保存相關(guān)資料以便識別和維護(hù)處理。各信息采集點(diǎn)運(yùn)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(diǎn)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(diǎn)均可以使用本系統(tǒng)：
1、環(huán)保信息采集點(diǎn)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(shè)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(luò)，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，提供標(biāo)準(zhǔn)RS-232/RS-485接口可直接與計算機(jī)、RTU、PLC、GPS接收機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)據(jù)終端等連接，傳輸速率達(dá)171Kbps，具有遠(yuǎn)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(yuǎn)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(shè)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(luò)，同時支持用戶端發(fā)起命令連接或遠(yuǎn)程喚醒連接；
7、短信息備用數(shù)據(jù)通道：在GPRS網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)程維護(hù)功能；
9、實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)連接情況，掉線自動重?fù)芄δ埽?
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(shè)定；
12、數(shù)據(jù)通信幀長度用戶可設(shè)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(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)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(shè)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(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認(rèn)證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護(hù)，安全性比較高，可充分保障速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(shè)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(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)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(luò)中配置VPN服務(wù)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(jìn)行隔離，可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)，有效避免非法入侵。
2、用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機(jī)號碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進(jìn)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(jī)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(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)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(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。
4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)。
5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)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(fèi)用比較高約800~1500元/月。采用GPRS無線方式，系統(tǒng)流量費(fèi)用目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費(fèi)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(fèi)用會逐步降低。對于環(huán)保局等用戶來說，由于通信費(fèi)用較低，享受到了實惠。另外，由于接入設(shè)備可以移動，當(dāng)環(huán)保觀測站和環(huán)保信息采集點(diǎn)搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護(hù)用戶原有投資，適合于環(huán)保采集工作的特點(diǎn)。
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(luò)運(yùn)營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團(tuán)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(yùn)營商的積極性，符合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同步發(fā)展的要求。