基于 GPRS DTU 环保环境监测应用方案 环境监测部门作为国家环境保护系统的技术部门，是环境管理工作的重要基础。随着市民 环境意识的增强，越来越多的人开始关心所处环境质量的好坏，要求环境保护工作透明化； 上级主 管部门也需要数量大、种类发多、更新快的信息。所有这一切，给环境监测部门提出了一个应引 起重视的问题：如何建立起实用性强、覆盖面广、灵活性好的环保数据采集系统， 满足各方面对 环境监测信息的需求。 在环保系统中，常常需要对众多的污染排放点进行实时监测，大部分监测数据需要实时发 送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较 恶劣的地区，通过电话线传送数据往往事倍功半。通过 GPRS 无线网络进行数据传输， 成为 环保部门选择的通信手段之一。污染源监测设备可将采集到的污染数据和告警信息通过GPRS 网 络及时发送到环保监测部门，实现对排污单位或个人的及时管理，可以大大提高环保部门的工 作效率。 一、市场需求 某省现已有 16 个城市的环境监测站及各县区监测站纳入省级监测网，三级以上环境监 测站共 102 个，监测主要对象是工业"三废"的排放及治理情况及大气环境、水环境、噪声环 境等。包括：监测 14 个城市的空气环境质量现状，12 条主要水系、7 个主要湖库、7 个近 岸港湾及 16 个城市饮用水源的水质现状,9 个城市的噪声污染现状，并通过综合指数等方法 进行趋势分析，最后得出环境质量结论。 省环保数据采集系统是一个由污染源排放监测点和监测中心组成的污染源监测系统。该系 统可对污染源进行自动采样、对主要污染因子进行在线监测；掌握城市污染源排放情况及污染源 排放总量，监测数据自动传输到省环保监测中心；由监测中心的计算机进行数据汇总、整理和综合 分析；监测信息传至省环保局，由省环保局对污染源进行监督管理。 各污染源排放监测点安装污染源监测仪，对污染源进行监测。监测中心接收监测点传输的监 测信息；并负责对监测信息进行分类、筛选和综合分析。省环保局作为系统的决策中心， 对从监 测中心站获得的监测信息进行分析、调研，及时作出管理决策，增加管理力度。 目前，省环保监测站与各采集点之间的数据通信主要采用手工抄录或 PSTN 电话线传输。 采用电话线传输数据时，由于每次拨号都需要等待，速度慢，而且费用也较高。同时， 由于 各监控点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此需申请很多电话线， 而且 有些监控点有线线路难以到达。 而 GPRS 数据传输具有速度快、分布范围广、使用费用低的特点，其传输速度理论上最高 可达 171.2kb/s，实际平均数速度可达 30kb/s 字节/秒。与有线通讯方式相比，采用 GPRS 无 线通信方式则显得非常灵活，它具有组网灵活、扩展容易、运行费用低投，维护简单、性价比 高等优点因此，目前正考虑采用 GPRS 无线传输方式解决污染源监测数据的实时传输问题。 二、方案优点 中国移动 GPRS 系统可提供广域的无线 IP 连接。在移动通信公司的 GPRS 业务平台上 构建环保信息采集传输系统，实现环保信息采集点的无线数据传输具有可充分利用现有网络， 缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。经过比较分析， 我们 选择中国移动的 GPRS 系统作为环保信息采集传输系统的数据通信平台。 GPRS 无线环保污染源在线监控系统（GPRS DTU）具备如下特点： A、可靠性高：与 SMS 短信息方式相比，GPRS DTU 采用面向连接的 TCP 协议通信， 避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输， 互不干扰。GPRS 网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了 传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。 B、实时性强：GPRS 具有实时在线的特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输， 因此 GPRS DTU 监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满 足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS 实际数据传输速率在 30Kbps 左右，完 全能满足系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。 C、监控范围广：GPRS 网络已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入地点无 限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于环保信息采集点数量众多，分布在全省范 围内，部分环保信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。因此采用 GPRS 网络是其理想 的选择。 D、系统建设成本低：由于采用 GPRS 公网平台，无需建设网络，只需安装设备就即可， 建设成本低；也免去了网络维护费用。 E、系统运营成本低：采用GPRS 公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵 的漫游费用, GPRS 网络可按数据实际通信流量计费，(1 分-3 分/1K 字节)，也可以按包月不 限流量收费，从而实现了系统的低成本通信。 F、可对各监测点仪器设备进行控制：通过 GPRS DTU 数据监控中心，可实现对现场设 备的远程控制，例如：远程开关控制，远程复位控制，远程状态查询，远程参数配置，远程固 件升级等。 G、系统的传输容量，扩容性能好：环保中心站要和每一个环保信息采集点实现实时连接。 由于环保信息采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而 GPRS 技术能很好 地满足传输突发性数据的需要；由于系统采用成熟的TCP/IP 通信架构，具备良好的扩展性 能，一个监控中心可轻松支持几千个现场采集点的通信接入。 H、GPRS 传输功耗小，适合野外供电环境：虽然与远在千里的数据中心进行双向通信， GPRS 数传设备在工作时却只需与附近的移动基站通信即可,其整体功耗与一台普通GSM 手机 相当, 平均功耗仅为 200 毫瓦左右，比传统数传电台小得多。因此GPRS 传输方式非常适合在 野外使用太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。 3、解决方案介绍 由于 GPRS 通信是基于 IP 地址的数据分组通信网络，因此监测中心计算机需要一个固 定 的 IP 地址或固定的域名，各个数据采集点采用 GPRS 模块通过 IP 地址或域名来访问该主 机，从而进行数据通信。 （一）系统组成 (1) 、环保信息采集点： 现场监控点通过环保数据采集器自动采集污染源信息，通过 RS232 或 RS485 接口与 GPRS DTU 终端相连，环保数据采集器采集到的数据通过 GPRS 数据传输终端的内置嵌入 式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到 GPRS 无线网络。 (2) 、监控中心： a）公网接入方案 服务器采用公网方式接入 Internet，如 ADSL 拨号/电信专线宽带上网等，申请公网固定 IP 地址；可以实现中小容量的数据采集应用。 b）专网接入方案 服务器采用省移动通信公司提供的 DDN 专线, 申请配置固定 IP 地址，与 GPRS 网络相 连。由于DDN 专线可提供较高的带宽，当环保信息采集点数量增加，中心不用扩容即可满 足需求，可实现大容量数据采集应用。 监控中心 RADIUS 服务器接受到 GPRS 网络传来的数据后先进行 AAA 认证，后传送到 监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理，这样进一步增强 了系统数据通信安全性能。 3、GPRS/GSM 移动数据传输网络： 现场监控点采集的数据经 GPRS/GSM 网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处 理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的 GPRS 无线数据网络进行传输，最终传 送到监控中心IP 地址。 （二）系统方案 各监控点使用 GPRS DTU 透明数据传输终端，通过移动 GPRS 网络与监控中心相连。 各污染源数据采集点使用移动通信公司的 GPRS 普通数据卡或 APN 专用数据卡，同时监控 中心对各点 GPRS 终端编号进行登记, 并与采集点信息进行关联，以便识别和维护处理。信 息采集中心运行监控系统软件，实时采集环保信息数据。 凡省环保局授权的信息采集点均可以使用本系统： 1、环保信息采集点必须使用移动统一的 APN 卡，用户使用本卡只能用于与环保站数据通 信功能。 2、终端设备使用北京禹风时代信息技术有限公司提供的 GPRS DTU 移动数据通信终 端。 3、用户登记：符合省级环保局的规定。 （三）产品特性 本系统采用 EC2161 系 列 GPRS 无线数据传输终端。产品基于中国移动的 GPRS 网络， 具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准 232 数据接口可直接与计算机、单片机 系统、RTU 测控终端、PLC、GPS 接收机、数据集中器等连接，传输速率达 171Kbps，具有远 程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站之间的数据采集和控制。 1、支持 GSM/GPRS 900／1800／1900MHz 三频 2、符合 ETSI GSM Phase 2+标准 3、提供 RS232 接口 4、系统理论传输速率 171Kbps，实际传输速率 40Kbps。 5、支持透明数据传输、数据终端永远在线或工作模式选择 6、支持中心为固定 IP 或动态数据中心域名 7、支持 APN 数据专网业务 8、支持自动心跳，保持永久在线 9、心跳报告时间间隔用户可自行设定 10、支持近端/远程配置与维护 11、短信息服务，支持PDU 和BLOCK 模式 12、全部采用工业接口 13、整机低功耗技术，在线待机电流<20mA 14、先进的电源技术，输入电压范围宽 15、内置防浪涌、防过流设计 16、硬件看门狗设计，防止死机 17、优化电磁兼容设计，适合电磁环境恶劣和要求较高的应用需求 18、适应低温、高温等特殊工作环境 19、 安装灵活、使用方便、可靠。 （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 DTU 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 卡的唯一性，对用户 SIM 卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对 SIM