粉塵監控系統方案
一、 概述
粉塵是指懸(xuan)浮在(zai)空氣中(zhong)的(de)(de)固體(ti)(ti)微粒，按照國際標準化組織的(de)(de)規(gui)定，粒徑小于75μm的(de)(de)固體(ti)(ti)懸(xuan)浮物定義(yi)為粉塵。粉塵對人類健康有(you)著極(ji)大的(de)(de)危(wei)害，飄逸在(zai)大氣中(zhong)的(de)(de)粉塵往往含有(you)許(xu)多有(you)毒成分，如鉻，錳，鎘(ge)，鉛，汞，砷(shen)等。當(dang)人體(ti)(ti)吸入(ru)粉塵后，小于5μm的(de)(de)微粒，極(ji)易深入(ru)肺部，引(yin)起(qi)(qi)中(zhong)毒性肺炎或矽(xi)肺，有(you)時還會引(yin)起(qi)(qi)肺癌。
隨著(zhu)人們生活水平的(de)提高(gao)，對身(shen)體(ti)(ti)(ti)健康(kang)的(de)關注越來(lai)越高(gao)，人們對于身(shen)體(ti)(ti)(ti)健康(kang)和環境(jing)安(an)全的(de)要求也逐步提高(gao)。如何有效監測并預警粉塵污染(ran)，保障人民的(de)身(shen)體(ti)(ti)(ti)健康(kang)和環境(jing)安(an)全，正(zheng)日益成為一(yi)個突(tu)出的(de)問題，嚴(yan)峻地擺在了人類的(de)面前。
近年來，我國的(de)環境污染監(jian)測工(gong)作(zuo)取得重(zhong)要(yao)進展，隨著(zhu)物聯網理念(nian)的(de)提出與(yu)發展，以(yi)在線自動分析儀器為(wei)(wei)核(he)心，以(yi)移動通訊為(wei)(wei)傳輸媒(mei)介，運用現代(dai)傳感技術(shu)、自動測量技術(shu)、信息(xi)技術(shu)以(yi)及相關的(de)監(jian)控分析軟件(jian)所組成的(de)一(yi)個綜(zong)合性的(de)粉塵監(jian)控系統是重(zhong)要(yao)的(de)發展方(fang)向。
二、項目分析
2.1系統組成
粉塵監(jian)控(kong)(kong)系統主要由(you)三(san)部分組成：粉塵濃度采集終(zhong)端、無線通(tong)訊設備、監(jian)控(kong)(kong)調(diao)度中心。
2.1.1粉塵濃度(du)采集終端
根據粉(fen)塵(chen)檢測的(de)不同場所需求(qiu)，在現場安裝(zhuang)粉(fen)塵(chen)濃(nong)度采(cai)集終(zhong)(zhong)端(duan)(duan)，該終(zhong)(zhong)端(duan)(duan)通(tong)過外置探頭(tou)時(shi)刻感知空氣中懸浮的(de)顆粒物大小(xiao)與含(han)量(liang)，經過終(zhong)(zhong)端(duan)(duan)內部的(de)微電腦激(ji)光原理(li)和靜電交(jiao)流感應原理(li)，實時(shi)將現場粉(fen)塵(chen)濃(nong)度數據采(cai)集到智能監(jian)控終(zhong)(zhong)端(duan)(duan)內。
2.1.2無線通(tong)訊傳輸設備
對于無線通(tong)(tong)訊傳(chuan)輸設(she)備，我們選擇廈門四信通(tong)(tong)信科技有(you)限公司的F2103 IP Modem。該設(she)備采用(yong)RS-232/485接口，金(jin)屬外(wai)殼設(she)計，具有(you)體(ti)積小、功耗低、配置使用(yong)簡單(dan)、即(ji)插(cha)即(ji)用(yong)，支(zhi)(zhi)持主備份(fen)數據通(tong)(tong)道(dao)、并行(xing)多數據通(tong)(tong)道(dao)，實時在線和按需(xu)在線多種工作(zuo)方式，并且(qie)支(zhi)(zhi)持APN網絡接入等功能，不僅可(ke)以保障數據傳(chuan)輸的安(an)全可(ke)靠(kao)，還可(ke)以讓客戶根(gen)據需(xu)要有(you)選擇性的進行(xing)傳(chuan)輸，節省資費。
2.1.3監控調度中(zhong)心
監(jian)控調度中心(xin)主要由(you)中心(xin)服務器(qi)和系統軟件組成，負(fu)責(ze)對現場(chang)各(ge)(ge)個粉(fen)塵濃度采集終端(duan)上傳上來的各(ge)(ge)項粉(fen)塵數據進行分析、存(cun)儲、發布，并對各(ge)(ge)監(jian)測(ce)站點下達各(ge)(ge)種控制(zhi)指令或發布各(ge)(ge)種預警(jing)信息(xi)。
2.2系統構(gou)架(jia)
粉塵濃(nong)度(du)采(cai)(cai)集(ji)終端(duan)(duan)通(tong)過(guo)(guo)RS232/485通(tong)訊(xun)(xun)接(jie)口與(yu)(yu)無線(xian)通(tong)訊(xun)(xun)傳輸設備F2103串口連(lian)接(jie)，監控調(diao)度(du)中(zhong)(zhong)(zhong)心可(ke)以采(cai)(cai)用多種網(wang)(wang)絡連(lian)接(jie)，例如固(gu)定公(gong)網(wang)(wang)IP、移動專(zhuan)網(wang)(wang)APN、ADSL撥(bo)號上網(wang)(wang)等(deng)。無線(xian)通(tong)訊(xun)(xun)傳輸設備F2103通(tong)過(guo)(guo)GPRS網(wang)(wang)絡連(lian)接(jie)到(dao)(dao)遠程數(shu)(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)心服務器(qi)主機(ji)，與(yu)(yu)中(zhong)(zhong)(zhong)心建(jian)立TCP/IP連(lian)接(jie)后開(kai)啟(qi)透明數(shu)(shu)據(ju)通(tong)道(dao)。當粉塵濃(nong)度(du)采(cai)(cai)集(ji)終端(duan)(duan)需(xu)要上報數(shu)(shu)據(ju)的時(shi)(shi)候(hou)將數(shu)(shu)據(ju)直接(jie)送往串口，此時(shi)(shi)F2103會把(ba)串口讀取到(dao)(dao)的數(shu)(shu)據(ju)原封(feng)不動地發送到(dao)(dao)監控調(diao)度(du)中(zhong)(zhong)(zhong)心的服務器(qi)主機(ji)；當監控調(diao)度(du)中(zhong)(zhong)(zhong)心下發的指令或(huo)數(shu)(shu)據(ju)通(tong)過(guo)(guo)通(tong)道(dao)傳送到(dao)(dao)F2103后，F2103通(tong)過(guo)(guo)串口輸出(chu)到(dao)(dao)采(cai)(cai)集(ji)終端(duan)(duan)，從而實現了數(shu)(shu)據(ju)的雙向透明傳輸。
2.3系統功能
1)監控(kong)數據接收、處理：實時監測現場的粉塵濃度、顆粒(li)大小等數據；
2)監控數據(ju)應答、查(cha)詢：定時或人工查(cha)詢監測站點的粉塵濃度及(ji)設備工作(zuo)狀(zhuang)態(tai)；
3)數據庫管理：包(bao)含原始(shi)、歷史、預(yu)報或成果數據庫的形(xing)成、檢索、查(cha)詢等(deng)；
4)數據輸出(chu)：可通過顯(xian)(xian)示器（包括大屏幕顯(xian)(xian)示）、打(da)印機、繪圖(tu)儀(yi)等直觀輸出(chu)粉塵濃度、顆粒(li)大小(xiao)的直方圖(tu)、曲線(xian)圖(tu)、過程(cheng)線(xian)等；
5)粉塵預報及優化調(diao)度(du)：包括(kuo)粉塵預報參數初始化、參數設置或(huo)修改、定(ding)時(shi)預報、脫機估報、優化調(diao)度(du)、成果存(cun)貯與輸出等；
6)聯(lian)網通訊：可(ke)將粉(fen)塵監(jian)測結果接(jie)入局域網或廣域網實(shi)現(xian)數(shu)據共享，可(ke)實(shi)現(xian)多(duo)計算機(ji)的串行通訊，通過電話線即可(ke)實(shi)現(xian)數(shu)據傳輸功能；
7)狀態告警：根據先前設定的告警濃度，可實現自動聲光告警，并可通過電話(hua)線實現電話(hua)語言報警。
三(san)、系統構架實施方案
3.1 粉塵濃度采集終端(duan)與無線通信設備連接
F2103 IP Modem同時(shi)支持RS232/485通訊接(jie)口，粉塵(chen)濃度采(cai)集(ji)終端通過RS232/485與IP Modem進行連接(jie)。
3.2監(jian)控(kong)調度(du)中心網絡接(jie)入分析(xi)
3.2.1 專線接入
監控調度中(zhong)心采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong) APN 專(zhuan)線，所有(you)點(dian)都采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)內網(wang)固定(ding)IP客戶(hu)(hu)(hu)(hu)中(zhong)心通過一條2M APN專(zhuan)線接入移(yi)(yi)動(dong)公司(si)GPRS網(wang)絡，雙方(fang)互聯路(lu)由器(qi)(qi)之(zhi)間采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)私有(you)固定(ding)IP地址進(jin)(jin)(jin)行廣域連(lian)接，在(zai)(zai)(zai)GGSN與移(yi)(yi)動(dong)公司(si)互聯路(lu)由器(qi)(qi)之(zhi)間采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)GRE隧道。為客戶(hu)(hu)(hu)(hu)分配專(zhuan)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)APN，普通用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)不得申請該(gai)APN，只(zhi)有(you)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)GPRS專(zhuan)網(wang)的(de)(de)SIM卡才能(neng)進(jin)(jin)(jin)入專(zhuan)網(wang)APN，防(fang)止其(qi)他非(fei)法(fa)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)的(de)(de)進(jin)(jin)(jin)入。用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)在(zai)(zai)(zai)內部(bu)建立RADIUS服(fu)(fu)務器(qi)(qi)，作為內部(bu)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)接入的(de)(de)遠程(cheng)認(ren)證(zheng)服(fu)(fu)務器(qi)(qi)（或在(zai)(zai)(zai)APN路(lu)由器(qi)(qi)內，啟用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)路(lu)由器(qi)(qi)本地認(ren)證(zheng)功能(neng)），只(zhi)有(you)通過認(ren)證(zheng)的(de)(de)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)才允許(xu)接入。用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)在(zai)(zai)(zai)內部(bu)建立DHCP服(fu)(fu)務器(qi)(qi)（或在(zai)(zai)(zai)APN路(lu)由器(qi)(qi)內，啟用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)DHCP功能(neng)），為通過認(ren)證(zheng)的(de)(de)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)分配用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)(hu)(hu)內部(bu)地址。移(yi)(yi)動(dong)終端(duan)和服(fu)(fu)務器(qi)(qi)平(ping)臺之(zhi)間采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)端(duan)到端(duan)加密(mi)，避免信(xin)息在(zai)(zai)(zai)整個傳輸過程(cheng)中(zhong)可能(neng)的(de)(de)泄漏。雙方(fang)采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)防(fang)火墻進(jin)(jin)(jin)行隔離，并在(zai)(zai)(zai)防(fang)火墻上(shang)進(jin)(jin)(jin)行IP地址和端(duan)口過濾。此種方(fang)案適合(he)于(yu)安全(quan)性要求較高、數據點(dian)比較多、實時(shi)性要求較高的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)環境。在(zai)(zai)(zai)資金允許(xu)的(de)(de)情況(kuang)下該(gai)連(lian)接方(fang)式為最佳組網(wang)方(fang)式。
3.2.2 ADSL撥號連接（動態公(gong)網(wang)IP地址）
監控調(diao)度中心(xin)采用(yong)ADSL等(deng)INTELNET公(gong)網連(lian)(lian)(lian)接(jie)，采用(yong)公(gong)網動態(tai)IP+DNS解析服(fu)務(wu)的。客戶先與 DNS服(fu)務(wu)商聯(lian)系開(kai)通(tong)動態(tai)域名，IP Modem先采用(yong)域名尋址方(fang)式連(lian)(lian)(lian)接(jie)DNS服(fu)務(wu)器，再(zai)由DNS服(fu)務(wu)器找(zhao)到中心(xin)公(gong)網動態(tai)IP，繼而建立連(lian)(lian)(lian)接(jie)。此(ci)(ci)種方(fang)式可以大大節約公(gong)網固(gu)定IP的費用(yong)，但(dan)穩定性(xing)受制于DNS服(fu)務(wu)器的穩定，所以要尋找(zhao)可靠的DNS服(fu)務(wu)商。此(ci)(ci)種連(lian)(lian)(lian)接(jie)方(fang)式適合(he)小(xiao)規模(mo)應用(yong)。
3.2.3 通過固定(ding)公網IP連接
監控調度中(zhong)心采(cai)用ADSL等INTELNET公(gong)網(wang)(wang)(wang)連(lian)接(jie)，采(cai)用公(gong)網(wang)(wang)(wang)固定IP服務的。此(ci)種連(lian)接(jie)方(fang)式先(xian)向INTERNET運營商申請ADSL等寬(kuan)帶業務，中(zhong)心有公(gong)網(wang)(wang)(wang)固定IP的，IP Modem直接(jie)向中(zhong)心發(fa)起(qi)連(lian)接(jie)。該連(lian)接(jie)方(fang)式運行(xing)可靠、穩定，推薦此(ci)種。
3.2.4監控調(diao)度(du)中心軟(ruan)件平臺構建
監控(kong)調(diao)度中(zhong)心(xin)端軟(ruan)件(jian)的(de)(de)構建有多種(zhong)方式(shi)，對(dui)于傳入(ru)數(shu)據(ju)方式(shi)的(de)(de)不同，我們提供(gong)不同的(de)(de)軟(ruan)件(jian)來幫助(zhu)客戶快(kuai)速地實現監控(kong)調(diao)度中(zhong)心(xin)端的(de)(de)數(shu)據(ju)接(jie)收和現場設(she)備(bei)的(de)(de)管(guan)理。目前四(si)信通(tong)信公(gong)司提供(gong)以(yi)下(xia)三種(zhong)方式(shi)的(de)(de)中(zhong)心(xin)接(jie)口：
首先是組(zu)態軟(ruan)(ruan)件(jian)，目前(qian)很多組(zu)態軟(ruan)(ruan)件(jian)廠家(jia)已經集成了(le)廈門(men)四信(xin)通(tong)信(xin)公司的(de)驅動，如易控、力控、亞(ya)控、紫金橋等，客(ke)戶(hu)可(ke)以直接(jie)(jie)配置使用(yong)；其次(ci)對(dui)于原本(ben)是讀取(qu)串口數(shu)據(ju)的(de)程(cheng)序(xu)，提(ti)供一(yi)個(ge)虛(xu)擬(ni)串口軟(ruan)(ruan)件(jian)（TCP2COM）；最后是對(dui)于想開發(fa)自己(ji)獨有的(de)數(shu)據(ju)中心軟(ruan)(ruan)件(jian)的(de)客(ke)戶(hu)，四信(xin)通(tong)信(xin)公司會(hui)提(ti)供一(yi)個(ge)動態鏈接(jie)(jie)庫及數(shu)據(ju)中心測試軟(ruan)(ruan)件(jian)，不僅開放源碼(ma)還全(quan)程(cheng)協助客(ke)戶(hu)進行(xing)自己(ji)數(shu)據(ju)中心軟(ruan)(ruan)件(jian)和功(gong)能的(de)開發(fa)。客(ke)戶(hu)可(ke)以通(tong)過(guo)動態鏈接(jie)(jie)庫快(kuai)速開發(fa)一(yi)個(ge)靈活的(de)、穩定的(de)、功(gong)能齊全(quan)的(de)終(zhong)端(duan)管理(li)和數(shu)據(ju)交互的(de)中心軟(ruan)(ruan)件(jian)。
四、方案特點
1. 粉塵(chen)監控系(xi)統可以遍布于城市的各個角落，尤其是粉塵(chen)污染高發(fa)地(di)段，比如公路(lu)路(lu)口、施工現場或(huo)者水泥生產基地(di)等，采(cai)用GPRS無線遠程監控粉塵(chen)濃度，大(da)(da)大(da)(da)提高了監控效率，同時(shi)也(ye)大(da)(da)大(da)(da)降(jiang)低了維護(hu)成(cheng)本。
2. 粉塵監控系統(tong)分布廣泛，區域間(jian)隔比較(jiao)遠，如果到(dao)(dao)現場對網絡(luo)參(can)(can)數(shu)做(zuo)修改(gai)的(de)話，將(jiang)是一(yi)個浩(hao)大的(de)工程，四信(xin)通信(xin)公司依據人(ren)性化設計可以遠程直接對F2103進行網絡(luo)參(can)(can)數(shu)配置，無需到(dao)(dao)現場做(zuo)參(can)(can)數(shu)修改(gai)，達到(dao)(dao)時間(jian)和人(ren)力的(de)合理利用。
3. 粉塵監控系統一般都是全天24小(xiao)時處于工作狀態，在(zai)設備狀態不正常時可以自我恢復(fu)，廈門(men)(men)四信通(tong)信的F2103采用高性能工業級處理器(qi)以及看門(men)(men)狗等安全機制(zhi)設計，保證(zheng)IP Modem永(yong)遠在(zai)線，即(ji)使(shi)通(tong)信中斷(duan)也會自行(xing)檢測并(bing)自動斷(duan)電重(zhong)啟，保證(zheng)通(tong)信鏈路正常。
4. 隨(sui)著目前城市規模的(de)不(bu)斷擴大，粉塵監控系(xi)(xi)統(tong)也會相應(ying)的(de)增加(jia)，采(cai)用F2103的(de)粉塵監控系(xi)(xi)統(tong)可以隨(sui)時增加(jia)新(xin)的(de)監控站點(dian)，而不(bu)會對現(xian)有(you)的(de)監控系(xi)(xi)統(tong)造成任何影響(xiang)，體現(xian)了系(xi)(xi)統(tong)組網的(de)靈活(huo)性。
5. 廈門(men)四(si)信(xin)(xin)通信(xin)(xin)的(de)F2103 IP Modem采用標準(zhun)的(de)工(gong)業串(chuan)口通信(xin)(xin)，即(ji)插即(ji)用，無(wu)需太多的(de)專業技能和知(zhi)識既(ji)能便(bian)可(ke)很快完成操作(zuo)，且高規格的(de)模具設計，體(ti)積小巧(qiao)、方便(bian)維護。
6. 粉塵監(jian)控系統需由幾個(ge)部門(men)多層管理(li)，廈(sha)門(men)四(si)信通信的(de)F2103采用(yong)多中(zhong)(zhong)心(xin)設(she)計，可同(tong)時設(she)置5個(ge)中(zhong)(zhong)心(xin)以監(jian)控粉塵濃度采集終端，避免因某(mou)個(ge)中(zhong)(zhong)心(xin)網絡(luo)不穩定或者(zhe)關閉(bi)導致無法對(dui)粉塵監(jian)控現場進(jin)行監(jian)控而造成(cheng)安全隱患。
7. 廈門四通通信的F2103設備采用高規格材料選配，可在-25~+65oC、相對濕(shi)度(du) 95%(無凝結)環境下正常工作(zuo)。
8. 廈門四通通信的F2103支持TCP、UDP協(xie)議(yi)(yi)傳輸和自定(ding)義應用協(xie)議(yi)(yi)等多(duo)種(zhong)協(xie)議(yi)(yi)功能，給用戶更多(duo)的選(xuan)擇空間。
9. 廈(sha)門四信通(tong)信提供數據(ju)中心軟(ruan)件的(de)二次開發包和多語(yu)言版本軟(ruan)件源代碼，客戶可根據(ju)自己的(de)需要(yao)進行二次開發，增(zeng)加了客戶使用的(de)靈活性。
五、方案總結
粉(fen)塵監(jian)(jian)控(kong)系統方案在無線通訊網絡的(de)(de)基礎(chu)上進行數據(ju)傳輸，監(jian)(jian)控(kong)調(diao)度中心能(neng)夠實時(shi)、準確(que)地獲(huo)取終(zhong)端監(jian)(jian)控(kong)數據(ju)，經過數據(ju)對比、分析并迅速(su)做出判斷，為有(you)關部門(men)掌握(wo)各地粉(fen)塵污(wu)染狀(zhuang)況提供重要依據(ju)。同時(shi)，有(you)效的(de)(de)監(jian)(jian)測并預警(jing)粉(fen)塵污(wu)染，能(neng)夠保障(zhang)人民的(de)(de)身體(ti)健康和環境安全(quan)，為和諧社會的(de)(de)構建再(zai)添一(yi)份力(li)。
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