地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理

王 東 張永輝

摘要:為實(shí)現(xiàn)水利及環(huán)保部門對(duì)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)字化管理需要,提出了利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理。文章結(jié)合實(shí)際軟件系統(tǒng)的應(yīng)用,重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理,以及在比較不同通訊方式后選用GSM短信息通訊的可行性和優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞:地表水水質(zhì);自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng);遠(yuǎn)程管理;GSM

中圖分類號(hào):X832文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)21-0111-03

地表水水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一套以在線自動(dòng)分析儀器為核心,運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的一個(gè)綜合性的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系。

一套完整的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能連續(xù)、及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)目標(biāo)水域的水質(zhì)及其變化狀況。中心控制室要想及時(shí)獲得遠(yuǎn)程水質(zhì)自動(dòng)站的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),采集歷史水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并統(tǒng)計(jì)、處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),輸出報(bào)表,就需要水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中心站管理軟件通過合適的通訊網(wǎng)絡(luò),對(duì)遠(yuǎn)程水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行及時(shí)綜合的管理。

一、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

一般情況下,一套完整的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由中心站和子站組成。子站由以下幾個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成:采樣系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、水質(zhì)分析儀器系統(tǒng)、子站控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng);中心站即是地表水水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)中心站管理系統(tǒng),它一般由中心軟件數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)采集程序、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)構(gòu)成。

高效可靠的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),須具備四個(gè)要素,即:(1)高質(zhì)量的系統(tǒng)設(shè)備;(2)完備的系統(tǒng)設(shè)計(jì);(3)嚴(yán)格的施工管理;(4)負(fù)責(zé)的運(yùn)行管理。

二、通訊方式的比較

在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,中心站軟件需要通過通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)各子站的實(shí)時(shí)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)傳輸。在建立水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),需要根據(jù)功能需要和實(shí)際條件選用合適的中心站遠(yuǎn)程管理通訊方式。

(一)電話撥號(hào)

電話撥號(hào)通訊方式是目前使用比較廣泛也是比較多的一種遠(yuǎn)程監(jiān)控通訊方式。它是利用現(xiàn)有的有線電話網(wǎng)絡(luò),利用工業(yè)調(diào)制解調(diào)器(MODEM)作為工具,分別在中心站和子站安裝電話線路和MODEM,通過軟件撥號(hào)程序,在中心站和子站間建立載波通訊,實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。這種通訊方式安裝簡(jiǎn)便,建設(shè)費(fèi)用低,只需要普通的電話線路就可以,通訊費(fèi)用適中,同普通電話費(fèi)用,通訊速率一般。缺點(diǎn)是在不易安裝電話線的河流、湖庫(kù)等地實(shí)現(xiàn)起來困難。

(二)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)

在中心站和子站處分別安裝衛(wèi)星通訊設(shè)備,利用衛(wèi)星中轉(zhuǎn),建立子站和中心站的無線通訊網(wǎng)絡(luò)。這種通訊方式初期建設(shè)費(fèi)用高,通訊費(fèi)用也比較高,但是可靠性高,安全保密性好,通訊速率穩(wěn)定,無地域限制。適宜建設(shè)長(zhǎng)期水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、安全保密要求高的情況,且不易安裝有線通訊網(wǎng)絡(luò)的子站現(xiàn)場(chǎng)。

(三)GSM網(wǎng)絡(luò)

主要是利用GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息通訊功能,依托目前的中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通GSM網(wǎng)絡(luò),在中心站和子站分別安裝GSM MODEM,通過發(fā)送短消息實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。該通訊方式安裝方便、配置靈活、無地域限制,適合在野外安裝,通訊費(fèi)用低廉,并且可實(shí)現(xiàn)“隨時(shí)隨地”管理遠(yuǎn)程水質(zhì)自動(dòng)站,如利用手機(jī)管理水質(zhì)自動(dòng)站等。但是該通訊方式數(shù)據(jù)傳輸量有限。

(四)GPRS網(wǎng)絡(luò)

依托中國(guó)移動(dòng)的GSM網(wǎng)絡(luò),在水質(zhì)自動(dòng)站現(xiàn)場(chǎng)安裝GRPS終端,將水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過無線分組交換網(wǎng)傳輸?shù)街行恼?實(shí)現(xiàn)中心站與子站的無線快速通訊。該通訊方式安裝方便,基本無地域限制,適合在野外安裝,通訊費(fèi)用不高,實(shí)時(shí)性好,可滿足要求無線且傳輸數(shù)據(jù)量大的需求,中心站端需要建立“數(shù)據(jù)中心”。

在實(shí)際建立水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過程中,需要根據(jù)實(shí)際情況選取合適的通訊方式,以滿足高效可靠的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理的需要。

三、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中心站軟件

實(shí)施水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè),中心站軟件是一套必不可少的管理工具。要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)目標(biāo)水質(zhì)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控,達(dá)到及時(shí)掌握主要流域重點(diǎn)斷面水體的水質(zhì)狀況、預(yù)警預(yù)報(bào)重大或流域性水質(zhì)污染事故等目的,必須具備配套的、功能完備的管理軟件。

下面就以XHWS90水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中心站軟件為例,介紹如何實(shí)現(xiàn)地表水水質(zhì)自動(dòng)站的遠(yuǎn)程管理。

(一)工作原理與組成

該軟件是基于Windows系列操作系統(tǒng)運(yùn)行的,采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),集成了有線和無線通訊技術(shù)。用戶需要的水質(zhì)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和水質(zhì)自動(dòng)站實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)都保存在遠(yuǎn)程水質(zhì)自動(dòng)站(子站)計(jì)算機(jī)的L數(shù)據(jù)庫(kù)中,需要設(shè)置的監(jiān)控命令數(shù)據(jù)也要寫入子站計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)需要采集歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí),中心站軟件通過固定電話或無線短消息,將這些數(shù)據(jù)從遠(yuǎn)程子站的數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢提取出來,并傳輸?shù)街行恼居?jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)中,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,再利用數(shù)據(jù)庫(kù)操作技術(shù)存儲(chǔ)查詢,以表格或曲線的形式顯示在軟件界面,同時(shí)可以進(jìn)行打印,并判定水質(zhì)類別等。

軟件包括數(shù)據(jù)處理程序、中心站數(shù)據(jù)庫(kù)、子站短消息服務(wù)程序等部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示:

(二)軟件的功能及特點(diǎn)

該軟件具有如下主要功能:

1.數(shù)據(jù)采集。(1)支持固定電話撥號(hào)、GSM短消息、衛(wèi)星通訊遠(yuǎn)程多點(diǎn)采集和監(jiān)控;(2)采集過程中實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)傳輸量的大小和通訊狀態(tài);(3)具有自動(dòng)采集功能,在軟件運(yùn)行中可以按照預(yù)設(shè)的時(shí)間定時(shí)自動(dòng)連接水質(zhì)監(jiān)測(cè)子站,完成歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集;(4)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)采集的日志;(5)不同的監(jiān)測(cè)子站可以設(shè)置不同的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)控參數(shù),采集的數(shù)據(jù)種類不同;(6)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控子站運(yùn)行情況,遠(yuǎn)程設(shè)置子站運(yùn)行模式。

2.監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的維護(hù)。(1)樹型結(jié)構(gòu)顯示所有監(jiān)測(cè)站和分類關(guān)系;(2)系統(tǒng)可以存儲(chǔ)多個(gè)監(jiān)測(cè)站,靈活設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)。

3.數(shù)據(jù)查詢和報(bào)表。(1)采用表格和曲線等多種方式顯示水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);(2)在同一圖形上可以瀏覽該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的多個(gè)不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變化趨勢(shì)曲線;(3)可以打印各種瀏覽的數(shù)據(jù),生成水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)日?qǐng)?bào)、周報(bào)表等,并可以根據(jù)實(shí)際需要,定置多種報(bào)表格式;(4)可將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸出成EXCEL或TXT格式文件,便于其它軟件的分析處理。

4.數(shù)據(jù)分析與處理。(1)將水質(zhì)監(jiān)測(cè)的原始數(shù)據(jù)整理為日?qǐng)?bào)、周報(bào)均值;(2)同一時(shí)間段的不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比表格和曲線;(3)同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)對(duì)比表格和曲線;(4)根據(jù)預(yù)先設(shè)置的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)判斷水質(zhì)類別。

軟件系統(tǒng)特點(diǎn):(1)技術(shù)先進(jìn):采用先進(jìn)的通訊技術(shù)GSM短消息傳送數(shù)據(jù);(2)操作方便:界面友好直觀,結(jié)構(gòu)清晰明了,提供在線幫助,操作提示信息齊全,快捷菜單的設(shè)置使操作更簡(jiǎn)便、更輕松;(3)運(yùn)行安全可靠:完善的系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì),系統(tǒng)通過運(yùn)行日志可自動(dòng)跟蹤、記錄所有操作,且基于現(xiàn)代大型數(shù)據(jù)庫(kù)上開發(fā)的,具有運(yùn)行查詢速度快、數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存、數(shù)據(jù)安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

(二)GSM短消息通訊

該軟件一個(gè)重要的特點(diǎn)就是采用短消息實(shí)現(xiàn)中心站與子站的數(shù)據(jù)傳輸。SMS(Short Message Service)短信息服務(wù)是GSM(Global System for Mobile Communication)系統(tǒng)中提供的一種GSM終端之間,通過服務(wù)中心進(jìn)行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)。短消息服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本業(yè)務(wù),已得到越來越多的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和系統(tǒng)開發(fā)商的重視,基于這種業(yè)務(wù)的各種應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來。

由于GSM網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游,具有網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)的特點(diǎn),用戶無需另外組網(wǎng),在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時(shí)為用戶節(jié)省了昂貴建網(wǎng)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。利用這種傳輸媒體進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸,是實(shí)現(xiàn)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理的有效手段。系統(tǒng)選用優(yōu)質(zhì)的短信息傳輸終端,并開發(fā)了一套短消息遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集軟件。中心站通過該模塊軟件,負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求信息和遠(yuǎn)程設(shè)置命令。同時(shí),中心站軟件還可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置的時(shí)間間隔自動(dòng)采集遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)子站的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的聯(lián)絡(luò)。

在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)子站的數(shù)據(jù)傳輸計(jì)算機(jī)上,系統(tǒng)也開發(fā)了相應(yīng)的短信息服務(wù)程序,負(fù)責(zé)解釋處理中心站發(fā)送的請(qǐng)求信息和設(shè)置命令,操作子站數(shù)據(jù)庫(kù),發(fā)送歷史數(shù)據(jù)短信息和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)短信息。

四、結(jié)語(yǔ)

利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理是水利及環(huán)保管理部門在新形勢(shì)下實(shí)現(xiàn)水利及環(huán)保數(shù)字化管理的需要。如何為水利及環(huán)保管理部門提供更準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、及時(shí)的正確決策以及方便的管理功能,離不開各級(jí)工作人員、用戶和企業(yè)開發(fā)人員的共同努力。隨著XHWS90水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中心站軟件的應(yīng)用,該軟件的功能將不斷改進(jìn)完善,不斷滿足使用者的管理需求,為水利環(huán)保的數(shù)字化水質(zhì)提供高效的管理工具。

作者簡(jiǎn)介:王東(1977-),河北保定人,國(guó)家環(huán)境計(jì)量檢測(cè)技術(shù)中心工程師,研究方向:環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備研制開發(fā);張永輝(1975-),河北石家莊人,國(guó)家環(huán)境計(jì)量檢測(cè)技術(shù)中心工程師,研究方向:環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備研制開發(fā)。