便攜式智能移動(dòng)終端在環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中的運(yùn)用

陸 烽,秦 瑋,梁 磊

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,江蘇 南京 210036;2.南京尚清環(huán)境科技有限公司,江蘇 南京 210008)

·信息應(yīng)用·

便攜式智能移動(dòng)終端在環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中的運(yùn)用

陸 烽1,秦 瑋1,梁 磊2

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,江蘇 南京 210036;2.南京尚清環(huán)境科技有限公司,江蘇 南京 210008)

介紹了將便攜式智能移動(dòng)終端引入現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的研究過程,依托部署在 PDA上的嵌入式軟件與通訊協(xié)議,將 PDA與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器直接連接并讀取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)果,通過 PDA上安裝的無線 CDMA模塊,將實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線傳輸至指定的數(shù)據(jù)庫內(nèi)。實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無線實(shí)時(shí)傳輸與無紙化辦公。

PDA;便攜式;環(huán)境監(jiān)測(cè);現(xiàn)場(chǎng)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加速,污染物排放量不斷增大,污染源的種類和數(shù)量日益增多,這使得環(huán)境保護(hù)工作的重要性和復(fù)雜性逐漸突出。而現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作是環(huán)境管理的重要組成部分,它具有時(shí)間上的突發(fā)性和地點(diǎn)上的分散性,涉及的范圍廣泛、內(nèi)容復(fù)雜,數(shù)據(jù)量龐大,因此有必要將各種先進(jìn)技術(shù)手段融入其中,借助現(xiàn)代科技提升環(huán)境管理能力,第一時(shí)間為管理層提供監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理和理性決策。

PDA(Personal Digital Assistant)是一種掌上微型計(jì)算機(jī),運(yùn)行在嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件之上。它具有電子化輸入和編輯、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理、大容量存儲(chǔ)、攜帶方便、無線數(shù)據(jù)通訊等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療、餐飲等各個(gè)領(lǐng)域的信息查詢和現(xiàn)場(chǎng)信息采集等方面得到了廣泛應(yīng)用。

針對(duì)傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理的若干不足之處,筆者嘗試將移動(dòng)智能終端作為現(xiàn)場(chǎng)信息處理設(shè)備,通過無線通訊網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、傳輸、匯總及顯示,將環(huán)保信息化擴(kuò)展到環(huán)境管理的最前端,可在較大程度上促進(jìn)環(huán)保信息化的整體協(xié)調(diào)發(fā)展[1-3]。

1 系統(tǒng)硬件配置要求

由于環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況比較復(fù)雜,應(yīng)用條件惡劣,這就要求用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的移動(dòng)智能終端不同于普通的商用 PDA,要有比較高的穩(wěn)定性和耐用性,能達(dá)到防震、防潮、防塵的三防標(biāo)準(zhǔn),具備較寬的溫度適應(yīng)范圍以及較好的電池續(xù)航能力,可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。另外,除具備掌上數(shù)據(jù)終端常規(guī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通訊功能外,它還應(yīng)具有特別針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理設(shè)計(jì)的功能。例如,由于便攜式現(xiàn)場(chǎng)分析設(shè)備大多采用 RS232/RS485方式通訊,為了與設(shè)備連接,PDA需要具備串口通訊的功能。為進(jìn)一步滿足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理的需要,PDA還可以集成條形碼掃描、圖像視頻拍攝、GPS等功能。

2 軟件及系統(tǒng)流程

PDA軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)流程和特點(diǎn),以環(huán)境監(jiān)測(cè)中心已有的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng) (Laboratory Information Management System,以下簡稱L IMS系統(tǒng))為基礎(chǔ),并以當(dāng)前的各種紙質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)記錄表為依據(jù)。

系統(tǒng)的主要操作流程為:首先,管理人員在監(jiān)測(cè)中心L IMS系統(tǒng)中生成監(jiān)測(cè)任務(wù),監(jiān)測(cè)人員可在現(xiàn)場(chǎng)通過 PDA無線上網(wǎng)與中心 L IMS系統(tǒng)服務(wù)器連接,同步下載監(jiān)測(cè)任務(wù)及電子原始記錄到 PDA上。然后,監(jiān)測(cè)人員根據(jù)任務(wù)要求的監(jiān)測(cè)內(nèi)容執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過從儀器直接讀取或人工錄入到 PDA上對(duì)應(yīng)的表格里,獲取分析結(jié)果,并完成相對(duì)應(yīng)的電子原始記錄?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)完畢后,監(jiān)測(cè)人員再通過 PDA無線上網(wǎng),將收集到的信息和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測(cè)中心的 L IMS服務(wù)器上。中心人員可及時(shí)通過 L IMS系統(tǒng)調(diào)閱監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)第一時(shí)間上傳的報(bào)表及數(shù)據(jù),用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的質(zhì)量管理及后期使用。運(yùn)用本系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)無紙化辦公,提高了監(jiān)測(cè)效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率。系統(tǒng)流程如圖 1所示。

圖1 系統(tǒng)流程

3 嵌入版軟件功能

安裝在 PDA上的嵌入版現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理軟件可實(shí)現(xiàn)的功能包括:系統(tǒng)配置、任務(wù)下載、報(bào)表錄入、儀器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表查詢、數(shù)據(jù)上傳等,如圖 2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理軟件功能

系統(tǒng)配置:包括數(shù)據(jù)同步、服務(wù)器、本地?cái)?shù)據(jù)庫等參數(shù)配置、日志查看、開機(jī)啟動(dòng)設(shè)置、修改密碼等功能。

任務(wù)下載:監(jiān)測(cè)人員需要通過 PDA無線上網(wǎng)把監(jiān)測(cè)中心 L IMS系統(tǒng)中的任務(wù)下載到 PDA中,才能開展對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)登陸用戶的級(jí)別和部門,下載對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)任務(wù)。

報(bào)表錄入:監(jiān)測(cè)人員將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)錄入對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)報(bào)表,當(dāng)前系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)置好的可錄入的報(bào)表包括:煙塵 (顆粒物)煙氣監(jiān)測(cè)、地表 (下)水采樣、廢水采樣、pH分析、城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測(cè)、工業(yè)企業(yè)廠界噪聲監(jiān)測(cè)、建筑施工場(chǎng)界噪聲監(jiān)測(cè)、底質(zhì) (底泥、沉積物)采樣、固體廢棄物采樣、機(jī)動(dòng)車排氣檢測(cè)等原始記錄表。

儀器數(shù)據(jù)采集:PDA可通過串口與便攜式分析儀器相連,直接采集儀器的分析結(jié)果,并將數(shù)據(jù)自動(dòng)對(duì)應(yīng)到表格中的相應(yīng)位置。根據(jù)儀器的串口協(xié)議,開發(fā)人員需要事先把各類儀器的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)好,安裝到 PDA中,完成數(shù)據(jù)的采集工作。當(dāng)前可通過 PDA直接采集到數(shù)據(jù)的儀器包括:煙塵煙氣儀 (Testo 350XL)、煙塵儀 (3012H)、噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀(AWA 6218B)等儀器,對(duì)于未包含在內(nèi)的儀器可根據(jù)儀器的串口協(xié)議額外進(jìn)行開發(fā)。

數(shù)據(jù)計(jì)算:部分現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)換算得到,PDA可充分發(fā)揮其微型電腦的性能特點(diǎn),根據(jù)程序中預(yù)先設(shè)定的公式自動(dòng)計(jì)算生成需要的結(jié)果。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ):現(xiàn)場(chǎng)錄入的信息和數(shù)據(jù)可保存在PDA上的嵌入式數(shù)據(jù)庫中,待監(jiān)測(cè)任務(wù)完成后可統(tǒng)一上傳到監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器上,也可以再對(duì)以前的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行查看和編輯。

報(bào)表查詢:PDA具備較大的存儲(chǔ)空間,可保存之前的監(jiān)測(cè)結(jié)果。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員可對(duì)歷史監(jiān)測(cè)任務(wù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行查看,了解某監(jiān)測(cè)點(diǎn)之前的監(jiān)測(cè)記錄,或其周邊區(qū)域的監(jiān)測(cè)情況,從而進(jìn)行比對(duì)分析。

數(shù)據(jù)上傳:現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè) PDA可通過無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,根據(jù)用戶需求可選配 CDMA或 GPRS的通訊模塊。

4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè) PDA采用微軟的嵌入版數(shù)據(jù)庫SQL Server 2005 Compact Edition(簡稱 SQL Server CE)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。它是微軟公司推出的一個(gè)適用于嵌入到移動(dòng)應(yīng)用的精簡數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品,能夠?qū)?shù)據(jù)管理能力延展到W indowsMobile移動(dòng)設(shè)備上的應(yīng)用程序。雖然 SQL Server CE占用的磁盤空間只有 3～5 M,但是它的功能并沒有像它的容量那樣大幅度縮水。SQL Server CE不但提供了完整的 SQL語法,包括內(nèi)部聯(lián)接、外部聯(lián)接和子查詢,還內(nèi)置了數(shù)據(jù)同步技術(shù)。

SQL Server CE主要有以下功能:精簡的數(shù)據(jù)庫引擎和強(qiáng)大的查詢優(yōu)化器;支持合并、復(fù)制和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問 (RDA);可以用可視化的方式來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、查看數(shù)據(jù)庫對(duì)象、創(chuàng)建表、修改表以及執(zhí)行交互式查詢等;遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問和合并復(fù)制,用于同步數(shù)據(jù);在臺(tái)式機(jī)、移動(dòng)設(shè)備和個(gè)人電腦上部署嵌入式數(shù)據(jù)庫。

5 數(shù)據(jù)通訊設(shè)計(jì)

SQL Mobile支持兩種數(shù)據(jù)同步的方法:Remote data access(RDA)和 Replication。這兩種方法都支持從遠(yuǎn)程的 SQL Server服務(wù)器中下載數(shù)據(jù)到設(shè)備端的 SQL Mobile數(shù)據(jù)庫中,在本地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽和修改,再將修改結(jié)果更新到 SQL Server服務(wù)器中。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中我們選用了 RDA方法。

RDA需要配置 SQL Mobile Server Tools,也就是說,必須要有一個(gè)運(yùn)行 IIS的Web Server。Server Tools的主要作用是將移動(dòng)設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)庫訪問請(qǐng)求,轉(zhuǎn)發(fā)給 SQL Server數(shù)據(jù)庫,并將結(jié)果集發(fā)送回移動(dòng)設(shè)備中。

移動(dòng)設(shè)備使用 RDA時(shí),SQL Mobile只需要連接 IIS上的 Server Tools。而數(shù)據(jù)同步需要 HTTP或HTTPS的網(wǎng)絡(luò)連接支持。網(wǎng)絡(luò)連接可以是無線局域網(wǎng) (W i-Fi)、無線網(wǎng)或通過 AtiveSync連接的 PC網(wǎng)絡(luò)。本次研究使用了 CDMA無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將PDA與監(jiān)測(cè)中心L IMS服務(wù)器無線連接。

RDA使用了 SQL Mobile中的三個(gè)組件:SQL Mobile Database Engine、SQL Mobile Client Agent和SQL Mobile Server Agent。RDA的運(yùn)行過程如下圖3。

圖3 RDA運(yùn)行過程

6 PDA與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的對(duì)接

對(duì)部份現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備與 PDA的直接對(duì)接和采集分析數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究,主要為噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀(AWA6218B)、全自動(dòng)煙塵采樣器 (3012H)、多組分煙氣成份分析儀 (Testo 350XL)。通過現(xiàn)有的儀器廠家提供的部分通訊協(xié)議,開發(fā)人員破譯了以上3種儀器設(shè)備的 RS232接口及數(shù)據(jù)庫,采集到儀器內(nèi)部的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),再用安裝了嵌入式軟件的 PDA連接上述的 3種監(jiān)測(cè)設(shè)備,直接讀取其中相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并將其分別填寫到對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)電子原始記錄表格中。

7 現(xiàn)場(chǎng)使用情況

現(xiàn)場(chǎng)選取“三同時(shí)”驗(yàn)收項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試?，F(xiàn)場(chǎng)PDA系統(tǒng)的使用,提高了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)錄入和處理的效率,節(jié)約了工作時(shí)間,初步形成了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作的電子化 SOP程序。

中心的相關(guān)技術(shù)人員可以通過訪問 L IMS服務(wù)器,調(diào)閱實(shí)時(shí)的電子原始記錄,對(duì)相應(yīng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果予以判斷,及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行指導(dǎo)和遠(yuǎn)程質(zhì)量控制,上傳的數(shù)據(jù)后期可直接與 L IMS數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)無縫對(duì)接,并生成監(jiān)測(cè)報(bào)告。

質(zhì)量管理人員可以通過訪問 L IMS系統(tǒng),第一時(shí)間瀏覽到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員遠(yuǎn)程傳輸回來的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的審閱,相關(guān)技術(shù)人員可判斷監(jiān)測(cè)結(jié)果的合理性與代表性,實(shí)現(xiàn)異地對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量管理與質(zhì)量控制。

8 結(jié)論與討論

綜上所述,現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作與便攜式智能移動(dòng)終端設(shè)備的結(jié)合,可以改變傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工作模式,大幅度提高環(huán)境監(jiān)測(cè)人員和管理人員的工作效率,提升現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性,減少人為工作失誤,使環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作走“無紙化、無線化”之路,加快環(huán)保工作的數(shù)字化進(jìn)程,提升環(huán)保工作形象。

未來幾年內(nèi),通過本系統(tǒng)的逐漸推廣使用,系統(tǒng)的功能和性能將會(huì)逐漸完善,一定會(huì)成為環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員不可或缺的得力助手。

[1]劉鵬,曹紅.環(huán)境監(jiān)測(cè)信息化思考[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2010,36(3):96-98.

[2]馮暉.3s等信息化新技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)科研領(lǐng)域的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊,2008,27(3):87-88.

[3]王合生.環(huán)境監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)分析——走中國式環(huán)境監(jiān)測(cè)信息化建設(shè)道路[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù),2006,18(5):1-3.

Research on Application of Portable IntelligentM obile Term inal System for Environmental M on itoringManagement

LU Feng1,Q IN Wei1,L IANGLei2
(1.Jiangsu Provincial EnvironmentalMonitoring Center,Nanjing,Jiangsu 210036,China;2.Nanjing Shangqing Environmental Technology CO.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210000,China)

Introduced portable intelligentmobile terminal systems for environmentalon-sitemonitoringmanagement.The system was deployed in the embedded software of environment-specific PDA.It could collect data from portable analytical instruments.And monitoring resultswould be stored in embedded database.Meanwhile,data will be exchanged through wireless network and remote central servers.At last,it could dock with L IMS systems.The system significantly improved on-site efficiency of environmentalmonitoring and management staff and timeliness ofmonitoring data,and achieved paperless environmental on-site monitoring.

PDA;portable;environmentalmonitoring

X830.3

B

1674-6732(2010)-06-0023-04

10.3969/j.issn.1674-6732.2010.06.008

2009-12-10;

2010-09-27

江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)科研基金項(xiàng)目(0814)。

陸烽 (1968—),男,高級(jí)工程師,本科,從事環(huán)境監(jiān)測(cè)管理工作。