淺談新型的環(huán)保全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案

福建望誠(chéng)電子有限公司 魏林海

淺談新型的環(huán)保全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案

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文章對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案進(jìn)行了概述，通過對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和所存在的問題的進(jìn)行分析，并提出問題的解決方案，由于污染型企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)保設(shè)備普遍耗電量大，企業(yè)為了節(jié)約成本通常采用不啟用環(huán)保設(shè)備的方式節(jié)約用電，從而降低企業(yè)生產(chǎn)成本，導(dǎo)致全國(guó)污染事件頻繁發(fā)生，造成環(huán)境嚴(yán)重污染。本解決方案利用這一特點(diǎn)，通過對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)保設(shè)備的電流監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)預(yù)先對(duì)設(shè)備建立臺(tái)帳，設(shè)定生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)保設(shè)備的工作流程，利用電流、電壓傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)用無線網(wǎng)絡(luò)橋接的方式傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，低成本的實(shí)現(xiàn)了對(duì)污染型企業(yè)環(huán)保設(shè)備全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的目的。本系統(tǒng)解決方案解決了傳統(tǒng)污染源監(jiān)測(cè)方案中監(jiān)測(cè)設(shè)備昂貴、實(shí)施安裝難度大、數(shù)據(jù)傳輸過程易篡改等問題，能有效的幫助環(huán)保部門對(duì)污染型企業(yè)的全過程監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的問題。

過程監(jiān)測(cè)；環(huán)保監(jiān)控；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè);解決方案

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生態(tài)破壞及工業(yè)污染日趨嚴(yán)重，環(huán)境保護(hù)任務(wù)將日益艱巨,對(duì)環(huán)境的科學(xué)監(jiān)測(cè)提出了越來越高的要求。我國(guó)環(huán)保監(jiān)管部門現(xiàn)有對(duì)污染型企業(yè)的環(huán)保遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多是采取一對(duì)一的監(jiān)控模式，例如空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只監(jiān)測(cè)處理后的空氣質(zhì)量，水源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只監(jiān)測(cè)處理后的水源質(zhì)量，再通過網(wǎng)絡(luò)把監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上級(jí)環(huán)保管理部門，由于這些遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)專業(yè)性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要求高、造價(jià)昂貴，使得中小型污染企業(yè)無力承擔(dān)，所以整體安裝率并不高，一方面形成部分污染企業(yè)未能得到全面監(jiān)管的狀況，另一方面即使安裝了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由于耗電量大、監(jiān)測(cè)源易變動(dòng)等多種因素，造成監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)存在不真實(shí)，監(jiān)管困難，頻頻造成環(huán)境污染事件發(fā)生。

一、環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的概念

環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前主要通過監(jiān)測(cè)污染物的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)，然后采用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式將監(jiān)測(cè)到的污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到環(huán)保管理部門，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控目的。

二、環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的主流是通過某一特定的通訊網(wǎng)絡(luò)來應(yīng)用Interet技術(shù)，在TCP/IP協(xié)議和WWW規(guī)范的支持下，通過安裝嵌入式軟件，合理組織軟件結(jié)構(gòu)，使工作人員通過訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有環(huán)保遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，都是通過監(jiān)測(cè)污染物的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)，然后采用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式將監(jiān)測(cè)到的污染物質(zhì)量數(shù)據(jù)發(fā)送到環(huán)保管理部門，從而達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的目的。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，均采用分布式結(jié)構(gòu)，由數(shù)據(jù)采集端（設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)部分）、監(jiān)控中心和用戶終端構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集端由攝像頭、數(shù)據(jù)采集器、控制主機(jī)等組成，監(jiān)控中心由服務(wù)器及服務(wù)軟件組成，用戶終端由計(jì)算機(jī)或移動(dòng)?xùn)岸私M成。整個(gè)系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)或無線通信網(wǎng)絡(luò)，將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，由此了解到設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、故障診斷、實(shí)時(shí)狀態(tài)查詢及實(shí)時(shí)啟停等功能。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集方式，常用的機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法主要有以下幾種：

（1）采用攝像頭拍攝設(shè)備運(yùn)行的視頻，再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)把設(shè)備運(yùn)行視頻傳回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心工作人員通過觀看視頻判斷設(shè)備是否正常工作，摸擬人現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控操作的場(chǎng)景。

（2）數(shù)據(jù)采集器直接接入PLC智能控制系統(tǒng)，采集PLC控制器中的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)并遠(yuǎn)程傳輸回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心把收到的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)與設(shè)備性能參數(shù)比對(duì)，判斷該設(shè)備是否正常工作。

（3）對(duì)于移動(dòng)的機(jī)電設(shè)備（如工程作業(yè)車輛等），常常利用安裝在移動(dòng)設(shè)備上的視頻機(jī)采集設(shè)備工作狀態(tài)及各項(xiàng)工作參數(shù)，并應(yīng)用衛(wèi)星定位系統(tǒng)確定移動(dòng)設(shè)備的位置，再把數(shù)據(jù)信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳回監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)移動(dòng)設(shè)備的位置和工作狀態(tài)。

三、傳統(tǒng)環(huán)保監(jiān)測(cè)所存在的問題

（1）造價(jià)昂貴，目前根據(jù)污染源的不同可分為空氣監(jiān)測(cè)、土壤監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)，噪音監(jiān)測(cè)等、由于這些系統(tǒng)采用的傳感器昂貴，系統(tǒng)開發(fā)安裝成本高，導(dǎo)致造價(jià)昂貴，大量的中小污染企業(yè)無力安裝，存在監(jiān)管盲區(qū)。

（2）監(jiān)測(cè)設(shè)備耗能大，已安裝環(huán)保遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大部分企業(yè)為了節(jié)省環(huán)保設(shè)備的運(yùn)行能耗，在利益的驅(qū)使下，往往在監(jiān)管盲區(qū)時(shí)關(guān)閉環(huán)保設(shè)備運(yùn)行的辦法以達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。

（3）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)篡改，為了降低污染源處理成本，據(jù)媒體報(bào)道有企業(yè)在排污口采取用合格的樣品替代污染物采樣，使采集器采集到的都是合格樣品，造成環(huán)保管理部門監(jiān)測(cè)合格的假象，給環(huán)保監(jiān)管工作帶來困擾。

四、解決環(huán)保監(jiān)測(cè)的新方案

新型的環(huán)保全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它首先是對(duì)污染型企業(yè)進(jìn)行污染源信息采集，并且建立企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)保設(shè)備的數(shù)字檔案，預(yù)先設(shè)定生產(chǎn)設(shè)備工作流程和環(huán)保設(shè)備工作流程的功耗，利用設(shè)備工作全過程遠(yuǎn)程監(jiān)控作為監(jiān)控方法，視頻監(jiān)控作為輔助手段，排污結(jié)果作為衡量標(biāo)準(zhǔn)的整體解決方案。

生產(chǎn)設(shè)備和環(huán)保設(shè)備的數(shù)據(jù)采集器是基于環(huán)保設(shè)備工作時(shí)需要用電來考慮，通過監(jiān)測(cè)環(huán)保設(shè)備工作的電流、電壓，采用有線（因特網(wǎng)）、無線(WIFI)、3G、4G四種網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸通道，將自動(dòng)監(jiān)測(cè)到的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸回環(huán)保設(shè)備監(jiān)控中心；視頻監(jiān)控是基于有線（因特網(wǎng)）、無線(WIFI)、3G、4G四種網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的傳輸方式，將監(jiān)測(cè)到的視頻、音頻數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)傳輸?shù)江h(huán)保設(shè)備監(jiān)控中心；排污結(jié)果監(jiān)測(cè)采用專業(yè)性的傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備，采集的結(jié)果通過前端數(shù)據(jù)采集器統(tǒng)一發(fā)送到環(huán)保設(shè)備監(jiān)控中心。

環(huán)保遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行功率與額定功率的比對(duì)來判定設(shè)備是否正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)保設(shè)備的24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控，消除了監(jiān)控盲區(qū)，解決了現(xiàn)有環(huán)保在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的弊端。

五、環(huán)保全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.環(huán)保全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)原理

環(huán)保設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控中心和用戶接口三部份組成。其中數(shù)據(jù)采集部分由前端數(shù)據(jù)采集器和監(jiān)控主機(jī)構(gòu)成；監(jiān)控中心由web軟件、web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等軟硬件構(gòu)成；用戶接口由環(huán)保管理部門的PC終端或移動(dòng)終端構(gòu)成。前端數(shù)據(jù)采集器主要工作在環(huán)保設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，每臺(tái)環(huán)保設(shè)備的電路中都接入一臺(tái)具有唯一編碼的前端數(shù)據(jù)采集器，實(shí)施對(duì)環(huán)保設(shè)備工作電壓電流數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包，通過有線局域網(wǎng)或WIFI無線網(wǎng)發(fā)送給安裝在企業(yè)的監(jiān)控主機(jī)。監(jiān)控主機(jī)接收數(shù)據(jù)包后，經(jīng)解析數(shù)據(jù)后再通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至環(huán)保設(shè)備監(jiān)控中心。

環(huán)保設(shè)備監(jiān)控中心運(yùn)行著一個(gè)服務(wù)線程，即實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)處理服務(wù)。它實(shí)時(shí)監(jiān)控TCP/IP所指定的與主機(jī)協(xié)定的接收端口，當(dāng)檢測(cè)到有數(shù)據(jù)到來時(shí)立即接收，同時(shí)調(diào)用規(guī)則驗(yàn)證方法，檢查該數(shù)據(jù)是否符合規(guī)則、是否合法，驗(yàn)證成功后調(diào)用業(yè)務(wù)服務(wù)對(duì)象對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)處理采集器編號(hào)對(duì)應(yīng)的環(huán)保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)業(yè)務(wù)服務(wù)對(duì)象返回“處理成功”的信息時(shí)，“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)處理服務(wù)”會(huì)將處理結(jié)果返回給數(shù)據(jù)采集部的監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)再根據(jù)采集器編號(hào)通知該采集器，如果采集器超時(shí)未獲得響應(yīng)，則會(huì)再次發(fā)送數(shù)據(jù)。

用戶接口主要是指直接展示給最終用戶的界面,它包括PC終端和移動(dòng)終端,PC端支持包含IE瀏覽器、火狐瀏覽器、谷歌瀏覽器等主流瀏覽器；移動(dòng)終端支持包括andriod、IOS等系統(tǒng)的智能手機(jī)，用戶可以在這二種終端上使用服務(wù)平臺(tái)。

2.環(huán)保全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

（1）環(huán)保設(shè)備電壓電流采集技術(shù)

前端數(shù)據(jù)采集器接入環(huán)保設(shè)備電路后，由其中的電壓互感器和電流互感器完成對(duì)電路中電壓電流的檢測(cè)，由此獲得環(huán)保設(shè)備運(yùn)行電壓和電流數(shù)據(jù)，信號(hào)調(diào)理電路將采集到的電壓電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成歸一化信號(hào)，再通過A/D轉(zhuǎn)換單元將工作電壓電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；數(shù)字處理單元將處理后的工作電壓電流數(shù)字信號(hào)打包成能夠通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。有線/無線網(wǎng)橋完成將打包后的數(shù)據(jù)包通過因特網(wǎng)或者wif i無線網(wǎng)匹配傳送。

環(huán)保設(shè)備前端數(shù)據(jù)采集器工作原理圖：

（2）B/S模式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

以J2EE架構(gòu)為基礎(chǔ)，在系統(tǒng)框架的前端設(shè)置計(jì)算機(jī)終端和移動(dòng)終端，計(jì)算機(jī)終端支持IE、火狐、谷歌等瀏覽器；在移動(dòng)終端采用JQM技術(shù)，支持Andriod、IOS等智能手機(jī)的操作系統(tǒng)，建立的B/S模式應(yīng)用系統(tǒng)具有高度的擴(kuò)展性，優(yōu)良的跨平臺(tái)性能。

3.環(huán)保全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）理論創(chuàng)新

①環(huán)保設(shè)備數(shù)據(jù)采集技術(shù)（專利號(hào)：ZL201420121769.4）

通過采集環(huán)保設(shè)備運(yùn)行的工作電壓電流來判斷是否正常工作，監(jiān)督排污企業(yè)自覺維護(hù)環(huán)保設(shè)備正常工作，達(dá)到環(huán)保設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的，實(shí)現(xiàn)了低成本實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)了環(huán)保執(zhí)法力度。

②環(huán)保全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（專利申請(qǐng)?zhí)枺?01410099878.5），系統(tǒng)通過采集工作的電流電壓數(shù)字信息作為判斷環(huán)保設(shè)備是否正常工作的依據(jù)，監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性高，減少了數(shù)據(jù)量，簡(jiǎn)化了數(shù)字處理環(huán)節(jié)，降低了誤斷錯(cuò)判的幾率，提高了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)性能。經(jīng)研究院技術(shù)查新，環(huán)保全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，以及前端數(shù)據(jù)采集器工作原理，是國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用的新技術(shù)，具有新穎性和創(chuàng)新性。

（2）應(yīng)用創(chuàng)新

現(xiàn)有環(huán)保在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過探測(cè)儀器檢測(cè)污染物排放的技術(shù)數(shù)據(jù)，通過遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆绞?，?shí)現(xiàn)對(duì)污染型企業(yè)的環(huán)保監(jiān)控。

項(xiàng)目技術(shù)通過采集電流電壓的方式實(shí)施對(duì)環(huán)保設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，以監(jiān)測(cè)污染物源頭的形式，改變了現(xiàn)有環(huán)保在線監(jiān)測(cè)的模式，實(shí)現(xiàn)了重大應(yīng)用創(chuàng)新。

（3）結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

環(huán)保全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的前端數(shù)據(jù)采集器采用分體式結(jié)構(gòu)，電壓互感器裝入采集器主機(jī)中，而電流互感器實(shí)行分體獨(dú)立設(shè)計(jì)，便于接入環(huán)保設(shè)備電路，又不影響采集器功能，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。

（4）產(chǎn)品創(chuàng)新

環(huán)保全過程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備基本信息管理、企業(yè)申報(bào)管理、設(shè)備監(jiān)測(cè)中心和執(zhí)法記錄管理模塊功能。各功能模塊具備以下功能：

①基本信息管理模塊具備企業(yè)信息管理、企業(yè)設(shè)備臺(tái)帳管理和采集器信息管理功能；

②企業(yè)申報(bào)管理模塊具備企業(yè)設(shè)備信息申報(bào)、申報(bào)信息管理和申報(bào)信息審批功能；

③設(shè)備監(jiān)測(cè)中心模塊具備設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備運(yùn)行歷史記錄、本企業(yè)設(shè)備管理和企業(yè)位置追蹤功能；

④執(zhí)法記錄管理模塊具備執(zhí)法記錄登記和執(zhí)法記錄查詢功能。

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