環境監測部門作為國(guó)家環境保護系統的技術部門，是環境管理工作的重要基礎。随著(zhe)市民環境意識的增強，越來越多的人開(kāi)始關心所處環境質量的好(hǎo)壞，要求環境保護工作透明化；上級主管部門也需要數量大、種(zhǒng)類多、更新快的信息。所有這(zhè)一切，給環境監測部門提出了一個應引起(qǐ)重視的問題：如何建立起(qǐ)實用性強、覆蓋面(miàn)廣、靈活性好(hǎo)的環保數據采集系統，滿足各方面(miàn)對(duì)環境監測信息的需求。

    在環保系統中，常常需要對(duì)衆多的污染排放點進(jìn)行實時(shí)監測，大部分監測數據需要實時(shí)發(fā)送到(dào)管理中心的後(hòu)端服務器進(jìn)行處理。由于監測點分散，分布範圍廣，而且大多設置在環境較惡劣的地區，通過(guò)電話線傳送數據往往事(shì)倍功半。通過(guò)GPRS無線網絡進(jìn)行數據傳輸，成(chéng)為環保部門選擇的通信手段之一。污染源監測設備可將(jiāng)采集到(dào)的污染數據和告警信息通過(guò)GPRS網絡及時(shí)發(fā)送到(dào)環保監測部門，實現對(duì)排污單位或個人的及時(shí)管理，可以大大提高環保部門的工作效率。

一、項目需求

    某省現已有16個城市的環境監測站及各縣區監測站納入省級監測網，三級以上環境監測站共102個，監測主要對(duì)象是工業"三廢"的排放及治理情況及大氣環境、水環境、噪聲環境等。包括：監測14個城市的空氣環境質量現狀，12條主要水系、7個主要湖庫、7個近岸港灣及16個城市飲用水源的水質現狀,9個城市的噪聲污染現狀，并通過(guò)綜合指數等方法進(jìn)行趨勢分析，最後(hòu)得出環境質量結論。

    省環保數據采集系統是一個由污染源排放監測點和監測中心組成(chéng)的污染源監測系統。該系統可對(duì)污染源進(jìn)行自動采樣(yàng)、對(duì)主要污染因子進(jìn)行在線監測；掌握城市污染源排放情況及污染源排放總量，監測數據自動傳輸到(dào)省環保監測中心；由監測中心的計算機進(jìn)行數據彙總、整理和綜合分析；監測信息傳至省環保局，由省環保局對(duì)污染源進(jìn)行監督管理。

    目前，各污染源排放監測點安裝污染源監測儀，對(duì)污染源進(jìn)行監測。監測中心接收監測點傳輸的監測信息；并負責對(duì)監測信息進(jìn)行分類、篩選和綜合分析。省環保局作為系統的決策中心，對(duì)從監測中心站獲得的監測信息進(jìn)行分析、調研，及時(shí)作出管理決策，增加管理力度。

   目前，省環保監測站與各采集點之間的數據通信主要采用手工抄錄或PSTN電話線傳輸。采用電話線傳輸數據時(shí)，由于每次撥号都(dōu)需要等待，速度慢，而且費用也較高。同時(shí)，由于各監控點分布範圍廣、數量多、距離遠，個别點還(hái)地處偏僻，因此需申請很多電話線，而且有些監控點有線線路難以到(dào)達。

   GPRS具有速度快、使用費用低的特點，其傳輸速度可達171.2kb/s。與有線通訊方式相比，采用GPRS無線通信方式則顯得非常靈活，它具有組網靈活、擴展容易、運行費用低投，維護簡單、性價比高等優點因此，目前正考慮采用GPRS無線傳輸方式解決污染源監測數據的實時(shí)傳輸問題。

二、方案優點

    中國(guó)移動GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平台上構建環保信息采集傳輸系統，實現環保信息采集點的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設周期，降低建設成(chéng)本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。經(jīng)過(guò)比較分析，我們選擇中國(guó)移動的GPRS系統作為環保信息采集傳輸系統的數據通信平台。

GPRS無線環保污染源在線監控系統具備如下特點：

1、實時(shí)性強：與短消息服務比較，由于GPRS具有實時(shí)在線特性，系統無時(shí)延，無需輪巡就(jiù)可以同步接收、處理多個/所有監測點的各種(zhǒng)數據。可很好(hǎo)的滿足系統對(duì)數據采集和傳輸實時(shí)性的要求。

2、可對(duì)各監測點儀器設備進(jìn)行遠程控制：通過(guò)GPRS雙向(xiàng)系統還(hái)可實現對(duì)儀器設備進(jìn)行反向(xiàng)控制，如：時(shí)間校正、狀态報告、開(kāi)關等控制功能(néng)，并可進(jìn)行系統遠程在線升級。

3、建設成(chéng)本少低： 由于采用GPRS公網平台，無需建設網絡，隻需安裝好(hǎo)設備就(jiù)可以，建設成(chéng)本低；

4、監控範圍廣：構建環保信息采集傳輸系統要求數據通信覆蓋範圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能(néng)滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由于環保信息采集點數量衆多，分布在全省範圍内，部分環保信息采集點位于偏僻地區，而且地理位置分散。

5、具有良好(hǎo)的可擴性： 由于目前GSM/GPRS網絡已覆蓋省内絕大部分地區，基本不存在盲區，可實現大範圍的在線監控，滿足環保信息采集傳輸系統對(duì)覆蓋範圍的要求。

6、系統的傳輸容量大：環保中心站要和每一個環保信息采集點實現實時(shí)連接。由于環保信息采集點數量衆多，系統要求能(néng)滿足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS技術能(néng)很好(hǎo)地滿足傳輸突發(fā)性數據的需要。

7、數據傳送速率高：每個環保信息采集點每次數據傳輸量在10Kbps之内。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，目前GPRS實際數據傳輸速率在40Kbps左右，完全能(néng)滿足本系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。

8、通信費用低： 采用包月計費方式，運營成(chéng)本低。

三、解決方案介紹

   由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網絡，監測中心計算機主機配置固定的IP地址，各個數據采集點采用GPRS模塊和該主機進(jìn)行通信。

1、環保信息采集點：

    現場監控點通過(guò)數據采集模塊自動采集污染源信息，通過(guò)RS232接口與GPRS透明數據傳輸終端相連，通過(guò)GPRS透明數據傳輸終端内置嵌入式處理器對(duì)數據進(jìn)行處理、協議封裝後(hòu)發(fā)送到(dào)GSM網絡。

2、監控中心：

    服務器申請配置固定IP地址，采用省移動通信公司提供的DDN專線，與GPRS網絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當環保信息采集點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。監控中心RADIUS服務器接受到(dào)GPRS網絡傳來的數據後(hòu)先進(jìn)行AAA認證，後(hòu)傳送到(dào)監控中心計算機主機，通過(guò)系統軟件對(duì)數據進(jìn)行還(hái)原顯示，并進(jìn)行數據處理。

3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡：

   現場監控點采集的數據經(jīng)GSM網絡空中接口功能(néng)模塊同時(shí)對(duì)數據進(jìn)行解碼處理，轉換成(chéng)在公網數據傳送的格式，通過(guò)中國(guó)移動的GPRS無線數據網絡進(jìn)行傳輸，最終傳送到(dào)監控中心IP地址。

（二）系統方案  

    各監控點使用GPRS透明數據傳輸終端，通過(guò)移動GPRS網絡與監控中心相連。各污染源數據采集點使用移動通信公司統一的STK卡，同時(shí)監控中心對(duì)各點進(jìn)行登記，保存相關資料以便識别和維護處理。各信息采集點運行監控系統軟件，支持24小時(shí)實時(shí)在線，實現信息采集點24小時(shí)傳送采集的環保信息數據。

凡省環保局授權的信息采集點均可以使用本系統：

    1、環保信息采集點必須使用移動統一的STK卡，用戶使用本卡隻能(néng)用于與環保站數據通信功能(néng)。

    2、終端設備使用武漢朗宇智能(néng)科技的GPRS RTU模塊，型号：IoTBOX-4345GS 

    3、用戶登記：符合省級環保局的規定。

（三）産品特性

1.    提供設備狀态指示燈，方便設備維護；

2.    寬電壓供電範圍：7V-30V；

3.    帶RS232、RS485；

4.    内置大容量SPI-flash；

5.    4路模拟量輸入，采集精度: 12bit

6.    傳輸支持多種(zhǒng)協議，我公司自定協議和Modbus協議(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美支持；

7.    數據傳輸采用GSM模塊可實現功能(néng)：
1）GPRS斷線自動重連；
2）根據需要最多可同時(shí)連接6個中心服務器；
3）支持固定IP、域名解析和APN專網的尋址方式；
4）支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協議；
5）支持的節點數，隻要服務器資源允許，理論上不限；
6）減少布線的成(chéng)本和施工的麻煩；
7）支持短信數據傳輸、短信參數配置功能(néng)；
8）支持電話和短信喚醒功能(néng)；

8.    支持專用軟件進(jìn)行本地和遠程參數配置及維護；

9.    支持本地和遠程固件升級

（四）安全措施  

    由于環保數據采集系統的特殊性，本系統需要極高的系統安全保障和穩定性。安全保障主要是防止來自系統内外的有意和無意的破環，網絡安全防護措施包括信道(dào)加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火牆等。穩定是指系統能(néng)夠7×24小時(shí)不間斷運行，即使出現硬件和軟件故障，系統也不能(néng)中斷運行。 數據中心可通過(guò)公網使用VPN接入到(dào)移動GPRS網，采用VPN方式成(chéng)本比較低，企業不用租用專線，還(hái)可以利舊使用原有的VPN設備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛拟撥号的功能(néng)的軟件。通過(guò)VPN方式，客戶端在連接應用服務器前，要經(jīng)過(guò)Radius服務器的認證整個數據傳送過(guò)程得到(dào)了加密保護，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。另外，數據中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到(dào)移動公司的GGSN設備上，這(zhè)種(zhǒng)成(chéng)本高，安全性高、穩定可靠。對(duì)于安全性要求非常高的系統，可考慮在專用APN接入的基礎上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統的安全性。

1、VPN虛拟專網模式：企業内部網絡中配置VPN服務器，移動終端加載具有VPN二次虛拟撥号的功能(néng)的客戶端軟件。采用VPN安全技術，用戶通過(guò)接入企業内部虛拟專網的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對(duì)整個數據傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護，有效避免非法入侵。

2、用SIM卡的唯一性，對(duì)用戶SIM卡手機号碼進(jìn)行鑒别授權，在網絡側對(duì)SIM卡号和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統的範圍,隻有屬于指定行業的SIM卡手機号才能(néng)訪問專用APN，移動終端與數據中心采用中國(guó)移動分配的專門的APN進(jìn)行無線網絡接入，普通手機的SIM卡号無法呼叫(jiào)專門的APN。

3、對(duì)于特定用戶，可通過(guò)數據中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒(méi)有數據中心分配的用戶ID和密碼的用戶將(jiāng)無法登錄進(jìn)入系統，系統的安全性進(jìn)一步增強。

4、數據加密：通過(guò)VPN對(duì)整個數據傳送過(guò)程進(jìn)行加密保護。

5、網絡接入安全鑒定機制：采用防火牆軟件，設置網絡鑒權和安全防範功能(néng)，保障系統安全。

四、結論

   采用有線方式，租用靜态IP目前費用比較高約800~1500元/月。采用GPRS無線方式，系統流量費用目前有包月制和按數據量兩(liǎng)種(zhǒng)收費方式，按流量計算0.03元K，而包月制20元/月有1024 kBytes流量，可滿足省環保局目前環保數據采集系統的實際數據量，估計日後(hòu)其費用會(huì)逐步降低。對(duì)于環保局等用戶來說(shuō)，由于通信費用較低，享受到(dào)了實惠。另外，由于接入設備可以移動，當環保觀測站和環保信息采集點搬遷時(shí)設備可随之遷移并可繼續使用，可以保護用戶原有投資，适合于環保采集工作的特點。

    采用GPRS構建環保數據采集系統，不僅能(néng)很好(hǎo)地滿足環保信息采集的需求，而且，做為網絡運營商的移動通信公司也將(jiāng)因此獲得業務穩定的集團用戶，随著(zhe)用戶數量的增加，移動通信公司的營收也随之增加，調動了運營商的積極性，符合網絡建設和網絡應用同步發(fā)展的要求。