環(huán)境監(jiān)測部門作為國家環(huán)境保護系統(tǒng)的技術部門,是環(huán)境管理工作的重要基礎。隨著市民環(huán)境意識的增強,越來越多的人開始關心所處環(huán)境質(zhì)量的好壞,要求環(huán)境保護工作透明化;上級主管部門也需要數(shù)量大、種類多、更新快的信息。所有這一切,給環(huán)境監(jiān)測部門提出了一個應引起重視的問題:如何建立起實用性強、覆蓋面廣、靈活性好的環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),滿足各方面對環(huán)境監(jiān)測信息的需求。
在環(huán)保系統(tǒng)中,常常需要對眾多的污染排放點進行實時監(jiān)測,大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務器進行處理。由于監(jiān)測點分散,分布范圍廣,而且大多設置在環(huán)境較惡劣的地區(qū),通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。通過GPRS無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸,成為環(huán)保部門選擇的通信手段之一。污染源監(jiān)測設備可將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息通過GPRS網(wǎng)絡及時發(fā)送到環(huán)保監(jiān)測部門,實現(xiàn)對排污單位或個人的及時管理,可以大大提高環(huán)保部門的工作效率。
一、項目需求
環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個由污染源排放監(jiān)測點和監(jiān)測中心組成的污染源監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對污染源進行自動采樣、對主要污染因子進行在線監(jiān)測;掌握城市污染源排放情況及污染源排放總量,監(jiān)測數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)江h(huán)保監(jiān)測中心;由監(jiān)測中心的計算機進行數(shù)據(jù)匯總、整理和綜合分析;監(jiān)測信息傳至環(huán)保局,由環(huán)保局對污染源進行監(jiān)督管理。
目前,各污染源排放監(jiān)測點安裝污染源監(jiān)測儀,對污染源進行監(jiān)測。監(jiān)測中心接收監(jiān)測點傳輸?shù)谋O(jiān)測信息;并負責對監(jiān)測信息進行分類、篩選和綜合分析。
環(huán)保局作為系統(tǒng)的決策中心,對從監(jiān)測中心站獲得的監(jiān)測信息進行分析、調(diào)研,及時作出管理決策,增加管理力度。
目前,省環(huán)保監(jiān)測站與各采集點之間的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)時,由于每次撥號都需要等待,速度慢,而且費用也較高。同時,由于各監(jiān)控點分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠,個別點還地處偏僻,因此需申請很多電話線,而且有些監(jiān)控點有線線路難以到達。
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(wǎng)靈活、擴展容易、運行費用低投,維護簡單、性價比高等優(yōu)點。因此,可以采用GPRS無線傳輸方式解決污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸問題。
二、方案優(yōu)點
中國移動GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務平臺上構(gòu)建環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng),實現(xiàn)環(huán)保信息采集點的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡,縮短建設周期,降低建設成本的優(yōu)點,而且設備安裝方便、維護簡單。經(jīng)過比較分析,我們選擇中國移動的GPRS系統(tǒng)作為環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。
GPRS無線環(huán)保污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點:
1、實時性強:
與短消息服務比較,由于GPRS具有實時在線特性,系統(tǒng)無時延,無需輪巡就可以同步接收、處理多個/所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)??珊芎玫臐M足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
2、可對各監(jiān)測點儀器設備進行遠程控制:
通過GPRS雙向系統(tǒng)還可實現(xiàn)對儀器設備進行反向控制,如:時間校正、狀態(tài)報告、開關等控制功能,并可進行系統(tǒng)遠程在線升級。
3、建設成本少低:
由于采用GPRS公網(wǎng)平臺,無需建設網(wǎng)絡,只需安裝好設備就可以,建設成本低;
4、監(jiān)控范圍廣:
構(gòu)建環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣,擴容無限制,接入地點無限制,能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于環(huán)保信息采集點數(shù)量眾多,分布在全省范圍內(nèi),部分環(huán)保信息采集點位于偏僻地區(qū),而且地理位置分散。
5、具有良好的可擴展性。
由于目前GSM/GPRS網(wǎng)絡已覆蓋省內(nèi)絕大部分地區(qū),基本不存在盲區(qū),可實現(xiàn)大范圍的在線監(jiān)控,滿足環(huán)保信息采集傳輸系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。
6、系統(tǒng)的傳輸容量大:
環(huán)保中心站要和每一個環(huán)保信息采集點實現(xiàn)實時連接。由于環(huán)保信息采集點數(shù)量眾多,系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?,而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
7、數(shù)據(jù)傳送速率高:
每個環(huán)保信息采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s,目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右,完全能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率(≥10Kbps)的需求。
8、通信費用低:
采用包月計費方式,運營成本低。
三、解決方案介紹
由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡,監(jiān)測中心計算機主機配置固定的IP地址,各個數(shù)據(jù)采集點采用GPRS模塊和該主機進行通信。
(一)系統(tǒng)組成
1、環(huán)保信息采集點:
現(xiàn)場監(jiān)控點通過數(shù)據(jù)采集模塊自動采集污染源信息,通過RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連,通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡。
2、監(jiān)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(wǎng)絡相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬,當環(huán)保信息采集點數(shù)量增加,中心不用擴容即可滿足需求。
監(jiān)控中心RADIUS服務器接受到GPRS網(wǎng)絡傳來的數(shù)據(jù)后先進行AAA認證,后傳送到監(jiān)控中心計算機主機,通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示,并進行數(shù)據(jù)處理。
3、GPRS/GSM移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡:
現(xiàn)場監(jiān)控點采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡空中接口功能模塊同時對數(shù)據(jù)進行解碼處理,轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式,通過中國移動的GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡進行傳輸,最終傳送到監(jiān)控中心IP地址。
(二)系統(tǒng)方案
各監(jiān)控點使用GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端,通過移動GPRS網(wǎng)絡與監(jiān)控中心相連。各污染源數(shù)據(jù)采集點使用移動通信公司統(tǒng)一的STK卡,同時監(jiān)控中心對各點進行登記,保存相關資料以便識別和維護處理。各信息采集點運行監(jiān)控系統(tǒng)軟件,支持24小時實時在線,實現(xiàn)信息采集點24小時傳送采集的環(huán)保信息數(shù)據(jù)。
凡環(huán)保局授權(quán)的信息采集點均可以使用本系統(tǒng):
1、環(huán)保信息采集點必須使用移動統(tǒng)一的STK卡,用戶使用本卡只能用于與環(huán)保站數(shù)據(jù)通信功能。
2、終端設備使用嘉復欣提供的GPRS移動數(shù)據(jù)通信終端。
3、用戶登記:符合省級環(huán)保局的規(guī)定。
(三)產(chǎn)品特性
系統(tǒng)采用Garefowl系列GPRS無線透明數(shù)據(jù)傳輸終端。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡,具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點,提供標準RS232接口可直接與計算機、RTU、PLC、GPS接收機、數(shù)碼相機、數(shù)據(jù)終端等連接,傳輸速率達171Kbps,具有遠程診斷、測試、監(jiān)管功能,滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠端站之間的數(shù)據(jù)采集和控制。
1、支持900/1800/1900MHz三頻GSM/GPRS。
2、接口:RS232、RS485、RS422。
3、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps,實際傳輸速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/200/XP、LINUX操作系統(tǒng)。
5、支持透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換。
6、支持VPN安全功能。
7、安裝靈活、使用方便、可靠。
(四)安全措施
由于環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特殊性,本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán),網(wǎng)絡安全防護措施包括信道加密、信源加密、登錄防護、訪問防護、接入防護、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運行,即使出現(xiàn)硬件和軟件故障,系統(tǒng)也不能中斷運行。
數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng),采用VPN方式成本比較低,企業(yè)不用租用專線,還可以利舊使用原有的VPN設備,移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式,客戶端在連接應用服務器前,要經(jīng)過Radius服務器的認證整個數(shù)據(jù)傳送過程得到了加密保護,安全性比較高,可充分保障速度和網(wǎng)絡服務質(zhì)量。
另外,數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式,租用專線接入到移動公司的GGSN設備上,這種成本高,安全性高、穩(wěn)定可靠。
對于安全性要求非常高的系統(tǒng),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,進一步提高系統(tǒng)的安全性。
1、VPN虛擬專網(wǎng)模式:企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡中配置VPN服務器,移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術,用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進行隔離,可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護,有效避免非法入侵。
2、用SIM卡的唯一性,對用戶SIM卡手機號碼進行鑒別授權(quán),在網(wǎng)絡側(cè)對SIM卡號和APN進行綁定,劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機號才能訪問專用APN,移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進行無線網(wǎng)絡接入,普通手機的SIM卡號無法呼叫專門的 APN。
3、對于特定用戶,可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼,其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進入系統(tǒng),系統(tǒng)的安全性進一步增強。
4、數(shù)據(jù)加密:通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進行加密保護。
5、網(wǎng)絡接入安全鑒定機制:采用防火墻軟件,設置網(wǎng)絡鑒權(quán)和安全防范功能,保障系統(tǒng)安全。
四、結(jié)論
采用GPRS構(gòu)建環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),不僅能很好地滿足環(huán)保信息采集的需求,而且,做為網(wǎng)絡運營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務穩(wěn)定的集團用戶,隨著用戶數(shù)量的增加,移動通信公司的營收也隨之增加,調(diào)動了運營商的積極性,符合網(wǎng)絡建設和網(wǎng)絡應用同步發(fā)展的要求。