环境监测监控物联网系统

环境监测监控物联网系统

核心提示：环境监测监控物联网系统是一个新生产物，是在延续传统环境监测监控系统优势基础上，研发而成的，可以实现自动监控系统中安全可靠的数据采集、处理和传输。数据采集终端设备纳入物联网系统，并且它们直接可以互联互通、实现自主组局域网，相互协作完成特定的业务（比如河流上中下游数据的一致性检查和数据采集终端设备的故障诊断等等）。可应用于各种行业的自动监控，作为信息采集、处理和通信终端应用产品。

近几年来，我国不断投入了大量的人力、物力和财力，加强环境保护的信息化建设，在环境监测监控系统、环境应急系统等软硬件建设方面做出了大量的探索和努力。现阶段，我国的环境监测监控领域的发展并没有太大突破，尤其是环境监测监控系统的体系结构以及环境监测监控中的硬件设备等等。山东省的环保信息化工作在全国一直走在前列，相关部门不断探索环境监测监控的新途径、新方法和新技术。在当今物联网技术大发展的趋势下，我们探索出了环境监测监控物联网系统的解决方案。该方案中，把符合了"物物相连"等要求的数据采集终端设备纳入环境监测监控物联网系统。数据采集终端设备之间能够互相通信，相互协作，完成相关的环境监测业务。系统中的终端设备之间通过相互协作，进行河流的上中下游相关监测数据的一致性检查和数据采集终端设备的故障诊断。采用代码分发机制，通过各种类型数采终端的主节点向其余节点分发软件升级程序，在最快、最安全的前提下，完成一次网络系统的升级。该系统可应用于各种行业的自动监控，作为信息采集、处理和通信终端应用产品。产品应用范围广阔，可应用于环保、电力、热力、工矿、电信、市政、水务、燃气、交通等工业和公用事业中的各种类型自动监测站的数据采集与传输领域。为实现环境监测监控物联网系统的长足发展打下了坚实的基础。

技术方案

本文所设计的环境监测监控物联网系统实现了对大范围内多级、多层次、多种类环境要素质量进行自动连续在线的实时监测与监控，提供了允许多种类型环境要素监测设备接入、支持多种数据传输方式、多协议多目标数据通信的高可靠、高可信的数据采集与传输系统。在传统环境监测监控系统的基础之上，增强了数据采集终端设备的智能性，他们之间不仅可以通信，而且可以通过协作完成相关的环境监测业务。最终形成了环境与各类污染源监测信息的采集、处理、传输、存储、基础应用和综合应用等问题的完整解决方案，实现了环境监测监控管理的信息化、网络化和规范化。系统的总体通信与网络结构示意图结构如图1中所示。

在环境监测监控物联网系统中，系统中的CEMS（废气在线连续监测仪器）仪器从企业的排污烟囱采集排放污染物的数据及该仪器的工作状态信息以及由锅炉运行负荷采集装置和室温传感器采集的锅炉运行负荷与室温数据通过在监测现场配置的环保专用数采仪，接入互联网（有线或者无线网络），废水在线监测仪器把废水污染源的排放物的数据及该仪器的工作状态信息，通过在监测现场配置的环保专用数采仪，接入互联网（有线或者无线网络），这些数据通过互联网传输到监控中心的数据库服务器。运营公司的业务人员通过访问监控中心的数据库服务器，可以实现对现场数据的监测，并把一定的对城市废气等监测仪器的监控命令通过网络传到现场的监测仪器，从而实现对监测仪器的远程控制。环保厅（局）污控处、环保110以及各相关企业，通过Internet 访问系统的Web服务器，可根据不同的权限分类查看由市监控中心审核后的监测数据。

另外，环境监测监控物联网系统把符合物联网的"物物相连"等要求的数据采集终端纳入物联网，其能够同时向国家、省、市、县等多级、多个环境监测监控中心转发环境监测数据，实现数据采集终端设备之间还能够相互通信，组织成一个互联互通的网络系

统。该种互联互通的体系结构大大优越于传统的环境监测监控系统，不仅能够完成环境监测数据的实时多级传输，而且数据终端的智能化程度更高，它们之间可以通过自组网的形式协作完成一系列相关业务。

系统主要功能

本文在传统环境监测监控系统统建设的基础上，结合物联网的技术，根据环境监测监控系统建设的新形势和新要求而提出来的一个新的研究方向。

本文将数采终端设备纳入物联网，它本身具有"一点多发、自动补数、web发布"等特点和功能，本文将增进了其智能化，它们之间可以相互通信，协作完成一系列环境监测监控业务。

各类用户通过Internet可以直接访问数据采集终端设备

随着社会文明和经济社会的发展，社会大众越来越关注自身生存环境状况。我公司研制的数据采集终端设备具有很强的智能性，能够向省市县各级环境监测监控中心传输实时监测数据，用户完全可以通过Internet登录环境监测数据库系统，查看实时监测数据。用户直接登录服务器查看原始监测数据，更具有可信性。

2）两台数采仪之间通信协作完成区域内气体总排放量计算与数据不一致性检查等功能。

（1）计算城市区域内的气体总排放量。

在这种情况下，各个数据采集终端设备都具有计算能力，各自的环境自动监测不必上传到环境监测监控中心平台，某个范围内的数据采集终端设备通过自身的计算能力，相互协作统计出本区域的环境污染状况（比如大气排放状况）。这样就减轻了环境监控中心的负载，也使得环境监测业务分工更明确化、科学化。

（2）河流的上、中、小游数据不一致性检查。

由于各个数据采集终端设备之间能够互联互通，环境监测数据可以通过接力的方式相互传输。某个河流上中小游都安装部署了数据采集终端设备，上游的数据采集终端设备将其环境监测数据传递到中游的数据采集终端设备，中游的数据采集终端设备接收到上游的数据之后，自身进行迅速比对，可以迅速发现水域污染警情，以防止重大污染事故和污染源的扩散，使得环境监测范围的环境状况更加安全可靠，为沿岸居民的生存环境保驾护航。

3）数据采集终端设备的故障诊断。

数据采集终端设备之间可以互联互通，可以相互通信，相互感知邻居节点的状态。如果数据采集终端设备A无法正常向环境监控中心上传环境监测数据，这时数据采集终端设备B就可以向其发送数据包，探测A的状态，以确定B的通信状态及其计算状态。

4）软件远程升级。

采用代码分发机制，向数采终端分发智能升级程序。数据采集终端设备具有智能性，可以相互之间协作完成某种特定的环境监测业务，为了提升各类数据采集终端设备的智能性，可以向其注入软件程序。由于数据采集终端设备的数量大、种类多，环境监控中心可以通过该互联互通网络，向各种类型的数据采集终端设备主节点分别分发升级程序，然后主节点向其局域网内的其它节点通过互联互通网络分别分发该升级程序，最终完成物联网系统的一次升级。

5）集数据采集、处理与传输于一体

数据采集终端设备采用摩托罗拉ColdFire MCF5272 的32位高性能嵌入式微处

理器，内存为32MB，系统闪存FLASH为4M，操作系统采用工业级的LINUX平台，具有极高的系统可靠性与安全性和充足的存储空间存放监测历史数据。具有可编程功能，可实现智能多通信协议处理、组件式的监测设备通信协议动态链接库。采用嵌入式数据