趙迎春，賈志剛，卜祥濤

(1.營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程系，遼寧營(yíng)口 115000；2.營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院電教中心，遼寧營(yíng)口 115000)

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環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙迎春1，賈志剛1，卜祥濤2

(1.營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子工程系，遼寧營(yíng)口 115000；2.營(yíng)口職業(yè)技術(shù)學(xué)院電教中心，遼寧營(yíng)口 115000)

目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境資源的矛盾日趨尖銳，深入推進(jìn)環(huán)境信息化建設(shè)勢(shì)在必行。本文設(shè)計(jì)了以中心管理平臺(tái)為核心，依托前端的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保監(jiān)測(cè)設(shè)備，運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)控制等先進(jìn)技術(shù)，全方位、全天候的環(huán)境監(jiān)測(cè)和監(jiān)控體系。并闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了中心管理平臺(tái)主要應(yīng)用系統(tǒng)和具體的環(huán)保監(jiān)測(cè)儀器。事實(shí)證明，該系統(tǒng)提高了環(huán)境質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析能力，提高了污染源的監(jiān)控和管理水平。

環(huán)保監(jiān)控；中心管理平臺(tái)；通信網(wǎng)絡(luò)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；污染源

目前，我國(guó)環(huán)境保護(hù)的形勢(shì)非常嚴(yán)峻，加強(qiáng)環(huán)境信息化建設(shè)迫在眉睫?，F(xiàn)有的環(huán)保監(jiān)測(cè)工作存在諸多問(wèn)題，比如在環(huán)保監(jiān)測(cè)具體實(shí)施過(guò)程中，很多監(jiān)測(cè)點(diǎn)是手工采樣監(jiān)測(cè)，即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且不能在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。由此，本文提出了基于通信網(wǎng)絡(luò)的環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)。

1 總體設(shè)計(jì)方案

環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)是面向政府環(huán)保管理機(jī)構(gòu)和大中型企業(yè)，以強(qiáng)大的中心管理平臺(tái)為核心，依托前端的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保監(jiān)測(cè)設(shè)備，運(yùn)用通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)接入技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)抗干擾采集技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)等先進(jìn)技術(shù)，建立全方位、全天候、立體化的環(huán)境監(jiān)測(cè)和監(jiān)控體系[1]。整個(gè)系統(tǒng)主要由中心管理平臺(tái)、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)控中心四部分組成，通過(guò)各個(gè)組成部分之間的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互與管理[2]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

中心管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)環(huán)保監(jiān)控的統(tǒng)一管理、業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)和分析、數(shù)據(jù)備份、視頻分發(fā)等功能。通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)中心管理平臺(tái)、監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)、監(jiān)控中心的信息互聯(lián)，通信網(wǎng)絡(luò)通常采用光纖專(zhuān)網(wǎng)的方式。監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)主要分為自然環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)和污染源企業(yè)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)。前端采集設(shè)備主要分為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集儀器和視頻監(jiān)控設(shè)備。監(jiān)控中心通過(guò)城域網(wǎng)/局域網(wǎng)與中心管理平臺(tái)相連，通常也采用光纖專(zhuān)網(wǎng)接入。

2 中心管理平臺(tái)主要應(yīng)用系統(tǒng)

環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)的平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示，中心管理平臺(tái)主要應(yīng)用系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)中非常重要的組成部分。

2.1 環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

采用專(zhuān)用監(jiān)測(cè)儀器采集水質(zhì)、空氣、噪音等數(shù)據(jù)(如空氣中SO2含量、噪音分貝等)，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心傳輸，監(jiān)控中心將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管理，并將所需數(shù)據(jù)發(fā)布在系統(tǒng)中[3]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)圖

2.2 污染源在線監(jiān)控子系統(tǒng)

對(duì)污水、煙氣塵、噪聲等污染源的污染狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效審核，對(duì)超標(biāo)排放的監(jiān)測(cè)點(diǎn)自動(dòng)報(bào)警(如化學(xué)需氧量COD超標(biāo)、SO2超標(biāo)等)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或短信通知相關(guān)人員；按用戶自己定義的條件格式查詢歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等操作等[4]。

2.3 工況在線監(jiān)控子系統(tǒng)

在污染源企業(yè)的污染治理設(shè)施上安裝多種監(jiān)測(cè)設(shè)備，采集信號(hào)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心實(shí)時(shí)傳送，監(jiān)控中心通過(guò)軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控分析[5]。

2.4 環(huán)保視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

主要對(duì)地表水污染、單位污水排放口等情況進(jìn)行監(jiān)控。針對(duì)各重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)控，主要采取廣域的大范圍監(jiān)控和重點(diǎn)污染源的小范圍監(jiān)測(cè)。監(jiān)控又可分為半自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和人工監(jiān)控兩種方式。實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示時(shí)選擇MPEG4壓縮算法，可實(shí)現(xiàn)12路圖像同時(shí)調(diào)用顯示。視頻畫(huà)面一般按照GIF格式進(jìn)行回傳，幀率為8～15幀/秒，流量為150～200M/小時(shí)。

3 環(huán)保監(jiān)測(cè)儀器

3.1 污水在線監(jiān)測(cè)

CODcr水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀能對(duì)工業(yè)污水等直接測(cè)量。該儀器采用380nm紫外分光光度法分析，有色廢水不干擾測(cè)量結(jié)果；具有超大量程0～20000mg/L并可擴(kuò)充等。氨氮水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀能夠長(zhǎng)期自動(dòng)監(jiān)測(cè)各種水體中的NH3-N。監(jiān)測(cè)儀裝配了半導(dǎo)體冷井恒溫裝置，使光電傳感器和氣液分離器始終工作在18℃左右，以消除環(huán)境溫度變化引起的測(cè)量誤差。

3.2 煙氣在線監(jiān)測(cè)

SO2、NOx煙氣分析儀的特點(diǎn)是精確度高和操作方便，具有RS485和RS232通訊接口。分析儀具有自我診斷功能，包括檢測(cè)電源/傳感器的失效、超出量程、采樣煙氣流量不足等。顆粒物分析儀可同時(shí)顯示顆粒物濃度和不透明度；具有國(guó)家環(huán)保局規(guī)定的極限值、鏡頭污染極限值等報(bào)警功能；具有反吹風(fēng)氣幕保護(hù)功能；支持長(zhǎng)距離和高溫測(cè)量。煙氣采樣器適用采樣高溫、高濕、高濃度粉塵的排放氣體。采樣器包括不銹鋼采樣管，粉塵過(guò)濾器及溫控加熱器。粉塵過(guò)濾器的過(guò)濾精度為1μm，溫控加熱器在0～350℃可調(diào)。

3.3 空氣在線監(jiān)測(cè)

SO2監(jiān)測(cè)儀采用紫外熒光法監(jiān)測(cè)SO2氣體；CO監(jiān)測(cè)儀采用非分散紅外吸收技術(shù)監(jiān)測(cè)CO氣體；顆粒物監(jiān)測(cè)儀采用β射線法監(jiān)測(cè)顆粒物；氣象五參數(shù)監(jiān)測(cè)儀能對(duì)溫度、相對(duì)濕度等氣象因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.4 噪聲在線監(jiān)測(cè)

在噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，接有顯示屏、氣象模塊和GPS定位系統(tǒng)，控制單元將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示屏顯示，從氣象模塊中讀入氣象數(shù)據(jù)并保存，從GPS中讀入地理信息并保存。

3.5 數(shù)據(jù)采集儀

數(shù)據(jù)采集儀采用LAN網(wǎng)絡(luò)傳輸，同時(shí)支持無(wú)線通訊GPRS/CDMA和有線通訊ADSL/LAN，具有永久在線功能；傳輸模塊內(nèi)置式，并兼容WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA的傳輸接口；平均無(wú)故障工作時(shí)間達(dá)到10000小時(shí)以上。

4 結(jié)語(yǔ)

在遼寧某環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)企業(yè)226家，監(jiān)控點(diǎn)2350個(gè)(傳感器與視頻監(jiān)控點(diǎn)比例為1∶2)，中心管理平臺(tái)的視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)周期為1個(gè)月，監(jiān)控中心同時(shí)在線訪問(wèn)用戶數(shù)可多達(dá)20人?；谕ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)的環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建了重點(diǎn)污染源的信息化管理網(wǎng)絡(luò)，提高了環(huán)境質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理能力。

[1]郭小拓.基于GPRS的遠(yuǎn)程環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].杭州:浙江工業(yè)大學(xué),2008.

[2]趙迎春.校車(chē)智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2015(2):30-32.

[3]王威.省級(jí)污水處理廠GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2009(3):30-32.

[4]張如昌.環(huán)境信息系統(tǒng)建設(shè)及思考[D].北京:北京郵電大學(xué),2007.

[5]鄒云娣.污染物總量減排監(jiān)管機(jī)制探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008(28):115-116.

Design and Implementation of Environmental Monitoring System

ZHAO Ying-chun1, JIA Zhi-gang1, PU Xiang-tao2

(1.Department of Electrical and Electronic Engineering, Yingkou Vocational Technology College, Yingkou Liaoning 115000, China; 2.Audio-visual Center, Yingkou Vocational Technology College, Yingkou Liaoning 115000, China)

At present, The contradiction between China’s economic development and environmental resources is becoming increasingly acute, Further promotion the construction of environmental information is imperative. The paper designs a all-round, all-weather environmental monitoring and control system as the core of the central management platform, relying on the front-end field environmental monitoring equipment and using of communication networks, computer control and other advanced technology. The paper expounds the overall design scheme of the system, and introduces the main application systems of the central management platform and the specific environmental monitoring instruments in detail. Facts have proved that the system has improved the ability of real-time monitoring and analysis of environmental quality and improved the level of pollution sources’ monitoring and management.

environmental monitoring; central management platform; communication networks; real time monitoring; pollution sources

2016-03-21

遼寧省2012年科研規(guī)劃項(xiàng)目“電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)理實(shí)一體化課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究”(LZY11194)；遼寧省“十二五”高等教育科研課題“高等職業(yè)院校生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)與探索”(GHYB110134)；遼寧省2014年專(zhuān)項(xiàng)研究課題“高職電氣自動(dòng)化理實(shí)一體化教學(xué)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐”(2014071-1)。

趙迎春(1978- )，女，副教授，碩士，從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和PLC應(yīng)用技術(shù)研究。

TP277.2

A

2095-7602(2016)08-0042-03