專利名稱：一種基于地理信息系統(tǒng)的排污遠(yuǎn)程無線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，特別是一種基于地理信息系統(tǒng)排污的遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
改善生態(tài)與環(huán)境是事關(guān)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展和人民生活質(zhì)量提高的重大問題。但由于經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使，還有些企業(yè)環(huán)保意識淡薄，隨意排放污染環(huán)境的廢水，廢氣，廢渣等，盡管長期以來我們的環(huán)保人員為了保護(hù)生態(tài)與環(huán)境，做了大量的工作，但對企業(yè)排污的監(jiān)測還是停留在人工定點(diǎn)定期作瞬時采樣分析，這樣既不能正確反映企業(yè)排污連續(xù)的動態(tài)變化，也不能及時發(fā)現(xiàn)偶然事件而引起的污染急劇變化。要確切掌握企業(yè)排污的現(xiàn)狀，盡早發(fā)現(xiàn)環(huán)境的異常變化，迅速做出環(huán)境污染預(yù)報，及時跟蹤污染源，就需要對污染源進(jìn)行連續(xù)自動監(jiān)測。但如果建立有線污染監(jiān)測網(wǎng)，需要投入大量的資金，有些企業(yè)也承擔(dān)不起，國家也很難完全負(fù)擔(dān)，而且有線污染監(jiān)測網(wǎng)，也很難做到對大范圍的監(jiān)測，特別是全國范圍的監(jiān)測，有時由于企業(yè)的搬遷，或監(jiān)測中心的搬遷，也會造成原來投入的失效，還需要重復(fù)投入，重復(fù)建網(wǎng)。造成資金的浪費(fèi)。另外由于線路的維護(hù)也需要投入人力物力。所以應(yīng)該尋找出一種有效的，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的解決辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于地理信息系統(tǒng)的排污的遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，它是基于地理信息系統(tǒng)(GIS)和移動通信公網(wǎng)或因特網(wǎng)建立的企業(yè)排污(廢水、廢氣)遠(yuǎn)程無線監(jiān)測系統(tǒng)，建網(wǎng)投資少，監(jiān)測站無人值守，可以在空間地理信息和電子地圖的支持下，描繪出企業(yè)排污污染預(yù)測圖，為環(huán)保監(jiān)理部門和政府有關(guān)部門提供決策依據(jù)。
本實(shí)用新型是這樣構(gòu)成的它由一個或一個以上的監(jiān)測站和一個以上或十個以下的中心站組成，各監(jiān)測站和各中心站通過移動通信網(wǎng)或因特網(wǎng)無線連接。
中心站包括無線通信模塊，無線通信模塊中預(yù)置有通信軟件，無線通信模塊上設(shè)有天線，無線通信模塊與控制器及數(shù)據(jù)處理模塊連接，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊與監(jiān)控計算機(jī)連接，監(jiān)控計算機(jī)中安裝有基于地理信息系統(tǒng)平臺開發(fā)的數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控軟件，中心站還包括電源保障及控制系統(tǒng)，電源保障及控制系統(tǒng)與無線通信模塊、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)控計算機(jī)連接。
監(jiān)測站包括無線通信模塊，無線通信模塊中預(yù)置有通信軟件，無線通信模塊上設(shè)有天線，無線通信模塊依次連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊、接口及數(shù)據(jù)采集模塊、變送器和傳感器；無線通信模塊和控制器及數(shù)據(jù)處理模塊還連接電源保障及控制系統(tǒng)。
電源保障及控制系統(tǒng)包括電源控制器，電源控制器與變壓及整流器、24AH蓄電池并聯(lián)后輸出直流12V電源。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型基于地理信息系統(tǒng)和移動通信公網(wǎng)或因特網(wǎng)建立企業(yè)排污(廢水、廢氣)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)測系統(tǒng)，建網(wǎng)投資少，監(jiān)測站無人值守，可以在空間地理信息和電子地圖的支持下，使污染源的地理分布和空間密度一目了然，提高系統(tǒng)的應(yīng)用性和可視化程度，實(shí)現(xiàn)多角度多層面的查詢，同時，根據(jù)企業(yè)的地理位置、企業(yè)空間環(huán)境信息、企業(yè)排污指標(biāo)和排污量，建立空間數(shù)據(jù)庫，利用空間數(shù)學(xué)模型運(yùn)算，客觀地對企業(yè)和環(huán)境的污染情況進(jìn)行分析，可描繪出企業(yè)排污污染預(yù)測圖，便于環(huán)保監(jiān)理部門和政府有關(guān)部門提供決策依據(jù)。系統(tǒng)功能豐富，覆蓋了監(jiān)測站控制、指標(biāo)越限報警、企業(yè)排污監(jiān)理、排污連續(xù)的動態(tài)分析、報表處理等。


附圖1是本實(shí)用新型的組網(wǎng)方式一結(jié)構(gòu)圖；附圖2是本實(shí)用新型的組網(wǎng)方式二結(jié)構(gòu)圖；附圖3是本實(shí)用新型的電源控制及保障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；附圖4是本實(shí)用新型的中心站結(jié)構(gòu)圖；附圖5是本實(shí)用新型的監(jiān)測站結(jié)構(gòu)圖；具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例本實(shí)用新型的企業(yè)排污的遠(yuǎn)程無線監(jiān)測裝置，其主要組成部分包括一個以上或十個以下的中心站和一個或一個以上的監(jiān)測站，及基于移動通信或因特網(wǎng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)測站與中心站的組網(wǎng)方式有兩種一種如圖1所示，是建立具有移動通訊網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)處理中心，充分利用現(xiàn)有資源因特網(wǎng)組網(wǎng)，每一監(jiān)測站利用移動通信GSM/GPRS/CDMA以TCP/IP數(shù)據(jù)包或短消息的形式，向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心報送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理中心以TCP/IP數(shù)據(jù)包或短消息的形式，通過因特網(wǎng)或移動通信GSM/GPRS/CDMA向各中心站(省、地、市、企業(yè)等)實(shí)時報送數(shù)據(jù)；另一種如圖2所示是采用點(diǎn)對點(diǎn)短消息(SMS)組網(wǎng)方式，特點(diǎn)是利用移動公司的短消息交換中心，每一監(jiān)測站與各中心站通過短消息直接傳輸數(shù)據(jù)。
在中心站和監(jiān)測站均設(shè)有電源控制及保障系統(tǒng)4，如圖3所示，它由電源控制器8、24AH蓄電池10和將220V交流電轉(zhuǎn)換成12V直流電的變壓及整流器9組成。在220V交流電停電時，自動由24AH的蓄電池10向系統(tǒng)供電，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
中心站和監(jiān)測站的各模塊通過數(shù)據(jù)接口進(jìn)行連接，本實(shí)用新型的所有數(shù)據(jù)接口都支持多種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口(如RS-485/422、RS-232以及以太網(wǎng)接口)并支持編碼協(xié)議(如MODBUS和自定義協(xié)議)，本實(shí)用新型的接口還具有12位8通道和8通道8位A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，支持4-20mA或0-10V工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模擬信號和非標(biāo)準(zhǔn)模擬信號的輸入。
具體實(shí)施時可先建立中心站中心站的組成如圖4所示。中心站由無線通信模塊1、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2、監(jiān)控計算機(jī)3和電源控制及保障系統(tǒng)4組成。無線通信模塊1與控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2連接，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2與監(jiān)控計算機(jī)3連接，監(jiān)控計算機(jī)3中安裝有基于地理信息系統(tǒng)平臺開發(fā)的數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控軟件，該軟件根據(jù)企業(yè)的空間地理位置、企業(yè)空間環(huán)境信息、企業(yè)排污指標(biāo)和排污量，建立空間數(shù)據(jù)庫，根據(jù)對企業(yè)污染情況的評估建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算，客觀地對企業(yè)和環(huán)境的污染情況進(jìn)行預(yù)測、分析和處理。電源保障及控制系統(tǒng)4與無線通信模塊1、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2和監(jiān)控計算機(jī)3連接，向無線通信模塊1、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2和監(jiān)控計算機(jī)3提供穩(wěn)定的12V直流電源。
中心站的無線通信模塊1中安裝有通信芯片，并預(yù)置有通信控制軟件，通信芯片選擇通用的GSM芯片，突出數(shù)據(jù)通信功能，專用設(shè)計。無線通信模塊1由天線、GSM芯片、SIM卡座、RS-232插座、外圍電路和器件組成，GSM芯片選用與GSM phase2/2+兼容、支持雙頻(GSM/900和GSM/1800)、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705。通信控制軟件支持GSM/GPRS/CDMA目前常用的移動通信環(huán)境。軟件用AT指令對無線通信模塊進(jìn)行控制。AT指令是主要移動電話生產(chǎn)商N(yùn)OKIA、Erics.son、Motoro1a和HP共同為GSM研制的一整套指令。
中心站的監(jiān)控計算機(jī)3中安裝有數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控軟件分為企業(yè)版和中心版兩個版本。由于企業(yè)版只對本企業(yè)內(nèi)部各監(jiān)測站進(jìn)行監(jiān)控，故功能相對簡單，具有監(jiān)測站監(jiān)控、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理和圖型顯示、報表處理和操作員管理等功能。
中心版基于地理信息系統(tǒng)開發(fā)。軟件采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，C/S結(jié)構(gòu)?？蛇m應(yīng)Sybase、Oracle、SQL Server等多種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，可選用基于控件開發(fā)的地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺，例如Mapinfo公司的Mapinfo mapx、Arcinfo公司的Map Object等。軟件實(shí)現(xiàn)了任意比例尺縮放，漫游全圖，監(jiān)測站快速定位等功能。在空間地理信息和電子地圖的支持下，使污染源的地理分布、信息描述和預(yù)測分析一目了然，提高了系統(tǒng)的應(yīng)用性和可視化程度，實(shí)現(xiàn)了多角度多層面的查詢，在電子地圖上關(guān)聯(lián)了監(jiān)測站的實(shí)時信息和空間環(huán)境信息，方便了系統(tǒng)對大規(guī)模監(jiān)測站群的管理，同時，根據(jù)企業(yè)的地理位置、企業(yè)排污指標(biāo)和排污量，客觀地對企業(yè)和環(huán)境的污染情況進(jìn)行分析，利用地理信息系統(tǒng)的功能，在電子地圖上可描繪出企業(yè)排污污染預(yù)測區(qū)域圖，便于環(huán)保監(jiān)理部門和政府有關(guān)部門提供決策依據(jù)。軟件具有電子地圖和表格多種站點(diǎn)查詢方式，具有報警及提示功能。具有直觀的實(shí)時數(shù)據(jù)顯示方式，如動態(tài)數(shù)據(jù)點(diǎn)，棒圖，指針，實(shí)時曲線等，可以清晰的反映各監(jiān)測指標(biāo)的發(fā)展趨勢。在排污企業(yè)信息管理方面，軟件具有企業(yè)所在城市基本信息管理、企業(yè)基本信息管理、監(jiān)測站基本信息管理和企業(yè)環(huán)境信息分析功能。在排污信息查詢方面，具有企業(yè)排污口信息查詢、企業(yè)排污量查詢、企業(yè)詳細(xì)數(shù)據(jù)查詢、企業(yè)超標(biāo)量排污查詢、企業(yè)排污濃度超標(biāo)查詢等。在對監(jiān)測站遠(yuǎn)程監(jiān)管方面，具有監(jiān)測站遠(yuǎn)程控制面板，可向指定監(jiān)測站發(fā)送各種監(jiān)管命令，例如開/關(guān)指定監(jiān)測站、通信線路和監(jiān)測站自檢、請求數(shù)據(jù)、設(shè)置中心站、校準(zhǔn)監(jiān)測站時鐘、查詢監(jiān)測站各運(yùn)行參數(shù)等；具有監(jiān)測站報警門限設(shè)置、采集及報送數(shù)據(jù)周期和頻率設(shè)置等功能。
中心站建立起來后，再建立被監(jiān)控企業(yè)的監(jiān)測站。監(jiān)測站的組成如圖5所示。監(jiān)測站由無線通信模塊1、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2、接口及數(shù)據(jù)采集模塊5、變送器6、傳感器7和電源控制及保障系統(tǒng)4組成，無線通信模塊1依次連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2、接口及數(shù)據(jù)采集模塊5、變送器6和傳感器7，無線通信模塊1和控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2還連接電源保障及控制系統(tǒng)4。監(jiān)測站的無線通信模塊1中安裝有通信芯片，并預(yù)置有通信控制軟件，無線通信模塊1根據(jù)各企業(yè)使用的不同通信方式，采用更換通信芯片和軟件設(shè)置來調(diào)整，例如使用SMS和GPRS通信時，選用Q2403系列或Q24X6系列芯片，使用CDMA通信時，可選用Q2338芯片，并對通信軟件進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。無線通信模塊1經(jīng)天線將數(shù)據(jù)信號以短信息的方式發(fā)送出去。
監(jiān)測站的無線通信模塊1與控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2連接，在控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2中安裝有美國Cygnal公司生產(chǎn)的C8051F020單片機(jī)，該單片機(jī)是集成在一塊芯片上的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片，具有高速流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核可達(dá)25MIPS，片上具有12位8通道ADC，兩個12位DAC可編程更新時序，兩個UART串行接口，5個通用的16位定時器，5個捕捉/比較模塊的可編程計數(shù)器/定時器陣列。串行接口經(jīng)軟件編程可擴(kuò)充到6個和增加8位8通道ADC。
控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2對模擬信號源每0.1秒采集1次數(shù)據(jù)，定時進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字端口數(shù)據(jù)采用握手約定或定時采集，各端口數(shù)據(jù)采集完成后，按照中心站規(guī)定的發(fā)送周期和頻率，加上發(fā)送時間和日期，匯集成數(shù)據(jù)組，例如流量、溫度、濕度、壓力、氧、二氧化碳、二氧化硫、時間、日期；通過無線通信模塊1定時發(fā)送給各中心站。
控制器及數(shù)據(jù)處理模塊2通過40針插頭與接口及數(shù)據(jù)采集模塊5的數(shù)據(jù)端口連接，以保證數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理信息的暢通。接口及數(shù)據(jù)采集模塊5經(jīng)變送器6與傳感器7連接。
在企業(yè)的排污口(煙道、污水處理場)修出擴(kuò)展(水或煙)道，便于安裝傳感器7探頭或采水泵。傳感器7應(yīng)選用國家環(huán)保總局批準(zhǔn)認(rèn)可的，傳感器7及變送器6的土建安裝根據(jù)不同傳感器7的要求實(shí)施。
傳感器7的選擇取決于企業(yè)的排污情況，例如發(fā)電廠廢水(煤粉塵)監(jiān)測站一般選用，在線流量計、在線PH分析儀、在線COD分析儀等；發(fā)電廠廢氣(煙氣)監(jiān)測站一般選用，在線流量計、在線溫度/濕度測量儀、在線壓力測量儀、氧測量儀、二氧化碳測量儀、二氧化硫測量儀等；化肥廠廢水監(jiān)測站一般選用在線流量計、在線氨氮分析儀、在線氯化物分析儀、在線PH分析儀等。在實(shí)際應(yīng)用中，大部分傳感器選用4-20mA、0-10V標(biāo)準(zhǔn)模擬信號輸出。
監(jiān)測站是系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無人職守監(jiān)測單元，安置于被監(jiān)測企業(yè)的煙氣排放口或污水處理場出口，對企業(yè)排污進(jìn)行24小時在線監(jiān)測。監(jiān)測站的所有管理和控制權(quán)均由中心站遠(yuǎn)程操作執(zhí)行。系統(tǒng)可存儲數(shù)據(jù)3個月，并具備現(xiàn)場數(shù)據(jù)讀取(RS-232)功能。系統(tǒng)具有實(shí)時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)篩選、對各監(jiān)測指標(biāo)預(yù)警處理等數(shù)據(jù)處理功能，具有按中心站規(guī)定時間定時數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程命令執(zhí)行功能。另外，系統(tǒng)還具有通信信道檢測、接入傳感器接口檢測、系統(tǒng)自檢、通信線路自檢、電源檢測和控制、手機(jī)請求數(shù)據(jù)處理、同時支持10個中心站的數(shù)據(jù)請求和服務(wù)等功能。
各中心站和各監(jiān)測站安裝好后，可分別進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試通過后，再進(jìn)行各中心站和各監(jiān)測站的統(tǒng)一聯(lián)調(diào)，并經(jīng)驗收通過。
權(quán)利要求1.一種基于地理信息系統(tǒng)的排污遠(yuǎn)程無線監(jiān)測裝置，其特征在于該裝置由一個或一個以上的監(jiān)測站和一個以上或十個以下的中心站組成，各監(jiān)測站和各中心站通過移動通信網(wǎng)或因特網(wǎng)無線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地理信息系統(tǒng)的排污遠(yuǎn)程無線監(jiān)測裝置，其特征在于中心站包括無線通信模塊(1)，無線通信模塊(1)中預(yù)置有通信軟件，無線通信模塊(1)上設(shè)有天線，無線通信模塊(1)與控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(2)連接，控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(2)與監(jiān)控計算機(jī)(3)連接，監(jiān)控計算機(jī)(3)中安裝有基于地理信息系統(tǒng)平臺開發(fā)的數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控軟件，中心站還包括電源保障及控制系統(tǒng)(4)，電源保障及控制系統(tǒng)(4)與無線通信模塊(1)、控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(2)和監(jiān)控計算機(jī)(3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地理信息系統(tǒng)的排污遠(yuǎn)程無線監(jiān)測裝置，其特征在于監(jiān)測站包括無線通信模塊(1)，無線通信模塊(1)中預(yù)置有通信軟件，無線通信模塊(1)上設(shè)有天線，無線通信模塊(1)依次連接控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(2)、接口及數(shù)據(jù)采集模塊(5)、變送器(6)和傳感器(7)；無線通信模塊(1)和控制器及數(shù)據(jù)處理模塊(2)還連接電源保障及控制系統(tǒng)(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于地理信息系統(tǒng)的排污遠(yuǎn)程無線監(jiān)測裝置，其特征在于電源保障及控制系統(tǒng)(4)包括電源控制器(8)，電源控制器(8)與變壓及整流器(9)、24AH蓄電池(10)并聯(lián)后輸出直流12V電源。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于地理信息系統(tǒng)的排污遠(yuǎn)程無線監(jiān)測裝置，該裝置由一個或一個以上的監(jiān)測站和一個以上或十個以下的中心站組成，各監(jiān)測站和各中心站通過移動通信網(wǎng)或因特網(wǎng)無線連接。本實(shí)用新型的裝置，建網(wǎng)投資少，可以做到對企業(yè)排污情況的連續(xù)自動監(jiān)測，便于建立大型的污染監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，甚至是全國范圍的污染監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號H04L12/28GK2924670SQ20062010952
公開日2007年7月18日 申請日期2006年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者張小平 申請人:張小平