一．項(xiàng)目背景

在精細(xì)農(nóng)業(yè)種植如大棚監(jiān)測與控制、野外環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用如森林碳排放量檢測、以及水資源環(huán)境檢測等應(yīng)用領(lǐng)域，無線數(shù)傳模塊都有著重要的意義。

這些領(lǐng)域有分布廣且零散，數(shù)量多等特點(diǎn)。為了在不受地域，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響下及時(shí)掌握現(xiàn)場或是遠(yuǎn)程相關(guān)地點(diǎn)的環(huán)境質(zhì)量和安全情況，采用低速率、低功耗、網(wǎng)絡(luò)容量大的環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)控，來實(shí)現(xiàn)信息的釆集與處理已成為當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測工作的重點(diǎn)。

DTU借助有線網(wǎng)絡(luò)、蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)或工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)，將區(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)匯聚的信息接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)在本地和遠(yuǎn)程的監(jiān)控管理。此外，DTU還可實(shí)現(xiàn)雙向通信，具備終端設(shè)備管理功能，用戶可以通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備管理底層的感知節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

二．建設(shè)依據(jù)

HJ212-2017協(xié)議是國家科技標(biāo)準(zhǔn)司出臺(tái)的污染物在線監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，從監(jiān)管層面對(duì)環(huán)境監(jiān)控過程的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了統(tǒng)一。

HJ212-2017標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議采用應(yīng)答模式，完整的命令由請求方發(fā)起、響應(yīng)方應(yīng)答組成。請求方發(fā)送請求給響應(yīng)方，響應(yīng)方接到請求后，向請求方發(fā)送請求應(yīng)答，握手完成。如果請求方未收到請求應(yīng)答，按回應(yīng)超時(shí)處理。

通信協(xié)議數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1所示，所有通訊包都由ASCII碼字符組成（漢字除外，采用UTf-8碼）。

三．項(xiàng)目優(yōu)勢

1. 能耗小。環(huán)境信息釆集節(jié)點(diǎn)的布置較為廣泛，考慮到某些偏遠(yuǎn)地區(qū)環(huán)境采集點(diǎn)沒有連續(xù)的電源供應(yīng)，所以釆集模塊具有低能耗的特點(diǎn)，這樣不僅能夠節(jié)約功耗，還能延長節(jié)點(diǎn)工作的能力。

2. 檢測范圍廣。環(huán)境信息采集傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信范圍廣，擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能夠滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求，不受區(qū)域位置條件的限制。

3. 數(shù)據(jù)傳輸容量大、速率高。即使在大量的數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行采集和傳送時(shí)，系統(tǒng)也能保證網(wǎng)絡(luò)暢通穩(wěn)定的運(yùn)行，并能適應(yīng)各種規(guī)模的監(jiān)測。

4. 及時(shí)報(bào)警。當(dāng)某個(gè)地區(qū)的環(huán)境數(shù)據(jù)可能會(huì)超過規(guī)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)將報(bào)警信息經(jīng)短信的方式傳輸至管理人員手機(jī)上。

5. 通信費(fèi)用低。

四．應(yīng)用架構(gòu)

DTU在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖如下所示，根據(jù)功能可分為三個(gè)模塊：環(huán)境信息采集點(diǎn)，環(huán)境信息傳輸層，以及遠(yuǎn)程控制應(yīng)用層。

1. 環(huán)境信息采集點(diǎn)：使用DTU作為數(shù)采儀，用RS485串口線與監(jiān)控儀器相連，通過modbus RTU協(xié)議進(jìn)行通信采集數(shù)據(jù)；

2. 環(huán)境信息傳輸層：采集到的數(shù)據(jù)信息通過GPRS蜂窩網(wǎng)絡(luò)上傳到云服務(wù)平臺(tái)。此外，為了降低現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取難度，DTU為對(duì)接上位機(jī)軟件提供了兩種便捷方式，即協(xié)議開發(fā)包（動(dòng)態(tài)鏈接庫）和網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)串口工具，大大降低了用戶自主開發(fā)或?qū)拥谌缴衔粰C(jī)軟件的難度。

3. 遠(yuǎn)程控制應(yīng)用層：云平臺(tái)服務(wù)通過HJ212-2017協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)與上位機(jī)軟件通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測。

五．相關(guān)產(chǎn)品

1. 產(chǎn)品概述

我司無線數(shù)據(jù)終端DTU是一款一款工業(yè)級(jí)4G全網(wǎng)通產(chǎn)品，它全面支持中國移動(dòng)、中國聯(lián)通以及中國電信的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場串口設(shè)備與中心控制系統(tǒng)間的無線數(shù)據(jù)通信，具有組網(wǎng)迅速、擴(kuò)容靈活、建設(shè)周期短、成本低等優(yōu)勢。

這款DTU采用的加密芯片和數(shù)據(jù)的加解密算法及協(xié)議，*符合公司安全性規(guī)范及要求，可輕松完成對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和控制，廣泛適用于水利、污水處理、新能源、市政供水供熱燃?xì)狻⒔煌?、電力、環(huán)保、氣象等行業(yè)。

2. 功能優(yōu)勢

● 支持RS-485、212多種接口選擇，兼容所有串口下位機(jī)；

● 采用工業(yè)級(jí)傳輸模塊，7×24h穩(wěn)定傳輸；

● 即插即用，支持虛擬串口；

● 支持遠(yuǎn)程查詢 SIM 卡，查詢 DTU 中 SIM 卡余額、流量等信息；

● 簡單易用，運(yùn)維方便，工作人員無需進(jìn)行培訓(xùn)即可上手；

● 支持發(fā)送短信功能；

● 支持兩端都是 4G無線的點(diǎn)到點(diǎn)、多點(diǎn)到點(diǎn)通信；

● 全面支持中國聯(lián)通、中國移動(dòng)和中國電信的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)；

● 支持服務(wù)器端遠(yuǎn)程更改 DTU 配置項(xiàng)；

● 用戶可遠(yuǎn)程配置搭建項(xiàng)目，快速對(duì)接上位機(jī)軟件；

● 科學(xué)的外觀設(shè)計(jì)，體積小而輕巧，無安裝空間要求；

3. 傳輸方式

（1）純透傳

（2）帶注冊包、心跳包的透傳

4. 通信組網(wǎng)方式

（1）云平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)給用戶服務(wù)器

（2）云平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)給其他設(shè)備

（3）用戶固定IP/域名

5. 產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格

6. 應(yīng)用領(lǐng)域

● 環(huán)保行業(yè):??污染源監(jiān)測；大氣環(huán)境監(jiān)測；噪音監(jiān)測；粉塵監(jiān)測等。

● 電力行業(yè):?電力遠(yuǎn)程抄表；變電站監(jiān)測；電力線路監(jiān)測；配電網(wǎng)絡(luò)柱上開關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)等。

● 石油行業(yè):?油氣井的遠(yuǎn)程監(jiān)控；GPRS遠(yuǎn)程油田自動(dòng)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)；燃?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)方案等。??

● 水利行業(yè):?水質(zhì)監(jiān)測；水庫閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)方案；水利GPRS調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用方案；水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)；水庫自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)等。?

● 市政行業(yè):?水表、煤氣表等遠(yuǎn)程抄表；路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控管理；管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測；城市能耗監(jiān)測等。??

六．應(yīng)用案例（污染源在線監(jiān)測）

1. 監(jiān)測因子

煙塵（煙塵、SO2、NOx）、污水（COD、流量、TOC、總磷、氨氮）、 空氣質(zhì)量、噪聲污染等；

2. 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測

實(shí)時(shí)監(jiān)測現(xiàn)場儀表運(yùn)行狀態(tài)、治污設(shè)備啟停狀態(tài)等。能自動(dòng)監(jiān)測在線監(jiān)測儀、 自動(dòng)采樣器等現(xiàn)場儀表、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行、停止或故障等）

3. 污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

系統(tǒng)集自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為一體，由場監(jiān)控站點(diǎn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、污染源監(jiān)控中心、污染源在線遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)等組成，并應(yīng)用于污染源在線自動(dòng)監(jiān)測中。

4. DTU在監(jiān)測中的應(yīng)用

（1）數(shù)據(jù)采集與處理

接受現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)、儀器參數(shù)、工作狀態(tài)等，按照要求對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理、存儲(chǔ)，并按頻率將結(jié)果定時(shí)或者即時(shí)上傳發(fā)送至中心站服務(wù)器。

（2）自動(dòng)報(bào)警

數(shù)據(jù)采集器采用輪詢的方法，以比較高的頻率查詢監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)寄存器的狀態(tài)信息，如發(fā)生錯(cuò)誤或者異常信息,主動(dòng)向中心服務(wù)器報(bào)警并告知錯(cuò)誤和異常的信息。

（3）現(xiàn)場控制

接受中心站的指令，對(duì)現(xiàn)場設(shè)備各狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)設(shè)置、調(diào)整和校準(zhǔn)等。

5. 業(yè)務(wù)架構(gòu)

（1）使用用戶

環(huán)保部門、環(huán)保審核人員、第三方運(yùn)維單位、企業(yè)環(huán)保人員及公眾等。

（2）組織架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)由環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)、污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測管理系統(tǒng)、環(huán)境視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)、GIS綜合應(yīng)用平臺(tái)、綜合應(yīng)用管理平臺(tái)以及信息發(fā)布于交互管理平臺(tái)組成。

● 環(huán)境監(jiān)測相關(guān)設(shè)備采集區(qū)域內(nèi)污染數(shù)據(jù)經(jīng)DTU傳輸至統(tǒng)一管理平臺(tái)，職能部門對(duì)實(shí)時(shí)排污、環(huán)境質(zhì)量實(shí)時(shí)情況以及設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)污染源進(jìn)行現(xiàn)場督察。

● 工作人員依據(jù)DTU傳輸過來的各項(xiàng)污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行人工復(fù)核，審核過后的數(shù)據(jù)由平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、評(píng)價(jià)、生成報(bào)表等。

●  對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)察分析儀，環(huán)保部門定期將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)察平臺(tái)。

●  相關(guān)企業(yè)的工作人員可以通過系統(tǒng)一站式查詢企業(yè)的污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。

●  設(shè)備生產(chǎn)商或第三方運(yùn)維單位可以通過系統(tǒng)提供的設(shè)備故障狀態(tài)，對(duì)前段監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)和維護(hù)等，從而保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的正常上傳和前段監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

●  監(jiān)測數(shù)據(jù)和可以同步至第三方多媒體平臺(tái)，以便公眾及時(shí)了解對(duì)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀與變化趨勢，對(duì)污染源進(jìn)行監(jiān)督。

6. 項(xiàng)目特點(diǎn)

（1）采用*的PLC或工控機(jī)作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器，各監(jiān)測子站以數(shù)據(jù)采集器為核心，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)自動(dòng)收集上傳、自動(dòng)報(bào)警、中心站遠(yuǎn)程控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)污染源等環(huán)境要素監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。

（2）系統(tǒng)采用成熟的無線數(shù)傳作為數(shù)據(jù)上傳和控制命令下達(dá)的通信方式，突破了傳統(tǒng)的有線通信方式,能支持大數(shù)據(jù)量高效、安全的實(shí)時(shí)傳輸，且費(fèi)用成本低廉。

（3）系統(tǒng)以云端大數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以監(jiān)測數(shù)據(jù)工作流程為主線，基本覆蓋了污染源監(jiān)測的各項(xiàng)業(yè)務(wù)流程以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、處理，功能完善、性能良好、適用性強(qiáng)。

（4）系統(tǒng)將地理信息系統(tǒng)GIS融入其中，利用GIS強(qiáng)大的地理信息分析功能,結(jié)合環(huán)境數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)基于地理信息基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)、環(huán)境制圖、顯示等功能和對(duì)環(huán)境評(píng)價(jià)、預(yù)測預(yù)報(bào)以及規(guī)劃管理的支持。

（5）本系統(tǒng)不僅僅適用于污染源的在線監(jiān)測，還適用于水質(zhì)監(jiān)測、氣象監(jiān)測、生態(tài)監(jiān)測等所有無人值守的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。