专利名称：一种基于地理信息系统的排污远程无线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种远程监测装置，特别是一种基于地理信息系统排污的远程监测装置。
背景技术：
改善生态与环境是事关经济社会可持续发展和人民生活质量提高的重大问题。但由于经济利益的驱使，还有些企业环保意识淡薄，随意排放污染环境的废水，废气，废渣等，尽管长期以来我们的环保人员为了保护生态与环境，做了大量的工作，但对企业排污的监测还是停留在人工定点定期作瞬时采样分析，这样既不能正确反映企业排污连续的动态变化，也不能及时发现偶然事件而引起的污染急剧变化。要确切掌握企业排污的现状，尽早发现环境的异常变化，迅速做出环境污染预报，及时跟踪污染源，就需要对污染源进行连续自动监测。但如果建立有线污染监测网，需要投入大量的资金，有些企业也承担不起，国家也很难完全负担，而且有线污染监测网，也很难做到对大范围的监测，特别是全国范围的监测，有时由于企业的搬迁，或监测中心的搬迁，也会造成原来投入的失效，还需要重复投入，重复建网。造成资金的浪费。另外由于线路的维护也需要投入人力物力。所以应该寻找出一种有效的，经济实用的解决办法。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于地理信息系统的排污的远程监测装置，它是基于地理信息系统(GIS)和移动通信公网或因特网建立的企业排污(废水、废气)远程无线监测系统，建网投资少，监测站无人值守，可以在空间地理信息和电子地图的支持下，描绘出企业排污污染预测图，为环保监理部门和政府有关部门提供决策依据。
本实用新型是这样构成的它由一个或一个以上的监测站和一个以上或十个以下的中心站组成，各监测站和各中心站通过移动通信网或因特网无线连接。
中心站包括无线通信模块，无线通信模块中预置有通信软件，无线通信模块上设有天线，无线通信模块与控制器及数据处理模块连接，控制器及数据处理模块与监控计算机连接，监控计算机中安装有基于地理信息系统平台开发的数据处理及监控软件，中心站还包括电源保障及控制系统，电源保障及控制系统与无线通信模块、控制器及数据处理模块和监控计算机连接。
监测站包括无线通信模块，无线通信模块中预置有通信软件，无线通信模块上设有天线，无线通信模块依次连接控制器及数据处理模块、接口及数据采集模块、变送器和传感器；无线通信模块和控制器及数据处理模块还连接电源保障及控制系统。
电源保障及控制系统包括电源控制器，电源控制器与变压及整流器、24AH蓄电池并联后输出直流12V电源。
与现有技术相比，本实用新型基于地理信息系统和移动通信公网或因特网建立企业排污(废水、废气)的远程无线监测系统，建网投资少，监测站无人值守，可以在空间地理信息和电子地图的支持下，使污染源的地理分布和空间密度一目了然，提高系统的应用性和可视化程度，实现多角度多层面的查询，同时，根据企业的地理位置、企业空间环境信息、企业排污指标和排污量，建立空间数据库，利用空间数学模型运算，客观地对企业和环境的污染情况进行分析，可描绘出企业排污污染预测图，便于环保监理部门和政府有关部门提供决策依据。系统功能丰富，覆盖了监测站控制、指标越限报警、企业排污监理、排污连续的动态分析、报表处理等。
附图1是本实用新型的组网方式一结构图；附图2是本实用新型的组网方式二结构图；附图3是本实用新型的电源控制及保障系统结构图；附图4是本实用新型的中心站结构图；附图5是本实用新型的监测站结构图；具体实施方式
本实用新型的实施例本实用新型的企业排污的远程无线监测装置，其主要组成部分包括一个以上或十个以下的中心站和一个或一个以上的监测站，及基于移动通信或因特网的无线通信网络。监测站与中心站的组网方式有两种一种如图1所示，是建立具有移动通讯网关的数据处理中心，充分利用现有资源因特网组网，每一监测站利用移动通信GSM/GPRS/CDMA以TCP/IP数据包或短消息的形式，向系统的数据处理中心报送数据，数据处理中心以TCP/IP数据包或短消息的形式，通过因特网或移动通信GSM/GPRS/CDMA向各中心站(省、地、市、企业等)实时报送数据；另一种如图2所示是采用点对点短消息(SMS)组网方式，特点是利用移动公司的短消息交换中心，每一监测站与各中心站通过短消息直接传输数据。
在中心站和监测站均设有电源控制及保障系统4，如图3所示，它由电源控制器8、24AH蓄电池10和将220V交流电转换成12V直流电的变压及整流器9组成。在220V交流电停电时，自动由24AH的蓄电池10向系统供电，保证系统的正常运行。
中心站和监测站的各模块通过数据接口进行连接，本实用新型的所有数据接口都支持多种标准数字接口(如RS-485/422、RS-232以及以太网接口)并支持编码协议(如MODBUS和自定义协议)，本实用新型的接口还具有12位8通道和8通道8位A/D模拟数字转换，支持4-20mA或0-10V工业标准模拟信号和非标准模拟信号的输入。
具体实施时可先建立中心站中心站的组成如图4所示。中心站由无线通信模块1、控制器及数据处理模块2、监控计算机3和电源控制及保障系统4组成。无线通信模块1与控制器及数据处理模块2连接，控制器及数据处理模块2与监控计算机3连接，监控计算机3中安装有基于地理信息系统平台开发的数据处理及监控软件，该软件根据企业的空间地理位置、企业空间环境信息、企业排污指标和排污量，建立空间数据库，根据对企业污染情况的评估建立的数学模型进行运算，客观地对企业和环境的污染情况进行预测、分析和处理。电源保障及控制系统4与无线通信模块1、控制器及数据处理模块2和监控计算机3连接，向无线通信模块1、控制器及数据处理模块2和监控计算机3提供稳定的12V直流电源。
中心站的无线通信模块1中安装有通信芯片，并预置有通信控制软件，通信芯片选择通用的GSM芯片，突出数据通信功能，专用设计。无线通信模块1由天线、GSM芯片、SIM卡座、RS-232插座、外围电路和器件组成，GSM芯片选用与GSM phase2/2+兼容、支持双频(GSM/900和GSM/1800)、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705。通信控制软件支持GSM/GPRS/CDMA目前常用的移动通信环境。软件用AT指令对无线通信模块进行控制。AT指令是主要移动电话生产商NOKIA、Erics.son、Motoro1a和HP共同为GSM研制的一整套指令。
中心站的监控计算机3中安装有数据处理及监控软件分为企业版和中心版两个版本。由于企业版只对本企业内部各监测站进行监控，故功能相对简单，具有监测站监控、数据接收、数据处理和图型显示、报表处理和操作员管理等功能。
中心版基于地理信息系统开发。软件采用面向对象的设计方法，C/S结构。可适应Sybase、Oracle、SQL Server等多种数据库管理系统，可选用基于控件开发的地理信息系统开发平台，例如Mapinfo公司的Mapinfo mapx、Arcinfo公司的Map Object等。软件实现了任意比例尺缩放，漫游全图，监测站快速定位等功能。在空间地理信息和电子地图的支持下，使污染源的地理分布、信息描述和预测分析一目了然，提高了系统的应用性和可视化程度，实现了多角度多层面的查询，在电子地图上关联了监测站的实时信息和空间环境信息，方便了系统对大规模监测站群的管理，同时，根据企业的地理位置、企业排污指标和排污量，客观地对企业和环境的污染情况进行分析，利用地理信息系统的功能，在电子地图上可描绘出企业排污污染预测区域图，便于环保监理部门和政府有关部门提供决策依据。软件具有电子地图和表格多种站点查询方式，具有报警及提示功能。具有直观的实时数据显示方式，如动态数据点，棒图，指针，实时曲线等，可以清晰的反映各监测指标的发展趋势。在排污企业信息管理方面，软件具有企业所在城市基本信息管理、企业基本信息管理、监测站基本信息管理和企业环境信息分析功能。在排污信息查询方面，具有企业排污口信息查询、企业排污量查询、企业详细数据查询、企业超标量排污查询、企业排污浓度超标查询等。在对监测站远程监管方面，具有监测站远程控制面板，可向指定监测站发送各种监管命令，例如开/关指定监测站、通信线路和监测站自检、请求数据、设置中心站、校准监测站时钟、查询监测站各运行参数等；具有监测站报警门限设置、采集及报送数据周期和频率设置等功能。
中心站建立起来后，再建立被监控企业的监测站。监测站的组成如图5所示。监测站由无线通信模块1、控制器及数据处理模块2、接口及数据采集模块5、变送器6、传感器7和电源控制及保障系统4组成，无线通信模块1依次连接控制器及数据处理模块2、接口及数据采集模块5、变送器6和传感器7，无线通信模块1和控制器及数据处理模块2还连接电源保障及控制系统4。监测站的无线通信模块1中安装有通信芯片，并预置有通信控制软件，无线通信模块1根据各企业使用的不同通信方式，采用更换通信芯片和软件设置来调整，例如使用SMS和GPRS通信时，选用Q2403系列或Q24X6系列芯片，使用CDMA通信时，可选用Q2338芯片，并对通信软件进行相应调整。无线通信模块1经天线将数据信号以短信息的方式发送出去。
监测站的无线通信模块1与控制器及数据处理模块2连接，在控制器及数据处理模块2中安装有美国Cygnal公司生产的C8051F020单片机，该单片机是集成在一块芯片上的混合信号系统级MCU芯片，具有高速流水线结构的8051兼容的CIP-51内核可达25MIPS，片上具有12位8通道ADC，两个12位DAC可编程更新时序，两个UART串行接口，5个通用的16位定时器，5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列。串行接口经软件编程可扩充到6个和增加8位8通道ADC。
控制器及数据处理模块2对模拟信号源每0.1秒采集1次数据，定时进行数据筛选，对标准数字端口数据采用握手约定或定时采集，各端口数据采集完成后，按照中心站规定的发送周期和频率，加上发送时间和日期，汇集成数据组，例如流量、温度、湿度、压力、氧、二氧化碳、二氧化硫、时间、日期；通过无线通信模块1定时发送给各中心站。
控制器及数据处理模块2通过40针插头与接口及数据采集模块5的数据端口连接，以保证数据采集和数据处理信息的畅通。接口及数据采集模块5经变送器6与传感器7连接。
在企业的排污口(烟道、污水处理场)修出扩展(水或烟)道，便于安装传感器7探头或采水泵。传感器7应选用国家环保总局批准认可的，传感器7及变送器6的土建安装根据不同传感器7的要求实施。
传感器7的选择取决于企业的排污情况，例如发电厂废水(煤粉尘)监测站一般选用，在线流量计、在线PH分析仪、在线COD分析仪等；发电厂废气(烟气)监测站一般选用，在线流量计、在线温度/湿度测量仪、在线压力测量仪、氧测量仪、二氧化碳测量仪、二氧化硫测量仪等；化肥厂废水监测站一般选用在线流量计、在线氨氮分析仪、在线氯化物分析仪、在线PH分析仪等。在实际应用中，大部分传感器选用4-20mA、0-10V标准模拟信号输出。
监测站是系统的远程无人职守监测单元，安置于被监测企业的烟气排放口或污水处理场出口，对企业排污进行24小时在线监测。监测站的所有管理和控制权均由中心站远程操作执行。系统可存储数据3个月，并具备现场数据读取(RS-232)功能。系统具有实时数据采集、数据筛选、对各监测指标预警处理等数据处理功能，具有按中心站规定时间定时数据传输和远程命令执行功能。另外，系统还具有通信信道检测、接入传感器接口检测、系统自检、通信线路自检、电源检测和控制、手机请求数据处理、同时支持10个中心站的数据请求和服务等功能。
各中心站和各监测站安装好后，可分别进行调试，调试通过后，再进行各中心站和各监测站的统一联调，并经验收通过。
权利要求1.一种基于地理信息系统的排污远程无线监测装置，其特征在于该装置由一个或一个以上的监测站和一个以上或十个以下的中心站组成，各监测站和各中心站通过移动通信网或因特网无线连接。
2.根据权利要求1所述的基于地理信息系统的排污远程无线监测装置，其特征在于中心站包括无线通信模块(1)，无线通信模块(1)中预置有通信软件，无线通信模块(1)上设有天线，无线通信模块(1)与控制器及数据处理模块(2)连接，控制器及数据处理模块(2)与监控计算机(3)连接，监控计算机(3)中安装有基于地理信息系统平台开发的数据处理及监控软件，中心站还包括电源保障及控制系统(4)，电源保障及控制系统(4)与无线通信模块(1)、控制器及数据处理模块(2)和监控计算机(3)连接。
3.根据权利要求1所述的基于地理信息系统的排污远程无线监测装置，其特征在于监测站包括无线通信模块(1)，无线通信模块(1)中预置有通信软件，无线通信模块(1)上设有天线，无线通信模块(1)依次连接控制器及数据处理模块(2)、接口及数据采集模块(5)、变送器(6)和传感器(7)；无线通信模块(1)和控制器及数据处理模块(2)还连接电源保障及控制系统(4)。
4.根据权利要求2或3所述的基于地理信息系统的排污远程无线监测装置，其特征在于电源保障及控制系统(4)包括电源控制器(8)，电源控制器(8)与变压及整流器(9)、24AH蓄电池(10)并联后输出直流12V电源。
专利摘要本实用新型公开了一种基于地理信息系统的排污远程无线监测装置，该装置由一个或一个以上的监测站和一个以上或十个以下的中心站组成，各监测站和各中心站通过移动通信网或因特网无线连接。本实用新型的装置，建网投资少，可以做到对企业排污情况的连续自动监测，便于建立大型的污染监测网络，甚至是全国范围的污染监测网络。
文档编号H04L12/28GK2924670SQ20062010952
公开日2007年7月18日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者张小平 申请人:张小平