一种大气自动监测超级站的终端化控制方法与流程

本发明属于属于环境自动监测、在线分析仪器设备、计算机程序软件与网络通讯等技术领域，特别基于大气自动监测超级站的终端化控制方法。

背景技术：

针对我国大范围出现的光化学、灰霾等空气复合污染情况，在大城市和城市群开始建立大气自动监测超级站(以下简称超级站)，进行大气复合污染成分及崔氏监测，以做出有效防治。

然而，形成复合污染的物种成分与反应基理非常复杂，用于超级站的在线分析仪器设备也远比常规空气质量监测站复杂、精密，运行条件与维护操作要求高。监测数据大多是谱线(图)、廓线等，数据量巨大，且受识别、校验技术局限，测试分析结果数据的保存与提交样式仅适合一般实验室离线分析用途。

因此，超级站监测数据(包括仪器设备性能检验及运行环境控制数据)采集、记录、报送，系统集成配置及运行整合，监测系统中心平台(以下简称中心平台)数据集约管理、实时综合分析，等等；都欠缺适用技术方法——国际上也是如此。严重影响超级站运行成效，而且引起巨大的人力物力浪费。

要使超级站发挥其应有的作用，迫切需要突破以下技术难题：

解决实时读取仪器设备的谱线、廓线类型数据。设计适用的超级站工控计算机与仪器设备交互规则。

解决将多种类(或分度)数据存储为关系型数据库的数据记录。并实时进行统计、分析，提供相关信息产品。

解决读取、记录、报送仪器设备性能诊断及检验校准数据信息，实施监测数据质量控制与故障预警报警。

解决在线仪器设备(品种、型号、产品编号)识别、任务配置与运行调度自动化。

解决将长串数据利用网络通讯报送到中心平台服务器，并解决多种类(或分度)数据在关系型数据库中留史保存。

解决监测系统中心平台的超级站大规模数据统计管理、进行实时综合分析、提供信息产品服务。

为使超级站监测数据的获取率、准确度、可靠性满足有效防治大气复合污染的数据应用要求，需要研创能解决上述难题，且能普遍推广的新技术方法。

技术实现要素：

由于超级站监测大气复合污染所用仪器设备的分析方法与流程，特别是其监测数据与性能诊断数据信息的采集、保存、传输都较为复杂。现有空气质量监测站点的建设与集成运行技术已经不能适用。为此，本发明提供了一种大气自动监测超级站的终端化控制方法。

本发明关键技术设计如下：

(1)设计基于计算机网络通讯连接的，仪器设备与工控计算机之间监测数据、性能诊断数据通讯编码样式与交互规则，使仪器设备部署成为工控计算机终端。

(2)设计适合详尽记录谱线、廓线类型(长串)监测数据及其性能诊断数据信息的关系型数据库记录表生成格式与分行存入规则。

(3)设计适合网络传输的谱线、廓线数据以及性能诊断数据的字符串通讯编码样式与报送规则；使中心平台以关系型数据库管理、应用超级站监测数据和性能诊断数据。

(4)设计在线仪器设备识别、配置、调度，故障、性能不良预警报警，数据采集与数据质量控制等自动化规程。

具体地，本发明所述一种大气自动监测超级站的终端化控制方法，通过安装在互联网连接的各类仪器设备，以及用端口转换器件接入的其它通讯端口的仪器设备的终端服务程序，所述工控计算机内也可安装此类仪器设备的终端服务程序，所述终端服务程序针对每种仪器设备技术与操作分别设计，并收集处理所在仪器设备的实时监测数据、性能诊断数据信息，以统一的通讯编码样式回报工控计算机。

上述实时监测数据通讯编码样式设计为class和part样式。其中，所述class样式在各监测项目具有相同的数据状态标识时采用。所述part样式在各监测项目单独拥有数据状态标识时采用。

上所述工控计算机程序登记有超级站可能配装的各种仪器设备及辅助设备，运行支撑属性的技术资源汇总表为工作手册。其中，

所述工控计算机程序设计仪器设备识别、配置、调度作业流程周期性完成以下内容：

按照该超级站仪器设备安装、更换清单文档(最新)入站仪器设备名、产品型号、产品编号刷新汇总表option、sn栏目内容；

遍历现存未被标记在用的网络终端服务，执行汇总表option栏目标注为入站的仪器设备的，运行方式为check的任务脚本，核定标注入站仪器设备的online、server栏目；

审核option栏目标注为入站，online栏目标注为在线的仪器设备的性能诊断数据记录以及实时监测数据的状态标识，核定标注ready栏目；

当出现栏目内容变更，将该超级站所用汇总表报送中心平台。

所述工控计算机程序设计仪器设备实时监测数据及性能诊断数据采集、记录、报送作业流程周期性完成以下内容：

遍历执行online栏目标注为在线，duty栏目标注为sample，符合timer栏目定时条件的任务脚本；

根据仪器设备性能诊断数据记录和condition栏目所关联仪器设备的ready栏目标注，设定监测数据状态标识；

在任务进行中将获取的实时监测数据、性能诊断数据、性能发生报警数据、性能结束报警数据报送中心平台。

所述工控计算机程序设计仪器设备性能在线检验校准作业流程周期性完成以下内容：

遍历执行ready栏目标注为正常，duty栏目标注为taskqueue，符合timer栏目定时条件，并且condition栏目所关联仪器设备(包括标准物质)的ready栏目标注为正常的任务脚本；

在任务进行中按照监测数据状态标识设定规则，设定所检验校准仪器设备的监测数据标识，以及condition栏目所关联仪器设备的监测数据标识；

将任务脚本所填写生成的结果报表报送中心平台。

本发明经过在广东省环境监测中心，以及广州市、深圳市、韶关市、肇庆市、东莞市、中山市等地环境监测主管部门的应用，实现激光雷达灰霾分析仪、粒径谱分析仪、gc-msvoc分析仪、单颗粒飞行质谱气溶胶分析仪、x光荧光重金属分析仪、oc-ec分析仪、光解速率分析仪、温度廓线分析仪、太阳辐射测量仪等，超级站典型配装仪器设备的监测数据采集、入库、报送。

实际应用表明，本发明提供的终端化控制方法技术架构简约、可靠、高效特别有利于程序软件设计开发，能够充分发挥网络智能优势，具有进而采用准机器人辅助超级站运行控制操作的前瞻性，可成为超级站系统集成、运行的主流技术方法。

附图说明

图1为本发明所述仪器设备终端服务程序与工控计算机联网示意图；

图2a为本发明所述class样式实时监测数据接收字符串实例；

图2b为本发明所述class样式实时监测数据记录表实例；

图2c为本发明所述class样式实时监测数据报送字符串实例；

图3a为本发明所述性能诊断数据接收字符串实例；

图3b为本发明所述性能诊断数据报送字符串实例；

图4a为本发明所述性能发生报警数据报送字符串实例；

图4b为本发明所述性能结束报警数据报送字符串实例；

图5为本发明所述技术资源汇总表内容实例；

图6为本发明所述某个超级站工控计算机程序主界面。

具体实施方式

如图1所示，在各仪器设备2安装运行专用的终端服务程序，并与工控计算机1联网；如果某仪器设备3所用通讯端口不支持网络连接(例如rs232/485usb)，则用适合的接口(端口)转换器件4将其接入互联网，该仪器设备的终端服务程序5则安装运行在工控计算机1或者其他联网的计算机上。

这些终端服务程序软件针对每种仪器设备技术与操作分别设计，功能仅为收集处理所在仪器设备的实时监测数据、性能诊断数据信息，并确保以(接后描述)统一的通讯编码样式回报工控计算机；部署成为工控计算机终端机器。从而使工控计算机程序能够仿真当班操作这些终端的工程师的机制设计。

实时监测数据通讯编码样式设计为class和part样式(以下样式表达式中{……}为内容描述)。

class样式，当各监测项目具有相同的数据状态标识时采用：

工控计算机程序发送datart####样式字符串。

(实例见图2a)终端服务程序回报{日期时间}；{数据状态标识}；{项目总名}；{1项目名}；{1数据}；……；{n项目名}；{n数据}；####

工控计算机程序解释执行[[class_{仪器设备名}#n{项目名长度}#d{数据长度}#l{记录行长度}#]{记录表名}]；]]＝{接收字符串}样式脚本语句(如果不存在则)生成包含如下字段的记录表：

timepoint(存日期时间)、class(存分行标记)、mark(存数据状态标识)、part(存项目总名)、n_1(存1项目名)、d_1(存1数据)、n_2(存2项目名)、d_2(存2数据)、……直至字段长度合计最接近指定记录行长度。

并且：每添加一个新记录行则从接收字符串提取日期时间、数据状态标识、项目总名存入timepoint字段、mark字段、part字段，在class字段存入class_{仪器设备名}_{分行序数}样式分行标记；按顺序递增从接收字符串提取一组项目名、数据存入余下字段，用完该记录行则继续添加新记录行，直至存入最后一组项目名、数据。实例见图2b。

part样式，当各监测项目单独拥有数据状态标识时采用：

工控计算机程序发送datart####样式字符串。

终端服务程序回报{日期时间}；{1项目名}；{1数据}；{1数据状态标识}；……；{n项目名}；{n数据}；{n数据状态标识}；####

工控计算机程序解释执行[[part_{项目总名}#n{项目名长度}#d{数据长度}#m{数据状态标识长度#l{记录行长度}#]{记录表名}]；]]＝{接收字符串}样式脚本语句(如果不存在则)生成包含如下字段的记录表：

timepoint(存日期时间)、part(存分行标记)、n_1(存1项目名)、d_1(存1数据)、m_1(存1数据状态标识)、n_2(存2项目名)、d_2(存2数据)、m_2(存2数据状态标识)、……直至字段长度合计最接近指定记录行长度。

并且：每添加一个新记录行则从接收字符串提取日期时间存入timepoint字段，在part字段存入part_{项目总名}_{分行序数}样式分行标记；按顺序递增从接收字符串提取一组项目名、数据、数据状态标识存入余下字段，用完该记录行则继续添加新记录行，直至存入最后一组项目名、数据、数据状态标识。

利用这种将长数据串分行存入数据库过程，设计(避免长数据串传输)向中心平台报送实时监测数据的通讯编码样式如下：

报送class样式实时监测数据(实例见图2c)：

jz30{站点编号}{timepoint字段内容}@@@{class字段内容}|class_{仪器设备名}#n{项目名长度}#d{数据长度}#l{记录行长度}#；{mark字段内容}；{part字段内容}；{n_1字段内容}；{d_1字段内容}；……；{最后一组字段内容}；####

报送part样式实时监测数据：

jz31{站点编号}{timepoint字段内容}@@@{part字段内容}|part_{项目总名}#n{项目名长度}#d{数据长度}#m{数据状态标识长度}#l{记录行长度}#；{n_1字段内容}；{d_1字段内容}；{m_1字段内容}；……；{最后一组字段内容}；####

中心平台通讯编码接收程序按照class和part样式将实时监测数据存入数据库；从而提供超级站监测数据的统计、审核、分析等管理与应用服务。

性能诊断数据通讯编码样式设计为：

工控计算机程序发送diag{项目总名}####样式字符串。

(实例见图3a)终端服务程序回报{日期时间}；{项目总名}；{1性能指标名}；{1数据}；……；{n性能指标名}；{n数据}；####

工控计算机程序解释执行[[diag_{项目总名}]{记录表名}]；]]＝{接收字符串}样式脚本语句(如果不存在则)生成包含如下字段的记录表：

timepoint(存日期时间)、item(存项目总名)、name(存性能指标名)、value(存数据)、alarm(存报警限值)、unit(存数据单位或状态符号)。

并且：每添加一个新记录行则从接收字符串提取日期时间、项目总名存入timepoint字段、item字段；按顺序递增从接收字符串提取一组性能指标名、数据存入name字段、value字段；并且：

按该项目总名、性能指标名，从本发明设计的(接后描述)技术资源汇总表的读取诊断信息任务脚本相关进程检索提取报警限直、数据单位或状态符号存入alarm字段、unit字段；并且：

检索提取产品型号、产品编号，以设计为(实例见图3b)

jz32{站点编号}{timepoint字段内容}@@@{产品型号}|{产品编号}；{item字段内容}；{name字段内容}；{value字段内容}；{alarm字段内容}；{unit字段内容}；####

的通讯编码样式向中心平台报送性能诊断数据；并且：

根据value字段内容、alarm字段内容如果核定为符合发生报警条件则以设计为(实例见图4a)

jz33{站点编号}{timepoint字段内容}@@@{产品型号}|{产品编号}；{item字段内容}；{name字段内容}；{value字段内容}；{alarm字段内容}；{unit字段内容}；####

的通讯编码样式向中心平台报送发生性能报警数据；如果核定为符合结束性能报警条件则以设计为(实例见图4b)

jz34{站点编号}{timepoint字段内容}@@@{产品型号}|{产品编号}；{item字段内容}；{name字段内容}；{value字段内容}；{alarm字段内容}；{unit字段内容}；####

的通讯编码样式向中心平台报送结束性能报警数据。

中心平台通讯编码接收程序将上述性能诊断数据、发生性能报警数据、结束性能报警数据存入数据库；从而提供超级站在线仪器设备性能报警、预警、维修等性能诊断数据管理、应用服务。

直至最后一组性能指标名、数据。

工控计算机程序(仿真当班工程师)设计以登记有超级站可能配装的各种仪器设备及辅助设备，运行支撑属性的技术资源汇总表(以下简称汇总表)为工作手册；该汇总表包含图5所示栏目，其中：

栏目option标注是否入站(程序从该超级站仪器设备安装、更换清单文档引用)；

栏目online标注是否被识别在线(程序执行该仪器设备识别脚本遍历扫描网络终端服务核定)；

栏目ready标注是否正常运行(程序根据该仪器设备性能诊断数据核定)；

栏目machine存放仪器设备名(该表设计、管理辅助程序存入)；

栏目model存放产品型号(该表设计、管理辅助程序存入)；

栏目sn填写产品编号(程序从该超级站仪器设备安装、更换清单文档引用)；

栏目server标记网络地址(程序执行该仪器设备识别脚本遍历扫描网络终端服务核定)；

栏目update存放修改时间(该表设计、管理辅助程序存入)；

栏目task存放任务名(该表设计、管理辅助程序存入)；

栏目timer存放定时执行周期(该表设计、管理辅助程序存入)；

栏目duty存放运行方式(可为：sample、taskqueue、check、reference，该表设计、管理辅助程序存入)；

栏目condition存放关联条件(执行该任务所涉及必须正常运行的仪器设备，该表设计、管理辅助程序存入)；

栏目scrip存放任务脚本(供程序解释执行以完成该任务，该表设计、管理辅助程序存入)。

工控计算机程序设计仪器设备识别、配置、调度作业流程周期性完成：

按照该超级站仪器设备安装、更换清单文档(最新)入站仪器设备名、产品型号、产品编号刷新汇总表option、sn栏目内容；

遍历现存未被标记在用的网络终端服务，执行汇总表option栏目标注为入站的仪器设备的，运行方式为check的任务脚本，核定标注入站仪器设备的online、server栏目；

审核option栏目标注为入站，online栏目标注为在线的仪器设备的性能诊断数据记录以及实时监测数据的状态标识，核定标注ready栏目(默认为正常)；

当出现栏目内容变更，将该超级站所用汇总表报送中心平台。

工控计算机程序设计仪器设备实时监测数据及性能诊断数据采集、记录、报送作业流程周期性完成：

遍历执行online栏目标注为在线，duty栏目标注为sample，符合timer栏目定时条件的任务脚本；

根据仪器设备性能诊断数据记录和condition栏目所关联仪器设备的ready栏目标注，设定监测数据状态标识；

在任务进行中将获取的实时监测数据、性能诊断数据、性能发生报警数据、性能结束报警数据报送中心平台。

工控计算机程序设计仪器设备性能在线检验校准作业流程周期性完成：

遍历执行ready栏目标注为正常，duty栏目标注为taskqueue，符合timer栏目定时条件，并且condition栏目所关联仪器设备(包括标准物质)的ready栏目标注为正常的任务脚本；

在任务进行中按照监测数据状态标识设定规则，设定所检验校准仪器设备的监测数据标识，以及condition栏目所关联仪器设备的监测数据标识；

将任务脚本所填写生成的结果报表报送中心平台。

本发明设计开发的数据采集与控制系统，通过在广东省环境监测中心，以及广州市、深圳市、韶关市、肇庆市、东莞市、中山市等地应用，包含有超级站监测项目的站点安装使用，某个超级站工控计算机主界面实例见图6所示。实际应用表明，本发明提供的终端化控制方法技术架构简约、可靠、高效特别有利于程序软件设计开发，能够充分发挥网络智能优势，具有进而采用准机器人辅助超级站运行控制操作的前瞻性，可成为超级站系统集成、运行的主流技术方法。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。