一、概述
環(huán)保無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個由污染源排放監(jiān)測點、無線通訊設備和監(jiān)測中心組成的污染源監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對污染源進行自動采樣、對主要污染因子進行在線監(jiān)測；掌握城市污染源排放情況及污染源排放總量，監(jiān)測數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)江h(huán)保監(jiān)測中心；由監(jiān)測中心的計算機進行數(shù)據(jù)匯總、整理和綜合分析；監(jiān)測信息傳至環(huán)保局，由環(huán)保局對污染源進行監(jiān)督管理。
對從監(jiān)測中心站獲得的監(jiān)測信息進行分析、調研，及時作出管理決策，增加管理力度
在環(huán)保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，常常需要對眾多的污染排放點進行實時監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務器進行處理。由于監(jiān)測點分散，分布范圍廣，而且大多設置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，通過電話線傳送數(shù)據(jù)往往事倍功半。通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，將成為環(huán)保部門選擇的重要通信手段。污染源監(jiān)測設備可將采集到的污染數(shù)據(jù)和告警信息通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡及時發(fā)送到環(huán)保監(jiān)測部門，實現(xiàn)對排污單位或個人的及時管理，可以大大提高環(huán)保部門的工作效率。
二、系統(tǒng)特點
GPRS\CDMA無線監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點：
1、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS/CDMA具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，系統(tǒng)能夠同時實時收取、處理多個/所有監(jiān)測點的各種數(shù)據(jù)，無需輪巡就可以同步監(jiān)測點的時鐘可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
2、遠程儀器設備控制：由于采用GPRS/CDMA雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向實現(xiàn)對儀器設備的時間校正、狀態(tài)報告、開關以及其他監(jiān)測、控制等功能；
3、建設成本低：可充分利用現(xiàn)有GPRS/CDMA網(wǎng)絡，設備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現(xiàn)場環(huán)境，還需要配備天線鐵架等附屬設備。
4、安裝調試簡單，建設周期短：利用現(xiàn)有成熟GPRS/CDMA網(wǎng)絡，系統(tǒng)投入運行時基本不需要調試，安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調試工作量大，要先進行現(xiàn)場信號測試，天線鐵架架設，天線方向角度調試等工作。
5、覆蓋范圍廣。構建環(huán)保無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。 由于采集點數(shù)量眾多，分布在全市范圍內，部分采集點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里；而采用GPRS/CDMA方式，理論上在無線GPRS/CDMA網(wǎng)絡的覆蓋范圍之內，都可以實現(xiàn)監(jiān)控。
6、數(shù)據(jù)傳輸速率高。GPRS/CDMA網(wǎng)絡傳送速率理論上可達171.2/372kbit/s，實際應用時數(shù)據(jù)傳輸速率在40-80Kbps左右，而目前一般的超短波數(shù)傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。
7、系統(tǒng)的傳輸容量大。監(jiān)控中心站要和每一個管網(wǎng)監(jiān)控點實現(xiàn)實時連接。由于管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS/CDMA技術能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
8、通信費用低，可按時間和流量進行收費
9、系統(tǒng)易于擴展和維護。
三、系統(tǒng)組成
環(huán)保數(shù)據(jù)采集無線傳輸系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端、GPRS/CDMA DTU和數(shù)據(jù)檢測中心組成，數(shù)據(jù)采集設備通過標準的RS232/RS485串口和GPRS/CDMA DTU連接，GPRS/CDMA DTU接收到采集的數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡傳送到數(shù)據(jù)檢測中心，監(jiān)控中心通過接入Internet或移動運營商專網(wǎng)接收數(shù)據(jù)進行分析處理，數(shù)據(jù)檢測中心也可以通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡發(fā)送控制命令對數(shù)據(jù)采集終端設備進行控制。
1、環(huán)保信息采集端
場監(jiān)控點通過數(shù)據(jù)采集模塊自動采集污染源信息，通過RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連，通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后通過GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡發(fā)送到數(shù)據(jù)檢測中心。
2、GPRS/CDMA無線 DTU
1)什么是GPRS/CDMA DTU
DTU是指數(shù)據(jù)終端設備（Data Terminal unit),可以理解為下位GPRS/CDMA發(fā)射終端，在進行通信時，傳輸數(shù)據(jù)的鏈路兩端肯定存在DTU.在它的作用下對所傳信息進行格式轉換和數(shù)據(jù)整理校驗。
GPRS/CDMA DTU全稱GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元，在國內目前實際上對GPRS/CDMA DTU具有更加明確的約定：GPRS/CDMA DTU是專門用于將串口數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMA 網(wǎng)絡進行傳送的無線設備。
2）GPRS/CDMA功能及特點
◆內部集成TCP/IP協(xié)議棧
GPRS/CDMA DTU內部封裝了PPP撥號協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議棧并且具有嵌入式操作系統(tǒng)，從硬件上，它可看作是嵌入式PC與無線GPRS/CDMA MODEM的結合；它具備GPRS撥號上網(wǎng)以及TCP/IP數(shù)據(jù)通信的功能。
◆提供串口數(shù)據(jù)雙向轉換功能
GPRS/CDMA DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都屬于常用的串行通信方式，而且GPRS/CDMA DTU在設計上大都將串口數(shù)據(jù)設計成“透明轉換”的方式，也就是說GPRS/CDMA DTU可以將串口上的原始數(shù)據(jù)轉換成TCP/IP數(shù)據(jù)包進行傳送，而不需要改變原有的數(shù)據(jù)通信內容。因此，GPRS/CDMA DTU可以和各種使用串口通信的用戶設備進行連接，而且不需要對用戶設備作改動。
◆支持自動心跳，保持永久在線
GPRS/CDMA通信網(wǎng)絡的優(yōu)點之一就是支持GPRS終端設備永久在線，因此典型的GPRS/CDMA DTU在設計上都支持永久在線功能，這就要求DTU包含了上電自動撥號、采用心跳包保持永久在線（當長時間沒有數(shù)據(jù)通信時，移動網(wǎng)關將斷開DTU與中心的連接，心跳包就是DTU與數(shù)據(jù)中心在連接被斷開之前發(fā)送一個小數(shù)據(jù)包，以保持連接不被斷開）、支持斷線自動重連、自動重撥號等特點。
◆支持參數(shù)配置，永久保存
GPRS/CDMA DTU作為一種通信設備，其應用場合十分廣泛。在不同的應用中，數(shù)據(jù)中心的IP地址及端口號，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS/CDMA DTU都應支持參數(shù)配置，并且將配置好的參數(shù)保存內部的永久存儲器件內（一般為FLASH或EEPROM等）。一旦上電，就自動按照設置好的參數(shù)進行工作。
◆支持用戶串口參數(shù)設置
不同用戶設備的串口參數(shù)有所不同，DTU連接用戶設備的串口時，要根據(jù)用戶設備串口的實際參數(shù)對DTU端進行相應設置，保證用戶設備的正常通信和可靠數(shù)據(jù)傳輸。
◆符合工業(yè)化設計適應惡劣環(huán)境能力更強
◆ RS232 串口速率高達230400 bps
◆ 支持RS232 三線標準或九線標準
◆ 內置TCP/IP 協(xié)議棧，支持TCP/UDP 網(wǎng)絡協(xié)議
◆ 數(shù)據(jù)終端永遠在線
◆ 掉線自動重撥功能
◆ 通過超級終端類似于AT 指令方式或專用設置程序來設置通信參數(shù)
◆ 設備之間透明傳輸/非通明傳輸
◆ 支持靜態(tài)IP 或域名方式連接遠程主機
◆ 供電：+5V，可根據(jù)客戶需要定制寬電壓輸入
◆ 耗電：待機狀態(tài)230~330mA；上網(wǎng)狀態(tài)450~460mA；傳輸狀態(tài)460~470mA
◆ 工作溫度：-30℃ ~ +70℃
◆ 儲存溫度：-40℃ ~ +85℃
◆ 支持RS232/RS485/RS422串口進行通訊
3、數(shù)據(jù)檢測中心
數(shù)據(jù)檢測中心接入Internet或無線運營商專網(wǎng)接收數(shù)據(jù)或向采集端發(fā)送控制命令，監(jiān)測中心接收監(jiān)測點傳輸?shù)谋O(jiān)測信息，并負責對監(jiān)測信息進行分類、篩選和綜合分析、調研，及時作出管理決策，增加管理力度
四、安全可靠性
1、專網(wǎng)接入方案
服務器采用省移動通信公司提供DDN專線或電信提供VPDN專線, 申請配置固定IP址，與GPRS/CDMA網(wǎng)絡相連。DDN/VPDN專線可提供較高帶寬，當環(huán)保信息采集點數(shù)量增加，中心不用擴容即可滿足需求，可實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)采集應用。
監(jiān)控中心RADIUS服務器接受到GPRS/CDMA網(wǎng)絡傳來數(shù)據(jù)后先進行AAA認證，后傳送到監(jiān)控中心計算機主機，系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進行還原顯示，并進行數(shù)據(jù)處理，這樣進一步增強了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信安全性能。
2、用戶網(wǎng)絡側的安全防火墻
防火墻技術是目前用來實現(xiàn)網(wǎng)絡安全措施的一種主要手段，主要是用來拒絕非法用戶的訪問，阻止非法用戶存取敏感數(shù)據(jù)，同時允許合法用戶順利訪問網(wǎng)絡資源。防火墻實際上是一種訪問控制技術，在某個機構的內部網(wǎng)絡和不安全網(wǎng)絡之間設置障礙，阻止對信息資源的非法訪問，也可以使用防火墻阻止保密信息從受保護網(wǎng)絡上的非法輸出。
實現(xiàn)防火墻的主要技術有：數(shù)據(jù)包過濾，應用網(wǎng)關和代理服務等。包過濾（Packet Filter）技術是在網(wǎng)絡層中對數(shù)據(jù)包實施有選擇的通過。依據(jù)系統(tǒng)內事先設定的過濾邏輯，檢查數(shù)據(jù)流中每個數(shù)據(jù)包后，根據(jù)數(shù)據(jù)包的源地址、目的地址、TCP/UDP源端口號、TCP/UDP目的端口號及數(shù)據(jù)包頭中的各種標志位等因素來確定是否允許數(shù)據(jù)包通過，其核心是安全策略即過濾算法的設計。應用網(wǎng)關（Application Gateway）技術是建立在網(wǎng)絡應用層上的協(xié)議過濾，它針對特別的網(wǎng)絡應用服務協(xié)議即數(shù)據(jù)過濾協(xié)議，并且能夠對數(shù)據(jù)包分析并形成相關的報告。應用網(wǎng)關可以嚴格控制某些易于登錄和控制的所有的輸出輸入通信環(huán)境，以防有價值的程序和數(shù)據(jù)被竊取。它的另一個功能是對通過的信息進行記錄，如什么樣的用戶在什么時間連接了什么站點。在實際工作中，應用網(wǎng)關一般使用專用工作站系統(tǒng)。代理服務器（Proxy Server）作用在應用層，用來提供應用層服務的控制，起到內部網(wǎng)絡向外部網(wǎng)絡申請服務時中間轉接作用。內部網(wǎng)絡只接受代理提出的服務請求，拒絕外部網(wǎng)絡其它節(jié)點的直接請求。
3、用戶所要接入的設備
1）單位側需要一臺支持L2TP協(xié)議的路由器做為專線網(wǎng)絡連接設備。
2）一臺PC＋AAA認證軟件作為單位用戶帳號管理。
3）一臺ipsec vpn服務器。（可選項）
4）一臺北京東方訊科技EIC系列GPRS/CDMA DTU作為數(shù)據(jù)終端的無線接入設備。
五、總結
采用GPRS/CDMA無線傳輸數(shù)據(jù)通訊方法解決了遠程監(jiān)測系統(tǒng)的通訊問題，比起其它有線通訊方式有著不可比擬的優(yōu)越性。隨著GPRS/CDMA網(wǎng)絡的逐漸完善和應用技術的不斷成熟，GPRS/CDMA的應用領域也會越來越廣闊。本文介紹的GPRS/CDMA無線傳輸系統(tǒng)可推廣至各種金融、水務、環(huán)保、煤氣、交通等行業(yè)應用當中去。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號
