1．行業背景
1.1．現狀
隨著工業化生產的發展，人類賴以生存的環境正遭受前所未有的挑戰，由于我們生產時向空氣中排放的氣態污染物如硫氧化物、氮氧化物使得我們呼吸的空氣日趨污濁；工業污水的大量任意排放，水資源受到嚴重的污染；城市噪音污染日益嚴重等對人類健康和生態環境都帶來了極大的危害。“保護環境，凈化地球”成了一件亟待解決的頭等大事，是關系到子孫后代刻不容緩的大事。人類需要發展，但是發展的前提是不損傷我們賴以生存的環境。因此如何保護我們賴以生存的環境是人類必須關注的首要大事。
1.2．需求分析
為了保護環境，建設綠色家園，建立完整的污染源監測系統是非常必要的。近年來，我國的環境保護工作取得重要進展，但是環境形勢依然嚴峻，我國的污染源監控信息化建設不僅起點低，覆蓋面小，而且整體水平不高。已安裝的污染源自動監控設備與環保部門的聯網率不高，地方環保部門無法看到污染源自動監控設備采集的數據，國家環保部等上級環保部門無法看到下級環保部門對已監控企業污染物排放的情況。以在線自動分析儀器為核心，以移動通訊為傳輸媒介，運用現代傳感技術、自動測量技術、自動控制技術、信息技術以及相關的監控分析軟件和通迅網絡所組成的一個綜合性的在線自動監測系統是建立環境監測系統的重要發展方向。
2．污染源在線自動監控系統的設計及開發
2.1．方案設計簡介
污染源在線監測系統是環保監測與環境預警的信息平臺。系統采用先進的無線網絡，涵蓋水質監測、煙氣自動監測、空氣質量監測、環境噪聲監測以及視頻監測等多種環境在線監測應用;系統以污染源在線監測為基礎，充分貫徹總量管理、總量控制的原則，包含了環境監理信息系統的許多重要功能，充分滿足各級環保部門環境信息網絡的建設要求，支持各級環保部門的環境監理與環境監測工作，滿足不同層級用戶的管理需求。
整個系統充分體現總量控制的原則，為管理提供依據，為決策提供支持，各種的統計分析報表和圖表上都能分類匯總得到每種污染物的排放量，根據污染物的核定排污總量可以直觀的對比分析，跟蹤每種污染物的排放總量的發展變化趨勢曲線，得出是否超過核定值的結論，同時結合目前企業的狀況以及歷史同期數據的比對分析，對于排放總量趨勢發展將要超過核定值的狀況給予預警，充分體現管理企業，為企業服務的宗旨。匯總統計區域內所有污染物排放總量，掌握和量化污染物的排放趨勢，為區域內控制污染物排放總量提供技術支持，為環保部門現場執法和排污收費提供依據。
2.2污染源在線自動監控系統建設目標
★ 基于污染源在線自動監控(監測)系統數據傳輸標準 ，實現現場監測站與環保局中心站的標準數據傳輸；
★ 環保局中心站在線動態增加現場監測站的能力；
★ 現場監測站的歷史數據存儲與上傳能力 環保局中心站的歷史數據召喚與解析、插入存儲能力。此兩種能力解決了現場斷線后，環保局中心站的數據完整性問題；
★ 環保局中心站對數據存儲的長時間、高精度(ms級)、多點并發及壓縮能力等功能要求；
★ 環保局中心站的B／S體系結構，降低客戶端軟件安裝配置的復雜度。
2.3 系統網拓撲圖
污染源在線自動監控系統從底層向上可分為污染源現場監測站、傳輸網絡和環保局中心站3 個層次（如上圖所示）。
1） 現場監測站位于各個污染源現場監測點，又可分為現場儀表、現場通信網絡、數據采集傳輸服務器、無線傳輸終端等組成，主要完成數據的采集和處理、GPRS終端組網，完成數據采集、分析、GPRS網絡接入、無線透明傳輸鏈路建立等工作。
2） 傳輸網絡負責將污染源現場監測站的數據傳輸到環保局中心站，屬于傳輸介質；
3） 環保局中心站它通過網絡傳輸層和現場層相互通訊，交換數據、指令下達，以實現對現場層的集中遠程監控，并且可以通過其軟件接口與視頻系統、GIS系統進行無縫結合。
2.4 現場監測站
現場通信網絡負責將儀表采集到的數據匯總到數據采集傳輸服務器。標準RS232/485 電氣接口，支持Modbus 通信協議及非標準通訊協議的開發。數據采集傳輸服務器負責對實時數據進行匯總、分析、存儲 并負責與傳輸模塊F2103通訊。
傳輸模塊F2103實現數據采集服務器與環保局中心站的無線組網，從而實現數據采集服務器與環保局中心站之間的數據交互。
傳輸終端還提供主備數據中心和多數據中心鏈接方式和多種激活方式、支持APN組網等功能，是可以做到數據安全可靠的傳輸，同時也是整個系統的關鍵部分。
2.5 環保局中心站
環保局中心站由實時數據庫、關系數據庫、Web服務器和實現各種查詢、分析功能的客戶端軟件構成。
2.5.1環保中心實時數據庫
環保中心實時數據庫負責匯集來自各現場監測站的實時數據，為客戶端提供實時、可靠、安全的數據，并且給中心的關系數據庫提供有效的數據。實時數據庫是一個高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性強、跨網絡系統的開放式實時數據庫系統，產品為完全的分布式結構，可任意組建應用模式；支持C/S和B/S應用；它可以提供豐富的企業級信息系統客戶端應用和工具；大容量支持企業級應用，內部實現高數據壓縮率，可實現歷史數據的海量存儲，靈活的擴展結構可滿足各種需求，具備廣泛的安全性和可跟蹤性。
2.5.2客戶端軟件
客戶端全面監測企業污染物排放狀況，將企業現場的實時畫面傳送到環保局。
◆實時監控管理
實現污染源可視化管理實現了對污染源的全面、實時、網絡化的監測體系。只需觀察屏幕上各個企業的圖標樣式或顏色即可了解所有企業各個污染物排放口的設備運行情況；同時還可以通過表格和曲線瀏覽企業污染物排放的詳細監測數據。這使得工作人員在同一個用戶界面即可將所有企業所有排污口的設備運行狀況、污染物排放濃度、流量、排放量等信息盡收眼底。
◆ 強大的報警與預警功能
以聲音、圖標顏色變化、表格中數值的顏色、手機短信（向預先設定的手機上發送相應的報警信息）等形式提供多樣化的報警功能。精確地給出具體的超標數值，超標時間，超標排放量、超標排放介質量，為強化監理工作提供了詳實可靠的依據。
◆ 數據的統計與分析
將污染源在線監測數據和報警信息進行全方位多角度的分類匯總與統計分析，充分滿足各種統計要求。以圖標、表格、圖形等豐富多樣的形式實時展現各排污口設備的運行狀況、污染物排放濃度、流量、排放量等信息，以及污染物排放口的發展趨勢與動態。從多種角度和層面來統計分析監測數據，提供全面的報表和統計圖表。可以按轄區、按行業種類、按污染物種類等多種分類方式，生成統計分析報表和統計圖表。
◆ 與地理信息系統(GIS)無縫集成
本系統將地理信息系統(GIS) 融入其中,利用GIS 強大的地理信息分析功能,結合環境數學模型,實現基于地理信息基礎上的數據查詢、統計、環境制圖、顯示等功能以及污染源分析、區域環境評價、預警應急、環境決策管理等
◆ 系統管理
系統管理的主要功能有:用戶帳號的管理、監測元素管理、污染行業管理、監測儀器管理、監測任務管理等等。
本系統為了保障系統數據的安全性，對于用戶的權限將做細致的區分，首先用戶按其的行政級別有一個基本的權限，如市級用戶可以查詢全市污染企業的排污情況，區鎮級用戶可以查詢其轄區范圍內的污染企業的排污情況。在此基礎上，每個用戶又根據其的工作性質得到相應的使用權限，如只讀權限將讓用戶只能夠查找信息而不能對資料進行任何的修改，而編輯權限將讓用戶對其所轄企業的信息有修改等所有的權限。
2.6 傳輸網絡
依據不同傳輸網絡，基礎傳輸層可有兩類實現方式：
一類是基于TCP/IP 協議的，如通用無線分組業務（General Packet Radio Service 縮寫GPRS）、非對稱數字用戶環路（Asymmetrical Digital Subscriber Loop 縮寫ADSL）等。另一類是基于非TCP/IP 協議的，如：公共電話交換網（Public switched telephone network 縮寫PSTN）、短消息數據通訊等。
由于監測點區域分散，分布范圍廣，而且大多設置在環境較惡劣的地區，本方案采用GPRS無線網絡進行無線數據傳輸、采用廈門四信公司F2103 GPRS IP Modem作為無線組網設備。污染監測設備將采集到的污染數據和告警信息，通過RS232發送到IP MODEM,IP MODEM 通過GPRS網絡，及時發送到環保監察部門，可以實現對排污單位或個人的及時管理，大大提高了工作效率，為環境保護提供了嶄新方式。
3.總結
將自動控制、網絡通信、計算機以及GIS 等信息技術引入環境監測領域,采用工業級的四信F2103 GPRS IPMODEM(GPRS DTU)無線傳輸模塊、組建包括污染源在內的各環境要素在線監測系統,實現污染源在線監測系統的開發與建設,對重點污染源進行連續實時監測,動態掌握重點污染源企業的排污及超標情況,對加強重點污染企業、流域污染物排放的監督、總量控制、防止重大污染事故的發生,提高我國環境監測信息化水平以及環境決策與管理能力等都具有重大意義。