一、 概述
粉塵是指懸浮在空氣中的固體微粒，按照國際標準化組織的規(guī)定，粒徑小于75μm的固體懸浮物定義為粉塵。粉塵對人類健康有著極大的危害，飄逸在大氣中的粉塵往往含有許多有毒成分，如鉻，錳，鎘，鉛，汞，砷等。當人體吸入粉塵后，小于5μm的微粒，極易深入肺部，引起中毒性肺炎或矽肺，有時還會引起肺癌。
隨著人們生活水平的提高，對身體健康的關注越來越高，人們對于身體健康和環(huán)境安全的要求也逐步提高。如何有效監(jiān)測并預警粉塵污染，保障人民的身體健康和環(huán)境安全，正日益成為一個突出的問題，嚴峻地擺在了人類的面前。
近年來，我國的環(huán)境污染監(jiān)測工作取得重要進展，隨著物聯(lián)網理念的提出與發(fā)展，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、信息技術以及相關的監(jiān)控分析軟件所組成的一個綜合性的粉塵監(jiān)控系統(tǒng)是重要的發(fā)展方向。
二、項目分析
2.1系統(tǒng)組成
粉塵監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成：粉塵濃度采集終端、無線通訊設備、監(jiān)控調度中心。
2.1.1粉塵濃度采集終端
根據粉塵檢測的不同場所需求，在現場安裝粉塵濃度采集終端，該終端通過外置探頭時刻感知空氣中懸浮的顆粒物大小與含量，經過終端內部的微電腦激光原理和靜電交流感應原理，實時將現場粉塵濃度數據采集到智能監(jiān)控終端內。
2.1.2無線通訊傳輸設備
對于無線通訊傳輸設備，我們選擇廈門四信通信科技有限公司的F2103 IP Modem。該設備采用RS-232/485接口，金屬外殼設計，具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用，支持主備份數據通道、并行多數據通道，實時在線和按需在線多種工作方式，并且支持APN網絡接入等功能，不僅可以保障數據傳輸的安全可靠，還可以讓客戶根據需要有選擇性的進行傳輸，節(jié)省資費。
2.1.3監(jiān)控調度中心
監(jiān)控調度中心主要由中心服務器和系統(tǒng)軟件組成，負責對現場各個粉塵濃度采集終端上傳上來的各項粉塵數據進行分析、存儲、發(fā)布，并對各監(jiān)測站點下達各種控制指令或發(fā)布各種預警信息。
2.2系統(tǒng)構架
粉塵濃度采集終端通過RS232/485通訊接口與無線通訊傳輸設備F2103串口連接，監(jiān)控調度中心可以采用多種網絡連接，例如固定公網IP、移動專網APN、ADSL撥號上網等。無線通訊傳輸設備F2103通過GPRS網絡連接到遠程數據中心服務器主機，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數據通道。當粉塵濃度采集終端需要上報數據的時候將數據直接送往串口，此時F2103會把串口讀取到的數據原封不動地發(fā)送到監(jiān)控調度中心的服務器主機；當監(jiān)控調度中心下發(fā)的指令或數據通過通道傳送到F2103后，F2103通過串口輸出到采集終端，從而實現了數據的雙向透明傳輸。
2.3系統(tǒng)功能
1)監(jiān)控數據接收、處理：實時監(jiān)測現場的粉塵濃度、顆粒大小等數據；
2)監(jiān)控數據應答、查詢：定時或人工查詢監(jiān)測站點的粉塵濃度及設備工作狀態(tài)；
3)數據庫管理：包含原始、歷史、預報或成果數據庫的形成、檢索、查詢等；
4)數據輸出：可通過顯示器（包括大屏幕顯示）、打印機、繪圖儀等直觀輸出粉塵濃度、顆粒大小的直方圖、曲線圖、過程線等；
5)粉塵預報及優(yōu)化調度：包括粉塵預報參數初始化、參數設置或修改、定時預報、脫機估報、優(yōu)化調度、成果存貯與輸出等；
6)聯(lián)網通訊：可將粉塵監(jiān)測結果接入局域網或廣域網實現數據共享，可實現多計算機的串行通訊，通過電話線即可實現數據傳輸功能；
7)狀態(tài)告警：根據先前設定的告警濃度，可實現自動聲光告警，并可通過電話線實現電話語言報警。
三、系統(tǒng)構架實施方案
3.1 粉塵濃度采集終端與無線通信設備連接
F2103 IP Modem同時支持RS232/485通訊接口，粉塵濃度采集終端通過RS232/485與IP Modem進行連接，接口定義如下圖所示：
3.2監(jiān)控調度中心網絡接入分析
3.2.1 專線接入
監(jiān)控調度中心采用 APN 專線，所有點都采用內網固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN，只有用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能），只有通過認證的用戶才允許接入。用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下該連接方式為最佳組網方式。
3.2.2 ADSL撥號連接（動態(tài)公網IP地址）
監(jiān)控調度中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態(tài)IP+DNS解析服務的?？蛻粝扰c DNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP Modem先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態(tài)IP，繼而建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種連接方式適合小規(guī)模應用。
3.2.3 通過固定公網IP連接
監(jiān)控調度中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP服務的。此種連接方式先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網固定IP的，IP Modem直接向中心發(fā)起連接。該連接方式運行可靠、穩(wěn)定，推薦此種。
3.2.4監(jiān)控調度中心軟件平臺構建
監(jiān)控調度中心端軟件的構建有多種方式，對于傳入數據方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現監(jiān)控調度中心端的數據接收和現場設備的管理。目前四信通信公司提供以下三種方式的中心接口：
首先是組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經集成了廈門四信通信公司的驅動，如易控、力控、亞控、紫金橋等，客戶可以直接配置使用；其次對于原本是讀取串口數據的程序，提供一個虛擬串口軟件（TCP2COM）；最后是對于想開發(fā)自己獨有的數據中心軟件的客戶，四信通信公司會提供一個動態(tài)鏈接庫及數據中心測試軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數據中心軟件和功能的開發(fā)?？蛻艨梢酝ㄟ^動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的、穩(wěn)定的、功能齊全的終端管理和數據交互的中心軟件。
四、方案特點
1. 粉塵監(jiān)控系統(tǒng)可以遍布于城市的各個角落，尤其是粉塵污染高發(fā)地段，比如公路路口、施工現場或者水泥生產基地等，采用GPRS無線遠程監(jiān)控粉塵濃度，大大提高了監(jiān)控效率，同時也大大降低了維護成本。
2. 粉塵監(jiān)控系統(tǒng)分布廣泛，區(qū)域間隔比較遠，如果到現場對網絡參數做修改的話，將是一個浩大的工程，四信通信公司依據人性化設計可以遠程直接對F2103進行網絡參數配置，無需到現場做參數修改，達到時間和人力的合理利用。
3. 粉塵監(jiān)控系統(tǒng)一般都是全天24小時處于工作狀態(tài)，在設備狀態(tài)不正常時可以自我恢復，廈門四信通信的F2103采用高性能工業(yè)級處理器以及看門狗等安全機制設計，保證IP Modem永遠在線，即使通信中斷也會自行檢測并自動斷電重啟，保證通信鏈路正常。
4. 隨著目前城市規(guī)模的不斷擴大，粉塵監(jiān)控系統(tǒng)也會相應的增加，采用F2103的粉塵監(jiān)控系統(tǒng)可以隨時增加新的監(jiān)控站點，而不會對現有的監(jiān)控系統(tǒng)造成任何影響，體現了系統(tǒng)組網的靈活性。
5. 廈門四信通信的F2103 IP Modem采用標準的工業(yè)串口通信，即插即用，無需太多的專業(yè)技能和知識既能便可很快完成操作，且高規(guī)格的模具設計，體積小巧、方便維護。
6. 粉塵監(jiān)控系統(tǒng)需由幾個部門多層管理，廈門四信通信的F2103采用多中心設計，可同時設置5個中心以監(jiān)控粉塵濃度采集終端，避免因某個中心網絡不穩(wěn)定或者關閉導致無法對粉塵監(jiān)控現場進行監(jiān)控而造成安全隱患。
7. 廈門四通通信的F2103設備采用高規(guī)格材料選配，可在-25~+65oC、相對濕度 95%(無凝結)環(huán)境下正常工作。
8. 廈門四通通信的F2103支持TCP、UDP協(xié)議傳輸和自定義應用協(xié)議等多種協(xié)議功能，給用戶更多的選擇空間。
9. 廈門四信通信提供數據中心軟件的二次開發(fā)包和多語言版本軟件源代碼，客戶可根據自己的需要進行二次開發(fā)，增加了客戶使用的靈活性。
五、方案總結
粉塵監(jiān)控系統(tǒng)方案在無線通訊網絡的基礎上進行數據傳輸，監(jiān)控調度中心能夠實時、準確地獲取終端監(jiān)控數據，經過數據對比、分析并迅速做出判斷，為有關部門掌握各地粉塵污染狀況提供重要依據。同時，有效的監(jiān)測并預警粉塵污染，能夠保障人民的身體健康和環(huán)境安全，為和諧社會的構建再添一份力。
