不同通信平台在污染源在线监测系统中的应用
环境监测在人类防治环境污染, 解决现存的或潜在的环境问题, 改善生活环境和生态环境, 协调人类和环境的关系, 最终实现人类的可持续发展的活动中起着举足轻重的作用。
由于人力和物力的限制, 某些时候难以保证所测数据的准确性和实时性, 而且污染源和污染程度经常受气象、风向以及其他季节性变化的影响, 是随时变化的, 传统的人工监测方法已不再实用, 甚至某些时候是无能为力。为了精确地、全面地掌握污染现状, 尽早发现环境的异常变化, 迅速作出污染预报,及时追踪污染源等, 建立污染源在线监测系统是相当必要的。而在线监测系统通信平台的选择是必须考虑的一大问题。
1 污染源在线监测系统数据通信的特点
污染源在线监测系统获得的数据是监测系统的核心, 准确、快速地获取数据是污染源在线监测系统的基础, 这就要求污染源在线监测系统数据通信应具有实时性和准确性的特点。数据通信平台所传输的数据, 必须具有自动保存和备份功能, 获得的数据可以以图标、表格及图形等丰富多样的形式实时展现各排污口仪器运行状况、 污染物的浓度、 流量以及设备的发展趋势与动态。通过获得的监测数据, 可以从多种角度和层面来统计分析排污状况。 同时, 通过数据传输获取的数据续有安全性高的特点, 确保数据真实性和机密性, 可防止人为篡改。
2 通信平台的种类
目前, 在线污染源自动监测系统中所采用的通信平台, 大概主要有有线公众电话网、 无线移动通信网、 有线专用网、 无线专用网、 有线电视网、 国际互联网以及卫星和微波中继站等。
3 通信平台的比较
3.1 有线公众电话网
有线公众电话网是一种最一般和普通的电话网络, 也是最早出现和采用的通信平台方式, 在中国主要有 PSTN, ISDN, DDN等的各种类, 主要提供从语音、数据传输到多媒体传输的多种服务。 使用费用在公众电话网中是最便宜的, 并且无需投入网络建设费用, 可直接使用, 通信速度可根据所选用的不同网络平台, 提供从 4 K ～64 K的不同服务。而且电话线覆盖面广。该种通信平台适用于数据传输量较小、实时性要求不太高的污染源监测或单个项目监测的数据传输。该种通信平台受地域通讯信号的干扰较小, 只要有电话线的地方就可使用。
缺点:①在线监测点数量较大时, 对所有数据轮巡一遍所要花费的时间及人力是相当大的, 实时性差, 不适应实时性要求高的系统使用;②电话线路的通信质量直接影响系统的可靠性, 而电话线路的质量是由电信部门决定的, 一旦出现故障, 解决时间由电信部门决定;③通信中信号方式交换复杂, 故障率高;④安全可靠性低。
3.2 无线移动通信网
无线移动通信网是继有线公众电话网之后的新的通讯平台方式。目前, 主要有 GSM, GPRS, CDMA等种类, 提供的通信速度低于有线公众电话网, 同时也提供语音、 数据传输服务, 但是通信费用高于有线公众电话网。该方式适用于监测数据批量较大的污染源监测。
( 1)GSM网络传输方式
GSM网络的实时性高于电话传输网络, 网络基本覆盖全国各地, 利用短信的方式传输在线监测数据, 是国内较为先进的传输方式。但面临以下问题:
①传输设备采用 GSM传输模块, 其造价高于电话线传输 Modern; ②月租费和信息使用费较高, 受公共无线网功能的限制, 实时性方面可能会有延时。
( 2)GPRS方式
GPRS是中国移动目前推出的一种分组交换的数据承载和传输方式。所谓分组交换就是将数据分装成许多独立的封包, 在将这些封包一个一个传送出去, 采用分封交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占领频宽, 而且可以以传输的资料量计价,这对用户来说是比较合理的计费方式。GPRS网络的传输速度最快可以达到 115 k, 完全可以满足在线监测数据的传输要求。由于只有在数据传输时才进行计费, 该方式适用于监测频率不太高、 污染物排放相对稳定的污染源监测。
由于 GPRS 采用于 GSM相同的频段、频带宽度、 突发结构、 无线调制标准、 跳频规则以及相同的TDMA 帧结构, 因此, 在 GSM系统的基础上构建GPRS 系统时, GSM系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动, 只需要软件升级即可。
GPRS具有高实时性, 可以保持永远在线, 不存在掉线问题。其设备成本比无线数据传输成本低。GPRS具有高安全性, 防止人为修改、 破坏数据。
缺点: 使用费用较 GSM高, 开通服务的地区也比 GSM少。
3.3 有线专用网有线专用网
适用于发达地区, 国内目前使用不广泛, 该方式可采用普通电话线到高速光纤的各种传输媒体, 可提供几 k 至几百 M的传输速度, 但是建网时的一次投资费用高, 而且由于自己架线在法律上也存在问题。 不过建成后通信费用可节省很多。
该通讯平台适用于污染源较为集中, 而且存在时间较长的情况。也可以向有线公众电话公司租用专用线路, 不过每月须向电话公司支付定额租金, 费用也不小。
3.4 无线专用网
无线专用网较有线专用网要求高, 无线传输具有高可靠性、 实时性强、 运行费用低、 系统自动维护性强等特点。对企业每个端站的数据采集速度小于5 s, 每 10 min 可对全部企业进行一遍轮巡, 做到高速在线采集。采用超强纠错技术、 误码率极低, 数据可靠、 快速, 不受外部因素的制约, 保密性好。 系统一旦发生故障, 可快速判断故障点并迅速排除。
无线专用网须自己架设通信站, 初装费用高。 该系统特别适合平原地区污染源监测项目较多的情况, 对于多山而且存在大量各种无线信号的地区, 系统可靠性会出现一些问题。
3.5 互联网
互联网也是目前较为普遍的通讯方式, 该方式实时性强, 系统可保持 24 h 在线, 运行费用较低。从各个监测点接入互联网服务提供商, 再由互联网服务提供商将数据传入监测中心, 可处理多点并发的通信。 该方式通讯数据量几乎不受限制, 适用于污染源数目较多或排污口较多的地区, 但通讯速度取决于网络传输速度。
缺点: ①数据在国际互联网上传输会带来通信安全性方面的问题; ②IP 传输设备造价昂贵, 而且污染源排放地区多偏僻, 难于普及网络服务。
3.6 有线电视网
有线电视网在国内目前使用较少, 有线电视网分属于各个不同的运营单位, 各个不同的单位之间有效地数据传输和交换还存在相当多的问题。
3.7 卫星和微波中继站
随着科学的发展, 污染源的种类和数量不断增加, 以及环境监管力度的加大, 对于污染源在线监测系统数据传输量和实时性要求不断提高。目前该系统主要用于大型骨干通信网络和各种特殊用途, 通信费用很高, 基本上可以不考虑。但卫星和微波中继站必将成为污染源在线监测系统数据传输的通讯方式之一。
综上所述, 所有数据通讯平台在线监测系统, 环境保护行政主管部门可以及时准确地掌握各企业实际运行情况和污染物排放动态,及时地关注和处理可能发生或已经发生地事件, 加强了对企业的监督能力。
4 结论
污染源在线监测系统各种通信平台有利有弊。综合各种通信平台的分析, 本着高性能、 低成本的经济、 合理的设计思想, 只要选择合理的通信平台, 就会使污染源在线监测系统维护简单, 运行费用低, 可以极大地节省人力、 物力和财力, 提高工作效率。同时提高了监测数据的准确性和可靠性, 为强化环境监理工作提供了详实可靠的数据。通过安装污染源在线监测系统, 环境保护行政主管部门可以及时准确地掌握各企业实际运行情况和污染物排放动态,及时地关注和处理可能发生或已经发生地事件, 加强了对企业的监督能力。
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