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基于無線通信的區(qū)域輻射監(jiān)測系統(tǒng)方案 一、項目背景 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，輻射污染排放量已越來越大，環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)不斷下降的趨勢。在輻射污染治理監(jiān)測項目中，所涉及的輻射污染處理監(jiān)測系統(tǒng)，很多必須實現(xiàn)無人值守。GPRS 網(wǎng)絡覆蓋面廣，具有高速的數(shù)據(jù)傳輸和永遠在線的特點，配合靈活的資費方式，使GPRS通訊在輻射污染處理監(jiān)控系統(tǒng)中的應用具有無可比擬的應用優(yōu)勢。 二、項目分析 2.1 系統(tǒng)組成 2.1.1數(shù)據(jù)采集終端 根據(jù)監(jiān)測性質(zhì)的不同主要分為三個方面，主要檢測的物理量有：電磁輻射，各類射線輻射，核輻射等；實時將現(xiàn)場輻射污染數(shù)據(jù)采集到智能監(jiān)控終端內(nèi)。通過工業(yè)上通用的MODBUS 標準協(xié)議進行傳輸。 2.1.2 無線傳輸設備 鑒于對通訊模塊的要求，我們選擇廈門四信通訊有限公司的 F2103 IP MODEM(dtu)。它具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道、實時在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN 網(wǎng)絡接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶按需傳輸，節(jié)省資費。 2.1.3 數(shù)據(jù)管理中心 監(jiān)測數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)（整個系統(tǒng)中至關重要的一個子系統(tǒng),它肩負著各種現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測及數(shù)據(jù)接收的作用,具有無人職守自動工作功能）； 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計子系統(tǒng)（監(jiān)測系統(tǒng)中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S 模式在監(jiān)測部門內(nèi)部供工作人員直接操作使用）； 報警短信子系統(tǒng)（利用目前廣泛使用的移動通訊技術進行開發(fā)的一個及其有用的功能系統(tǒng)，終端儀器儀表設定報警值后和短信 MODEM 組合，以快速的把報警信息發(fā)到指定的管理層）； WEB 發(fā)布子系統(tǒng)（輻射污染自動監(jiān)測系統(tǒng)中對外公布的網(wǎng)頁查詢系統(tǒng)，是提供普通市民了解居住城市環(huán)境質(zhì)量的窗口，也是被監(jiān)測企業(yè)、工廠對自己排放輻射污染程度的要求）。 2.2 系統(tǒng)總架構(gòu) 輻射污染數(shù)據(jù)采集終端通過 RS232/485 通訊接口與F2103 串口連接，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心可以采用多種方式連接網(wǎng)絡，例如固定IP、APN、ADSL 等。無線傳輸設備F2103 通過GPRS 網(wǎng)絡連接到遠程數(shù)據(jù)中心服務器主機，與中心建立TCP/IP 連接后開啟透明數(shù)據(jù)通道。當采集終端需要上報數(shù)據(jù)的時候?qū)?shù)據(jù)直接送往串口，此時F2103 就會把收到的數(shù)據(jù)原封不動地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務器主機。當數(shù)據(jù)中心下發(fā)的命令或數(shù)據(jù)通過通道傳輸?shù)紽2103 后，F(xiàn)2103 通過串口送到采集終端，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。 注：輻射采集數(shù)據(jù)傳輸拓撲圖 2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)功能 2.3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng) 1. 自動啟動(在停電后/系統(tǒng)重啟后自動啟動,不用人為操作) 2. 數(shù)據(jù)過濾(本系統(tǒng)從安全考慮，僅接收經(jīng)系統(tǒng)認證后的數(shù)據(jù)). 3. 使用于各種數(shù)據(jù)類型輸出的現(xiàn)場檢測儀表. 4. 將接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)保存到后臺數(shù)據(jù)庫. 5. 現(xiàn)場反控(通過修改監(jiān)測采集方案來啟動現(xiàn)場設備包括對自動采樣器的操作等). 6. 查看各監(jiān)測站連接狀態(tài) 2.3.2 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計子系統(tǒng)是監(jiān)測系統(tǒng)中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S 模 式在監(jiān)測部門內(nèi)部供工作人員直接操作使用。具有安全、快捷方便的特點、系統(tǒng)即具有綜合性、集 成性的特點、又有各模塊獨立操作的有點。 其功能包括如下: 1. 現(xiàn)場實時監(jiān)測原始數(shù)據(jù)的查詢、偏離修正、監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性審核、預報數(shù)據(jù)錄入 2. 監(jiān)測數(shù)據(jù)歷史記錄的維護。 3. GIS 電子地圖實時顯示輻射體污染變化趨勢 4. 結(jié)合歷史數(shù)據(jù)生成輻射污染體污染指數(shù)曲線圖 5. 監(jiān)測數(shù)據(jù)異常分析、軟件報警、實時通過短信通知報警信息 6. 各種數(shù)據(jù)匯總報表、統(tǒng)計報表、上報表格，包括特殊格式報表 7. 默認、自定義監(jiān)測采集方案維護 8. 現(xiàn)場自動采樣器操作 9. 現(xiàn)場樣本試驗數(shù)據(jù)錄入、與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)對比、偏離報告 10. 現(xiàn)場維護記錄 11. 監(jiān)測站點、監(jiān)測項目等基礎信息自由配置、兼容性好 12. 人員權限分配 13. 數(shù)據(jù)備份 14. WEB 用戶認證、權限分配、及其web 訪問統(tǒng)計情況等 2.3.3 報警短信子系統(tǒng) 1. 報警短信子系統(tǒng)是利用目前廣泛使用的移動通訊技術進行開發(fā)的一個及其有用的功能系 統(tǒng)，終端儀器儀表設定報警值后和短信 MODEM 組合，以快速的把報警信息發(fā)到指定的 管理層。 2. 廈門四信通信科技有限公司 F2103 IP MODEM(dtu)，可通過配置軟件靈活配置對端接收的多個手機號碼，設備永遠在線，自動檢測串口數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動短信收發(fā)功能。和報警裝置串口對接，實時監(jiān)測報警裝置串口的報警數(shù)據(jù)，便可以第一時間把某種監(jiān)測項目的異常報警信息發(fā)送到相關項目負責人、監(jiān)督人的手機，報警系統(tǒng)可以定時將某個統(tǒng)計匯總數(shù)據(jù)、分析結(jié)果通過GSM MODEM 發(fā)送到相關負責人，讓相關項目負責人、監(jiān)督人在出差、外出等情況下第一時間了解其負責的監(jiān)測情況。 2.3.4 WEB 發(fā)布子系統(tǒng) 1. 歷史、當前輻射污染報告、預告 2. 區(qū)域輻射測試數(shù)據(jù)查詢、曲線圖 3. 監(jiān)測站點明細、監(jiān)測分析報表等 三、項目架構(gòu)實施 3.1 傳輸模塊與輻射處理采集終端連接 在工業(yè)領域設備一般都采用以太口或串口傳輸數(shù)據(jù)，無線通信模塊 F2103 同時支持232/485 通信方式，因此可以直接和輻射處理數(shù)據(jù)采集終端進行連接通信，如下圖： 3.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡接入方式分析 3.2.1 專線接入 中心采用 APN 專線， 所有點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP 客戶中心通過一條2M APN 專線接入移動公司GPRS 網(wǎng)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。用于GPRS專網(wǎng)的SIM 卡才能進入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進入。用戶在內(nèi)部建立 RADIUS 服務器，作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN 路由器內(nèi)，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，用以保證用戶內(nèi)部安全。用戶在內(nèi)部建立 DHCP 服務器（或在APN 路由器內(nèi)，啟用DHCP 功能），為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)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。此種方案無論實時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)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之最佳組網(wǎng)方式。 3.2.2 ADSL 撥號連接（動態(tài)公網(wǎng)IP 地址） 中心采用 ADSL 等INTELNET 公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS 解析服務的。客戶先與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(wǎng)動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)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。此種方案適合小規(guī)模應用。 3.2.3 通過固定公網(wǎng)IP 連接 中心采用 ADSL 等INTELNET 公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP 服務的。此種方案先向INTERNET 運營商申請ADSL 等寬帶業(yè)務，中心有公網(wǎng)固定IP 的。IP MODEM 直接向中心發(fā)起連接。運行可 靠穩(wěn)定，推薦此種方案。 3.3 數(shù)據(jù)中心軟件平臺構(gòu)建 中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶 快速地實現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設備的管理。 目前四信提供三種方式的中心接口： 1. 首先是對于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動了，可以直接配置使用； 2. 對于后臺中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況，提供一個虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串口數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)利用無線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對現(xiàn)有系統(tǒng)不做修改的完美結(jié)合。 3. 在客戶想要開發(fā)自己的數(shù)據(jù)中心是，此時我公司會提供一個動態(tài)鏈接庫，利用動態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進行對接，同時會提供一個的數(shù)據(jù)中心DEMO 軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動態(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(shù)據(jù)交互的中心軟件。 四、方案特點 1. 利用四信無線 IP MODEM 可基本不用布線，且采用多點對一中心的組網(wǎng)方式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一中心統(tǒng)一管理。 2. 四信 IP MODEM 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萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟，保證IP MODEM 永遠在線，通信鏈路永遠正常。 3. 目前輻射處理監(jiān)控工程數(shù)量及規(guī)模都不斷的在擴大，因此系統(tǒng)采用多點對中心的組網(wǎng)方案，不論采用普通無線GPRS 還是APN專網(wǎng)都可以實現(xiàn)隨時增加新的采集控制點，對現(xiàn)有的網(wǎng)絡不會造成任何的中斷和影響。 4. IP MODEM 采用標準的工業(yè)串口通信，即插即用，且高規(guī)格的模具設計，體積小巧方便維護。 5. 四信 IP MODEM完全采用國際標準的TCP/IP 安全傳輸協(xié)議機制，保證數(shù)據(jù)的安全和及時，而且采用完全透明傳輸機制，保證數(shù)據(jù)的準確性。 6. 多中心設計，可同時設置5 個中心監(jiān)控采集現(xiàn)場，避免因某個中心網(wǎng)絡不穩(wěn)定或者關閉導致無法對現(xiàn)場進行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。 五、小結(jié) 目前輻射污染數(shù)據(jù)監(jiān)測應用廣泛，直接關系到生態(tài)環(huán)境安全，在特殊的大背景下國家政策也是大力推行，廈門四信在污染處理監(jiān)測領域已有全國范圍性的應用。在物聯(lián)網(wǎng)的大環(huán)境下廈門四信解決方案和產(chǎn)品已廣泛應用于移動POS 終端、金融、供應鏈自動化、智能化運輸、工業(yè)自動化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環(huán)境保護、氣象、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測、軍事、空間探索、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務、電力、煤礦、石化等行業(yè)。