余曉燕 余佳龍

摘要：隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)與自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，通過結(jié)合新建環(huán)境自動監(jiān)測站逐漸向少人或無人值守模式發(fā)展的要求與特點，闡述了智能傳感集中管理系統(tǒng)在環(huán)境自動監(jiān)測站管理中的重要意義。介紹了適用于環(huán)境自動監(jiān)測站日常管理的智能傳感集中管理系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能。這一系統(tǒng)的應用給環(huán)境自動監(jiān)測站傳統(tǒng)管理方式帶來了全新運作模式，為環(huán)境自動監(jiān)測站的統(tǒng)一高效管理和安全運營提供有力的保證。

關(guān)鍵詞：環(huán)境自動監(jiān)測站；物聯(lián)網(wǎng)；集中控制

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)26-6406-04

1概述

環(huán)保工作是國家的基本國策，是科學發(fā)展觀和生態(tài)文明的國民經(jīng)濟的命脈所在。隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展、居民生活水平的迅速提高，對環(huán)境保護工作的要求越來越高，對大氣和水質(zhì)監(jiān)測的環(huán)境自動監(jiān)測站被大量建設(shè)。環(huán)境自動監(jiān)測站作為環(huán)境監(jiān)測的核心環(huán)節(jié)，承擔了實時監(jiān)測區(qū)域大氣和水環(huán)境質(zhì)量的重要職責。隨著環(huán)境自動監(jiān)測站自動化程度的提高，少人或無人值守模式在環(huán)保系統(tǒng)得到大力推廣，環(huán)境自動監(jiān)測站設(shè)備運行管理日益受到重視，從而對環(huán)境自動監(jiān)測站內(nèi)運行環(huán)境和動力系統(tǒng)的智能化遠程管理的要求也越來越高。

1.1存在的問題

環(huán)境自動監(jiān)測站數(shù)量眾多，地域分布廣且很多地處人煙稀少的區(qū)域，這些特點給環(huán)境自動監(jiān)測站運行管理帶來很大不便。

1)環(huán)境自動監(jiān)測站缺乏對環(huán)境和動力情況的有效管理。

目前，環(huán)境自動監(jiān)測站數(shù)量眾多，地域分布廣且很多地處人煙稀少的區(qū)域，在防火、防水、防盜方面，主要還是依靠人員值班巡檢管理，一旦發(fā)生火災、漏水或失竊事故，不能及時報警。由于站內(nèi)安裝著大量精密的監(jiān)測儀器，對環(huán)境溫度、濕度和供電情況，有著嚴格的要求，一旦溫度或濕度過高，需要立即開啟空調(diào)。受傳統(tǒng)管理模式的影響，不能及時了解環(huán)境自動監(jiān)測站內(nèi)的實時情況，導致對整體安全防范形勢無法把握，不利于環(huán)境自動監(jiān)測站的安全、穩(wěn)定運行。

2)環(huán)境自動監(jiān)測站缺乏對進出人員的管理與控制。

各環(huán)境自動監(jiān)測站一般建在偏僻的地方，雖然都有巡檢值守制度，但工作人員的進出情況并不能很好的監(jiān)管，從而導致知道誰來過，呆了多長時間，都沒有一個明確的記錄，需要使用門禁系統(tǒng)規(guī)范科學的管理工作人員進出，并有據(jù)可查，從而確保設(shè)施的安全和正常維護。

3)報警信息不能第一時間得知

各環(huán)境自動監(jiān)測站當發(fā)生非法闖入、空調(diào)漏水報警、門鎖被撬等等問題時，信息不能在第一時間告知監(jiān)控中心，造成不能及時發(fā)現(xiàn)問題，會給環(huán)境自動監(jiān)測站的安全和財產(chǎn)帶來隱患。

1.2實現(xiàn)目標

針對以上環(huán)境自動監(jiān)測站的管理當前存在的問題，著眼于環(huán)保管理智能化的發(fā)展方向，結(jié)合當前先進的物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將智能傳感集中管理系統(tǒng)應用于環(huán)境自動監(jiān)測站日常管理，將環(huán)境自動監(jiān)測站環(huán)境、動力、設(shè)備狀態(tài)等信息統(tǒng)一監(jiān)控起來，有效解決環(huán)境自動監(jiān)測站存在的弊端，消除環(huán)境自動監(jiān)測站在資產(chǎn)安全和信息管理上的盲區(qū)。

2關(guān)鍵技術(shù)

2.1 Zigbee技術(shù)

作為物聯(lián)網(wǎng)感知層自組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，Zigbee技術(shù)在無線數(shù)據(jù)傳輸方面有著重要的作用。它是一組基于IEEE批準通過的802.15.4無線標準研制開發(fā)的，有關(guān)組網(wǎng)、安全和應用軟件方面的技術(shù)標準。它工作在2.4Hz的ISM頻段上，傳輸速率為20~250 kbps，傳輸距離為100米到1200米不等。

Zigbee主要適合于工業(yè)控制、傳感和遠程控制領(lǐng)域。它在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)通信。Zigbee技術(shù)的通訊數(shù)據(jù)速率以及靈活通信范圍的特點決定了它適合于承載工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的業(yè)務(wù)。Zigbee具有低復雜度、低功耗、低成本的特點，這些特點使得其在工業(yè)監(jiān)控、傳感器網(wǎng)絡(luò)、安全系統(tǒng)等領(lǐng)域有很大的發(fā)展空間。

2.2傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是當前在國際上備受關(guān)注的多學科高度交叉，知識高度集成的前沿熱點研究領(lǐng)域它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等。能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測，感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過有線或無線的方式傳輸，并以多種網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，從而實現(xiàn)人與人、人與物、物與物的全面互聯(lián)。典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：分布式傳感器節(jié)點、互聯(lián)網(wǎng)或移動通信網(wǎng)和用戶軟件接口等。其中，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的基本組成包括：數(shù)據(jù)采集單元，由傳感器和協(xié)議轉(zhuǎn)換器組成，并部署在被感知對象內(nèi)。數(shù)據(jù)處理單元，主要是具有嵌入式操作系統(tǒng)的監(jiān)控主機。數(shù)據(jù)傳輸單元，由內(nèi)嵌在嵌入式監(jiān)控主機內(nèi)部的有線或無線通信模塊組成。

3系統(tǒng)方案概述

環(huán)境自動監(jiān)測站智能傳感集中管理系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場端系統(tǒng)和中心平臺兩大方面。針對環(huán)境自動監(jiān)測站日常管理需求，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，整合安全防范、消防報警、環(huán)境監(jiān)測、動力監(jiān)測、視頻監(jiān)控、門禁、遠程控制等單元，實現(xiàn)對環(huán)境自動監(jiān)測站的人員入侵、火警、漏水、溫度等環(huán)境情況與供電動力系統(tǒng)等環(huán)境自動監(jiān)測站設(shè)備的運行狀態(tài)的實時監(jiān)控與歷史數(shù)據(jù)記錄，為環(huán)境自動監(jiān)測站設(shè)備等資產(chǎn)安全提供有力保障、為環(huán)境自動監(jiān)測站設(shè)備提供適宜的運行環(huán)境。同時，能在各單元間實現(xiàn)遠程聯(lián)動控制，實現(xiàn)各系統(tǒng)的合理、穩(wěn)定對接，使得各個單元協(xié)同操作成為可能，并將環(huán)境自動監(jiān)測站現(xiàn)場現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)接入中心端，為環(huán)境自動監(jiān)測站遠程監(jiān)控提供統(tǒng)一、高效、智能的管理平臺。

圖1環(huán)境自動監(jiān)測站智能傳感集中管理系統(tǒng)組成框圖

3.1現(xiàn)場端系統(tǒng)

現(xiàn)場根據(jù)傳感器技術(shù)特點，采用模擬信號、開關(guān)信號、數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)采集，并以總線的方式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)角度胧街鳈C，進行數(shù)據(jù)處理。對于部分不能直接布線連接傳感器的區(qū)域（如室外），采用傳感器與Zigbee模塊相結(jié)合，自組網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳送回中心端，使系統(tǒng)具有靈活的組網(wǎng)模式。

現(xiàn)場端系統(tǒng)部分以智能傳感集中管理系統(tǒng)嵌入式主機為匯集點，實現(xiàn)了將環(huán)境自動監(jiān)測站室內(nèi)溫度、濕度情況進行統(tǒng)一實時監(jiān)測，并在空調(diào)與門窗附近的地面安裝漏水監(jiān)測模塊，判斷是否溫度過高、是否漏水，為環(huán)境自動監(jiān)測站設(shè)備提供適宜的運行環(huán)境、為環(huán)境自動監(jiān)測站設(shè)備等資產(chǎn)安全提供有力保障。通過遠程控制部分實現(xiàn)開啟環(huán)境自動監(jiān)測站內(nèi)的空調(diào)，并調(diào)至指定溫度與模式。根據(jù)環(huán)境自動監(jiān)測站實際需求，將環(huán)境自動監(jiān)測站外的射燈有機的與智能傳感集中管理系統(tǒng)結(jié)合起來，成為它的一個重要控制單元，實現(xiàn)遠程開啟、關(guān)閉燈光，降低管理人員工作量，提高了工作效率。此外，由于環(huán)境自動監(jiān)測站眾多，通過安裝門禁監(jiān)控系統(tǒng)控制，使用授權(quán)開門卡，避免了傳統(tǒng)巡視需攜帶大量鑰匙開門，解決了人為疏忽、鑰匙的丟失、被盜和復制等傳統(tǒng)保安防范存在的問題，保障環(huán)境自動監(jiān)測站資產(chǎn)安全。

3.2中心平臺軟件

環(huán)境自動監(jiān)測站智能傳感集中管理系統(tǒng)軟件作為中心平臺控制核心，借助環(huán)保網(wǎng)絡(luò)，通過WEB的方式在環(huán)保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)按照身份權(quán)限登錄，實現(xiàn)對環(huán)境自動監(jiān)測站設(shè)備的監(jiān)測狀態(tài)，室內(nèi)溫度、濕度、漏水等環(huán)境情況，站內(nèi)門禁出入人員、時間記錄等數(shù)據(jù)進行查詢、統(tǒng)計、分析，并支持對環(huán)境自動監(jiān)測站內(nèi)門禁、空調(diào)等設(shè)備的遠程控制，當有需要時可完成遠程開門等動作。變智能傳感集中管理系統(tǒng)可在中心平臺可根據(jù)晝夜長短使用情景模式，設(shè)定遠程自動燈光開啟、關(guān)閉時間。除此之外，通過網(wǎng)絡(luò)還可以實現(xiàn)地區(qū)所轄環(huán)境自動監(jiān)測站的統(tǒng)一管理，通過添加設(shè)置將各地的環(huán)境自動監(jiān)測站多站點聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。

中心平臺監(jiān)控軟件采用上運行的模塊主要包含數(shù)據(jù)收集整理模塊、監(jiān)測設(shè)備控制模塊、數(shù)據(jù)入庫模塊、統(tǒng)計分析模塊、告警模塊。軟件采用B/S構(gòu)架模塊化設(shè)計，部署方便，操作簡便，還可根據(jù)環(huán)保行業(yè)自身管理需求和監(jiān)控現(xiàn)狀進行定制。

在中心平臺基礎(chǔ)之上，支持手機客戶端實現(xiàn)移動在線巡檢工作，便于用戶能遠程查看各站位的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)曲線、報警信息、環(huán)境信息等，并對報警情況進行在線提醒，同時滿足突發(fā)事件下的現(xiàn)場指揮，為傳統(tǒng)環(huán)境自動監(jiān)測站管理提供多角度、立體化管理手段。

3.3 Zigbee組網(wǎng)

將各個傳感器與Zigbee模塊構(gòu)成一個無線傳輸節(jié)點，與主機內(nèi)嵌的Zigbee模塊組成一個無線網(wǎng)絡(luò)，通過這個網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞、傳輸以及信息交互，每一個無線節(jié)點都會生成一條通往主節(jié)點的路徑。

4各子系統(tǒng)單元應用

4.1動力系統(tǒng)監(jiān)控

環(huán)境自動監(jiān)測站內(nèi)的動力系統(tǒng)信息直接關(guān)系到環(huán)境自動監(jiān)測站正常運行，動力系統(tǒng)監(jiān)測包括環(huán)境自動監(jiān)測站的全部電源設(shè)備，如配電柜等。

通過部署智能電量檢測模塊，監(jiān)測一級、二級交流配電柜的主回路和各分回路的各種參數(shù)如電壓、電流、頻率、有功功率、功率因數(shù)、無功功率、視在功率、有功電度、無功電度等;監(jiān)視各級開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。顯示和記錄各種參數(shù)的變化曲線，并對各種報警狀態(tài)進行記錄和報警處理。

4.2環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)控

環(huán)境自動監(jiān)測站內(nèi)的環(huán)境量信息關(guān)系到設(shè)備的安全運行，環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)控包括：環(huán)境自動監(jiān)測站的空調(diào)設(shè)備(商業(yè)空調(diào)或精密空調(diào))、漏水監(jiān)控、溫濕度監(jiān)控等。

4.3安全防范監(jiān)控

安全防范子系統(tǒng)通過部署人體紅外探測器等傳感器與監(jiān)控主機直接連接，當發(fā)生報警時，報警信息能夠及時上傳給監(jiān)控主機，并且能聯(lián)動相關(guān)設(shè)備，比如聲光報警器等，并同時通知管理人員采取相應措施。

4.4消防系統(tǒng)監(jiān)控

通過采集消防控制器或煙感探測器報警信號實時監(jiān)測火災警狀態(tài)，當有火警發(fā)生，監(jiān)視系統(tǒng)以直觀的畫面顯示報警信息并作報警通知，采取聯(lián)動消防設(shè)施并通過短信、郵件等方式報警。

4.5視頻監(jiān)控

智能傳感集中管理系統(tǒng)的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)超越硬盤錄像技術(shù)，采用視頻組態(tài)的概念，將各通道的圖像以控件組態(tài)的方式隨意插入某個界面，對于大型的監(jiān)控系統(tǒng)而言，以電子地圖的方式來集中管理各個場地的數(shù)據(jù)和圖像的界面，十分方便。由于智能傳感集中管理系統(tǒng)將動力環(huán)境監(jiān)控和閉路監(jiān)控合二為一，因而可以隨意實現(xiàn)動力環(huán)境與圖像的聯(lián)動控制，一旦有異常事件發(fā)生，監(jiān)控系統(tǒng)自動彈出現(xiàn)場圖像畫面，即時錄像并作報警提示和處理。

4.6門禁系統(tǒng)監(jiān)控

通過門禁控制器提供的協(xié)議或門禁管理軟件對環(huán)境自動監(jiān)測站人員進出的時間、位置、姓名進行監(jiān)控，可手動遠程控制環(huán)境自動監(jiān)測站門的打開關(guān)閉，可對不同的工作人員發(fā)放不同權(quán)限的卡，通過不同權(quán)限的感應卡開啟不同的門，進入不同的設(shè)備區(qū)（如為運維人員遠程開關(guān)門等）。每張卡的權(quán)限可隨時更改，避免丟失的卡被人利用，解決了人為疏忽、鑰匙的丟失、被盜和復制等傳統(tǒng)保

安防范存在的問題。此外，控制門的開關(guān)、門禁系統(tǒng)可與視頻系統(tǒng)聯(lián)動，對進出環(huán)境自動監(jiān)測站的人員進行自動錄像等。

4.7遠程控制子系統(tǒng)

當環(huán)境自動監(jiān)測站發(fā)生突發(fā)事件（如著火、漏水等）時，能自動解決部分問題，并通知管理者進行遠程控制，在第一時間自動解決相應問題，在節(jié)約資源的同時又提高了工作效率，為固定資產(chǎn)安全提供有力保障。

當有人非法進入環(huán)境自動監(jiān)測站時，系統(tǒng)將自動啟動聯(lián)動裝置，自動打開照明系統(tǒng)，并向視頻系統(tǒng)傳輸信號，由視頻系統(tǒng)負責對非法入侵者進行實時拍照和錄像，同時向中心站傳送報警信息并進行聲光報警；

由于溫度過高會對環(huán)境自動監(jiān)測站內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生影響，會對上報的數(shù)據(jù)的準確性產(chǎn)生影響，此時中心站可遠程進行空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，工作模式、工作狀態(tài)、溫度調(diào)節(jié)等，也可以和溫濕度系統(tǒng)進行聯(lián)動，當溫度高于預設(shè)值時則自動開啟空調(diào)，并按預設(shè)方案進行溫度和模式的修改，當溫度低于預設(shè)值時則自動關(guān)閉空調(diào)；

當環(huán)境自動監(jiān)測站出現(xiàn)浸水時，設(shè)備將和抽水泵進行聯(lián)動，進行抽水作業(yè)，當水位低于預設(shè)報警值時設(shè)備將自動斷開抽水泵作業(yè)。

當發(fā)生火情時，通過部署在環(huán)境自動監(jiān)測站內(nèi)的煙霧探測器，聯(lián)動消防系統(tǒng)，進行第一時間滅火并向管理員發(fā)送報警信息。并按消防規(guī)范要求，聯(lián)動門禁開門，保證人員逃生及火情撲救。

5結(jié)束語

環(huán)境自動監(jiān)測站智能傳感集中管理系統(tǒng)通過全方位智能化的設(shè)計，融合先進的先進的物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)，能夠?qū)h(huán)保系統(tǒng)目前需要監(jiān)測的各種參數(shù)通過一個統(tǒng)一的信息平臺進行顯示處理，并可隨時進行WEB瀏覽和查看，從根本上保證環(huán)境自動監(jiān)測站管理工作能夠全天候、長周期運行，能夠?qū)崿F(xiàn)復雜環(huán)境的無人值守監(jiān)測，實現(xiàn)對遠程設(shè)備的分布式監(jiān)控和集中式管理，并可與多種應用系統(tǒng)集成，把環(huán)境自動監(jiān)測站的管理控制從“四遙”變成“五遙”（遙測、遙信、遙控、遙調(diào)，遙視）。該系統(tǒng)可幫助實現(xiàn)環(huán)境自動監(jiān)測站的無人值守或者少人值守，從而為推動環(huán)境監(jiān)測的管理逐步向自動化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展提供有力的信息技術(shù)保障。

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