一．項目背景

在精細農業(yè)種植如大棚監(jiān)測與控制、野外環(huán)境監(jiān)測應用如森林碳排放量檢測、以及水資源環(huán)境檢測等應用領域，無線數(shù)傳模塊都有著重要的意義。

這些領域有分布廣且零散，數(shù)量多等特點。為了在不受地域，網絡環(huán)境的影響下及時掌握現(xiàn)場或是遠程相關地點的環(huán)境質量和安全情況，采用低速率、低功耗、網絡容量大的環(huán)境質量自動監(jiān)控，來實現(xiàn)信息的釆集與處理已成為當前環(huán)境監(jiān)測工作的重點。

DTU借助有線網絡、蜂窩通信網絡或工業(yè)總線網絡，將區(qū)域內的傳感器節(jié)點匯聚的信息接入互聯(lián)網絡中，實現(xiàn)傳感器節(jié)點采集數(shù)據(jù)在本地和遠程的監(jiān)控管理。此外，DTU還可實現(xiàn)雙向通信，具備終端設備管理功能，用戶可以通過網關設備管理底層的感知節(jié)點，實現(xiàn)遠程控制。

二．建設依據(jù)

HJ212-2017協(xié)議是國家科技標準司出臺的污染物在線監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標準，從監(jiān)管層面對環(huán)境監(jiān)控過程的數(shù)據(jù)傳輸標準進行了統(tǒng)一。

HJ212-2017標準通訊協(xié)議采用應答模式，完整的命令由請求方發(fā)起、響應方應答組成。請求方發(fā)送請求給響應方，響應方接到請求后，向請求方發(fā)送請求應答，握手完成。如果請求方未收到請求應答，按回應超時處理。

通信協(xié)議數(shù)據(jù)結構如圖1所示，所有通訊包都由ASCII碼字符組成（漢字除外，采用UTf-8碼）。

三．項目優(yōu)勢

1. 能耗小。環(huán)境信息釆集節(jié)點的布置較為廣泛，考慮到某些偏遠地區(qū)環(huán)境采集點沒有連續(xù)的電源供應，所以釆集模塊具有低能耗的特點，這樣不僅能夠節(jié)約功耗，還能延長節(jié)點工作的能力。

2. 檢測范圍廣。環(huán)境信息采集傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能夠滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求，不受區(qū)域位置條件的限制。

3. 數(shù)據(jù)傳輸容量大、速率高。即使在大量的數(shù)據(jù)同時進行采集和傳送時，系統(tǒng)也能保證網絡暢通穩(wěn)定的運行，并能適應各種規(guī)模的監(jiān)測。

4. 及時報警。當某個地區(qū)的環(huán)境數(shù)據(jù)可能會超過規(guī)定值時，系統(tǒng)會及時將報警信息經短信的方式傳輸至管理人員手機上。

5. 通信費用低。

四．應用架構

DTU在環(huán)境監(jiān)測中的應用結構圖如下所示，根據(jù)功能可分為三個模塊：環(huán)境信息采集點，環(huán)境信息傳輸層，以及遠程控制應用層。

1. 環(huán)境信息采集點：使用DTU作為數(shù)采儀，用RS485串口線與監(jiān)控儀器相連，通過modbus RTU協(xié)議進行通信采集數(shù)據(jù)；

2. 環(huán)境信息傳輸層：采集到的數(shù)據(jù)信息通過GPRS蜂窩網絡上傳到云服務平臺。此外，為了降低現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取難度，DTU為對接上位機軟件提供了兩種便捷方式，即協(xié)議開發(fā)包（動態(tài)鏈接庫）和網絡轉串口工具，大大降低了用戶自主開發(fā)或對接第三方上位機軟件的難度。

3. 遠程控制應用層：云平臺服務通過HJ212-2017協(xié)議標準與上位機軟件通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測。

五．相關產品

1. 產品概述

我司無線數(shù)據(jù)終端DTU是一款一款工業(yè)級4G全網通產品，它全面支持中國移動、中國聯(lián)通以及中國電信的2G/3G/4G網絡，可實現(xiàn)現(xiàn)場串口設備與中心控制系統(tǒng)間的無線數(shù)據(jù)通信，具有組網迅速、擴容靈活、建設周期短、成本低等優(yōu)勢。

這款DTU采用的加密芯片和數(shù)據(jù)的加解密算法及協(xié)議，*符合公司安全性規(guī)范及要求，可輕松完成對現(xiàn)場設備的遠程數(shù)據(jù)采集和控制，廣泛適用于水利、污水處理、新能源、市政供水供熱燃氣、交通、電力、環(huán)保、氣象等行業(yè)。

2. 功能優(yōu)勢

● 支持RS-485、212多種接口選擇，兼容所有串口下位機；

● 采用工業(yè)級傳輸模塊，7×24h穩(wěn)定傳輸；

● 即插即用，支持虛擬串口；

● 支持遠程查詢 SIM 卡，查詢 DTU 中 SIM 卡余額、流量等信息；

● 簡單易用，運維方便，工作人員無需進行培訓即可上手；

● 支持發(fā)送短信功能；

● 支持兩端都是 4G無線的點到點、多點到點通信；

● 全面支持中國聯(lián)通、中國移動和中國電信的2G/3G/4G網絡；

● 支持服務器端遠程更改 DTU 配置項；

● 用戶可遠程配置搭建項目，快速對接上位機軟件；

● 科學的外觀設計，體積小而輕巧，無安裝空間要求；

3. 傳輸方式

（1）純透傳

（2）帶注冊包、心跳包的透傳

4. 通信組網方式

（1）云平臺轉發(fā)給用戶服務器

（2）云平臺轉發(fā)給其他設備

（3）用戶固定IP/域名

5. 產品技術規(guī)格

6. 應用領域

● 環(huán)保行業(yè):??污染源監(jiān)測；大氣環(huán)境監(jiān)測；噪音監(jiān)測；粉塵監(jiān)測等。

● 電力行業(yè):?電力遠程抄表；變電站監(jiān)測；電力線路監(jiān)測；配電網絡柱上開關監(jiān)測系統(tǒng)等。

● 石油行業(yè):?油氣井的遠程監(jiān)控；GPRS遠程油田自動化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)；燃氣管網監(jiān)控系統(tǒng)方案等。??

● 水利行業(yè):?水質監(jiān)測；水庫閘門遠程控制系統(tǒng)方案；水利GPRS調度系統(tǒng)應用方案；水管網監(jiān)測系統(tǒng)；水庫自動監(jiān)測系統(tǒng)等。?

● 市政行業(yè):?水表、煤氣表等遠程抄表；路燈遠程監(jiān)控管理；管網遠程監(jiān)測；城市能耗監(jiān)測等。??

六．應用案例（污染源在線監(jiān)測）

1. 監(jiān)測因子

煙塵（煙塵、SO2、NOx）、污水（COD、流量、TOC、總磷、氨氮）、 空氣質量、噪聲污染等；

2. 設備運行狀態(tài)監(jiān)測

實時監(jiān)測現(xiàn)場儀表運行狀態(tài)、治污設備啟停狀態(tài)等。能自動監(jiān)測在線監(jiān)測儀、 自動采樣器等現(xiàn)場儀表、設備的運行狀態(tài)（運行、停止或故障等）

3. 污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

系統(tǒng)集自動控制技術、通信技術、計算機應用技術為一體，由場監(jiān)控站點系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、污染源監(jiān)控中心、污染源在線遠程監(jiān)管系統(tǒng)等組成，并應用于污染源在線自動監(jiān)測中。

4. DTU在監(jiān)測中的應用

（1）數(shù)據(jù)采集與處理

接受現(xiàn)場監(jiān)測設備傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)、儀器參數(shù)、工作狀態(tài)等，按照要求對收集的數(shù)據(jù)進行運算、處理、存儲，并按頻率將結果定時或者即時上傳發(fā)送至中心站服務器。

（2）自動報警

數(shù)據(jù)采集器采用輪詢的方法，以比較高的頻率查詢監(jiān)測設備的狀態(tài)寄存器的狀態(tài)信息，如發(fā)生錯誤或者異常信息,主動向中心服務器報警并告知錯誤和異常的信息。

（3）現(xiàn)場控制

接受中心站的指令，對現(xiàn)場設備各狀態(tài)進行自動設置、調整和校準等。

5. 業(yè)務架構

（1）使用用戶

環(huán)保部門、環(huán)保審核人員、第三方運維單位、企業(yè)環(huán)保人員及公眾等。

（2）組織架構

整個系統(tǒng)由環(huán)境質量自動監(jiān)測系統(tǒng)、污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境質量監(jiān)測管理系統(tǒng)、環(huán)境視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)、GIS綜合應用平臺、綜合應用管理平臺以及信息發(fā)布于交互管理平臺組成。

● 環(huán)境監(jiān)測相關設備采集區(qū)域內污染數(shù)據(jù)經DTU傳輸至統(tǒng)一管理平臺，職能部門對實時排污、環(huán)境質量實時情況以及設備運行狀況進行監(jiān)控，同時負責對污染源進行現(xiàn)場督察。

● 工作人員依據(jù)DTU傳輸過來的各項污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行人工復核，審核過后的數(shù)據(jù)由平臺進行統(tǒng)計、分析、評價、生成報表等。

●  對監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)察分析儀，環(huán)保部門定期將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)察平臺。

●  相關企業(yè)的工作人員可以通過系統(tǒng)一站式查詢企業(yè)的污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及設備運行狀態(tài)等。

●  設備生產商或第三方運維單位可以通過系統(tǒng)提供的設備故障狀態(tài)，對前段監(jiān)測設備進行及時響應和維護等，從而保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的正常上傳和前段監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。

●  監(jiān)測數(shù)據(jù)和可以同步至第三方多媒體平臺，以便公眾及時了解對環(huán)境質量現(xiàn)狀與變化趨勢，對污染源進行監(jiān)督。

6. 項目特點

（1）采用*的PLC或工控機作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器，各監(jiān)測子站以數(shù)據(jù)采集器為核心，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)自動收集上傳、自動報警、中心站遠程控制,實現(xiàn)對污染源等環(huán)境要素監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和遠程監(jiān)控的功能。

（2）系統(tǒng)采用成熟的無線數(shù)傳作為數(shù)據(jù)上傳和控制命令下達的通信方式，突破了傳統(tǒng)的有線通信方式,能支持大數(shù)據(jù)量高效、安全的實時傳輸，且費用成本低廉。

（3）系統(tǒng)以云端大數(shù)據(jù)庫為基礎，以監(jiān)測數(shù)據(jù)工作流程為主線，基本覆蓋了污染源監(jiān)測的各項業(yè)務流程以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、處理，功能完善、性能良好、適用性強。

（4）系統(tǒng)將地理信息系統(tǒng)GIS融入其中，利用GIS強大的地理信息分析功能,結合環(huán)境數(shù)學模型，實現(xiàn)基于地理信息基礎上的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、環(huán)境制圖、顯示等功能和對環(huán)境評價、預測預報以及規(guī)劃管理的支持。

（5）本系統(tǒng)不僅僅適用于污染源的在線監(jiān)測，還適用于水質監(jiān)測、氣象監(jiān)測、生態(tài)監(jiān)測等所有無人值守的遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)。