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北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文翻譯）應(yīng)用GPRS技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)QiulanWu*，YongLiang，YongxiangSun，ChengmingZhang，PengzengLiuSchoolofInformationScienceandEngineering，ShandongAgriculturalUniversity，Taian，ShandongProvince，P.R.China，271018;*Correspondingauthor，Address:SchoolofInformationScienceandEngineering，ShandongAgriculturalUniversity，Taian，271018，ShandongProvince，P.R.ChinaEmail:wqlsdau@163.com班級(jí)：信實(shí)0901 姓名：霍子杰 學(xué)號(hào)：200941032摘要：現(xiàn)在雪野水庫(kù)應(yīng)用的水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)是在現(xiàn)場(chǎng)取樣，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。為了分析解決水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)的主要問(wèn)題，基于GPRS技術(shù)的自動(dòng)水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)將在下文提出?？紤]到水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，因此要基于GPRS技術(shù)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)框架，還有通過(guò)訪問(wèn)GPRS網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的方法。通過(guò)多參數(shù)水質(zhì)探頭收集到的水質(zhì)量系數(shù)利用GPRS移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控中心。因?yàn)樵撓到y(tǒng)能夠自動(dòng)收集、傳動(dòng)和處理水質(zhì)參數(shù)，所以生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益能夠有較大的提高。實(shí)踐證明GPRS技術(shù)在復(fù)雜的糟糕的水質(zhì)環(huán)境中能夠自動(dòng)的更好的達(dá)到數(shù)據(jù)收集點(diǎn)，另外數(shù)據(jù)傳輸裝置能夠自動(dòng)的產(chǎn)生水質(zhì)分析裝置數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控功能。關(guān)鍵字：水質(zhì)；自動(dòng)檢測(cè)；GPRS引言雪野水庫(kù)坐落在山東省，萊蕪市雪野小鎮(zhèn)。它位于大汶河的分支瀛汶河的上游。它的功能是保護(hù)干旱、防洪、農(nóng)業(yè)灌溉、供日常生活用水、利用水力發(fā)電、魚(yú)類(lèi)飼養(yǎng)，同時(shí)作為一個(gè)旅游景區(qū)。它毫無(wú)疑問(wèn)屬于我國(guó)第一或者第二大水庫(kù)。人類(lèi)的工業(yè)用途和養(yǎng)魚(yú)所產(chǎn)生的廢水污水已經(jīng)嚴(yán)重的影響到水庫(kù)的水質(zhì)。根據(jù)抽樣調(diào)查的水的數(shù)據(jù)，在2000年期間，雪野水庫(kù)已經(jīng)被嚴(yán)重污染，水質(zhì)已經(jīng)降到V等級(jí)水平。雖然一些政策措施已經(jīng)提出來(lái)以解決這個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，但是由于，河中砂礫石的提取，魚(yú)類(lèi)飼養(yǎng)和從附近的酒店和賓館直接排出的污水較多，水質(zhì)量仍然變得更糟糕。在2005年9月2號(hào)，從山東省泰安市水質(zhì)量控制中心得出的抽樣數(shù)據(jù)顯示氨氮的顯示級(jí)別已經(jīng)超過(guò)質(zhì)量指標(biāo)4.52倍了，同事其他參數(shù)也只滿(mǎn)足地球表面水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)III《gb3838-2002》（國(guó)家地球表面水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)）。因此在環(huán)境保護(hù)方面，控制水污染和保護(hù)雪野水庫(kù)唄污染尤為關(guān)鍵。目前應(yīng)用于水庫(kù)的水質(zhì)量監(jiān)控方法是從現(xiàn)場(chǎng)取樣然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。由水文局負(fù)責(zé)這份任務(wù)。這種面對(duì)面的抽樣實(shí)在不能及時(shí)反映情況和動(dòng)態(tài)的水質(zhì)不可能被及時(shí)的監(jiān)控。因此，它不能滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)境要求（Wangatal.，2004）。隨著控制理論、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，將遠(yuǎn)程測(cè)量和控制、無(wú)線(xiàn)通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融入到水質(zhì)量取樣、計(jì)算、分析是水質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)研究的主要目標(biāo)。GPRS技術(shù)的介紹GPRS（Hanetal.，2003）用分組交換技術(shù)高效率地傳輸數(shù)據(jù)。GPRS移動(dòng)電信網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)添加節(jié)點(diǎn)到公共通信網(wǎng)絡(luò)組成的，分別有SGSN（GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）和GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）。采用分組數(shù)據(jù)交換和提供用戶(hù)連接形式的移動(dòng)分組IP或x.25（一個(gè)使用電話(huà)或者ISDN設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備來(lái)架構(gòu)廣域網(wǎng)的ITU-T網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）。和GSM網(wǎng)絡(luò)一樣，它具有相同的頻率槽、帶寬、傳輸結(jié)構(gòu)、無(wú)線(xiàn)調(diào)制、跳頻、TDMA的數(shù)據(jù)幀。GPRS看上去就像兩個(gè)部分：無(wú)線(xiàn)接入和主要的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線(xiàn)訪問(wèn)部分負(fù)責(zé)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的通信和BSS(基站子系統(tǒng))，而主要負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的BBS和路由器之間的通信網(wǎng)絡(luò)。GPRS的優(yōu)點(diǎn)有:1、不需要額外的網(wǎng)絡(luò)，只有應(yīng)用程序用戶(hù)的公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。2、覆蓋的公共通信網(wǎng)絡(luò)是巨大的和公眾溝通網(wǎng)絡(luò)是可擴(kuò)展的。3、費(fèi)用可以根據(jù)用法或月計(jì)劃。用戶(hù)可以在任何的時(shí)間保持在線(xiàn)而費(fèi)用收取是根據(jù)使用流量決定的。當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸，即使用戶(hù)在線(xiàn)，也不會(huì)收取費(fèi)用?；蛘?，用戶(hù)可以使用包月套餐那樣就沒(méi)有使用限制了。4、傳輸速率很快因此，無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)利用公眾移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是先進(jìn)的和符合標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定的系統(tǒng)，具有低成本、可擴(kuò)展的、不受約束，低誤差的特點(diǎn)。GPRS特別適合低數(shù)據(jù)的傳輸速度同時(shí)保持高頻率通信的系統(tǒng)，如把相關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為水質(zhì)數(shù)據(jù)（微控科技有限公司）。片有32K的ROM內(nèi)存和內(nèi)置1KB的SRAM。最高頻率可達(dá)40mhz。它有雙指針，雙串行接口，13個(gè)中斷和316-數(shù)字時(shí)鐘。W77E58連接到GPRS無(wú)線(xiàn)數(shù)字終端直接啟動(dòng)GPRS無(wú)線(xiàn)數(shù)字終端和基于GPRS的收發(fā)器數(shù)據(jù)庫(kù)。無(wú)線(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)系統(tǒng)H7000是由深圳Hongdian公司生產(chǎn)的，用于GPRS無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸單元(DTU)。每一個(gè)采樣點(diǎn)有一個(gè)SIM卡，標(biāo)準(zhǔn)移動(dòng)通訊公司的SIM被安裝在一個(gè)模塊中，在移動(dòng)通訊中具有唯一的ID，像手機(jī)一樣。在網(wǎng)絡(luò)方面，SIM和APN是保稅的。GPRS無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送裝置和監(jiān)控中心通過(guò)由中國(guó)移動(dòng)公司訂閱的APN訪問(wèn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。用SIM卡的手機(jī)用戶(hù)不能通過(guò)APN與其他用戶(hù)通訊（深圳Hongdian技術(shù)有限公司）3.2GPRS網(wǎng)絡(luò)水庫(kù)擁有它自己的水質(zhì)采樣系統(tǒng)。其數(shù)據(jù)傳輸采用GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)通過(guò)GPRS調(diào)制調(diào)解器，數(shù)據(jù)傳輸采用GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。GPRS網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)通過(guò)GPRS調(diào)解器，連接到DTU。該GPRS調(diào)節(jié)器是Hongdian公司的一個(gè)產(chǎn)品，能實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸方式。若有幾個(gè)水質(zhì)數(shù)據(jù)采樣儀器，其數(shù)據(jù)會(huì)被打包成IP數(shù)據(jù)包并且通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理和監(jiān)控中心。在信息中心的范圍內(nèi)，GPRS網(wǎng)絡(luò)分配固定IP地址給每一個(gè)裝置，根據(jù)IP地址分配的DUT建立起與信息中心相連接的數(shù)據(jù)通道。因此沒(méi)有必要建立起特定的數(shù)據(jù)傳輸路徑，只需要整合基于原系統(tǒng)的收集水質(zhì)量參數(shù)功能。3.3數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控系統(tǒng)這個(gè)工作站的數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控中心是主要的控制部分，包括主服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。主服務(wù)器是安裝操作系統(tǒng)Windowsserver2000和SQLserver2000數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件。服務(wù)器的監(jiān)控中心申請(qǐng)分配固定的IP地址，使用由移動(dòng)通信公司所提供的DDN專(zhuān)線(xiàn)與GPRS網(wǎng)絡(luò)連接。因?yàn)镈DN專(zhuān)線(xiàn)可以提供相對(duì)高的帶寬，當(dāng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)站的數(shù)量增加，監(jiān)控中心可以滿(mǎn)足需要而無(wú)需擴(kuò)大容量。在收到從GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，服務(wù)器將首先核實(shí)，然后將數(shù)據(jù)傳遞給主控制計(jì)算機(jī)，由系統(tǒng)軟件恢復(fù)數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)。3.3.1監(jiān)測(cè)中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。監(jiān)控中心通過(guò)以太網(wǎng)協(xié)議訪問(wèn)局域網(wǎng)、服務(wù)器通過(guò)路由器訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)、和GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是作為備份通道。監(jiān)控中心包括數(shù)據(jù)服務(wù)器和操作員站。服務(wù)器接收遙測(cè)終端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或者GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將其數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)里面。數(shù)據(jù)庫(kù)在服務(wù)器中包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶(hù)終端可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)貨GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控中心的工作站能夠在用戶(hù)的監(jiān)控應(yīng)用程序與服務(wù)器聯(lián)系。圖3監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.3.2監(jiān)控中心和GPRS網(wǎng)絡(luò)的連接方式監(jiān)控中心如何能夠連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)的方法是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。合理的連接方式能夠提高安全性、提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省⒑头浅Ｓ绊懴到y(tǒng)的整體性能。有各種各樣的方法如無(wú)線(xiàn)DDN方式，專(zhuān)線(xiàn)方式，直接的方式，互聯(lián)網(wǎng)的方式，VPN等。無(wú)線(xiàn)DDN方式解決數(shù)據(jù)傳輸和收集用戶(hù)水利、電力、石油開(kāi)采、采礦、環(huán)保、氣象、交通和其他行業(yè)的數(shù)據(jù)的問(wèn)題。圖4.無(wú)線(xiàn)DDN的連接方式DDN應(yīng)用中國(guó)移動(dòng)通信的GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)成為一個(gè)平臺(tái)，通過(guò)自身具有的GPRS、SMS、USSD、CSD等方法，從而實(shí)現(xiàn)了外部設(shè)備與外部設(shè)備之間的通訊，和外部設(shè)備與中央節(jié)點(diǎn)的通訊，另外還實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸方式。這種方式特別適用于解決在數(shù)據(jù)傳輸中突然發(fā)生跳變，出現(xiàn)高頻或者小流的狀況。GPRS終端監(jiān)測(cè)中心需要綁定一個(gè)固定的IP地址。這種方法受到廣泛的使用，因?yàn)樗浅５姆奖愫托枰顿Y的成本不多。這種互聯(lián)網(wǎng)方式適用于具有固定網(wǎng)絡(luò)連接的監(jiān)控中心。他的優(yōu)勢(shì)在于低投資成本和受到地區(qū)性的干擾較少。根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，中心工作站選擇應(yīng)用無(wú)線(xiàn)DDN和互聯(lián)網(wǎng)傳輸方式。兩種方式扮演角色的相互備份，可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?.4系統(tǒng)的功能 水質(zhì)處理和監(jiān)控中心的主要功能如圖.5所示。圖5.系統(tǒng)功能的框架圖(1)數(shù)據(jù)采集站管理的主要工作是保持水質(zhì)工作站的主要信息。(2)溝通管理連接到局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息共享和式通信。(3)實(shí)時(shí)信息測(cè)量實(shí)時(shí)接收水質(zhì)量信息從遠(yuǎn)程測(cè)量網(wǎng)站，自動(dòng)檢查數(shù)據(jù)格式，區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)類(lèi)型根據(jù)ID，不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型是保存到不同的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和顯示。(4)歷史信息管理在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)變換實(shí)時(shí)信息到歷史信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并分析實(shí)測(cè)信息基于時(shí)間、日期、月份和年等，讓水質(zhì)量變化曲線(xiàn)，同時(shí)輸出統(tǒng)計(jì)信息和曲線(xiàn)圖形。(5)水質(zhì)的評(píng)價(jià)智能地分析測(cè)量和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)水質(zhì)污染狀況，確定污染狀況和污染類(lèi)型，為水資源利用和水環(huán)境保護(hù)提供參考。(6)水質(zhì)預(yù)測(cè)根據(jù)水質(zhì)數(shù)據(jù)，分析水污染現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)污染惡化情況，為水污染控制和水環(huán)境評(píng)價(jià)提供參考，并對(duì)人類(lèi)生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)直接提供保證質(zhì)量的必要的水。(7)報(bào)警根據(jù)設(shè)置報(bào)警值，建立水質(zhì)報(bào)警閾值，自動(dòng)利用聲音和光報(bào)警。實(shí)驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)模擬在雪野水庫(kù)后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，滿(mǎn)足水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求。圖6所示的是通過(guò)監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)顯示的監(jiān)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)的部分的變化曲線(xiàn)。圖6.2009年3月15號(hào)的水質(zhì)數(shù)據(jù)的部分圖像結(jié)論通過(guò)監(jiān)控水污染的綜合數(shù)據(jù)，基于GPRS的自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)監(jiān)測(cè)水庫(kù)水污染現(xiàn)狀的目標(biāo)。該系統(tǒng)不僅能提供原始數(shù)據(jù)為全面評(píng)價(jià)在水庫(kù)的水環(huán)境質(zhì)量，也能很快發(fā)現(xiàn)水污染事故或緊急自然災(zāi)害，將水質(zhì)異常信息通過(guò)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心和為決策部門(mén)理解災(zāi)難的狀態(tài)，建立預(yù)防和治療策略提供參考。這項(xiàng)研究由山東水保護(hù)局提供資金支持。它是由山東水資源的技術(shù)支持專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目(號(hào)碼:33415)提供資金，并獲得山東農(nóng)業(yè)大學(xué)支持。為雪野水庫(kù)對(duì)這一研究提供數(shù)據(jù)表示衷心謝謝。參考文獻(xiàn)WangHaibao，WuGuangjie.“StudyontheSystemandIt'sApplicationofVirtualInstrumentforWaterQualityOnlineMeasurement”.ChineseJournalofScientificInstrument，2004，25(5):660-662.(inChinese)HanBing，LiFenhua.“ApplicationofGPRStechnologyindataacquisitionandmonitoringsystem”.ElectronicTechnology，2003，19（8）:26－19.(inChinese)Wavecomcompany，GPRSUserGuide，2001LiYun，Yang