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基于無線通信的區域輻射監測系統方案
閱讀：1642 發布時間：2012-7-17
一、項目背景
隨著經濟的發展，輻射污染排放量已越來越大，環境質量呈現不斷下降的趨勢。在輻射污染治理監測項目中，所涉及的輻射污染處理監測系統，很多必須實現無人值守。GPRS 網絡覆蓋面廣，具有高速的數據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控系統中的應用具有*的應用優勢。
二、項目分析
2.1 系統組成
2.1.1數據采集終端
根據監測性質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；實時將現場輻射污染數據采集到智能監控終端內。通過工業上通用的MODBUS 標準協議進行傳輸。
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。支持主備數據通道、并行多數據通道、實時在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN 網絡接入等功能不僅可以保障數據安全可靠還能讓客戶按需傳輸，節省資費。
2.1.3 數據管理中心
監測數據接收子系統（整個系統中至關重要的一個子系統,它肩負著各種現場實時數據的監測及數據接收的作用,具有無人職守自動工作功能）；
數據分析統計子系統（監測系統中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S 模式在監測部門內部供工作人員直接操作使用）；
報警短信子系統（利用目前廣泛使用的移動通訊技術進行開發的一個及其有用的功能系統，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到的管理層）；
WEB 發布子系統（輻射污染自動監測系統中對外公布的網頁查詢系統，是提供普通市民了解居住城市環境質量的窗口，也是被監測企業、工廠對自己排放輻射污染程度的要求）。
2.2 系統總架構
輻射污染數據采集終端通過 RS232/485 通訊接口與F2103 串口連接，數據監控中心可以采用多種方式連接網絡，例如固定IP、APN、ADSL 等。無線傳輸設備F2103 通過GPRS 網絡連接到遠程數據中心服務器主機，與中心建立TCP/IP 連接后開啟透明數據通道。當采集終端需要上報數據的時候將數據直接送往串口，此時F2103 就會把收到的數據原封不動地發送到數據中心服務器主機。當數據中心下發的命令或數據通過通道傳輸到F2103 后，F2103 通過串口送到采集終端，從而實現了數據雙向透明傳輸。
注：輻射采集數據傳輸拓撲圖
2.3 系統實現功能
2.3.1 監測數據接收子系統
1. 自動啟動（在停電后/系統重啟后自動啟動,不用人為操作）
2. 數據過濾（本系統從安全考慮，僅接收經系統認證后的數據）.
3. 使用于各種數據類型輸出的現場檢測儀表.
4. 將接收到的監測數據保存到后臺數據庫.
5. 現場反控（通過修改監測采集方案來啟動現場設備包括對自動采樣器的操作等）.
6. 查看各監測站連接狀態
2.3.2 數據分析統計子系統
數據分析統計子系統是監測系統中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S 模
式在監測部門內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. 現場實時監測原始數據的查詢、偏離修正、監測數據有效性審核、預報數據錄入
2. 監測數據歷史記錄的維護。
3. GIS 電子地圖實時顯示輻射體污染變化趨勢
4. 結合歷史數據生成輻射污染體污染指數曲線圖
5. 監測數據異常分析、軟件報警、實時通過短信通知報警信息
6. 各種數據匯總報表、統計報表、上報表格，包括特殊格式報表
7. 默認、自定義監測采集方案維護
8. 現場自動采樣器操作
9. 現場樣本試驗數據錄入、與自動監測數據對比、偏離報告
10. 現場維護記錄
11. 監測站點、監測項目等基礎信息自由配置、兼容性好
12. 人員權限分配
13. 數據備份
14. WEB 用戶認證、權限分配、及其web 訪問統計情況等
2.3.3 報警短信子系統
1. 報警短信子系統是利用目前廣泛使用的移動通訊技術進行開發的一個及其有用的功能系
統，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到的
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，設備永遠在線，自動檢測串口數據，實現自動短信收發功能。和報警裝置串口對接，實時監測報警裝置串口的報警數據，便可以*時間把某種監測項目的異常報警信息發送到相關項目負責人、監督人的手機，報警系統可以定時將某個統計匯總數據、分析結果通過GSM MODEM 發送到相關負責人，讓相關項目負責人、監督人在出差、外出等情況下*時間了解其負責的監測情況。
2.3.4 WEB 發布子系統
1. 歷史、當前輻射污染報告、預告
2. 區域輻射測試數據查詢、曲線圖
3. 監測站點明細、監測分析報表等
三、項目架構實施
3.1 傳輸模塊與輻射處理采集終端連接
在工業領域設備一般都采用以太口或串口傳輸數據，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據采集終端進行連接通信，如下圖：
3.2 數據中心網絡接入方式分析
3.2.1 專線接入
中心采用 APN 專線， 所有點都采用內網固定IP 客戶中心通過一條2M APN 專線接入移動公司GPRS 網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP 地址進行廣域連接，在GGSN 與移動公司互聯路由器之間采用GRE 隧道。為客戶分配的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM 卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。用戶在內部建立 RADIUS 服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN 路由器內，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，用以保證用戶內部安全。用戶在內部建立 DHCP 服務器（或在APN 路由器內，啟用DHCP 功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。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、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之*組網方式。
3.2.2 ADSL 撥號連接（動態公網IP 地址）
中心采用 ADSL 等INNET 公網連接，采用公網動態IP+DNS 解析服務的。客戶先與DNS服務商開通動態域名，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動態IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP 的費用，但穩定性受制于DNS 服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS 服務商。此種方案適合小規模應用。
3.2.3 通過固定公網IP 連接
中心采用 ADSL 等INNET 公網連接，采用公網固定IP 服務的。此種方案先向INTERNET
運營商申請ADSL 等寬帶業務，中心有公網固定IP 的。IP MODEM 直接向中心發起連接。運行可
靠穩定，推薦此種方案。
3.3 數據中心軟件平臺構建
中心端軟件的構建有多種方式，對于傳入數據的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶
快速地實現中心端的數據接收和現場設備的管理。
目前四信提供三種方式的中心接口：
1. 首先是對于組態軟件，目前很多組態軟件廠家已經集成了我們的驅動了，可以直接配置使用；
2. 對于后臺中心軟件只讀串口數據的情況，提供一個虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網數據轉化為串口數據，從而實現利用無線公網傳輸數據且又對現有系統不做修改的結合。
3. 在客戶想要開發自己的數據中心是，此時我公司會提供一個動態鏈接庫，利用動態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據中心DEMO 軟件，不僅開放源碼還全程協助客戶進行自己數據中心軟件和功能的開發。客戶可能通過動態鏈接庫快速開發一個靈活的，穩定的，功能齊全的終端管理和數據交互的中心軟件。
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方式，實現了數據的一中心統一管理。
2. 四信 IP MODEM 采用高性能工業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. 目前輻射處理監控工程數量及規模都不斷的在擴大，因此系統采用多點對中心的組網方案，不論采用普通無線GPRS 還是APN專網都可以實現隨時增加新的采集控制點，對現有的網絡不會造成任何的中斷和影響。
4. IP MODEM 采用標準的工業串口通信，即插即用，且高規格的模具設計，體積小巧方便維護。
5. 四信 IP MODEM*采用標準的TCP/IP 安全傳輸協議機制，保證數據的安全和及時，而且采用*透明傳輸機制，保證數據的準確性。
6. 多中心設計，可同時設置5 個中心監控采集現場，避免因某個中心網絡不穩定或者關閉導致無法對現場進行監控而產生安全隱患。
五、小結
目前輻射污染數據監測應用廣泛，直接關系到生態環境安全，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測領域已有全國范圍性的應用。在物聯網的大環境下廈門四信解決方案和產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、工業自動化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環境保護、氣象、數字化醫療、遙感勘測、軍事、空間探索、農業、林業、水務、電力、煤礦、石化等行業。