一．項目背景

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

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

DTU借助有線網絡、蜂窩通信網絡或工業總線網絡，將區域內的傳感器節點匯聚的信息接入互聯網絡中，實現傳感器節點采集數據在本地和遠程的監控管理。此外，DTU還可實現雙向通信，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點，實現遠程控制。

二．建設依據

HJ212-2017協議是國家科技標準司出臺的污染物在線監控系統數據傳輸標準，從監管層面對環境監控過程的數據傳輸標準進行了統一。

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

通信協議數據結構如圖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．項目優勢

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

2. 檢測范圍廣。環境信息采集傳輸系統數據通信范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能夠滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求，不受區域位置條件的限制。

3. 數據傳輸容量大、速率高。即使在大量的數據同時進行采集和傳送時，系統也能保證網絡暢通穩定的運行，并能適應各種規模的監測。

4. 及時報警。當某個地區的環境數據可能會超過規定值時，系統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在環境監測中的應用結構圖如下所示，根據功能可分為三個模塊：環境信息采集點，環境信息傳輸層，以及遠程控制應用層。

1. 環境信息采集點：使用DTU作為數采儀，用RS485串口線與監控儀器相連，通過modbus RTU協議進行通信采集數據；

2. 環境信息傳輸層：采集到的數據信息通過GPRS蜂窩網絡上傳到云服務平臺。此外，為了降低現場監測數據的獲取難度，DTU為對接上位機軟件提供了兩種便捷方式，即協議開發包（動態鏈接庫）和網絡轉串口工具，大大降低了用戶自主開發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協議標準與上位機軟件通信實現數據監測。

五．相關產品

1. 產品概述

我司無線數據終端DTU是一款一款工業級4G全網通產品，它全面支持中國移動、中國聯通以及中國電信的2G/3G/4G網絡，可實現現場串口設備與中心控制系統間的無線數據通信，具有組網迅速、擴容靈活、建設周期短、成本低等優勢。

這款DTU采用的加密芯片和數據的加解密算法及協議，完全符合公司安全性規范及要求，可輕松完成對現場設備的遠程數據采集和控制，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、環保、氣象等行業。

2. 功能優勢

● 支持RS-485、212多種接口選擇，兼容所有串口下位機；

● 采用工業級傳輸模塊，7×24h穩定傳輸；

● 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）云平臺轉發給用戶服務器

（2）云平臺轉發給其他設備

（3）用戶固定IP/域名

5. 產品技術規格

6. 應用領域

● 環保行業:??污染源監測；大氣環境監測；噪音監測；粉塵監測等。

● 電力行業:?電力遠程抄表；變電站監測；電力線路監測；配電網絡柱上開關監測系統等。

● 石油行業:?油氣井的遠程監控；GPRS遠程油田自動化監測監控系統；燃氣管網監控系統方案等。??

● 水利行業:?水質監測；水庫閘門遠程控制系統方案；水利GPRS調度系統應用方案；水管網監測系統；水庫自動監測系統等。?

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

六．應用案例（污染源在線監測）

1. 監測因子

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. 設備運行狀態監測

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

3. 污染源在線監測系統組成

系統集自動控制技術、通信技術、計算機應用技術為一體，由場監控站點系統、數據傳輸系統、污染源監控中心、污染源在線遠程監管系統等組成，并應用于污染源在線自動監測中。

4. DTU在監測中的應用

（1）數據采集與處理

接受現場監測設備傳感器的監測數據、儀器參數、工作狀態等，按照要求對收集的數據進行運算、處理、存儲，并按頻率將結果定時或者即時上傳發送至中心站服務器。

（2）自動報警

數據采集器采用輪詢的方法，以比較高的頻率查詢監測設備的狀態寄存器的狀態信息，如發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）現場控制

接受中心站的指令，對現場設備各狀態進行自動設置、調整和校準等。

5. 業務架構

（1）使用用戶

環保部門、環保審核人員、第三方運維單位、企業環保人員及公眾等。

（2）組織架構

整個系統由環境質量自動監測系統、污染源自動監控系統、環境質量監測管理系統、環境視頻監控管理系統、GIS綜合應用平臺、綜合應用管理平臺以及信息發布于交互管理平臺組成。

● 環境監測相關設備采集區域內污染數據經DTU傳輸至統一管理平臺，職能部門對實時排污、環境質量實時情況以及設備運行狀況進行監控，同時負責對污染源進行現場督察。

● 工作人員依據DTU傳輸過來的各項污染源監測數據，進行人工復核，審核過后的數據由平臺進行統計、分析、評價、生成報表等。

● 對監測數據監察分析儀，環保部門定期將數據上傳至監察平臺。

● 相關企業的工作人員可以通過系統一站式查詢企業的污染源在線監測數據，以及設備運行狀態等。

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

● 監測數據和可以同步至第三方多媒體平臺，以便公眾及時了解對環境質量現狀與變化趨勢，對污染源進行監督。

6. 項目特點

（1）采用先進的PLC或工控機作為現場數據采集器，各監測子站以數據采集器為核心，通過現場數據自動收集上傳、自動報警、中心站遠程控制,實現對污染源等環境要素監測數據采集和遠程監控的功能。

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

（3）系統以云端大數據庫為基礎，以監測數據工作流程為主線，基本覆蓋了污染源監測的各項業務流程以及監測數據的采集、處理，功能完善、性能良好、適用性強。

（4）系統將地理信息系統GIS融入其中，利用GIS強大的地理信息分析功能,結合環境數學模型，實現基于地理信息基礎上的數據查詢、統計、環境制圖、顯示等功能和對環境評價、預測預報以及規劃管理的支持。

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

審核編輯 黃昊宇