基于物联网技术的智能传感集中管理系统在环境自动监测站中的应用

余晓燕 余佳龙

摘要：随着计算机技术、通信技术与自动化技术的飞速发展，通过结合新建环境自动监测站逐渐向少人或无人值守模式发展的要求与特点，阐述了智能传感集中管理系统在环境自动监测站管理中的重要意义。介绍了适用于环境自动监测站日常管理的智能传感集中管理系统的系统结构与功能。这一系统的应用给环境自动监测站传统管理方式带来了全新运作模式，为环境自动监测站的统一高效管理和安全运营提供有力的保证。

关键词：环境自动监测站；物联网；集中控制

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)26-6406-04

1概述

环保工作是国家的基本国策，是科学发展观和生态文明的国民经济的命脉所在。随着国家经济的快速发展、居民生活水平的迅速提高，对环境保护工作的要求越来越高，对大气和水质监测的环境自动监测站被大量建设。环境自动监测站作为环境监测的核心环节，承担了实时监测区域大气和水环境质量的重要职责。随着环境自动监测站自动化程度的提高，少人或无人值守模式在环保系统得到大力推广，环境自动监测站设备运行管理日益受到重视，从而对环境自动监测站内运行环境和动力系统的智能化远程管理的要求也越来越高。

1.1存在的问题

环境自动监测站数量众多，地域分布广且很多地处人烟稀少的区域，这些特点给环境自动监测站运行管理带来很大不便。

1)环境自动监测站缺乏对环境和动力情况的有效管理。

目前，环境自动监测站数量众多，地域分布广且很多地处人烟稀少的区域，在防火、防水、防盗方面，主要还是依靠人员值班巡检管理，一旦发生火灾、漏水或失窃事故，不能及时报警。由于站内安装着大量精密的监测仪器，对环境温度、湿度和供电情况，有着严格的要求，一旦温度或湿度过高，需要立即开启空调。受传统管理模式的影响，不能及时了解环境自动监测站内的实时情况，导致对整体安全防范形势无法把握，不利于环境自动监测站的安全、稳定运行。

2)环境自动监测站缺乏对进出人员的管理与控制。

各环境自动监测站一般建在偏僻的地方，虽然都有巡检值守制度，但工作人员的进出情况并不能很好的监管，从而导致知道谁来过，呆了多长时间，都没有一个明确的记录，需要使用门禁系统规范科学的管理工作人员进出，并有据可查，从而确保设施的安全和正常维护。

3)报警信息不能第一时间得知

各环境自动监测站当发生非法闯入、空调漏水报警、门锁被撬等等问题时，信息不能在第一时间告知监控中心，造成不能及时发现问题，会给环境自动监测站的安全和财产带来隐患。

1.2实现目标

针对以上环境自动监测站的管理当前存在的问题，着眼于环保管理智能化的发展方向，结合当前先进的物联网ZigBee技术、传感器网络技术，将智能传感集中管理系统应用于环境自动监测站日常管理，将环境自动监测站环境、动力、设备状态等信息统一监控起来，有效解决环境自动监测站存在的弊端，消除环境自动监测站在资产安全和信息管理上的盲区。

2关键技术

2.1 Zigbee技术

作为物联网感知层自组网络系统，Zigbee技术在无线数据传输方面有着重要的作用。它是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。它工作在2.4Hz的ISM频段上，传输速率为20~250 kbps，传输距离为100米到1200米不等。

Zigbee主要适合于工业控制、传感和远程控制领域。它在数千个微小的传感器之间相互协调，实现通信。Zigbee技术的通讯数据速率以及灵活通信范围的特点决定了它适合于承载工业数据通讯的业务。Zigbee具有低复杂度、低功耗、低成本的特点，这些特点使得其在工业监控、传感器网络、安全系统等领域有很大的发展空间。

2.2传感器网络技术

传感器网络技术是当前在国际上备受关注的多学科高度交叉，知识高度集成的前沿热点研究领域它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及通信技术、分布式信息处理技术等。能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测，感知和采集各种环境或监测对象的信息，这些信息通过有线或无线的方式传输，并以多种网络方式传送到用户终端，从而实现人与人、人与物、物与物的全面互联。典型的传感器网络的系统结构包括：分布式传感器节点、互联网或移动通信网和用户软件接口等。其中，传感器网络节点的基本组成包括：数据采集单元，由传感器和协议转换器组成，并部署在被感知对象内。数据处理单元，主要是具有嵌入式操作系统的监控主机。数据传输单元，由内嵌在嵌入式监控主机内部的有线或无线通信模块组成。

3系统方案概述

环境自动监测站智能传感集中管理系统主要包括现场端系统和中心平台两大方面。针对环境自动监测站日常管理需求，利用传感器网络技术，整合安全防范、消防报警、环境监测、动力监测、视频监控、门禁、远程控制等单元，实现对环境自动监测站的人员入侵、火警、漏水、温度等环境情况与供电动力系统等环境自动监测站设备的运行状态的实时监控与历史数据记录，为环境自动监测站设备等资产安全提供有力保障、为环境自动监测站设备提供适宜的运行环境。同时，能在各单元间实现远程联动控制，实现各系统的合理、稳定对接，使得各个单元协同操作成为可能，并将环境自动监测站现场现场设备监测数据与环境数据接入中心端，为环境自动监测站远程监控提供统一、高效、智能的管理平台。

图1环境自动监测站智能传感集中管理系统组成框图

3.1现场端系统

现场根据传感器技术特点，采用模拟信号、开关信号、数字信号进行数据采集，并以总线的方式进行数据传输到嵌入式主机，进行数据处理。对于部分不能直接布线连接传感器的区域（如室外），采用传感器与Zigbee模块相结合，自组网无线网络，将监测数据实时传送回中心端，使系统具有灵活的组网模式。

现场端系统部分以智能传感集中管理系统嵌入式主机为汇集点，实现了将环境自动监测站室内温度、湿度情况进行统一实时监测，并在空调与门窗附近的地面安装漏水监测模块，判断是否温度过高、是否漏水，为环境自动监测站设备提供适宜的运行环境、为环境自动监测站设备等资产安全提供有力保障。通过远程控制部分实现开启环境自动监测站内的空调，并调至指定温度与模式。根据环境自动监测站实际需求，将环境自动监测站外的射灯有机的与智能传感集中管理系统结合起来，成为它的一个重要控制单元，实现远程开启、关闭灯光，降低管理人员工作量，提高了工作效率。此外，由于环境自动监测站众多，通过安装门禁监控系统控制，使用授权开门卡，避免了传统巡视需携带大量钥匙开门，解决了人为疏忽、钥匙的丢失、被盗和复制等传统保安防范存在的问题，保障环境自动监测站资产安全。

3.2中心平台软件

环境自动监测站智能传感集中管理系统软件作为中心平台控制核心，借助环保网络，通过WEB的方式在环保网络内按照身份权限登录，实现对环境自动监测站设备的监测状态，室内温度、湿度、漏水等环境情况，站内门禁出入人员、时间记录等数据进行查询、统计、分析，并支持对环境自动监测站内门禁、空调等设备的远程控制，当有需要时可完成远程开门等动作。变智能传感集中管理系统可在中心平台可根据昼夜长短使用情景模式，设定远程自动灯光开启、关闭时间。除此之外，通过网络还可以实现地区所辖环境自动监测站的统一管理，通过添加设置将各地的环境自动监测站多站点联网监控。

中心平台监控软件采用上运行的模块主要包含数据收集整理模块、监测设备控制模块、数据入库模块、统计分析模块、告警模块。软件采用B/S构架模块化设计，部署方便，操作简便，还可根据环保行业自身管理需求和监控现状进行定制。

在中心平台基础之上，支持手机客户端实现移动在线巡检工作，便于用户能远程查看各站位的实时监测数据、历史数据曲线、报警信息、环境信息等，并对报警情况进行在线提醒，同时满足突发事件下的现场指挥，为传统环境自动监测站管理提供多角度、立体化管理手段。

3.3 Zigbee组网

将各个传感器与Zigbee模块构成一个无线传输节点，与主机内嵌的Zigbee模块组成一个无线网络，通过这个网络可以实现数据的传递、传输以及信息交互，每一个无线节点都会生成一条通往主节点的路径。

4各子系统单元应用

4.1动力系统监控

环境自动监测站内的动力系统信息直接关系到环境自动监测站正常运行，动力系统监测包括环境自动监测站的全部电源设备，如配电柜等。

通过部署智能电量检测模块，监测一级、二级交流配电柜的主回路和各分回路的各种参数如电压、电流、频率、有功功率、功率因数、无功功率、视在功率、有功电度、无功电度等;监视各级开关的开关状态。显示和记录各种参数的变化曲线，并对各种报警状态进行记录和报警处理。

4.2环境系统监控

环境自动监测站内的环境量信息关系到设备的安全运行，环境系统监控包括：环境自动监测站的空调设备(商业空调或精密空调)、漏水监控、温湿度监控等。

4.3安全防范监控

安全防范子系统通过部署人体红外探测器等传感器与监控主机直接连接，当发生报警时，报警信息能够及时上传给监控主机，并且能联动相关设备，比如声光报警器等，并同时通知管理人员采取相应措施。

4.4消防系统监控

通过采集消防控制器或烟感探测器报警信号实时监测火灾警状态，当有火警发生，监视系统以直观的画面显示报警信息并作报警通知，采取联动消防设施并通过短信、邮件等方式报警。

4.5视频监控

智能传感集中管理系统的视频监控子系统超越硬盘录像技术，采用视频组态的概念，将各通道的图像以控件组态的方式随意插入某个界面，对于大型的监控系统而言，以电子地图的方式来集中管理各个场地的数据和图像的界面，十分方便。由于智能传感集中管理系统将动力环境监控和闭路监控合二为一，因而可以随意实现动力环境与图像的联动控制，一旦有异常事件发生，监控系统自动弹出现场图像画面，即时录像并作报警提示和处理。

4.6门禁系统监控

通过门禁控制器提供的协议或门禁管理软件对环境自动监测站人员进出的时间、位置、姓名进行监控，可手动远程控制环境自动监测站门的打开关闭，可对不同的工作人员发放不同权限的卡，通过不同权限的感应卡开启不同的门，进入不同的设备区（如为运维人员远程开关门等）。每张卡的权限可随时更改，避免丢失的卡被人利用，解决了人为疏忽、钥匙的丢失、被盗和复制等传统保

安防范存在的问题。此外，控制门的开关、门禁系统可与视频系统联动，对进出环境自动监测站的人员进行自动录像等。

4.7远程控制子系统

当环境自动监测站发生突发事件（如着火、漏水等）时，能自动解决部分问题，并通知管理者进行远程控制，在第一时间自动解决相应问题，在节约资源的同时又提高了工作效率，为固定资产安全提供有力保障。

当有人非法进入环境自动监测站时，系统将自动启动联动装置，自动打开照明系统，并向视频系统传输信号，由视频系统负责对非法入侵者进行实时拍照和录像，同时向中心站传送报警信息并进行声光报警；

由于温度过高会对环境自动监测站内的设备产生影响，会对上报的数据的准确性产生影响，此时中心站可远程进行空调系统的调节，工作模式、工作状态、温度调节等，也可以和温湿度系统进行联动，当温度高于预设值时则自动开启空调，并按预设方案进行温度和模式的修改，当温度低于预设值时则自动关闭空调；

当环境自动监测站出现浸水时，设备将和抽水泵进行联动，进行抽水作业，当水位低于预设报警值时设备将自动断开抽水泵作业。

当发生火情时，通过部署在环境自动监测站内的烟雾探测器，联动消防系统，进行第一时间灭火并向管理员发送报警信息。并按消防规范要求，联动门禁开门，保证人员逃生及火情扑救。

5结束语

环境自动监测站智能传感集中管理系统通过全方位智能化的设计，融合先进的先进的物联网ZigBee技术、传感器网络技术、计算机技术，能够将环保系统目前需要监测的各种参数通过一个统一的信息平台进行显示处理，并可随时进行WEB浏览和查看，从根本上保证环境自动监测站管理工作能够全天候、长周期运行，能够实现复杂环境的无人值守监测，实现对远程设备的分布式监控和集中式管理，并可与多种应用系统集成，把环境自动监测站的管理控制从“四遥”变成“五遥”（遥测、遥信、遥控、遥调，遥视）。该系统可帮助实现环境自动监测站的无人值守或者少人值守，从而为推动环境监测的管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展提供有力的信息技术保障。

参考文献：

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