网络环境下废水信息系统数据采集及信息整合研究

摘要：污水和废水的排放会影响厂区和周边环境。当前，废水排放企业都增加了污染源自动化监测系统，可以提升废水、污水的自动化采集程度，但监测设备的还存在一些问题。基于此，本文主要探究废水、污水等信息系统数据采集和信息整合的关键技术与难点，分析了硬件和软件设计，阐述了远程管理服务器、客户端等，以供参考。

关键词：网络环境；废水；信息系统

随着工业化的快速发展，水污染问题越来越严重。工业生产中污水、废水的处理成本较高，有的企业为了获得更高的利润，降低生产成本，存在不按照无害化处理的要求处理、直排或偷排废水的情况，污染了附近的地下水环境。随着信息技术的快速发展，可以采用自动化监测和远程管理系统，收集与整合信息数据，以此更好地监测废水、污水排放。

一、网络环境下废水信息系统数据的采集和信息整合的关键技术和难点

工业生产过程中，环境问题日益严重。重金属、有机致癌物等的排放直接影响某些村落，出现“癌症村”等情况，危害人们的身体健康。环境污染和排污的治理问题已刻不容缓。环保部门在不断加大力度，解决排污问题。但企业由于意识薄弱、重视程度低等因素，导致环境污染问题尚未得到有效解决。实际上，废水污水处理设备存在较高的购入成本和维护成本，少数企业甚至考虑购入廉价、淘汰、不合格的设备应付检查。直排污染物、稀释污水、掩藏排污点是曾经使用的治污手段，依然威胁自然环境。不过，随着网络环境日渐成熟，自动化水平逐步提升，定期检测企业污水废水排放已实现。

从信息系统数据的采集和整合管理角度分析，可以设计一个系统的设计方案，帮助解决以上问题。从实际需求分析，监测集中在监测系统数据采集、中端服务器、客户端整合分析三部分。采集、转运和整合是三个独立又联系的工作，可以通过网络环境传递监测到的数据。监测系统数据采集是在现场实时监测污染源，并按照一定的间隔记录数据，通过互联网连接到远程中心服务器，当各项数据完成传输后进一步展开数据处理，并建立数据库存储各种数据。客户端是在服务器基础上实现查询、操作、提取和管理等功能。

终端、服务器和客户端属于主要技术及难点。废水、污水的信息系统数据采集和整合结构非常复杂，分析关键技术有助于帮助改进技术难点。在终端开发上，在多通道上实现数据的采集和传输是重点，在不同设备下更好地解决数字通信传输兼容问题也是其中的重要技术难点。在远程监测、传输和管理工作中，还存在获得更高效、更稳定的网络完成数据传输这一亟待突破的技术难点。中端服务器主要是管理信息：对下，在网络环境中远程监管废水污水现场放置的监测设备，完成数据的采集和传输；对上，需要与技术人员管理的客户端进行沟通，存储和传输各项监测数据和维护数据。这就意味着，系统中需要建立大型的数据仓储，数据设计和存储是其中较大的技术难点。在客户端上，要完成系统的管理、维护和监测等功能，还要完成各项配置和连接测试，为用户提供人性化、实用性更高的软件也是需要重点把握的技术难点。

二、网络环境下废水信息系统数据的采集以及信息整合的硬件、软件设计

（一）数据采集和信息整合需要硬件和软件的搭配

数据采集和传输需要对现场污染源完成数据采集、远程数据传输、人机交互等。硬件架构和软件设计是关键内容，做好这两方面内容，可以提高数据采集和整合的质量。主、副控制架构的硬件管理可以满足数据采集传输仪的需求，设备主控制的系统通信接口扩展的系统分别控制着设备和现场通信。其中，核心控制硬件是设备主控制，具有控制网络环境下的远程数据传输、存储和交互、现场通信控制等功能，是其中的核心和主要的功能运行平台。

（二）主控芯片是硬件中的核心

根据系统自身的复杂性和功能性，各项接口通信、USB接口驱动、网络驱动、人机交互以及屏幕显示等都要在其中有很好的实现。如果选择中等、低等配置的资源单片机，不能满足实际需求，主控芯片需要丰富的ARM架构和性能更顶级的芯片。主控芯片内会接入嵌入式操作系统，性能更高级才能实现多个端口多个任务传输的设备。市场中现有的高性能芯片，包括STM32、ATM9、AM11等。STM32处理器的资源较多，能搭载小型嵌入式系统，可以很好地满足操作系统上的任务调度，但处理能力上，多任务、高速处理会表现出困难，导致人机交互的效果相对较差。

（三）ATM9和AM11处理器

ATM9、AM11处理器架构的处理器能力较强，均为百MHz资源的处理器，且通信接口更加丰富，在进行人机交互、远程网络通信时会有更好的效果，在数据采集时也可满足硬件要求。搭载Linux操作系统，可以帮助实现多任务调度。相对而言，S3C系列的处理器更适合作为数据采集传输器的主控芯片。基于最小系统及其核心板对主控芯片进行开发，前者需要设计电路，主要要求是电路布线复杂程度更高，8层PCB板更能满足实际需求，6层只能基本满足需求。自主设计最小系统相对实验室开发而言，焊接设备要求更高，研发成本更高，更适合独立研发的大型硬件公司。如果选择最小系统会存在一定困难，基于废水信息系统数据收集和整合的实际，选择性价比更高的产品更加现实。在成熟的最小系统核心板中，广州友善之臂科技有限公司生产的核心板作为主控单元，各种扩展均是外部引脚。各种高速处理性能均可以满足主控子系统的设计需求，也能在Linux系统下实现外部的硬件驱动，减少设计过程中的程序开发精力，更加重视设备功能设计。

现场通信子系统的芯片选择包括开关量、串行和模拟扩展。数据采集是在控制命令下完成，采集工作包括数字信号采集、开关量信号采集等。主控子系统接到命令，进行指令解析，完成采集和收发工作。这一系列自动化的过程需要缓冲、解析及组装。数据处理是在现场子系统中完成。经过两种子系统对比差异，后者可单线完成操作，对芯片的负载更小，流程控制可中断，在通信资源上的要求更高，对接口资源、通信接口有更高的需求，数据采集通道数量需求也更高。在芯片选择上，STM32的处理器通信资源更丰富，串行通信接口更满足实际需求，处理速度也更高。在拓展电路上已基本满足数据处理速度，可作为优选。

软件设计上，主要是废水监测设备的数据采集、数据远程运输、人机交互等，同时需要兼容数字技术，在高兼容性下采集数据。交互处理、采集控制、接收、传输是独立任务，需要独立完成。任务之间用通信和网络传递数据，缓冲区和系统内的通信需要参与其中。在嵌入式软件中，底层基础功能确定后连接到硬件，交互、封装后由点到面逐步开发功能，并在复杂的逻辑处理下完成处理。

三、网络环境下废水信息系统数据的采集以及信息整合的远程管理服务器和客户端设计

（一）远程中心服务器作用及特点

远程中心服务器在整个系统中占有重要位置，服务器中的数据处理程序、报警程序和数据库连接需要实现数据采集、数据传输、数据存储、数据查询和管理。在废水信息系统数据采集和整合中，实现数据上传、设备配置传输、连接测试等，存储数据库、配置数据等各类数据，开放给客户端的数据库接口、数据查询和管理维护接口等也都需要完成。在服务器的软件开发平台上，一般选择微软公司提供的开发平台，可视化编程界面让操作更加便捷和简单。除此之外，在遇到小型异常和调试过程中，开发人员可根据在线调试功能在线上完成处理，有利于维护整合系统，并在前期开发上提高效率。软件的主要目的是帮助使用者和开发人员完成远程数据通信、监测数据、配置请求数据以及处理数据等。数据的采集和数据库之间不能独立完成连接，要用数据处理程序作为桥梁衔接。处理程序在通信、监听后，以多线程的方式处理每个传输与处理请求，并衔接在数据库和网络之间，对应送至数据采集传输仪。

（二）远程监测、查看和管理

远程监测、查看和管理是客户端上必须具备的功能，包括初步完成各项采集数据的基本分析、远程管理终端的设备、远程维护用户使用需求等。此时，移动客户端软件具有较高的使用价值。在移动客户端上，采集、安装、查询和配置操作可以帮助获得便捷的设备管理，实现数据采集和信息整合。计算机客户端以Windows系统进行各项操作，在界面上检测、查看和管理废水、污水。客户端服务的群体是使用的工作人员，要在客户端完成查看、协议录入、设备管理等功能。在开发过程中，窗体、标签、文本域等各类控件都可交互。在软件功能设计上，安全登录、人员管理、基础协议录入、设备管理、区域位置管理、设备监测数据查看、企业管理以及系统配置等都是常见的、基础的功能。

在移动客户端上，登录验证、功能导航、设备管理和系统配置是基础的功能架构。在设备管理上，地理位置的管理、设备添加和设备配置是基础内容。在安卓系统开发技术上，平台开发、数据库访问、配置数据存储、UI交互开发等都是需要的基本功能。在安卓移动客户端上，工作人员需要在现场实现安装和调试功能，移动平台上显示的尺寸和操作方式会有较大局限，不过，安全登录、设备管理、地理位置管理、系统配置等都是必要内容。安全登录能确保软件在获得权限的人员之间进行使用，避免数据被篡改或攻击。技术人员用已注册的账号和密码登录，可以和电脑共享对应的数据，以此确保平台之间数据的一致性。登录时，需要通过数据库连接通道；验证通过后，工作人员要查询账号密码和登记信息是否匹配。如果匹配上对应的账号信息，可以在安全登录界面上进入；如果没有对应的身份记录，会一直停留在界面，直至验证通过之后方可进入。

在设备管理内容中，设备列表查看、信息查看、信息增删改等功能是值得研究的。设备列表查看功能主要是显示各设备的基础信息，新设备功能可新增，也可通过设备ID搜索对应的设备。新增界面中需要进一步完善设备的详细信息。在通道配置界面上，也要通过导航编辑通道的各项配置。通道的协议、设备参数编辑等均是简单界面，但各项信息齐全。在地理位置上，通过数据采集设备录入设备信息，不过，地理位置的选择具有重要作用。搜索关键字可以搜索到目标地理位置，从而判断设备是否已录入到设备中。新增加地址位置也可以通过顶部的菜单栏添加新位置，录入新的地理位置。系统配置主要是服务器ID和数据库PORT的界面，这可以在参数文件中找到对应的内容。

四、网络环境下废水信息系统数据的采集和信息整合的测试运行

在功能测试上，需要测试采集传输、服务器、客户端。数据采集传输仪的调试包括硬件和软件，硬件是在供电系统调试、主控和现场通信调试等内容上开展。远程中心服务器的功能调试包括数据库系统测试、服务器程序测试、报警程序测试等，部分测试还需要配合数据采集传输仪的相关功能完成测试。客户端的测试主要是PC端和安卓端的衔接。

测试前，应确保PC端和服务器在相同的网络中，可在PC端访问服务器上的各项数据库系统。安卓端需要具备设备管理、地理位置、系统配置等基础功能。经过测试后，安卓端可以连接到数据库，确保功能正常运行。PC端和安卓端在实际运行中需要做好衔接工作，整个测试过程要确保系统中的各个功能完善，各个模块化功能的流程正确，并要在长期稳定的状态下运行。根据初步运行测试，数据采集传输仪和系统服务器在持续开展工作1200h后仍可正常运行。与此同时，不会出现软件异常、软件崩溃等情况，各项监控和内存使用也在正常范围内。

五、结语

废水、污水污染监测的数据采集和信息整合具有重要作用，设计系统的方案并设计其中的拓扑结构，帮助分析其中的技术关键点和难点，并设计出对应的数据。该项系统基本能满足日常的运行，在技术上也有一定的改进。但设备产品，硬件电路板和接口位置还需深入研究，以此更好地监测废水污水。考虑少数的监测设备是根据流程完成多项数据采集，这对兼容性有一定影响。考虑客户端开发中的各项设计感过于简单，未来可在设计上投入一些精力，运用美学知识进行设计和改进。

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作者简介：周慧敏（1976），女，河南省开封市人，中级经济师，主要研究方向为收费信息系统在经济环境中的作用及优化。