（环境工程专业论文）综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨.pdf

塑坚盘堂亟圭堂僮迨塞( 回笠堂左2 绫金挂墨缝自麴墅揎筐息丞箜笪遮盐麴堡过 摘要 综合性环境自动监控信息系统是运用地理科学、信息科学、计算机技术，网 络技术和环境科学等最新的科学技术，迅速收集各类环境监测数据信息并自动对 具有时空内涵的数据进行科学管理和分析的综合信息系统。它的开发研究是当今 全球环境监控技术领域的热点之一。由于国外的环境自动监控信息系统技术不公 开且不适合中国国情，国内现开发的相关系统存在许多问题，本文对综合性环境 自动监控信息系统进行了设计和探讨。主要结果如下： 1 探讨了三级( 省、地市、区县) 综合性环境自动监控信息系统的框架，设 计了一个网络畅通、应用全面、资源共享、标准统一、安全可靠的环境自动监测 信息系统。 2 探讨了能够容纳多种传输方式的接入网和省、市、县三级主干传输网。 网络系统是环境自动监控信息系统的传输平台，其设计内容主要包括各级环境自 动监控中心之间的主干网络、监测站位与环境自动监控中心之间的接入网络。 3 探讨了稳定可靠、使用范围广的数据采集系统。数据采集系统是环境自 动监控信息系统的重要组成部分，它的主要功能是采集现场在线仪器仪表检测到 的数据或图像。 4 探讨了综合性环境自动监控信息系统的应用软件和重要界面，引入了g i s 技术。应用软件系统是整个环境自动监控信息系统的核心，其中应用软件面对使 用对象，是各级环保管理部门察看污染源、环境质量等监控数据的界面，它包括 污染源自动监控模块、环境质量自动监控模块、视频监控模块以及g i s 界面和应 用模块。 5 探讨了综合性环境自动监控信息系统的主机和存储系统，重点探讨了存 储系统。监控中心主机和存储系统是硬件支撑平台，是应用软件和数据库系统可 靠稳定运行的前提条件。数据存储系统主要负责监测数据、视频图像和空间数据 ( 电子地图) 存取。 6 探讨了环境自动监控信息的安全性及其对策。针对系统的非侵入性和数据 的完整性，从硬件安全、软件安全、网络安全、数据安全、信息安全和运行安全 等方面提出了对策。 经过对综合性环境自动监控信息系统的初步设计和探讨，提出了如下建议： 1 环境自动监控信息系统是一个综合性的信息平台，在该系统的设计和建设 中，拟以方便环保管理者操作为原则，将污染源监控、环境质量监控和视频监控 等内容整合到同一个平台上。 2 国家或省应当制定统一的环境自动监控信息传输技术规范，统一的传输标 准，以实现监控信息从监控现场到区县级监控中心、地市级监控中心、省监控中 堑婆叁望题士鲎僮迨塞l 国簦望盘2鏊盒筑颞辘国麴堕蕉信息丕续敬遨鼓麴速过 心以及国家般控中心的传送，有条件的省份可强销内统一数据采集仪和环境自动 夔控应愆软传。 3 。在鼓零藏熬懿蓊提下，波巍考悲姆臻凌囊动簸控售塞系统与撼浮浚赞系 统、环僳蔚瓣常工作系统等蕻德乎螽进行无缝连按，叛最大隈度照实瓣信患资源 共享。 关德溺】嚣壤笾溺是动簸控萤怠g i s 鲻终数据采集 珏 逝垄盔堂亟堂僮迨塞i 圃笠堂左2 签盒丝巫缝自麴鳖逵值星丕红的途迂塑珏过 a b s t r a c t e n v i r o n m e n ta u t o m a t i cs u p e r v i s o r yc o n t r o li n f o r m a t i o ns y s t e m ( e a s c l s ) i s o n eo ft h eh o t - p o i n t si nt h ef i e l do fe n v i r o n m e n ts u p e r v i s o r yc o n t r o lt e c h n o l o g ya l l o v e rt h ew o r l d i ti sd e f i n e da sa l li n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e mt oa u t o m a t i c a l l y c o l l e c t , a n a l y z ea n dm a n a g et h ed e t e c t e de n v i r o n m e n t a ld a t aw i t l ln e wt e c h n o l o g i e s s u c ha s g e o g r a p h y , i n f o r m a t i o ns c i e n c e ，c o m p m e rs c i e n c e ，n e t w o r k a n d e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e s of a r , t h ek e yt e c h n o l o g yo fe a s c i sa b r o a dh a sb e e nk e p t s e c r e tb yt h ec o m p a n i e s ，a n dt h a ta th o m eh a sm a n yp r o b l e m st ob es o l v e d b a s e do n t h i s an e we a s c i sw a sd e s i g n e da n de x p l o r e d t h em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 af r a m e w o r ko fe a s c i si se s t i b i s h e d 。a n das a f ea n di n t e g r a t ei n f o r m a t i o n s y s t e mi sd e s i g n e d ，w h i c hi s d i v i d e di n t ot h r e es u b s y s t e m sf o rp r o v i n c e ，c i t ya n d c o u n t yr e s p e c t i v e l y 2 ac o n n e c t i n gn e t w o r kw i t hm u l t i - t r a n s m i s s i o nw a y sa n dt h r e eb a c k b o n e t r a n s m i s s i o nn e t w o r k sa tl e v e l so fp r o v i n c e ，c i t ya n dc o u n t ya r cd e s i g n e d t h e yc a l l s e r ea sa ni m p o r t a n tt r a n s m i s s i o np l a t f o r mf o re a s c i sa td i f f e r e n tl e v e l s 3 ad a t ac o l l e c t i o ns y s t e mi sd e s i g n e d ，w h i c hi ss t a b l ea n dc a nb ew i d e l yu s e d i tc a nc o l l e c tt h ed a t aa n di m a g e st a k e nb yt h eo n l i n ei n s t r u m e n t s 4 t h ea p p l i e ds o f t w a r e sa r ec h o s e na n di n t e g r a t e d ，a n dt h ei m p o r t a n ti n t e r f a c e s o fe a s c i sa r ed e s i g n e d a so n eo ft h ec o r et e c h n o l o g i e s ，t h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ( g i s ) i si n t r o d u c e di n t oe a s c i s 5 t h eh o s tc o m p m e ra n ds t o r es y s t e ma r ec h o s e n t h e ya r ei m p o r t a n th a r d w a r e s o fe a s c i s ，w h i c hs u p p o r tt h es t a b l er u n n i n go ft h ea p p l i e ds o f t w a r ea n dd a t a b a s e s u c ha se n v i r o n m e n t a ld a t a v i d e oi m a g i n e sa n de l e c t r i cm a p s 6 t h es a f e t yo fe a s c i sa n di t s s t r a t e g i e sf o ri m p r o v e m e n ta r er e s e a r c h e d h a r d w a r e ，s o f t w a r e ，n e t w o r k ，d a t a , i n f o r m a t i o na n dm i m i n gs a f e t ya r et a k e ni n t o a c c o u n ti nt h es a f e t ys y s t e m b a s e do nt h ed e s i g na n di n v e s t i g a t i o no ne a s c i s ，s o m es u g g e s t i o n sa r em a d ea s f o l l o w s ： 1 a sac o m p r e h e n s i v ei n f o r m a t i o np l a t f o r m ，e a s c i ss h o u l db ed e s i g n e df o r t h e u s e r s c o n v e n i e n c e 1 1 1 e s u p e r v i s i o n o fp o l l u t i o ns o u r c e s ，t h em o n i t o r i n go f e n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya n dt h em o n i t o r i n gb yv i d e os c r e e ns h o u l db ep u ti n t oo n e p l a t f o r m 2 i ti sn e c e s s a r yt os e tu pau n i f o r mc r i t e r i af o rt h et r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yo f e a s c i ss oa st ot r a n s m i tt h ed a t af r o ml o c a ls u p e r v i s i o ns i t e st on a t i o n a ls u p e r v i s i o n c e n t e rb ym e a n so f c i t ys u p e r v i s i o nc e n t e ra n dp r o v i n c i a ls u p e r v i s i o nc e n t e r 3 e a s c i ss h o u l db ec o n n e c t e dw i t l lt h ec h a r g es y s t e mf o rp o l l u t a n td r a i n a g e a n dt h ew o r ks y s t e mo ft h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nb u r e a us oa st os h a r et h e i n f o r m a t i o nr e s o u r c e sa sm u c ha sp o s s i b l e i i i 逝堑盔堂亟堂焦迨塞l 回篁堂左2 绽金性叠撞自动鳖趁焦星丕筮的遮让麴拯过 k e yw o r d s ：e n v i r o n m e n tm o n i t o r i n g , a u t o m a t i cs u p e r v i s i o n ，g i s ， t r a n s m i s s i o nn e t w o r k , d a t ac o l l e c t i o n 逝垄左堂亟圭堂焦迨塞i 回笠堂左2盆盒丝巫缝自动堕趁信显丕统趁邀让塑! 拯过 图表目录 图2 1 环境自动监控信息系统结构图 图3 1 三层网络设计模型概念图 图3 2 网络模型拓扑结构设计图 图3 3 接入网设计图 图3 4 专用室外无线网络图 图3 5 接入网设计示例1 图3 6 接入网设计示例2 图3 7 三种链路设计图 图3 8 路由协议可扩展性 图4 ，1 数据采集仪设计图 图5 1 应用软件系统模块结构图 图5 2 企业基本信息以及环保属性录入和显示窗口 图5 3 排放口属性的录入和显示窗口 图5 4 按隶属区域进行查询的显示窗口 图5 5 实时数据( 列表形式显示) 图5 6 实时数据( 曲线形式显示) 图5 7 历史数据的查询( 列表形式显示) 图5 8 报表制作程序用户界面 图5 9 报表统计列表 图5 1 0 子站设置参数下载界面 图5 1 l 设备远程控制及设冒界面 图5 1 2 缺失的历史数掘补登操作界面 图5 1 3 报警服务程序界面 图5 1 4 地表水站位基本信息设置界面 图5 1 5 地表水站位实时监测数据显示界面 图5 1 6 地表水站位远程控制显示界面 图5 1 7 地表水站位远程预警报警显示界面 图5 1 8 地表水站历史数据报表显示界面 图5 1 9 地表水站历史数据日报表显示界面 图5 2 0 地表水站历史数据曲线显示界面 图5 2 1 地表水站历史数据统计显示界面 图5 2 2 地表水站历史数据横向对比显示界面 图5 2 3 地表水站历史数据查询显示界面 n i 6 加“心b m”坫博甜挖乃筋m筋巧拍勰勰凹如孔弘砣粥弭弱巧弘” 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ；|一|；|一|；| 堑堑盍堂题堂僮迨塞! 豳笠鲎左2绫盒後燧援宜麴堕整髓照丕筮盟途让熬! 拯遗 图5 2 4 视频监控主要界面设计界丽，3 8 强5 2 5g l s 癸嚣示意强3 9 图5 2 6 企业基本倍慧g i s 界面拳懑图4 0 图5 2 7 奄询企业的寅时数据图4 0 图7 1 系统安全体系图。4 8 表2 1 几种无线接入键路比较1 3 表6 1 般控中心服务器配置4 2 独刨性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进 的研究工作及取得的 研究成果。掘我所知，除了文中特别加以际j c 和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得逝望盘堂或其他教育机 构的学位或证书而使 h 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均己在论文中作了明确的说明并表示蹦惑。 学位论文作者签名仇身川一签字日期5 ，7 年弓月t ，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作暂芷伞了解逝壅苤鲎有关保搿使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有置部门或机丰 jj 盖空论文的复印件和磁盘，允i ，十论文破查阅和 借阋。本人授权逝望盘堂- 玎丁以瞄掌伯沦文的全部或郝分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫舶等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文存解密后适用本授权书) 学位论文作者魏伽弄j 、 签字隅砷年弓月i 。 同 导师签名： 签字同期 n 新丑 d 年p 夕月，岁同 学位论文作者毕业后去向： 乏竹夸幸笔节唧中厂 工作单位：电话：f 7 j 7 莎舛7 栅 通汛地地柚事当 缸艺乞心务，慵乎弘锹。编：7 ，脚口莎 浙江大学硕士学位论文( 同等学力) 综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 1 引论 1 1 概述 随着我国经济持续增长、科技快速发展和人们思想不断进步，环境保护问题 越来越引起人们重视。一方面，伴随经济快速增长，许多地区的环境污染和生态 破坏问题日趋严重；另一方面，随着人们环保意识不断提高，对改善环境质量的 要求越来越迫切。 近几年来，全国各地认真贯彻环境保护基本国策，通过一系列政策和措施， 使坏境污染防治工作取得了较大进展，环境恶化趋势基本得到遏制，部分地区环 境质量有所好转。但环境形势依然严峻，污染物排放总量居高不下，区域性、流 域性环境污染尚未从根本上得到缓解，影响着我国可持续发展战略的实施。 环境自动监控信息系统可运用地理科学、信息科学、计算机技术、网络技术 和环境科学等最新科学技术，迅速收集各类环境监测数据信息并自动对具有地理 属性和空间内涵的这些数据信息进行综合分析和科学管理，及时为环境规划、环 境管理、环境决策和环境科学研究提供所需的监测信息。它是以环境监测数据信 息为基础，以环境管理和决策人员、政府领导及公众为用户的管理决策服务平台， 可为污染防治提供高效、便捷、科学的信息技术支持。 1 2 环境监控信息技术研究和建设情况 环境监控信息技术是随着计算机技术、信息技术和环境科学发展起来的门 新兴技术，它最早在美日等发达国家开发和应用。 2 0 世纪7 0 年代以来，计算机在环境保护工作中得到广泛应用，许多工业发 达国家陆续建立起各种环境信息系统。例如，美国国家环保局组织开发了一系列 环境监控决策支持系统，为环境质量委员会、国家环保局、联邦一级的环境保护 部门以及国会提供决策支持服务。2 0 世纪7 0 年代初期，美国对河流、湖泊等地 表水开展了水文水质的同步连续自动监测及污染源水质的连续监测，同时开始建 立数据传输网络体系，并开发了监控数据管理软件。日本也在7 0 年代初期开始 建设环境监控信息系统，该系统细分为以流域为主和以污染源为主两类，但其只 测水质参数而不测水文参数。8 0 年代开始，其他一些发达国家也逐渐开发了环 境监控信息技术，例如，澳大利亚在许多州建设了流域( 区域) 的水资源实时监 控系统，通过对各种水资源数据信息的自动监测、采集、传输、预警预报、决策 支持、工程自动控制等，实现了对流域( 区域) 水资源的优化配置和实时调度。 同时还与收费系统相结合，做到自动收费。 9 0 年代至今，一些发达国家的环境监控信息技术发展迅猛，美国、法国、 浙江火学硕士学位论文( 同等学力)综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 德国、加拿大以及以色列等国家在防洪预警系统、供水系统、污水处理系统、跨 流域调水管理系统、环保视频监控系统等方面均实现了自动监控。同时随着g i s ( 地理信息系统) 技术、信息融合技术的发展，美国、日本和西欧等发达国家已 将这些新兴技术融合到环境监控信息技术中，实现了环境领域监控技术的多元化 应用。德国还在环境信息内部安装了服务系统，信息技术处理系统，设计各种专 门的信息技术程序，使环境信息系统可以处理许多特殊领域的问题。 在2 0 世纪9 0 年代以后，发展中国家也陆续建立了环境信息系统。例如，一 些非洲国家于1 9 9 0 年开始，在世界银行以及其他一些国际机构和赞助商的资助 下，建立了主要面对撒哈拉大沙漠以南非洲地区的环境监控信息系统。实现了这 些国家间环境监控信息的共享，以支持这些国家的可持续发展进程。1 9 9 3 年， 葡萄牙建立了国家环境信息系统，收集了所有环境数据。所开发的国家级水资源 监控信息系统，贮存了所有与水资源相关的数据，包括降水量、水位、地下水位、 水质决定因素、监测站的主要特性等。 在9 0 年代后期，许多国家和地区在其环境信息系统中将“3 s ( 6 i s 、r s 、g p s ) ” 技术、数据仓库技术、网络通讯技术与计算机技术融合在一起，大大丰富了环境 信息系统的内容和表现方式，扩大了环境信息系统的应用领域。目前计算机模拟 已广泛用于污染源监控、地表水环境质量监控、地下水环境质量监控、大气环境 质量监控、区域噪声监控、大气污染微量化学、海洋规划与管理等领域。 自8 0 年代以来，我国陆续采用无线电、电话、微波、超短波和卫星通讯以 及计算机等技术进行环境信息的采集、加工、传输和储存。在我国一些发达地区 和环境问题敏感地区，建立了环境信息的采集、传输和管理系统，监控点不断增 加。例如，每年浙江增设污染源自动监控点2 0 0 个左右。 但从总体上看，与发达国家相比，我国对环境监控信息系统的认识水平、技 术水平、投入力度等还有很大差距，还不能适应我国环境管理现代化的需要。由 于承建单位和监控对象不同，现有的环境监控信息系统分块现象严重，各行政管 理部门各自设置环境监控信息系统，只传输对本辖区内的监控设备数据，不能统 一污染源、地表水等监控对象的数据平台，使坏境监控信息系统的作用受到限制。 1 3 立题依据 ( 一) 环境自动监控信息技术的开发研究是当今全球环境监控技术领域的热 点之一。 从近3 0 年国内外对环境技术的开发实践来看，环境自动监控信息技术的开 发研究是一大热点。这主要是因为人们对环境监控信息化的要求不断提高，传统 的手工取样监测分析、手工数据录入和人工统计的方法一方面耗费大量的人力和 物力，另一方面监控效果不理想，无法提供实时数据的传送、统计和分析。近年 浙江大学硕士学位论文( 同等学力)综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 来计算机技术、信息技术和环境技术发展很快，从而使环境自动监控信息技术的 进一步开发成为可能，特别是g i s 技术的发展和网络应用技术的发展，在我国掀 起了一股环境监控技术开发和应用的热潮，许多研究机构和技术人员开始将该技 术应用到环境监控领域。人们特别是环保管理人员迫切希望建立一个先进的、可 靠的、完善的环境自动监控系统，来了解污染排放情况、环境质量情况，为环境 污染防治提供科学依掘。 ( 二) 国外环境自动监控信息系统技术虽好，但不能廉价获得，也不适合中 国国情，我国当前开发的系统则存在许多问题。 纵观国内外环境自动监控信息系统的开发和应用情况，虽然国外开发理念新 颖、技术先进，但其严格保密。对中国这样渴望掌握环境监控系统技术的国家， 很难廉价获得关键技术。一些国外公司向我国出售了一些环境自动监控信息系 统，但往往不是最新技术。即使掌握了国外最新的环境自动监控信息系统，由于 国情不同，这些系统也无法直接使用。如果进行二次开发，所花的费用和精力很 大，效果也不理想。因此我国必须自主开发符合中国国情的环境自动监控信息系 统。目前，一些机构已经开发出环境自动监控信息系统，并在一些地方应用。但 这些系统的使用情况不很理想。这主要表现为：( 1 ) 监控功能区块单一，如用于 污染源自动监测数据的系统，往往不能同时用于地表水等环境质量的监控，用于 数据监测的系统不同用于视频监控等。( 2 ) 没有形成多级网络管理体系，一套系 统往往只适合一个层次管理部门的运用。例如，区县级环保局安装的系统不能将 数据传送到地市级的平台，各个层次间的数据无法共享。( 3 ) 只有单向传输没有 交互功能，监控数据只能从监控点传输到监控中心，而监控中心不能对监控设备 进行反控。( 4 ) 没有将g i s 运用到系统中。众所周知，g i s 具有强大的定位功能， 如果运用到环境自动监控系统中，可轻松地实现排污定位、移动监测定位等重要 功能。发达国家已经成功地将该技术应用到环境信息领域，我国也应该及时赶上。 1 4 本文主要内容 基于国内外对环境自动监控信息系统的研究和应用现状，以及存在的不足之 处，本文从我国国情出发，主要在以下六方面进行了初步的研究和探讨。 ( 一) 探讨了三级( 省、地市、区县) 环境自动监控信息系统的框架，设计 了一个网络畅通、应用全面、资源共享、标准统一、安全可靠的环境自动监测网 络。 ( 二) 探讨了可以容纳多种传输方式的接入网和省、市、县三级主干传输网。 ( 三) 设计了稳定可靠、使用范围广的数据采集系统。 ( 四) 设计了综合性环境自动监控信息系统的应用软件和重要界面，并引入 了g i s 技术。 浙江人学硕士学位论文( 同等学力)综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 ( 五) 探讨了综合性环境自动监控信息系统的主机和存储系统，重点探讨了 存储系统。 ( 六) 探讨了环境自动监控信息的安全性及其改进对策。 1 5 引用标准 在本文的初步设计和探讨中，引用了如下标准： 地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 - 2 0 0 2 ) 水质监测分析方法标准 水和废水监测方法( 2 0 0 2 年第四版) 污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 - 1 9 9 6 ) 工业企业通信设计规范( g b j 4 2 - 8 1 ) 计算机开放系统互连国家标准选编 计算机软件工程规范国家标准汇编2 0 0 0 计算机场地技术条件( 6 8 2 8 8 7 8 9 ) 电子计算机机房设计规范( g b 5 0 1 7 4 - 9 3 ) 电子计算机机房施工及验收规范( s j t 3 0 0 3 9 3 ) 计算机软件开发规范( 6 8 8 5 6 6 - 8 8 ) 计算机软件产品开发文件编制指南( g b 8 5 6 7 8 8 ) 软件质量控制程序文件- - i s 0 9 0 0 1 行业规范 环境信息化标准手册卜3 卷 信息系统安全技术国家标准汇编 环境信息化标准手册卜3 卷 浙江大学硕士学位论文( 同等学力)综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 2 总体设计方案 2 1 结构体系设计 本文所设计的综合性环境自动监控信息系统，要求综合运用地理科学、信息 科学、计算机技术、网络技术和环境科学等最新科学技术，能够迅速收集各类环 境自动监测数据信息并自动对这些数据信息进行科学管理和综合分析。 为了满足上述功能，该系统可设计成网络系统、数据采集系统、监控中心应 用软件系统、监控中心主机和存储系统四大部分，同时还应考虑安全问题。 网络系统是环境自动监控信息系统的传输平台，其设计内容主要包括各级环 境自动监控中心之间的主干网络、监测站位与环境自动监控中心之间的接入网 络。 数据采集系统是环境自动监控信息系统的重要组成部分，它的主要功能是 采集现场在线仪器仪表检测到的数据或图像。 应用软件系统安装在硬件系统内，它是整个环境自动监控信息系统的核心， 其中应用软件面对使用对象，是各级环保管理部门察看污染源、环境质量等监控 数据的界面，它包括污染源自动监控模块、环境质量自动监控模块、视频监控模 块以及g i s 界面和应用模块。 监控中心主机和存储系统是硬件支撑平台，是应用软件和数据库系统可靠稳 定运行的前提条件。数掘存储系统主要负责监测数掘、视频图像和空l h j 数据( 电 子地图) 存取。 安全系统主要针对系统的非侵入性和数据的完整性，从硬件安全、软件安全、 网络安全、数据安全、信息安全和运行安全等方面考虑设计问题。 在纵向设计上，环境自动监控信息系统采取省、地市、区县三级结构，这符 合当前我国的行政管理体制，也符合多级管理的要求，在管理上和技术上均具有 较强的可行性。通常情况下，监控点的数据和图像先经数据采集系统和网络传输 系统传输到区县级监控中心，然后逐级上报。市控和省控污染源可绕丌下级监控 中心，将数据和图像传输到各自所属的监控中心。各级之间以网络系统联接。省、 地市、区县三级监控中心因级别不同，各层环境自动监控中心的配置水平也有所 区别，但在内容上都包括主机和存储系统、应用软件和数据库系统、安全系统。 浙江大学硕士学位论文( 同等学力) 综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 图2 1 环境自动监控信息系统结构图 2 2 网络系统 本文所设计的网络系统是环境自动监控信息系统的传输平台，其内容主要包 括各级环境自动监控中心之间的主干网络、监测站位与环境自动监控中心之间的 接入网络。 在纵向上主干网络结构为“省级环保局一( 网络) 一市级环保局一( 网络) 一县级环保局”三级结构，在横向上为“环保局一( 网络) 一监测站”平行结构。 网络系统的传输采用租用运营商( 如电信、网通、铁通、联通、广电等) 通信线 路( 光纤或信道) 的方式，采用“a t m + s d h ”传输方式。在系统设计上，充分考 虑先进性和可扩充性，充分满足用户的现实需要，同时可通过简单的模块扩充实 现平滑升级，满足环保业务系统未来5 7 年的业务发展。 接入网络是指连接各个监测站( 点) 位与各级环保部门之日j 的数据传输网络。 浙江大学硕七学位论文( 同等学力)综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 其主要包括：前端接入通信设备、通信链路以及中心接入设备三部分。由于监测 站( 点) 位地理分布广，在设计上接入网络考虑多样化接入方式，以满足不同条 件下监测站( 点) 位的接入需求。 2 3 数据采集系统 本文所设计的数据采集系统是环境自动监控信息系统的重要组成部分，它的 主要功能是采集现场在线仪器仪表检测到的数据或图像，并将其准确地传输到监 控中心。 考虑到数据采集系统安装在现场，工作环境较为恶劣，故拟采用全国化嵌入 式的数掘采集仪，并选用嵌入式l i n u x 、嵌入式d o s 作为操作系统，负责数据采 集、校验、过滤、计算、存储、报警和远程传输等功能。数据采集仪除负责数掘 和图像的采集和传输外，还负责校验、过滤、计算、存储和报警等功能。 2 4 应用软件系统 2 4 1 应用软件 本文所设计的应用软件面对使用对象，它包括污染源自动监控模块、环境质 量自动监控模块、视频监控模块以及g i s 界面和应用模块组成，是环境自动监控 中心建设的核心部分。应用软件系统的设计采用面向对象的技术，是各级环保管 理部门察看污染源、环境质量等监控数据的界面。应用软件系统的设计遵循简单、 实用、稳定、便于维护等原则。 2 4 2 数据库 数据库用于保存重要数据，也是处理各项业务数据的基础，兼有统计分析功 能。因此，必须具有很大的容量和高度的可用性，并且具有良好的开放性和易维 护性。 2 5 主机和存储系统 2 5 1 主机系统 本文所设计的主机系统是环境自动监控信息系统汇集、处理、综合查询分析、 报警以及应急响应的硬件平台。其中最主要内容为服务器，主要包括：数据库服 务器、地理信息系统( g i s ) 服务器、应用软件服务器、通讯服务器和流媒体服 务器。 数据库服务器：主要负责环境自动监测数据的汇集和存储，将从数据采集端 浙江大学硕士学位论文( 同等学力)综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 采送上来的数掘进行校验、过滤、计算、比对并依据规定格式存入数据库，并为 业务应用系统提供数据支持。地理信息系统( g i s ) 服务器：主要运行地理信息 系统软件，通过调用电子地图，在电子地图上直观反映监测数掘和监测站位情况。 流媒体服务器：运行视频监视软件，对监测站位上传的流媒体图像进行录像、存 储和播放。应用软件服务器：安装和运行污染源自动监控软件和环境质量自动监 控软件等应用软件，同时在需要的时候调用通讯服务器地理信息系统( g i s ) 服 务器，流媒体服务器和数据库服务器的信息。通讯服务器：运行通讯服务器软件， 负责接收监测站位a d s l 、g p r s 、c d d al x 等各种接入方式上传的数据。其他应用 服务器：包括备份防病毒、电子邮件、办公自动化( o a ) 等服务器。 2 5 2 存储系统 数据存储系统主要负责监测数据、视频图像和空间数据( 电子地图) 存取。 环境在线监测系统有大量的原始数据以及处理后数据需要存储，因此需要引入数 掘存储。环境在线监测系统中的相关数据，将统一保存在存储设备中，系统的数 据存储系统包括：磁盘阵列柜和备份磁带机。数据存储系统一方面保证数据安全 可靠地保存下来，另一方面在系统出现灾难性故障时系统数据能最大限度地恢 复，保证系统正常使用。 2 ，6 系统安全 环境自动监控信息系统安全包括：硬件安全、软件安全、网络安全、数据安 全、信息安全、运行安全以及管理体系等。 通过系统安全建设，实现对环境自动监控信息系统运行的综合保障。综合使 用各类安全技术，选择适当的技术和产品，制定灵活的网络安全策略，在保证网 络安全的情况下，提供灵活的网络服务通道，逐步把对计算机网络系统安全的静 态防范、被动防范和分散防范转变成动态防范、主动防范和集中整体防范，为计 算机网络系统建立完备的防范、检测与响应的动态安全机制，真正保证各个应用 系统的安全。 浙江大学硕士学位论文( 同等学力)综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 3 网络传输系统的设计和探讨 3 1 系统概述 网络传输系统是环境自动监控信息系统传输的基础，它的合理与否直接影 响着环境自动监控信息系统作用的发挥，故本文将对此作重点探讨。 为了达到监控数据从监测点到区县、地市、省三级传输的目的，网络传输 系统设计需考虑以下两方面内容：( 1 ) 将监控数据从监测点传输到到各级监控 分中心的接入网；( 2 ) 将监控数据从县节点传输到市级分中心，再传输到省级 分中心的主干网。 网络传输系统在功能上设计为集数据和视频传输功能为一体，具有较大容量 和高速传输能力，拥有稳定可靠的服务质量的综合业务传输平台。 具体设计目标如下： 1 ) 建立支持多协议多业务的网络传输平台，为目前和今后的业务与管理等 不同应用系统提供统一的多功能的传输支撑环境。 2 ) 通过完善的质量保证手段，确保同一传输平台上的多种应用正常运行， 确保不发生拥塞，提高系统的使用效率。 3 ) 建立规范化、杯准化的安全体系，为整个传输平台提供安全可靠的安全 运行机制。 4 ) 建立统一的网络管理平台，应用高效科学的网络管理技术，实时监控业 务传输平台网络运行情况，提高管理水平。 3 2 具体设计 3 2 1 主干网设计 3 2 1 1 网络模型概念设计 环境自动监控信息系统传输网络是一个不断发展的网络，网络应用会不断丰 富。例如，在线点源监测将是一个庞大的应用领域，因此环境自动监测主干网络 必须具有可扩展性。可扩展性是指不需要较大的设计和结构变动便可扩展和适应 网络需求的能力。因此，在主干网体系设计时，应按照体系化的分层模型设计主 干网络。在三层网络设计模型中，网络设备和链路以三层结构( 核心层、汇聚层 和接入层) 进行分组( 参见图3 1 ) ，与开放系统互联( o s i ) 参考模型一样， 该模型是网络的一种抽象图示。 层次化网络设计模型将网络设计的复杂问题分解为较小的、易于管理的问题。 层次化分级体系的每一层都解决不同的问题，以优化网络的硬件和软件，执行具体 浙江大学硕士学位论文( 同等学力)综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 的任务。位于分级体系最底层的设备用来将数据流纳入网络，然后将某些数据流传 输到更高一层。层次化结构的各层设备具有如下特点： 图3 1 二层网络设计模型概念图 核心层 核心层的目的是快速并可靠地进行数据交换。在核心层应当避免使用a c l 、n a t 等，另外最终用户不能直接访问核心层。核心层路由器保障可靠性，通常采用链接 到所有其他核心路由器的冗余链路，保障可靠性的另一方法是采用冗余设备或部 件。 j r - 聚层 汇聚层位于接入层与核心层之间，帮助将核心层与网络其他部分区分开来。该 层的目的是通过使用a c l 和其他过滤器来限制核心层的数据包，从而提供边界界定。 因此，该层定义了网络策略。网络策略是一种处理某些类型的数据流的方法，包括 路由更新、路由归纳、v l a n 数据流和地址聚合。管理员通过使用策略防止不必要的 数据流来保证网络安全，并保护网络资源。该层可以汇总接入层路由，并向核心路 由器隐藏接入层的详细拓扑结构信息。 接入层 接入层将数据流纳入网络，并且执行网络入口控制任务，最终用户通过接入层 来访问网络。作为网络的“前门”接入层，设计用于防止非授权用户进行网络的访 问控制列表，接入层也能够通过广域网技术( p o t s ，i s d n 、x d s l 等) 让远程站点访 问网络。 3 2 1 2 网络模型拓扑结构设计 环境自动监控信息系统传输网络的数据管理模式为：省、市和县三级集中管 理，省环保局和省环境监测中心站是全省的两个数据中心，每个地市设立一个市 级数据分中心和市级节点，每个市级分中心与省中心节点相连，每个区县设立一 个县级节点，分别接入所辖市级数据分中心。整个数掘链路架构是“省中心节点 ( 省局和省站) 一市分中心节点一县节点”三级树形结构。 浙江大学硕士学位论文( 同等学力)综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 图3 2 网络模型拓扑结构设计 图3 2 所示，省环保局和省环境监测中心站拟分别采用a t mp v c 方式与市 级环保局相连，地市汇聚节点与所辖区县接入节点间通过s d h2 m 线路相连，整 个主干网络采用部分网状结构。另外省中心的两个核心路由器通过g e 接口直接 相连，这样省中心的两台核心路由器与地市汇聚路由器形成稳定的三角形结构， 省中心的两台路由器与地市汇聚路由器之间够成了三角形的三个顶点，而顶点之 i b j 通过2 条a t mp v c 链路相互连接( 省中心的两台核心路由器之间采用g e 接口 相连) ，成为全连接结构，从而具有极强的稳定性。任何时候其中一条链路出问 题，都可以自动切换到另一条链路。这样就能保证网络的稳定性和可靠性。 在通信线路上，采用了“a t m + s d h ”的传输方式。a t m 最显著的一个特点就 是扩展性强，适合于一点对多点的连接，也即在一个端口上可以开出多个与p v c 电路对应的不同接入节点，但开出p v c 电路的速率总和不能超过该a t m 的端口接 入速率。目前a t m 端口速率最高为1 5 5 m ，p v c 速率则从1 m 1 5 5 m 不等，地市节 点采用a t mp v c 与省中心相连，地市节点的下联区县节点则通过s d h 接入到主干 网络。 3 ，2 接入网设计 接入网络是指监测站位到各级管理部门之间的数据传输网络。其主要包括i j 端接入设备，采用各种传输方式( 拨号、帧中继、无线等) 的中间接入链路以及 中心接入处理设备( 图3 3 ) 几部分。在设计上接入网应考虑综合性的接入方 式，以满足不同条件下监测站位的接入需求。 环境监测有其特殊性，就是监测站位和监测点的地理位置分布广而分散。但 浙江大学硕士学位论文( 同等学力)综合性环境自动监控信息系统的设计和探讨 是各级环境监测部门需要实时了解各个监测站位和监测点的环境状况，因此这些 监测站位和监测点的环境信息参数需要通过多种接入方式将数据传送到各级分 中心。 图3 3 接入网设计圈 3 2 2 1 接入链路选择 据了解，现有广域的接入方式包括有线接入和无线接入。由于监测点位分布范 围广、距离中心区域远的特点，故采用无线接入方式较为合理。据了解，目前较成 熟的无线接入方式有c o m a1 x 、g p r s 、专用无线、卫星等接入技术。 3 2 1 2 1 1c d m a1 x c d m a 是码分多址的英文缩写( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ) ，它是在数字 技术的分支扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。c o m a 技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数掘，用一个带 宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载 波凋制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处 理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 c o m al x 是指c d m a 2 0 0 0 的第一阶段( 速率高于i s _ 9 5 ，低于2 m b p s ) ，前向链路 数据速率可达到1 4 4 k b p s 、网络部分引入分组交换，可支持移动i p 业务。在第三代 移动通信的无线接口国际提案中，受到最广泛注意的是w - c d m a 和c d a 2 0 0 0 。 c d m a 2 0 0 0 是美国向i t u 提出的第三代移动通信空中接口标准的建议，是i s 一9 5 标准 向第三代演进的技术体制方案。 3 2 2 1 2g p r s g p r s g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用无线分组业务，是一种基于g s m 系统的无线分组交换技术，提供端到端、广域