气体预警监测数据采集系统的制作方法

本实用新型涉及环境空气自动监测、污染源自动监测与预警领域，特别是涉及一种气体预警监测数据采集系统。

背景技术：

在现代化工业高速发展的今天，工业企业在促进了经济发展的同时，突发环境事件频繁发生，给人类生命、财产带来了无可估量的损失。为减少突发事件带来的损失，保障人们群众的生命财产安全，我国积极推动预警体系的建设。在事故发生之时能够及时发现，并在事故灾害扩散、转移前及时将预警信息发布出去，让可能受到影响的地区和人们做好转移安置工作，提前做好应对灾害的准备工作，让相应的应急人员及时开展应急抢险工作。

传统的预警系统涉及数据采集，通过数据采集，将前端监测设备监测的数据与后端的预警软件平台进行无缝连接，实现预警系统的数据采集、传输与处理分析，及发布预警信息等功能。但由于有毒有害气体预警体系建设起步较晚，目前缺乏专门针对有毒有害气体预警系统的数据采集系统；

在实现过程中，发明人发现传统数据采集系统至少存在以下问题：功能单一，不能根据不同的监测类型进行数据综合分析处理并发布预警信息，因此，对于不同类型仪器设备、不同监测因子的数据，无法满足不同系统平台的应用要求；同时受制于监测仪器运行环境条件的变化，无法保证仪器设备的稳定性与数据的准确性。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统数据采集系统功能单一且无法保证仪器设备稳定性与数据准确性的问题，提供一种气体预警监测数据采集系统。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种气体预警监测数据采集系统，包括分别设置于各监测点位的子监测装置；子监测装置包括的数据采集系统、运行环境监测设备、气体监测分析仪、气象数据采集设备以及无线传输器；

运行环境监测设备通过模拟量接口连接数据采集系统；

数据采集系统通过第一数字接口连接气体监测分析仪，通过第二数字接口连接气象数据采集设备，通过无线传输器连接预警中心站。

本实用新型具有如下优点和有益效果：

本实用新型气体预警监测数据采集系统，通过设置不同接口同时采集多路模拟信号、数字信号，并配制相应的硬件设备(数据采集系统)、架构相应的通信网络，可以兼容多种在线监测仪器的通信协议(例如HJ/T212-2005规定的通讯协议以及现有厂商公开的各类通讯协议)，进一步根据数据采集系统以及预警中心站对实时采集在线监测仪器及运行环境监测设备的输出数据，包括测量值、仪器状态值等的处理发出的控制指令，实现对监测仪器运行环境条件、各气体监测设备参数的远程控制；本实用新型能够实现不同厂家、不同类型监测仪器设备与不同类型的数据采集，实现数据的综合分析与处理、预警信息发布、运行维护、系统远程控制，同时可以满足数据传输的稳定与安全，以及不同系统平台的软件应用需求。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1为本实用新型气体预警监测数据采集系统实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型气体预警监测数据采集系统实施例1中系统数据处理流程示意图；

图3为本实用新型气体预警监测数据采集系统实施例1中通信网络架构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型气体预警监测数据采集系统一应用背景说明：

传统气体监测数据采集系统相对于实际的预警需求存在较多不足，例如，功能单一，不能根据不同监测类型进行数据综合分析处理，并发布预警信息；无法保障不同类型仪器设备、不同监测因子的数据集成与传输，以及满足不同系统平台的软件应用；具体而言，不同厂家对污染物监测数据不尽一致，如浓度有用ppm(百万分比浓度)、mg/m³(毫克每立方米)进行定义的，不能将污染物监测浓度进行统一展示与对比，无法实现对数据进行统一采集，

此外，传统气体监测数据采集系统不能进行监测仪器运行环境条件的监测与控制，无法保证仪器设备的稳定性与数据的准确性；具体而言，一些传统气体监测系统使用ZigBee(紫蜂协议)无线传输，而使用过程中会出现断传的情况，对数据传输稳定性有所影响。而另有一些传统气体监测数据采集系统无法实现远程控制。

而本实用新型可以实现不同厂家、不同类型监测仪器设备与不同类型的数据采集，实现数据的综合分析与处理、预警信息发布、运行维护、系统远程控制等功能，同时为满足数据传输的稳定与安全，以及不同系统平台的软件应用需求，进行数据采集系统研发，配制相应的硬件设备(数据采集仪)与建设相应的通信网络。

综上，本实用新型针对传统技术存在的缺陷，提供了一种有毒有害气体预警监测数据采集系统，解决不同监测仪器设备、多种监测因子的数据采集、分析处理等问题；同时可进行声、光以及短信预警功能；以及满足数据的传输与不同系统平台的软件应用等要求，并实现数据采集系统的远程控制功能。

本实用新型气体预警监测数据采集系统实施例1：

为了解决传统数据采集系统功能单一且无法保证仪器设备稳定性与数据准确性的问题，本实用新型提供了一种气体预警监测数据采集系统实施例1，图1为本实用新型气体预警监测数据采集系统实施例1的结构示意图；如图1所示，可以包括分别设置于各监测点位的子监测装置100；子监测装置100包括的数据采集系统110、运行环境监测设备120、气体监测分析仪130、气象数据采集设备140以及无线传输器；

运行环境监测设备120通过模拟量接口连接数据采集系统110；

数据采集系统110通过第一数字接口连接气体监测分析仪130，通过第二数字接口连接气象数据采集设备140，通过无线传输器连接预警中心站。

具体而言，本实用新型气体预警监测数据采集系统，可以根据不同的监测点位实际情况考虑使用TDCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)/3G(3rd-Generation)/4G(TD-LTE)或ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line：非对称数字用户线路)的通信方式。每个监测点位的子监测装置可以包括不同的分析仪(即气体监测分析仪)和辅助设备(即运行环境监测设备)，每个点位的仪器数量及种类不同。

需要说明的是，因为监测点位不一样，所承担的污染物监测种类就不同，所以需要不同的设备来完成，例如冶金企业旁边更需要监测大气重金属，化肥企业旁边需要监测氨气等有毒有害气体；具体每个点位配置的仪器数量和种类可以根据点位周边化工厂所排放的污染物种类及浓度而定。

因此，本实用新型气体预警监测数据采集系统适合对各种不同仪器监测数据进行统一采集。

此外，本实用新型气体预警监测数据采集系统具备相同的端口与网络架构，能够满足不同设备配置，具体而言，端口和网络架构指的是监测站内的数据采集系统将数据统一采集后，通过相同的端口，例如31500端口，将数据发送至预警中心站，每个监测站内的数据采集系统使用网络架构是一样的，只是分配了不同IP地址(Internet Protocol Address)而已。

本实用新型气体预警监测数据采集系统，通过采集大气污染源的相关监测数据和有毒有害气体预警监测站房的环境数据，可以通过无线或有线网络将数据实时上传到上级预警软件平台。上级预警软件平台通过信息管理软件，能显示各监测仪器设备、监测站房运行状态与监控数据，能按用户要求进行各种数据分析与处理，进一步实现预警等功能。

进一步的，为满足预警系统的建设要求，实现数据的综合分析与处理、预警信息发布、运行维护等功能，需进行数据采集仪研发，数据采集软件系统开发，实现数据展示、数据查询、运维管理、系统配置数据采集通讯、数据逻辑处理、数据储存分析与数据有效性分析等功能。

在一个具体的实施例中，运行环境监测设备包括防雷设备、消防设备、排气设备、空调设备以及照明设备。

具体而言，监测站房运行状态可以根据防雷设备、消防设备、排气设备、空调设备以及照明设备反馈的相关环境运行数据来进行检测。

在一个具体的实施例中，第一数字接口为RJ-45接口、RS232接口或RS485接口。

在一个具体的实施例中，气体监测分析仪可以包括以下仪器中的任意一种或任意组合：傅里叶红外光谱分析仪、大气重金属在线分析仪以及对射式差分光谱分析仪。

具体地，为满足数据传输的稳定与安全，以及不同系统平台的软件应用需求，设置有线和无线网络两种通信模式，将采集的监测数据进行实时传输和自动化处理分析；设计不同系统平台共同进行标准数据请求服务接口，以满足不同系统之间的数据请求与服务的共同接口。为解决不同厂家、不同类型监测仪器设备与不同类型的数据采集。

优选的，本实用新型可以采用通用智能接口技术，设置RJ-45、USB2.0、RS485、RS-232等不同智能接口。在一个具体示例中，数据采集仪可以通过RJ-45连接傅里叶红外光谱分析仪、大气重金属在线分析仪；可以通过USB2.0连接气象设备(即气象数据采集设备)；通过RS485或RS232连接对射式差分光谱分析仪、气象参数仪。

在一个具体的实施例中，第二数字接口为USB2.0接口、RS232接口或RS485接口。

在一个具体的实施例中，气象数据采集设备包括以下仪器中的任意一种或任意组合：气象参数仪和气象传感器。

具体而言，为解决不同厂家、不同类型监测仪器设备与不同类型的数据采集。本实用新型通过易被识别的通讯传输协议，把不同厂家、不同类型的预警监测仪器设备通过网络或者对接接口进行组网，使监测数据能够被数据采集系统采集，并通过数据采集系统上报到上级软件平台进行处理。

优选的，气象传感器可以设置于监测站室外，通过RS232或RS485有线传输将数据传输给数据采集仪；运行环境监测设备可以设于监测站内，包括空调、UPS不间断电源和电灯，在远程巡检过程中可根据数据采集仪或预警中心发送的指令调节监测设备的运行环境；分析仪可以设置于监测站内，包括有毒有害气体在线监测设备

在一个具体的实施例中，数据采集系统可以包括上位机、存储器以及ATX电源(ATX Power Supply：计算机的工作电源)；上位机分别与存储器和ATX电源相连接。

在一个具体的实施例中，存储器为CF(Compact Flash)卡。

在一个具体的实施例中，数据采集系统包括以太网接口、16路串口扩展引线和16路模拟量接口。

具体而言，为气体预警监测数据采集系统提供良好的运行环境，实现数据采集系统各功能的实现，本实用新型进行了数据采集系统的配制，可以包括：(1)数据采集系统为8U标准机箱，能够方便的安装于19`标准机柜上，两端有固定螺丝孔与机柜固定；(2)数据采集系统为17`触摸屏，可以直观的进行点击的操作；(3)前端配置有USB插孔，可以方便的使用USB鼠标或键盘，或者U盘导出数据；(4)前端配置有ATX电源开关，可进行重启；(5)前面板状态指示灯，可以方便的对采集系统的状态进行指示；(6)前面板配置有刷卡区，能够对二代身份证进行智能识别；(7)侧端配置有16路串口的扩展引线，能够接入多种分析仪串口数据；(8)侧端配置有网口，可进行数据的上传或采集；(9)侧端配置有16路模拟量，能够接入分析仪数据或外围辅助开关设备。

在一个具体的实施例中，无线传输器可以包括对数据采集系统的采集数据进行传输的无线传输模块和对采集数据进行数据控制的核心控制器。

具体而言，无线传输器可以是无线传输模块和核心控制模块集成的产品，无线传输器可以基于2G(2-Generation wireless telephone technology)的TDCDMA网络、3G网络、4G网络，对其采集的数据进行传输和控制操作，将采集到的数据传送到远程数据处理中心和将远程数据处理中心发送的指令发送给控制模块。可实现数据的双向处理、传输和控制的功能。

优选的，无线传输器可以采用ADSL网络接入方式，通过现有普通电话线上提供高达10Mbit/s(10兆比特流每秒)的高速下行速率，而上行速率有10Mbit/s。无线传输器通过ADSL技术，可以充分利用现有的电话线网络；具体的，在线路两端加装ADSL设备即可。

为进一步说明本实用新型气体预警监测数据采集系统的具体实现过程，特以实际使用本实用新型进行污染物监测的数据处理流程为例，说明本实用新型的技术原理。图2为本实用新型气体预警监测数据采集系统实施例1中系统数据处理流程示意图；

如图2所示，通过本实用新型可以把不同来源、格式、特点性质的数据在逻辑上或物理上有机地集中，根据数据的特点完成数据集成，建立一套统一、规范的数据管理机制，设计统一的数据采集与传输方式，从源头上保证数据的一致性。进一步根据数据的多种属性，建立有效的数据分类管理办法，为满足数据的合法性要求，建立完备的数据审核程序，并对数据的存储、使用与发布等进行规范。进一步设计数据集成管理与可视化展示方案，采用先进的数据库管理技术，高效地进行数据存储、查询、分析，利用先进的WEB技术实现多用户、多角色的管理，利用报表、图形等可视化手段，设计一套实用、深入、多维度的数据可视化展示方案。

为满足数据的综合分析处理、预警信息发布等功能，在系统软件架构方面将数据处理服务和数据业务功能进行分层架构，通过数据存储、数据服务、接口服务和业务处理的多层架构模式实现系统的数据业务应用和数据处理服务。

1、数据采集的内容可以包括数据采集的对象与数据采集的内容。

具体地，数据采集功能主要通过数据采集系统对气象监测设备、辅助设备(防雷设备、消防设备、排气设备、空调设备、照明设备等)、污染物监测设备等构成的监测数据采集网络而监测到的相应数据进行采集，并进行初步标识和整理。

具体地，数据采集对象可以包括仪器基本信息、仪器监测状态、仪器运行状态、仪器监测的监测数据、数据采集系统基本数据、监测设备与数据采集系统通讯信息数据、通讯信息数据、质量控制管理数据、安全信息数据等。将采集的数据按照以上类别分类存储。

具体地，仪器设备的监测数据采集对于不同的监测及监控仪器设备的数据采集，可以包括三大类：一是气象数据，二是辅助设施数据、三是监测仪器数据。

(1)气象数据可以包括气象采集仪产生的风速、风向、温度、湿度、气压、降水、日照等数据；

(2)辅助设施数据可以包括UPS不间断电源(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply)数据、空调数据、门禁数据、站房温湿度数据；

(3)监测仪器数据可以包括监测设备监测到的污染物浓度数据。

2、数据处理可以包括：数值修约、数据精度控制、可疑数据取舍、异常值取舍、置信区间与t值等。

3、数据储存可以将采集的本地原始监测数据存储有效期1年，已上报的采用历史存储策略，转移至非高活跃的阶段性历史数据表中存储；上报异常滞留数据，即时存储，至上报后采用历史数据存储策略进行存储；数据粒度及访问时效的迁移策略；因存储限制及存储时限的要求，对高粒度的、低访问量的实时数据采用分级历史存储策略。

具体地，数据粒度根据标准要求，必须同上级预警中心站保持同一、不得更改其粒度属性。于数据采集系统应用，高粒度的数据访问时效性及应用策略，均会随着时间增长而降低，因此对于非实时性数据，大都采用历史数据存储策略及日志记录方式。

具体地，历史数据存储的迁移随着时效性的变更而改变，实时数据达中，以此类推，将高粒度、低访问量的进行迁移存储，并行提高存储及数据访问效率。并及时对超出最长时效性保护的数据，进行及时清理。

4、数据分析是指用适当的统计分析方法对收集来的大量数据进行分析，提取有用信息和形成结论而对数据加以详细研究和概括总结的过程。这一过程也是质量管理体系的支持过程。在实用中，数据分析可帮助预警中心站作出判断，以便采取适当行动。

数据分析的现状分析，即数据分布特征的描述，是依据所综合后的数据结合预处理后(经检验)后的数据的特征的测度，主要从数据的集中趋势(平均指标)、离散程度(变异指标)和分布的形状进行描述。

5、数据可视化展示在子站的数据采集系统上对由数据采集功能采集的相应的监测数据、历史数据、标准物数据和监测网络的运行状态进行展示，采用文字、图形以及动态网络运行状态图等方式直观的展示出业务信息。

具体地，实时曲线是指监测界面的右侧会实时刷新最新的监测数据，监测数据的实时状态(采集的时间，数据是否正常，并对非正常数据进行数据标识)

能够对采集上来的实时数据进行动态曲线展示，同时曲线上标注有上下限报警线，可以直观的看出动态监测数据曲线是否超出报警界限。

具体地，实时报表可以查询出以30秒为单位时间段的当天的实时存储历史数据，并且对于非正常数据带有数据标识，可以直观的看出超标或故障数据。

具体地，实时内部参数展示当前选择的测量因子的基本资料(测量量程，精度，上下限，小数位数等)。展示当前选择的测量因子所需日常维护项目的提醒功能(如标气零气等的消耗天数的提醒，仪器需要更换传感器等的提醒)。

具体地，历史数据报表可以对存储的历史数据进行跨时间段查询的报表展示。历史数据曲线可以对存储的历史数据进行跨时间段查询的曲线展示。

具体地，实时状态数据可以对监测系统内仪器、辅助设备、各种泵阀、安全设备、气路、电路等设备运行状态可以实时监测其开关状态，并可通过监测界面进行手动开关控制。

具体地，告警日志能够按时间段查询出系统设备以及测量数据的报警，报警数据能够列出报警源，报警限，报警值等。

具体地，历史日志可以对设备的开关，以及参数的修改等进行记录，以方便有故障时进行追溯。

6、数据上报以数据采集系统采集的相关数据和监测网络的信息及反控信息，通过与通讯信息网络进行数据的上报，利用独立的抽取方式进行主动式的数据传输。数据上报详细内容包括仪器基本数据、仪器监测数据、仪器监测状态数据、仪器运行状态数据、标准物数据、地理信息数据、通讯信息数据、数据采集系统基本数据、辅助设备状态数据等。

7、系统维护主要包括智能的子站监测系统的维护工作，例如自动检测仪器故障、电路故障、气路故障、通信链接故障和告警数据判断等故障问题，并生成正确合理的解决方案。系统维护详细功能包括仪器故障诊断、告警数据诊断、气路诊断、电路诊断、通信诊断、故障表单管理、故障处置措施。

8、系统设置主要包括设置子站监测系统运行的相关参数，并对日常的日志进行查询和相关操作，包括用户设置、参数设置、系统帮助、日志记录和仪器设备配置。

9、系统自检可以自动检测仪器故障、电路故障、气路故障、通信链路故障和告警数据判断等故障问题，并生成正确合理的解决方案。

图3为本实用新型气体预警监测数据采集系统实施例1中通信网络架构示意图。如图3所示，本实用新型气体预警监测数据采集系统各实施例，各气体监测分析仪可以通过数字接口与数据采集系统相连接，数据采集系统可以读取分析仪内部的测量分析结果或扩展可以读取内部参数，或扩展进行反向控制等。

现场的气象数据采集设备通过数字接口与数据采集系统相联，数据采集系统可以获取监测仪器设备的测量结果。现场的运行环境监测设备如站房的温度湿度通过模拟量接口传送至数据采集系统，并能在数据采集系统上进行显示。以上所有采集到的数据存储至数据采集系统并能通过有线或无线网络上传至上级预警中心站，也可以接受上级预警中心站的指令进行数据的补传。或者有必要是通过内部指令对分析仪进行远程的比对校准。根据每个不同的监测点位，每种仪器不同的通讯方式，数据采集系统进行软硬件的兼容。

数据采集系统的具体参数可以为：

(1)CPU：1.8GHz以上，推荐双核的

(2)内存：板载DDR3(800MHz)内存2GB

(3)存储：CF卡16G

(4)数据最长保存时间：大于3年

(5)操作系统：Linux

(6)数据库：Mysql或其它

(7)键盘通用型：USB接口

(8)鼠标通用型：USB接口

(9)显示单元液晶屏：横屏17寸触摸屏

(10)通讯方式：2个(10M/100M)，双通道冗余备份，全双工模式

(11)TDCDMA/WCDMA：可选TDCDMA/WCDMA方式，可多中心传送(支持一点多传)

(12)连接接口USB接口：4个USB2.0接口

(13)以太网接口：2个10/100/1000Mbps网络接口

具体而言，本实用新型气体预警监测数据采集系统可以将空气、废气、污染源等等环境监测集中于一体，采用一体化设计，将接线、采集、控制、分析和显示集成为一体的单体硬件产品；气体预警监测数据采集系统可以以B/S(Browse/Server)模式为主体设计模式，能够在本地及远程对数据采集系统上的数据进行查看及监控，通过上网就可轻松的实现设备的远程管理。气体预警监测数据采集系统采用先进的无线/有线数据通信技术，可通过无线数传、电话线、GSM(全球移动通信系统：Global System for Mobile Communication)、卫星通讯、宽带网等多种数据通讯方式。

此外，本实用新型气体预警监测数据采集系统能够实现人性化设计，对于日常的监测站点维护，用户可以定制各种维护计划，以秘书向导的方式协调用户管理各监测点位，(如更换标气，标定仪表等)。气体预警监测数据采集系统可通过接口同时采集多路模拟信号、数字信号，兼容多种在线监测仪器的通信协议，包括HJ/T212-2005规定的通讯协议以及现有厂商公开的各类通讯协议。能实时采集在线监测仪器及辅助设备的输出数据，包括测量值、仪器状态值等。

数据采集系统可对采集的数据进行存储，实现数据处理参数远程设置，例如：可以通过上位机设定或修改采样数据的量程，监测参数报警值的上、下限等。实现远程控制，上位机可通过数据采集系统运行相应程序，控制在线监测仪器及辅助设备按预定要求进行工作。具有广泛的通用性，内置多种通讯协议，可同时采集模拟和数字信号，通过适当的数据接口驱动开发，可连接绝大部分的环境监测分析仪器。所有数据存储于数据采集系统中，可存储大于三年的历史数据。

进一步的，上位机可以采用LINUX操作系统，系统稳定性更高，运行进程可实时监控，对病毒等防护等级更高，系统开源。

本实用新型已应用于实际案例，如已应运用于青海省西宁市有毒有害气体预警系统建设项目、南沙小虎岛预警系统建设项目、宁夏宁东能源化工基地有毒有害气体预警系统建设项目、河北沧州经济技术开发区有毒有害气体预警系统建设项目等，并取得良好的成效。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。