专利名称：环境污染物的自动监测系统及其监测方法
技术领域：
本发明涉及环境保护监测技术领域，特别涉及一种利用计算机、分析仪器、远程测控技术和通信技术对环境污染物进行监测的系统和方法。
背景技术：
随着社会经济技术发展对环境保护需求的提高，进二十年来，国内、外各地纷纷建立起覆盖面越来越广泛的，以连续在线方式，对空气、水、工业排放源中的环境污染物进行自动监测的专题自动化实验室——我们定义为自动监测站点，取代以往监测数据代表性已经远远不能满足需要的人工监测作业。
为了使监测结果具有应用所需要的合法性、准确性，就必须对自动监测站点产生的监测数据，提供质量保证和进行质量控制。因而每一个自动监测站点都会归属特定的管理机构(如地方政府的环境保护部门)，纳入其监测数据质量保证和质量控制体系，执行其认可的质量保证和质量控制标准、规范。自动监测站点管理机构还会为此配置系统支援实验室——承担标准器物认证、传递和仪器设备修复等等。此间，管理机构、系统支援实验室、和属管的自动监测站点集群，构成了目前实施环境污染物自动监测的典型解决方案——集自动监测系统。
在每个自动监测站点，包括系统支援实验室，通常都是使用站点现场的本地计算机，频繁定时采集各种分析仪器和测量仪表提供的各污染物浓度和需要的背景参数(如气象、水纹、排放量等方面的数据)，完整地记录下来。并通过指定的通讯设备与管理方计算机进行数据、信息交换，为其数据库服务器提供监测数据记录和接受远程遥控的操作命令。
目前，可供自动监测站点选用的，国内外设计制造用于环境污染物监测的分析仪器和测量设备品种、型号很多，原理和功能也都在不断推陈出新。这些站点计算机和管理方计算机所组成的监测系统及其使用的控制软件，过去都是由制造自动监测站点和管理方计算机的仪器设备集成商提供。其中，根据计算机与仪器设备连接方式，站点计算机可划分为(1)通过读取仪器设备的模拟量获得监测数据，通过逻辑量(线控)判断、控制仪器设备运行状态。我们定义为模拟信号方式，如，美国TE公司的xj6003、xj6003w，API公司的ESC8810、ESC8816等。(2)通过仪器设备的数码接口读取监测数据和运行状态信息，发送操作命令。我们定义为数码方式。如，美国TE公司的TEI软件、中国摩特威尔公司的EPNET2000 WATERMOMITER数据采集软件等。在本发明的检测系统与方法出现以前，我们看到的自动监测系统，因为缺乏支持通用性的技术方法，都还只是专题单一，集群内各自动监测站点仪器设备集成类同的系统。如，国内各大、中城市各自分别使用的空气质量自动监测系统，比较典型的有美国TE公司的“环境监测中心3.16”等。
综上所述，在我们研究和建设具有通用性的环境污染物自动监测系统取得突破之前，现有的站点计算机软件和管理方计算机软件尽管也不断有新的设计和版本出现，却一直以来不能克服下面这些局限性1、对于模拟信号方式的检测系统及其控制软件，虽然能够有较好的通用性，但显然信息量少，并很难对仪器设备进行复杂的操作。不能发挥现代化仪器设备普遍具有数码接口(如RS232、RS485、TCP/IP等等)，与计算机进行交互的优越性、自动化、智能化水平很低。
2、对于数码方式的的检测系统及其控制软件，虽然自动化、智能化水平较高，但由于各种仪器设备的工作原理和功能不同，加上设计风格和水平各异，不同种类、型号仪器设备有各自的操作命令、通讯格式。因而造成使用仪器设备数码接口的计算机控制软件的通用性差，只能适用于由特定仪器设备集成的站点。
3、通过计算机操作的仪器设备，无论是在管理方计算机远程遥控，还是在站点计算机本地操作，工作人员都必须熟悉其所面对的各个站点仪器设备的性能和集成特征。因而很难对拥有多种仪器设备、多专题(空气、水、污染源等)和大范围(跨区域)的自动监测站点集群进行中心集约形式的在线管理。而现代环境自动监测系统的发展方向，就是要研究建设站点众多，区域辽阔，专题全面的通用型自动监测系统，提供全面、完备、详细的监测数据，以科学地监控、解决环境污染问题。
4、现代化自动监测系统在监测数据质量保证、质量控制方面要求越来越高，通过管理方和监测站点本地计算机对仪器设备进行的运行调控也越来越频繁和复杂。此外，监测系统所配备的系统支援实验室主要承担系统所用标准器物传递、认证和仪器设备修复，也需要象自动监测站点一样成为专题自动化实验室，不过其中的仪器设备运行控制将更加复杂、困难。原有的环境污染物自动监测系统的研建技术、方法，已经不能适应这方面发展的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于多种仪器设备、多专题和大范围的通用型环境污染物自动监测系统及方法，为实现科学地监控和解决环境污染问题，提供全面、完备、详细的监测数据。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下一种环境污染物的自动监测系统，基于TCP/IP以太网的有线或无线通讯环境，包括作为网络服务器的管理方计算机、授权办公计算机、站点计算机、以及与站点计算机连接的监测仪器设备，其中所述管理方计算机内设置有作为数据库服务器，和用来接收、处理站点计算机上传的监测数据记录，以及用来向站点计算机转发任务指令的服务器端软件程序；所述授权办公计算机内设置有浏览检查数据库服务器中的数据记录，和分析判别数据质量保证、控制成效，以及向管理方计算机提交需要向站点计算机发送的任务指令的软件程序；所述站点计算机内设置有进行采集各监测项目的数据、标识，并生成本地数据库记录和按照向上备份规则向管理方计算机上传这些记录，以及按照所接收到的任务指令或例行任务预订编排、或手动调用任务测控仪器设备的软件程序；所述监测仪器设备用来向站点计算机提供所需要的污染物和背景参数的监测数据。
上述监测仪器设备包括用于监测空气、水、污染源等环境污染物，以及测量气象、水文、排放量等背景参数的仪器设备。
本发明同时提供了一种环境污染物的自动监测方法，包括(a)面向任务的任务集——按照所有监测项目都必须涉及的数据采集、质量保证、质量控制任务需求设计出的所有这些任务的集合；(b)数据状态标识符号集——按照所有监测项目都必须涉及的数据采集、质量保证、质量控制任务需求设计出的描述监测数据状态的标识符号集合及其赋给原则；(c)脚本语言——按照任务集所涉及的仪器设备测控和测控结果处理的所有计算机操作需求设计出脚本语言的规则、命令、表达式及其记录形式，站点计算机包括支援实验室计算机对任何仪器设备测控和测控结果处理都必须根据用脚本语言编写的记录进行解释、执行；(d)例行任务方法——由数据质量保证和质量控制体系要求定期进行的，以考查数据质量和维护水平的任务；
(e)远程遥控方法——按照任务集提供的进行监测数据质量保证和质量控制的任务，由授权办公计算机在选定站点、监测项目、任务和调用方式后，将足够的信息上传给数据库服务器，由服务器端的软件程序利用其与被控站点之间为监测数据传输建立的通讯通道将这些信息转发下去，站点计算机接收到这些信息后，从其拥有的用脚本语言编写的可执行任务记录中查找到该任务的记录，按照控制方要求的调用方式执行该任务，完成控制方要求的对相关仪器设备的测控；(f)向上备份方法——在每个自动监测站点，包括系统支援实验室，使用站点现场的本地计算机，频繁定时采集各种分析仪器和测量仪表提供的各污染物浓度和需要的背景参数，完整地记录下来，并通过指定的通讯设备与管理方计算机进行数据、信息交换，为其数据库服务器提供监测数据记录。
上述向上备份方法具体包括如下步骤(1)自动监测站点和系统支援实验室计算机的软件程序，保证每次仅向数据库服务器发送一条监测数据记录，而每次发送之间必须保持足够的时间间隔；(2)服务器端的软件程序对接收到的，需要永久保存的每一条监测数据记录，必须向提供记录的站点发送作为“回条”以表示收到该记录的信息；(3)站点计算机的软件程序，对发送后超过制定时间还没有接收到数据库服务器“回条”的需要永久保存的监测数据记录进行补发。
上述例行任务方法是按照以下规则制定和执行的周期性任务(1)与具体日历无关的周期定制——每日、每隔日、每周、每隔周、每月、每隔月、每季、每半年、每年；(2)具有时效优先级——年、季、月、周、日，如果某日同时有不止一种例行任务符合执行的条件，则仅仅执行时效级别最高的例行任务。
上述例行任务可以通过管理方计算机或授权办公计算机或站点计算机制定。
上述例行任务方法通过如下步骤实现(1)使用脚本语言编辑、记录任务指令，使站点计算机能够调用、解释、执行这些任务指令记录；(2)在站点计算机内设置例行任务，定期自动完成监测数据质量保证、质量控制要求的检查、校验仪器设备性能的测控操作；(3)站点计算机定期执行上述例行任务，将监测仪器设备获得的有关数据记录发送回管理方计算机。
上述远程遥控方法通过如下步骤实现(1)使用脚本语言编辑、记录任务指令，使站点计算机能够调用、解释、执行这些任务指令记录；(2)通过管理方计算机或授权办公计算机发送任务指令至站点计算机；(3)站点计算机接收上述任务指令，并按照任务指令用脚本语言编写的记录，将相应形式的测控信号发送至相关监测仪器设备；(4)监测仪器设备响应上述测控信号，将其获得的有关数据发送回站点计算机；(5)站点计算机将上述数据发送回管理方计算机。
由于我们日常的专业工作，就是按照所执行的质量保证和质量控制标准规范，提供各种环境污染物的监测数据。因而在我们看来，任何监测工作得以开展的前提是必须首先确定需要涉及的监测项目(包括背景参数)——面向项目；然后根据所执行的质量保证和质量控制标准规范确定每一个项目包含的所有作业任务——面向任务；接着选用具备承担这些任务的功能的仪器设备集成——面向功能；最后还要明确每一个任务对所涉及仪器设备功能的操作命令——面向命令。
依照上述看法，引导我们设计的通用型环境污染物自动监测系统及其方法，相对于现有技术具有以下优点和效果一、能够简明准确地表达某个监测项目的监测数据，在被采集时相关仪器设备的运行状态——无论这些监测数据属于哪一种专题(空气、水、污染源等等)或者为哪一种背景参数，设计建立通用的标识符号集。确保监测数据在监测结果统计分析和仪器设备性能诊断等处理过程中，不被误用或者遗漏。
二、实现计算机通过数码接口对仪器设备进行自动化测控，其系统控制软件不需要进行程序修改、升级，就能够操作现有的和以后更新换代的，不同品牌、型号的，在各种自动监测站点和支援实验室中应用的仪器设备，解决了传统数码方式的控制软件通用性差的问题。
三、方便系统运行管理工作人员在熟悉所执行的，监测数据质量保证和质量控制标准规范后，就能够把由此产生的作业任务，下达给管理方计算机或站点计算机，由这些计算机去控制相关仪器设备完成任务。即对于任何一个监测项目，工作人员面向的是所执行的监测数据质量保证和质量控制标准规范产生的与该项目相关的任务，而不需要知道任务所涉及站点的那些仪器设备，更不需要具体知道该怎样操作和控制这些仪器设备。对系统支援实验室也是这样。解决了在通用自动监测系统中，很难要求参与系统运行管理的工作人员，都懂得操作众多站点和支援实验室的仪器设备的问题。
四、有利于计算机智能化执行监测数据质量保证和质量控制的任务，解决了那些需要定期执行的例行任务的自动编排问题。
五、有利于降低服务器端的运行负荷，使程序功能最简化和处理时间最短。解决了在通用自动监测系统中，因站点众多所造成的在通讯、数据处理以及可靠性等方面存在的问题。
六、实现以最小的程序和通讯负荷，以自动补救方式，保证需要永久记录的数据，全部完整地从自动监测站点，最及时地汇集到管理方计算机数据库服务器。
图1为本发明的系统结构原理图；图2为本发明的授权办公计算机执行远程任务遥控时的操作界面；图3为本发明的授权办公计算机检查各站点数据接收情况的操作界面；图4为本发明的授权办公计算机执行数据检查时的操作界面；图5为本发明的授权办公计算机执行例行任务检查时的操作界面；图6为本发明的站点计算机进行例行任务编排时的操作界面；图7为本发明的站点计算机进行数据、标识采集时的显示界面；图8为本发明的授权办公计算机和站点计算机进行任务编辑的操作界面。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。
如图1所示，本发明所述环境污染物的自动监测系统，包括管理方计算机10、授权办公计算机20、站点计算机30、系统支援实验室计算机40、以及与站点计算机30连接的监测仪器设备50，管理方计算机10通过TCP/IP以太网的有线或无线通讯方式与授权办公计算机20、站点计算机30、系统支援实验室计算机40连接。其中所述管理方计算机10内设置有作为数据库服务器，和用来接收、处理站点计算机30上传的监测数据记录，以及用来向站点计算机30转发任务指令的服务器端软件程序；所述授权办公计算机20内设置有浏览检查数据库服务器中的数据记录，和分析判别数据质量保证、控制成效，以及向管理方计算机10提交需要向站点计算机30发送的任务指令的软件程序；所述站点计算机30内设置有进行采集各监测项目的数据、标识，并生成本地数据库记录和按照向上备份规则向管理方计算机10上传这些记录，以及按照所接收到的任务指令或例行任务预订编排、或手动调用任务测控仪器设备50的软件程序；所述监测仪器设备50包括用于监测空气、水、污染源等环境污染物，以及测量气象、水文、排放量等背景参数的仪器设备，能够提供各种所需要的污染物和背景参数的监测数据。
本发明所述种环境污染物的自动监测方法，包括面向任务的任务集、数据状态标识符号集、脚本语言、例行任务方法、远程遥控方法和向上备份方法，以下具体介绍该方法的各部分及其设计思想一、我们综合国内外先进的监测数据质量保证和质量控制标准规范，设计编制出可适用于本发明的通用型环境自动监测系统的监测数据状态标识符号集，及其特有的赋给规则。所述标识符号集如下监测结果数据有效——(无符号)浓度数据突变——R；浓度数据不变——r浓度数据超上限——+；浓度数据低下限——-等待样品供给(数据恢复)——W数据传输连接不良——BB信息特征与套用模板不符——MD仪器设备离线——D运行条件不良(报警)——B检查零点进行中——PZ；检查零点不合格——PZB检查跨度进行中——PS；检查跨度不合格——PSB校准零点进行中——CZ；校准零点不合格——CZB校准跨度进行中——CS；校准跨度不合格——CSB检查精度进行中——AS；检查精度不合格——ASB检查零点漂移进行中——TZS；检查零点漂移不合格——TZSB
检查跨度漂移进行中——TSS； 检查跨度漂移不合格——TSSB检查跨度重现性进行中——TSR；检查跨度重现性不合格——TSRB检查多点跨度进行中——TSL； 检查多点跨度不合格——TSLB有效数据时间累计不足——H； 仪器设备控制不符合期望——Dt与之相应地，为了使监测数据标识符号能够用于对监测项目所涉及的仪器设备进行自动化测控作业，适合子站和支援实验室仪器设备品种和集成结构的多样性、复杂性。使标识使用既准确无误，又清晰明了。保证所有监测项目的数据不丢失或误用，并便于了解仪器设备运行状态以及现场出现的问题。我们还为此确定了以下对所有监测项目的数据的标识符号赋给原则1、失效原则。标识一旦出现，必须一直维持，直到产生该标识的问题被克服，或者产生该标识的进程完成，或者更换了发生故障的仪器设备，才能消除——特别是那些关于监测项目检查、校准进行中和不合格的标识。
例如某次检查零点不合格，则直到该监测项目在此后有检查零点合格的记录之前，该监测项目的数据将一直带有零点检查不合格的标识(PZB)。
2、优先原则。如果监测项目所涉及的仪器设备运行状态同时符合多个标识的赋给条件，则按照如下顺序优先选定标识仪器设备离线(D)——数据传输连接不良(BB)——信息特征与套用模板不符(MD)——运行条件不良(B)——“组合任务”进行中——“简单任务”进行中——“组合任务”不合格——“简单任务”不合格——等待(W)。
其中“简单任务”是指检查或校准零点、跨度、精度三类任务，“组合任务”是指上述三类任务以外的其他检查任务。
例如在发生运行条件不良时，如仪器设备恰好也处于执行检查、校准之类任务的状态，则仅仅赋给运行条件不良的标识(B)。
又如在检查多点跨度进行中，虽然包含有若干检查零点、检查跨度(各点)等进程，但仅仅赋给检查多点跨度进行中的标识(TSL)。
3、关联原则。如果对某污染物监测项目进行检查(或校准)时，引起标准物质进入了仪器设备集成中的其他监测项目所涉及的仪器设备的样品输送通道——例如进入了样品采集通道，或者进入了对同一样品进行多成分分析的仪器等。则那些被涉及的，此时不能保持获得真实样品的仪器设备所涉及的监测项目的数据，必须赋给等待样品供给(数据恢复)的标识(W)。
4、共享原则。如果对某污染物监测项目进行检查(或校准时)，恰好仪器设备集成中有其他监测项目的检查(或校准)任务，也是使用与之相同的标准物输送方式和流程(持续时间和恢复时间)。则这些监测项目的，使用这种标准物输送方式和流程的检查(或校准任务)，也等于自动地被同时起动执行，那么这些监测项目的数据就必须赋给正在进行这种检查(或校准任务)进行中的标识。
例如如果仪器设备集成中各污染物监测项目在检查零点时，使用的零标准物输送方式和流程相同，即这些监测项目所涉及的仪器设备能够同时获得零标准物供给，并且这些监测项目的检查零点任务所预定的零标准物供给时间和停止零标准物供给后等待恢复到真实样品供给的时间相同。则只要其中一个监测项目启动了检查零点任务，其他监测项目也实际上同时被启动了检查零点任务，那么，各监测项目的数据就必须被赋给检查零点进行中的标识(PZ)。
又如如果在空气自动监测站点用于配制标准气的是含有SO2、NO、CO多种标准物的混合钢瓶气，按照同样稀释比所配制的标准又分别符合SO2、NO、CO污染物监测项目检查(或校准)跨度的浓度要求，并在特定供气方式下能够同时输送给这些监测项目所涉及的仪器设备。则可将这些监测项目的检查(或校准)跨度的任务，设置为采用同一供气方式，并取相同的时间流程。那么只要其中某监测项目启动了检查(或校准)跨度任务，其他监测项目实际上也同时被启动了检查(或校准)跨度任务，这些仪器设备提供的数据就必须赋给检查(或校准)跨度正在进行中的标识(PS(或CS))。
二、在自动监测系统中，计算机对仪器设备的操作行为非常有限，仅仅需要种类很少的命令——例如，发送字符串命令，接收字符串并提取所需内容的命令，数据处理命令等。为了能够设计出让计算机以数码方式测控仪器设备的通用软件，我们决定利用这种工程现象，设计编制一种专门用于编写命令语句的语言——我们定义为脚本语言。这种语言要实现由命令语句来告诉软件做什么、怎样做，因所使用仪器设备不同引起的各种监测项目的各种作业任务的操作差别，体现在命令语句中，而不是在软件程序中。从而软件只要能够根据监测项目的任务，解释、执行该任务的相关命令语句，就能够适用于现有的和将来更新换代的自动监测站点仪器设备——包括系统支援实验室。
有了脚本语言，我们可以把站点和系统支援实验室软件设计为在需要执行某个监测项目的某个任务(例如读取污染物浓度数据)时，先从记录有该监测项目所有可执行任务的命令集中——我们定义为监测项目脚本，查找到这个任务操作相关仪器设备和处理操作结果的系列命令语句；顺序解释一句，执行一句。由此也确定了，站点和系统支援实验室仪器设备的引用、移除、更改，对软件而言，就表现为使用这些仪器设备的监测项目的脚本的添加、删除、改编。
目前我们设计、使用的脚本语言包含以下约定规则和命令规则1、每一条命令都以“{”字符开始，以“}”字符结束。
2、所有命令都被软件按照编写的先后顺序逐条解释一条，执行一条。
3、命令以命令名称代码的字符串开头，接着是字符“”，然后是操作代码的字符串。命令代码说明命令的操作行为，操作代码提供执行命令所需要的参数内容。
4、操作代码的字符串可包含通用变量(2维数组)MyData(i，j)，i＝1 to 100，j＝1 to 100和库参数LibData(i)，i＝1 to 100。命令用到的库参数的数值，在命令编写时赋值。通用变量的数值由命令执行过程赋值。
5、通用变量只有一个下标时，则缺省默认j＝1。
6、操作代码字符串中可包含用″，HEX(n)，″表达的16进制代码，其中n为常规10进制数，命令执行时按照n的数值还原为操作代码字符串中的16进制数。
7、命令格式说明表达式中，Text(I)为用户填写的字符内容，n(I)和m(I)为用户填写的10进制数值，Table(I)为制表符，其余为命令固有字符和变量表达字符；其中I为0 to i的整数，可缺省默认为1。
命令(1)、{TypeText}为注解命令。提示下面将执行的命令(或者命令系列)，编写在Text中的注解内容。
(2)、{ErrText}为数据标识赋给命令。如果上一条命令执行不成功，将Text中的字符作为状态标识赋给当时数据。
(3)、{Delayn}为延时命令。n为10进制数。延时n毫秒后才继续执行后续的语句。
(4)、{SendText}为发送命令。发送Text中的所有字符。
(5)、接收并提取内容命令。本命令有两种方式，采用所谓“印模冲压”原理从字符串中截取所需内容。
方式1——{ReceiveText(i)；Text(i+1)；n(1)；text(i+2)；n(2)；Tabel(1)Text(1)Tabel(2)Text(2)Tabel(3)Text(3)Tabel(4)......Text(i-1)Tabel(i)}接收并提取内容命令。其中Text(i)为制表符字符，缺省默认为$；获取接收字符串时，Text(i+1)为接收字符串结束符，缺省默认为，Hex(13)，；n(1)为结束符获取次数，缺省默认为1；Text(i+2)为接收字符串左截取符，缺省默认为，Hex(10)，；n(2)为左截取符获取次数，缺省默认为1。从制表符Tabel(1)开始到Tabel(i)分隔出的各段字符串Text(1)到Text(i-1)，双数段字符串(如Text(2)Text(4)等等)必须为空；提取所需内容时，从Text(1)开始到最后一个单数段，按段在接收字符串中，以不重迭方式，逐一顺序查找定位；如果任何一次查找不到，则提取失败，作“模板套用不符”处理；如果全部查找定位符合，则将剔除被查找到字符串后剩下的各段字符，作为提取到的各段内容。
以下通过具体实例解释上述命令实例一命令语句{Receive；；；；；$so 2$$ppb$}{InforMyData(2)}接收内容so2 36.9ppb截取结果MyData(2，1)＝36.9实例二命令语句{Receive；；；；；$gflow actual$$target$$sccm$}{CorrectMyData(2，1)，1}接收内容gflow actual 56.09 target 56.21sccm截取结果MyData(2，1)＝56.09 MyData(2，2)＝56.21实例三命令语句{Receive$；，HEX(13)，；1；；；$@@@@$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$$；$}{InforMyData(2)}接收内容@@@@10.2；w；632.1；；0.065；D；1.325；；1632.0；；43.56；CS；6.34；；12.2；；7.321；；452.1；；83.2；；24.5；PS；截取结果MyData(2，1)＝10.2 MyData(2，2)＝w MyData(2，3)＝632.1MyData(2，4)＝ MyData(2，5)＝0.065 MyData(2，6)＝DMyData(2，7)＝1.325MyData(2，8)＝ MyData(2，9)＝1632.0MyData(2，10)＝MyData(2，11)＝43.56MyData(2，12)＝CS
MyData(2，13)＝6.34MyData(2，14)＝MyData(2，15)＝12.2MyData(2，16)＝MyData(2，17)＝7.321 MyData(2，18)＝MyData(2，19)＝452.1 MyData(2，20)＝MyData(2，21)＝83.2MyData(2，22)＝MyData(2，23)＝24.5MyData(2，24)＝PS方式2——{ReceiveText(i)；Text(i+1)；n(1)；text(i+2)；n(2)；Tabel(1)Text(1)Tabel(2)Text(2)Tabel(3)Text(3)Tabel(4)......Text(i-1)Tabel(i)}接收并提取内容命令。其中Text(i)为制表符字符，缺省默认为$；获取接收字符串时，Text(i+1)为接收字符串结束符，缺省默认为，Hex(13)，；n(1)为结束符获取次数，缺省默认为1；Text(i+2)为接收字符串左截取符，缺省默认为，Hex(10)，；n(2)为左截取符获取次数，缺省默认为1。从制表符Tabel(1)开始到Tabel(i)分隔出的各段字符串Text(1)到Text(i-1)，单数段字符串(如Text(1)Text(3)等等)必须为空；双数段字符串格式表达式为，n(1)，n(2)，(3)，其中n(1)为截取起点，n(2)为截取长度，n(3)——(缺省默认)为1以字符截取——为2以16进制字节截取——为3以2进制数位截取。提取所需内容时，从Text(2)开始到最后一个双数段，在接收字符串中，以不重迭方式，逐一顺序定位截取；如果任何一次不能定位起点或长度不足，则提取失败，作“模板套用不符”处理；如果全部符合，将依次截取的结果作为提取到的各段内容。
例如命令语句{Receive；，Hex(13)，；1；；；$$14，8，1$$30，2，1$$}{CorrectMyData(2，1)，A_F_4}接收内容～2001D000D01242B500003DE147AE28F9AD截取结果MyData(2，1)＝42B50000 MyData(2，2)＝28(6)、{InforMyData(i)}为保存信息命令。将最近一次用Receive命令接收、提取到的各段内容，存放到指定通用变量，并自动将各段内容按次序赋给该数组中各变量。
(7)、{CorrectMyData(i，j)，Text}为记录数据命令。将最近一次用Receive命令接收、提取到的第j段内容，经Text中算式计算后，存放到指定通用变量。其中Text为数字，则将第j段字符串作为数值与Text表达的数值相乘。Text缺省默认为数值1。
Text为not，则保持第j段内容原样。
Text为A_F_4，则将第j段内容作为4字节单精度浮点数的asc码字符串表达转换为10进制数。
Text为H_F_4，则将第j段内容作为4字节单精度浮点数的Hex码表达转换为10进制数。
Text为A_F_n_m，则将第j段内容作为n字节浮点数的asc码字符串表达转换为10进制数，小数点在第m位。
Text为H_F_n_m，则将第j段内容作为n字节浮点数的Hex码表达转换为10进制数，小数点在第m位。
Text为A_I_n_m，则将第j段内容作为n字节整型数的asc码字符串表达转换为10进制数，小数点在第m位。
Text为H_I_n_m，则将第j段内容作为n字节整型数的Hex码表达转换为10进制数，小数点在第m位。
Text为A_B_n_m，则将第j段内容作为n字节BCD数码(包含正负号)的asc码字符串表达转换为10进制数，小数点在第m位。
Text为H_B_n_m，则将第j段内容作为n字节BCD数码(包含正负号)的Hex码表达转换为10进制数，小数点在第m位。
(8)、{Let_kMyData(i，j)＝Text}为赋值命令。将Text赋给指定通用变量。
(9)、{FunctionMyData(i，j)＝MyData(i，j)_*/+-^_MyData(i，j)......}为数值运算命令。按照算式计算，，结果赋给指定变量。
(10)、{FormatMyData(i，j)，n(1).n(2)}为数位格式化命令。将变量中数值整理为指定填写格式。其中，n(1)为“多除少补”的固定整数位数，n(2)为“多除少补”的固定小数位数。
(11)、{Byte_ActionMyData(i，j)Tabl(1)n(1)，n(I+1)，Text(1)Table(2)......Table(i-1)n(i-1)，n(i+i-1)，Text(i-1)Table(i)}为位作用命令。将指定变量中数值——制表符和变量的数制相同于最近一次执行Receive命令——按照2进制代码，逐组判断对应数位n(I)是否为n(I+i)——0或1；如是则将使用本命令的监测项目的数据赋给Text(I)标识符，否则，清除该监测项目数据的Text(I)标识符。
(12)、{Str_ActionMyData(i，j)tABEL(1)n(1)，(1)，Text(1)，Text(i+1)Tabel(2)......tabel(i-1)n(i-1)，Text(i-1)，Text(i+i-1)Tabel(i)}为字符作用命令。将指定变量中数值——制表符和变量的数制相同于最近一次执行Receive命令——逐组判断第n(I)个字符起是否为字符串Text(I)，如是则将使用本命令的监测项目的数据赋给Text(I+i)标识符，否则，清除该监测项目数据的Text(I)标识符。
(13)、{HopeMyData(i，j)＝Text}为期待命令。以最近一次执行命令对指定变量的赋值，如果其内容为Text，判断为先前命令执行成功，否则赋给使用本命令的监测项目的数据“与期望不符”的标识(Dt)，如果正在进行该监测项目的检查、校准类任务，则直接赋给相关任务执行不合格标识。
虽然这些命令数量很少，但却足以让我们编写出所用仪器设备品种、型号不同的各种监测项目脚本语言。
三、在任何环境污染物自动监测系统中，对于任何一个监测项目，监测数据质量保证和质量控制标准规范所要求的作业任务总是有限的，我们综合分析了现代测控工程和国内外具前瞻性的自动监测标准规范，设计出足够支持任何监测项目的两个任务集1、为监测项目提供监测数据的，我们分类为“分析仪器”的任务集，如下读取监测数据 检查跨度C5读取报警信息 检查零点漂移读取诊断信息 检查跨度漂移校准零点 检查跨度重现性校准跨度 检查多点跨度4点检查零点 检查精度 检查跨度 检查多点跨度10点检查跨度1 比对标准气源2路 比对标准气源3路 比对标准气源4路检查跨度10 校准日期时间检查跨度A5 读取设置信息检查跨度B5 切换量程2、为监测项目提供检查、校准用标准物的，我们分类为“校准仪器”的任务集，如下标准物浓度 诊断信息报警信息 待机方式
A通道手动方式B通道自动方式1A通道手动方式1 B通道自动方式10A通道手动方式10 A通道手动方式A5 A通道自动方式0 A通道自动方式1 H通道手动方式 H通道手动方式1A通道自动方式10 B通道手动方式H通道手动方式10B通道手动方式1 H通道手动方式H5 H通道自动方式0 H通道自动方式1B通道手动方式10 B通道手动方式B5 B通道自动方式0 H通道自动方式10有了上述任务集，使自动监测系统计算机软件的设计、使用，实际上进步为脱离具体型号仪器设备的面向任务方式。软件的运行就是执行各监测项目，按照时序自动发生，或人机交互激发的任务——当然只会是上述任务集内包含的任务。
比如采集污染物实时监测数据的过程，可编程为按照设定的周期，对每个监测项目执行“读取监测数据”和“读取报警信息”任务，并统计、记录获取的数据和标识。
又比如，检查某个监测项目所使用仪器设备的跨度，可编程为执行该监测项目“检查跨度”任务，并按照在该“检查跨度”任务所设定的流程，使指定的校准仪器执行指定的任务(例如“A通道自动方式1”)，持续指定的时间，然后执行“待机方式”停止标准物输送，再等待指定的时间以恢复实际样品供给，任务结束。自然这期间该监测项目的数据被赋给检查跨度进行中的标识(PS)。
在上述任务集里罗列出来的各条任务，彼此之间存在十分有趣，且十分有用的关系。这些关系，是在我们使用那些被称之为仪器设备的东西，建造自动监测站点和系统支援实验室的时候“与生具来”的，这些任务是具有行为进化级别的。高级别的任务会最后被解释、分解为若干最小的，不能再分的，直接操作仪器设备的任务。这种最小的、不可再分的任务我们定义为元任务，例如，那些需要向监测项目所使用仪器设备读取、写入代码的任务。上一个级别，是那些同时包含有对校准仪器类仪器设备进行操作的任务，如检查、校准监测项目所用仪器设备的零点、跨度之类的任务，它们除了操作分析仪器类仪器设备的任务，还包含了操作校准仪器类仪器设备输送标准物的任务，我们定义为简单任务。最高级别，是那些直接由简单任务，甚至元任务排队组成的任务，我们定义为组合任务，例如，比对标准物浓度，检查多点跨度等任务，它们是由检查零点和检查(各级)跨度任务串成的队列。
这种行为进化方法提醒我们，只要能够让各监测项目所涉及的仪器设备执行元任务，那么利用任务的进化机制，肯定可以做到完全由计算机来操作仪器设备，完成复杂的任务——而且任务中脚本语言命令的编写仅仅对元任务就足够了。
当然，不是所有自动监测站点和系统支援实验室的，每一个污染物或者背景参数的监测项目都有机会用到上述任务集中的每一条任务。这要看监测项目所使用的仪器设备集成。目前的特点是，使用新设计制造的仪器设备能够承担相对更多的任务——更有利于实施高水平的监测数据质量保证和质量控制；污染物监测项目需要承担比背景参数项目更多的任务。因此。对于每个自动监测站点和系统支援实验室，每个监测项目都会有自己的一系列可执行任务，我们把这些可执行任务都记录在监测项目脚本中。
在监测项目脚本中，每一个可执行任务的记录，除了包含用脚本语言编写的命令，还必须包含各种说明和设置，以能够被计算机软件程序正确执行。
目前我们设计使用的可执行任务记录形式，包含以下分段内容1、类型——默认填写字符A，表示本条记录为可执行任务。
2、任务——任务名称。
3、脚本——监测项目脚本名。
4、标准——与仪器设备通讯的接口标准。
5、端口——与仪器设备通讯的计算机硬件。
6、格式——与仪器设备通讯的编码格式。
7、波特率——与仪器设备串行通讯时的速率。
8、量程——监测数据的数值范围。
9、项目——监测项目在本站点(或系统支援实验室)的名称。
10、校准源——所用校准仪器脚本名。
11、源方式——所用校准仪器任务名。
12、持续，校准值，恢复——填写标准物供给时间，标准物浓度值，等待恢复到真实样品供给时间。
13、命令——用脚本语言编写的命令系列。
14、关联——执行本任务时关联的监测项目的脚本名(被关联的项目的数据在本任务执行期间被赋给等待标识)。
15、库参数——执行本任务时设定的各库参数变量的数值。
16、源任务——本任务要求顺序执行的任务串。
注任务不需要涉及的分段的内容应为空(不填写内容)。
监测项目可执行任务的脚本记录的编写，需要一个能够提供填写所有分段内容的专用编辑器。我们为此设计了一个样式如附图8的脚本编辑器。其中主要功能区说明如下1、分类——用于选定项目属于分析仪器类，还是校准仪器类。
2、仪器——用于列出、添加、删除、选定分类中的项目脚本。
3、“任务”——列出、选定本分类任务集中的各条任务。
4、标准——.列出、选定计算机通讯标准(协议)。
5、端口——列出、选定计算机通讯端口。
6、格式——列出、选定通讯代码串格式。
7、波特率——列出、选定串行通讯速率。
8、量程——列出、添加、删除、选定监测数据的数值范围。
9、项目——显示、填写项目名。污染物用分子(基团)国标名，背景参数用国标量名。
10、校准源——列出、选定校准仪器脚本。
11、源方式——列出、选定校准仪器任务。
12、持续，校准值，恢复——现时、填写关于标准物供给时间，标准物浓度，等待恢复样品供给时间。
13、脚本语句——显示、填写用脚本语言编写的命令。
14、关联——列出、引进、脱离在执行本任务时关联的项目脚本。
15、库参数——显示、填写、计算库参数变量的数值。
16、源任务——列出、添加、清除本任务包含的任务串。
17、按钮——把编辑结果保存为脚本中的可执行任务记录。测试当前选定任务是否可正确执行。把当前选定任务“追加”到等待软件执行的任务队列中，等等。
至此，只要自动监测站点和系统支援实验室计算机软件程序有能力，在需要执行某个监测项目的某个任务时，从相关脚本中查找到该任务的记录，然后按照任务记录中的命令和条件，对相关仪器设备进行测控。那么，我们就不再需要为不同的仪器设备集成设计不同的计算机软件，也不需要系统中心管理人员去熟悉系统中五花八门的仪器设备集成。
四、在自动监测系统中，我们设计的任务集中的任务，被启用的频率和原因很不一样。从自动监测站点和系统支援实验室承担这些任务的特点，可将它们划分为实时任务、例行任务和调控任务。
实时任务，是那些计算机程序定时自动执行——根本不理会其他任务是否正在进行——的任务。对于一个污染物监测项目，无论是在进行真实样品监测，还是在进行各种指标的检查、校准，采集、记录的都是关于浓度的数据，和当时的数据标识。所以象“读取数据”和“读取报警信息”之类属于数据采集方面的任务，总是被作为实时任务。
例行任务，是那些由数据质量保证和质量控制体系要求定期进行，以考查数据质量和维护水平的任务。例行任务可以通过管理方计算机，或授权办公计算机，或站点计算机进行制定，如图5所示为通过授权办公计算机执行的例行任务检查时的操作界面，图6所示为通过站点计算机进行例行任务的编排工作时的操作界面。此类任务周期性极强，可简单地定制为一系列与具体日历无关的周期每日，每隔日，每周，每隔周，每月，每隔月、每季，每半年，每年，等等。因而我们推行了一种超乎传统的，与日期无关的例行任务机制。其规则如下——每隔日任务在单周的星期一、三、五和双周的星期日、二、四、六进行。以1970年1月1日为单周起计算。
——每周任务在星期一进行。
——每隔周任务在单周的星期一进行。
——每月任务在每月第1日进行。
——每隔月任务在单月第1日进行。
——每季任务在每季第1日进行——每隔季(半年)任务在每单季第1日进行——每年任务在每年第1日进行。
——任务时效优先级(由高到低)为年、季、月、周、日；如果某日同时有不止一种例行任务符合进行的条件，则仅仅进行时效级别最高的例行任务。
该例行任务通过如下步骤实现(1)使用脚本语言编辑、记录任务指令，使站点计算机能够调用、解释、执行这些任务指令记录；(2)在站点计算机内设置例行任务，定期自动完成监测数据质量保证、质量控制要求的检查、校验仪器设备性能的测控操作；(3)站点计算机定期执行上述例行任务，将监测仪器设备获得的有关数据记录发送回管理方计算机。
调控任务，是那些由监测系统管理人员随时地，在站点计算机(包括系统支援实验室计算机)本地启动执行的，或者在授权办公计算机和管理方计算机远程遥控启动执行的任务。这种需要来自仪器设备维护维修、性能诊断，数据质量保证与控制的成效审核，以及新装备、新技术研究等工作。
五、为了能够方便地，特别是在管理方授权办公计算机上，按照系统管理需要，对自动监测站点和系统支援实验室进行远程遥控，启动执行相关的任务。我们利用所设计的，具有面向任务特色的自动监测站点计算机软件，和强化系统通用性的技术、方法，建立了一种独特、非常简捷的站点远程遥控流程。
在我们设计的管理方办公计算机软件中，设计有一个“任务远程遥控”的用户界面，见附图2——任务远程遥控界面。在选定自动监测站点、监测项目、任务和调用方式(如“添加队列”)后，把足够让站点计算机软件程序从指定脚本中找到指定任务并按照调用方式启动的信息，上传给指定的数据库服务器。由该服务器软件程序利用其与被控站点之间的，为瞬时监测数据传输建立的通讯通道，把这些信息转发下去。在此过程中，可以通过用户界面上该站点最近10分钟的各监测项目瞬时数据，观察任务被启动执行的效果。该远程遥控通过如下步骤实现(1)使用脚本语言编辑、记录任务指令，使站点计算机能够调用、解释、执行这些任务指令记录；(2)通过管理方计算机或授权办公计算机发送任务指令至站点计算机；(3)站点计算机接收上述任务指令，并按照任务指令用脚本语言编写的记录，将相应形式的测控信号发送至相关监测仪器设备；(4)监测仪器设备响应上述测控信号，将其获得的有关数据发送回站点计算机；(5)站点计算机将上述数据发送回管理方计算机。
六、为了以最小的程序和通讯负荷，以自动补救方式，保证需要永久记录的数据，全部完整地从自动监测站点，最及时地汇集到指定的管理方计算机数据库服务器。我们根据网络环境，和数据库服务端软件的可靠性测试结果，设计了一种我们定义为“向上备份”的数据传输方式。主体规则如下——自动监测站点和系统支援实验室计算机软件，必须保证每次仅向数据库服务器发送一条监测数据记录，而每次发送之间的时间间隔，必须大于或等于5秒。
——数据库服务器软件对接收到的，需要永久保存的每一条监测数据记录，必须向提供记录的站点发送(回报)记录的原文，作为“回条”。
——自动监测站点和系统支援实验室计算机软件，必须对还没有接收到数据库服务器“回条”的，需要永久保存的监测数据记录，进行动态优先级排队，在保证同一条记录两次发送(补发)之间的时间间隔大于或等于5分钟，和保证两次发送之间的时间间隔大于或等于5秒的前提下，发送最新需要补充发送的记录。
如图7所示为站点计算机进行数据、标识采集时的显示界面，站点计算机将其采集获得的数据、标识生成本地数据库记录，并按照向上备份规则向管理方计算机上传这些记录，管理方计算机接收到由站点计算机传送来的数据记录并将其保存在数据库服务器内。通过授权办公计算机可以浏览检查数据库服务器中的数据记录，和分析判别数据质量保证、控制成效。如图3所示为授权办公计算机检查各站点数据接收情况的显示界面，通过授权办公计算机上的软件程序可以将接收到的数据记录绘制成数学图表，更加直观的显示出环境监测数据的变化情况，如图4所示为授权办公计算机进行数据检查时的显示界面。
以上所述“向上备份”的解决方案，特别适用于国内的网络环境，并显著地降低了数据库服务器的处理量。与国内规模近似的系统比较，本系统的数据库服务器中各站点监测数据记录的完整性、及时性大为提高。开创了研建大型、通用自动监测系统的新思路和技术路线。
综上所述，本发明实现了一种适用于多种仪器设备、多专题(空气、水、污染源等)和大范围(跨区域)的通用型环境污染物自动监测系统及监测方法，为实现科学地监控和解决环境污染问题，提供全面、完备、详细的监测数据。
权利要求
1.一种环境污染物的自动监测系统，基于TCP/IP以太网的有线或无线通讯环境，包括作为网络服务器的管理方计算机、授权办公计算机、站点计算机、以及与站点计算机连接的监测仪器设备，其特征在于所述管理方计算机内设置有作为数据库服务器，和用来接收、处理站点计算机上传的监测数据记录，以及用来向站点计算机转发任务指令的服务器端软件程序；所述授权办公计算机内设置有浏览检查数据库服务器中的数据记录，和分析判别数据质量保证、控制成效，以及向管理方计算机提交需要向站点计算机发送的任务指令的软件程序；所述站点计算机内设置有进行采集各监测项目的数据、标识，并生成本地数据库记录和按照向上备份规则向管理方计算机上传这些记录，以及按照所接收到的任务指令或例行任务预订编排、或手动调用任务测控仪器设备的软件程序；所述监测仪器设备用来向站点计算机提供所需要的污染物和背景参数的监测数据。
2.根据权利要求1所述环境污染物的自动监测系统，其特征在于，所述监测仪器设备至少包括用于监测空气、水、污染源，以及测量气象、水文、排放量的仪器设备。
3.一种环境污染物的自动监测方法，其特征在于，包括(a)面向任务的任务集——按照所有监测项目都必须涉及的数据采集、质量保证、质量控制任务需求设计出的所有这些任务的集合；(b)数据状态标识符号集——按照所有监测项目都必须涉及的数据采集、质量保证、质量控制任务需求设计出的描述监测数据状态的标识符号集合及其赋给原则；(c)脚本语言——按照任务集所涉及的仪器设备测控和测控结果处理的所有计算机操作需求设计出脚本语言的规则、命令、表达式及其记录形式，站点计算机包括支援实验室计算机对任何仪器设备测控和测控结果处理都必须根据用脚本语言编写的记录进行解释、执行；(d)例行任务方法——由数据质量保证和质量控制体系要求定期进行的，以考查数据质量和维护水平的任务；(e)远程遥控方法——按照任务集提供的进行监测数据质量保证和质量控制的任务，由授权办公计算机在选定站点、监测项目、任务和调用方式后，将足够的信息上传给数据库服务器，由服务器端的软件程序利用其与被控站点之间为监测数据传输建立的通讯通道将这些信息转发下去，站点计算机接收到这些信息后，从其拥有的用脚本语言编写的可执行任务记录中查找到该任务的记录，按照控制方要求的调用方式执行该任务，完成控制方要求的对相关仪器设备的测控；(f)向上备份方法——在每个自动监测站点，包括系统支援实验室，使用站点现场的本地计算机，频繁定时采集各种分析仪器和测量仪表提供的各污染物浓度和需要的背景参数，完整地记录下来，并通过指定的通讯设备与管理方计算机进行数据、信息交换，为其数据库服务器提供监测数据记录。
4.根据权利要求3所述环境污染物的自动监测方法，其特征在于，所述向上备份方法具体包括如下步骤(1)自动监测站点和系统支援实验室计算机的软件程序，保证每次仅向数据库服务器发送一条监测数据记录，而每次发送之间必须保持足够的时间间隔；(2)服务器端的软件程序对接收到的，需要永久保存的每一条监测数据记录，必须向提供记录的站点发送作为“回条”以表示收到该记录的信息；(3)站点计算机的软件程序，对发送后超过制定时间还没有接收到数据库服务器“回条”的需要永久保存的监测数据记录进行补发。
5.根据权利要求3所述环境污染物的自动监测方法，其特征在于，所述例行任务方法是按照以下规则制定和执行的周期性任务(1)与具体日历无关的周期定制——每日、每隔日、每周、每隔周、每月、每隔月、每季、每半年、每年；(2)具有时效优先级——年、季、月、周、日，如果某日同时有不止一种例行任务符合执行的条件，则仅仅执行时效级别最高的例行任务。
6.根据权利要求5所述环境污染物的自动监测方法，其特征在于，所述例行任务可以通过管理方计算机或授权办公计算机或站点计算机制定。
7.根据权利要求3或5所述环境污染物的自动监测方法，其特征在于，所述例行任务方法通过如下步骤实现(1)使用脚本语言编辑、记录任务指令，使站点计算机能够调用、解释、执行这些任务指令记录；(2)在站点计算机内设置例行任务，定期自动完成监测数据质量保证、质量控制要求的检查、校验仪器设备性能的测控操作；(3)站点计算机定期执行上述例行任务，将监测仪器设备获得的有关数据记录发送回管理方计算机。
8.根据权利要求3所述环境污染物的自动监测方法，其特征在于，所述远程遥控方法通过如下步骤实现(1)使用脚本语言编辑、记录任务指令，使站点计算机能够调用、解释、执行这些任务指令记录；(2)通过管理方计算机或授权办公计算机发送任务指令至站点计算机；(3)站点计算机接收上述任务指令，并按照任务指令用脚本语言编写的记录，将相应形式的测控信号发送至相关监测仪器设备；(4)监测仪器设备响应上述测控信号，将其获得的有关数据发送回站点计算机；(5)站点计算机将上述数据发送回管理方计算机。
全文摘要
本发明公开了一种环境污染物的自动监测系统及其监测方法，其监测系统基于TCP/IP以太网的有线或无线通讯环境，包括作为网络服务器的管理方计算机、授权办公计算机、站点计算机、以及与站点计算机连接的监测仪器设备；其监测方法通过以面向任务的任务集、数据状态标识符号集、脚本语言建立的例行任务方法、远程遥控方法和向上备份方法实现对环境污染物的远程自动监测，是一种适用于多种仪器设备、多专题和大范围的通用型环境污染物自动监测系统及方法，为实现科学地监控和解决环境污染问题，提供全面、完备、详细的监测数据。
文档编号G06F17/00GK1900719SQ200610036708
公开日2007年1月24日 申请日期2006年7月27日 优先权日2006年7月27日
发明者师建中, 向运荣, 周国强, 刘俊 申请人:广东省环境保护监测中心站