CN109712382A - 一种环境监测数据采集传输系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种环境监测数据采集传输系统，该系统包括：终端接入单元，用于接收至少一个环境监测设备发送的实时监测数据，以及将实时监测数据发送给服务器，和/或将上位机的指令发送至所述环境监测设备；服务器，用于接收所述终端接入单元发送的实时监测数据，按照上位机对数据的要求进行数据处理和汇总统计并发送给上位机，和/或将上位机发送的指令发送至所述终端接入单元；其中，所述终端接入单元和所述服务器通过网络连接。根据本申请的技术方案，能够降低环保设备的在线监测系统的建设成本；本申请所采用的终端接入单元只承担数据接入和网络接入和最基本的数据协议转换功能，结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及数据传输领域，尤其涉及一种环境监测数据采集传输系统。
背景技术
在环保监测领域，按照我国环保行业标准《HJ/T 212污染物在线监控(监测)系统数据传输标准》和《HJ 477污染源在线自动监控(监测)数据采集传输仪技术要求》，当前的环保在线监测设备的数据采集传输方案如图1所示，监测环保设备的运行数据。根据该行业标准实施的技术方案，需要在每个监测点安装数据采集传输仪，每台数据采集传输仪的价格昂贵，并由于监测站点较多，所需数据采集传输仪的数量也会比较大，成本很高。
传统技术中，为了解决图1所示技术方案成本高昂的问题，主要通过对采集数据传输仪进行改进，使其具有更多的通道以及和使用更多的传输协议，从而使得一台采集数据传输仪可以对接多个相同或者不同型号的监测设备，在一定程度上降低环保数据监测的总成本。
上述的方案仍然需要依靠采集数据传输仪，这种数据采集传输仪同时承担数据接入、网络接入、数据处理的功能，需要是工控机级别的设备，软硬件成本和维护成本均很高，再加上数量需求很大，每个监测站点至少需要配备一台，更进一步提升了整个系统的建设成本；并且整个方案的扩展性受限于采集数据传输仪的通道及其支持的传输协议的限制，因而无法从根本上降监测环保数据的成本。
发明内容
有鉴于此，本申请提出了一种环境监测数据采集传输系统，以节约环保数据监测的成本。
根据本申请的一个方面，提出了一种环境监测数据采集传输系统，该系统包括：
终端接入单元，用于接收至少一个环境监测设备发送的实时监测数据，以及将实时监测数据发送给服务器，和/或将上位机的指令发送至所述环境监测设备；
服务器，用于接收所述终端接入单元发送的实时监测数据，按照上位机对数据的要求进行数据处理和汇总统计并发送给上位机，和/或将上位机发送的指令发送至所述终端接入单元；
其中，所述终端接入单元和所述服务器通过网络连接。
优选地，所述终端接入单元通过串口与所述环境监测设备连接，优选地所述串口为RS232接口或者RS485接口。
优选地，所述终端接入单元透传所述环境监测设备发送的数据和/或上位机的指令，或者根据预设的数据传输标准对所述环境监测设备发送的数据和/或上位机的指令进行处理后再进行传输。
优选地，所述终端接入单元包括缓存模块，用于缓存环境监测设备发送的数据，和/或上位机的指令。
优选地，所述终端接入单元还包括协议处理模块，用于根据协议映射文件实现所述环境监测设备所使用的协议与所述终端接入单元所使用的协议之间的转换，以将每个环境监测设备所发送的不同协议下的数据统一为终端接入单元所使用的协议下的数据。
优选地，所述终端接入单元还包括消息收发模块，用于从服务器接收消息或者向服务器发送消息。
优选地，所述服务器包括消息队列模块，用于缓存和处理服务器生成的消息和/或者所述终端接入单元发送的消息，
优选地，所述终端接入单元还用于以消息订阅方式从所述消息队列模块获取消息，
优选地，所述终端接入单元还用于按照消息主题向所述消息队列模块发送数据消息。
优选地，所述服务器还包括数据处理模块，用于根据消息主题从所述消息队列模块获取数据消息，并解析所述数据消息。
优选地，所述服务器还包括数据汇总模块，用于按照设定的汇总时间间隔、数据指标、统计值种类、超标阈值中的至少一者汇总数据。
优选地，所述服务器还包括系统设置模块，用于所述汇总时间间隔、数据指标、统计值种类、超标阈值中的至少一者。
根据本申请的技术方案，能够降低环境监测设备的数据采集传输系统的建设成本；本申请所采用的终端接入单元只承担数据接入和网络接入和最基本的数据协议转换功能，结构简单，成本低廉，复杂的数据统计和处理功能交由集中的一台服务器处理，且能够通过服务器以在线方式对终端接入单元进行维护，简单方便，能够节省维护工作量和成本；本申请的技术方案容易扩展，对于新的数据传输协议，只需要在终端接入单元配置协议映射文件，无需编程工作，就可接入新的监测设备。
本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：
图1为传统技术中环境监测数据采集传输的示意图；
图2为本申请提供的环境监测数据采集传输的示意图；
图3为本申请提供的服务器结构示意图；
图4为本申请提供的终端接入单元示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及各个实施方式中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。
为了克服传统技术的缺陷，本申请实施例提供了如图2所示的环境监测数据采集传输系统，省略了昂贵的采集数据传输仪，而通过服务器/客户端的系统架构来实现采集数据的传输。如图2所示，本申请实施例提供的环境监测数据采集传输系统包括终端接入单元和服务器。终端接入单元可以通过串口与监测设备通信，例如RS232或者RS485，可以将数据发送到服务器，上位机可以从服务器上对数据进行操作，或者由服务器直接将数据发送到上位机。
终端接入单元连接至少一个在线监测设备，例如环境监测设备，连接方式是RS232或RS485。RS232或RS485信号被转换为网络信号，经网络发送到服务器。终端接入单元可以具有透传模式和协议转换模式两种工作模式。
在终端接入单元收发的数据格式已经确定的情况下，可以在服务器上的协议包中实现监测设备数据格式和网络传输数据格式之间的转换。如果监测设备的种类众多，并且服务器并没有实现所有监测设备种类的协议解析功能，可以在终端接入单元中实现协议转换，将监测设备数据格式转换为网络传输数据格式。终端接入单元采用单片机实现。在进行协议转换时，上行数据和下行数据可以具有不同的格式，可以通过协议映射定义文件来实现终端接入单元和服务器之间数据传输。终端接入单元上的协议映射定义文件可以由工程师通过终端接入单元的接口直接写入，或者从服务器或者监控设备提供商网站下载，例如协议映射动态库。一般来说，服务器可以对终端接入单元进行配置。
透传模式比较简单，不做任何的协议处理，直接转发监测设备的数据给服务器。可选地，终端接入单元也可以具有若干通道，从而可以与若干监测设备通过串口连接。
终端接入单元可以包括缓存模块、协议处理模块以及消息收发模块，缓存模块用于缓存数据，用于防止数据传输失败，在传输成功之后可以删除缓存数据；协议处理模块用于实现协议转换，以将每个环境监测设备所发送的不同协议下的数据统一为终端接入单元所使用的协议下的数据；消息收发模块，用于通过消息传送的模式与服务器进行通信，例如通过订阅的方式接收服务器发送的消息，并且根据消息主题向服务器发送数据消息。
服务器可以包括消息队列模块、数据处理模块、存储模块、数据汇总模块、数据输出模块、以及系统设置模块。
消息队列模块，用于提供主题订阅方式的消息服务和消息队列服务。终端接入单元向消息队列模块中的特定主题发送数据消息，数据消息到达后缓存在消息队列中。消息队列模块具有缓存，将待收发的消息提供临时存储功能，当数据发送成功之后再将发送的数据删除，防止数据发送失败丢失数据。
数据处理单元，用于从消息队列取出消息进行处理，例如从消息队列取出数据包，读出包头的终端数据传输协议编号，根据此编号调用协议包中的协议实现程序解析数据包，并将数据存储到数据存储单元；协议包，用于实现终端设备的数据传输协议和数据中心的数据传输协议，供数据处理单元在收到消息后，按照终端接入单元数据包的包头参数，确定采用哪种终端接入单元的数据传输协议解析数据包。对于数据中心的数据传输协议，实现国家行业标准数据传输协议《污染源在线监控(监测)系统数据传输标准》(HJ/T212)规定的数据传输协议。可以使用协议开发接口开发扩充协议包中的协议；如果终端接入单元发送过来的数据是透传的数据，采用的数据传输协议是自定义的协议，可以使用协议开发接口进行自定义协议开发；如果数据中心上位机采用的数据传输协议是自定义的协议，也可以使用协议开发接口进行自定义协议开发；数据处理单元处理数据的逻辑来自协议包。数据处理单元使用协议包中的协议，对收到的消息进行格式化解析，分解出消息中的逻辑字段，之后还可以做一些数据的转换和处理操作，并最终将解析处理完成的数据保存进入存储模块。
存储模块，用于存储数据；存储模块可采用数据库技术，对数据处理模块处理完成的数据进行持久化存储，数据处理模块在将数据按照特定协议解析之后，存入存储模块中的数据库。存储模块可根据上位机要求存储最近一段时间的数据(可以是几个月、一年或两年或更长时间)。
系统设置模块，以图形化的界面设置设备的参数和数据汇总参数。设备参数包括设备编号和在线站点的信息；数据汇总参数用来统一规范或者汇总各类存储的数据。这些参数包括但不限于：汇总时间间隔(每多长时间展示一条实时数据)、汇总指标(可包括但不限于流量、COD、氨氮等)、汇总数据种类(可包括但不限于分钟数据、小时数据、天数据等)、统计值种类(可包括但不限于最大值、最小值、平均值等)、超标阈值(每个指标的超标阈值，当数据超出阈值时，认为测量数据超标，将触发超标告警)等。
数据汇总模块，用于将收到的数据按照设置的汇总参数执行汇总，数据汇总算法遵照相关国家或行业标准，包括《污染源在线监控(监测)系统数据传输标准》(HJ/T212)，也可以通过协议开发接口定义个性化的数据传输协议，按照上位机对数据的要求进行数据处理和汇总统计并发送给上位机。
数据汇总算法如下：
当汇总时间间隔到达时，查询数据存储单元中各个汇总指标的最新数据，生成该时刻的实时数据；
在实时数据中，按照每项汇总指标的值，与该项指标的超标阈值进行比较，超出超标阈值的数据被标记为超标，并出发超标告警；
根据汇总数据种类(分钟数据、小时数据、天数据等)的时间设置，当达到这些设置的时间点时，汇总该数据种类的数据。分钟数据统计指定的分钟时间段内的汇总实时数据，按照设定的统计值种类统计得到最大值、最小值、平均值等；小时数据统计指定的小时时间段内的汇总实时数据，按照设定的统计值种类执行统计得到最大值、最小值、平均值等；天数据统计指定的一天时间段内的汇总实时数据，按照设定的统计值种类执行统计得到最大值、最小值、平均值等；数据汇总模块生成数据存入存储模块，汇总数据初次存入时，数据记录被标记为“未发送”状态，当数据输出模块将汇总的数据记录发送给上位机后，对该数据记录做“已发送”标记。当数据输出模块与上位机的网络连接因意外而断开时，数据处理模块和存储模块继续接收并存储终端接入单元发送的数据，当网络连接重新恢复后，将自动发送数据存储单元中标记为“未发送”的数据记录到上位机，这样能够避免数据丢失和重复。需要说明的是，本申请实施例中的上位机包含数据中心中的设备。
相应地，本申请提供了终端接入单元，如图4所示，该终端接入单元包括：缓存模块、协议处理模块以及消息收发模块。缓存模块，用于缓存环境监测设备发送的数据，和/或上位机的指令。缓存模块用于缓存数据，用于防止数据传输失败，在传输成功之后可以删除缓存数据。协议处理模块，协议处理模块用于实现协议转换，例如根据协议映射文件实现所述环境监测设备所使用的协议与所述终端接入单元所使用的协议之间的转换；协议映射文件中可以包含上行消息映射定义和下行消息映射定义，从而可以实现上行和下行消息的协议变换；用户可以自己编写协议映射文件，然后复制到终端接入单元中；也可以通过在线更新的方式将协议映射文件下载到终端接入单元中，例如通过服务器提供的接口编写协议映射文件并下载终端接入单元；将协议映射文件通过消息服务发送到该终端接入单元对应的主题上；终端接入单元通过订阅消息服务主题的方式，获取协议映射文件。消息收发模块，用于从服务器接收消息或者向服务器发送消息，通过消息传送的模式与服务器进行通信，例如通过订阅的方式接收服务器发送的消息，并且根据消息主题向服务器发送数据消息；消息收发模块，可以透传环境监测设备发送的数据和/或上位机的指令，或者发送进行协议映射后的数据或指令。终端接入单元可以透传数据和/或指令，也可以进行协议转换后再传输数据和/或指令。优选地，消息收发模块以消息订阅方式从所述服务器获取消息，和/或按照消息主题向所述服务器发送数据消息。
本申请实施例中，网络可以为有线网络或者无线网络，有线网络可以为以太网，无线网可以为无线局域网、RoLA网络、蓝牙网络、3G/4G/5G网络以及NBIoT物联网络。
以上所述仅为本申请的较佳实施方式而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环境监测数据采集传输系统，其特征在于，该系统包括：
终端接入单元，用于接收至少一个环境监测设备发送的实时监测数据，以及将实时监测数据发送给服务器，和/或将上位机的指令发送至所述环境监测设备；
服务器，用于接收所述终端接入单元发送的实时监测数据，按照上位机对数据的要求进行数据处理和汇总统计并发送给上位机，和/或将上位机发送的指令发送至所述终端接入单元；
其中，所述终端接入单元和所述服务器通过网络连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述终端接入单元通过串口与所述环境监测设备连接，优选地所述串口为RS232接口或者RS485接口。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述终端接入单元透传所述环境监测设备发送的数据和/或上位机的指令，或者根据预设的数据传输标准对所述环境监测设备发送的数据和/或上位机的指令进行处理后再进行传输。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述终端接入单元包括缓存模块，用于缓存环境监测设备发送的数据，和/或上位机的指令。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述终端接入单元还包括协议处理模块，用于根据协议映射文件实现所述环境监测设备所使用的协议与所述终端接入单元所使用的协议之间的转换，以将每个环境监测设备所发送的不同协议下的数据统一为终端接入单元所使用的协议下的数据。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述终端接入单元还包括消息收发模块，用于从服务器接收消息或者向服务器发送消息。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述服务器包括消息队列模块，用于缓存和处理服务器生成的消息和/或者所述终端接入单元发送的消息，
优选地，所述终端接入单元还用于以消息订阅方式从所述消息队列模块获取消息，
优选地，所述终端接入单元还用于按照消息主题向所述消息队列模块发送数据消息。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述服务器还包括数据处理模块，用于根据消息主题从所述消息队列模块获取数据消息，并解析所述数据消息。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述服务器还包括数据汇总模块，用于按照设定的汇总时间间隔、数据指标、统计值种类、超标阈值中的至少一者汇总数据。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述服务器还包括系统设置模块，用于所述汇总时间间隔、数据指标、统计值种类、超标阈值中的至少一者。
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