CN112798056A - 一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统 - Google Patents

一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统 Download PDF

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俞基安
王宝华
郭峰
吕春俊
张令
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王岩
崔俊荣
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Abstract

本发明涉及一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括监测管理单元、多业务网关、业务专网和物联网平台,其特征在于,所述监测管理单元,用于基于所述传感器采集环境数据;所述多业务网关,用于采集并治理来自监测管理单元的数据,以及完成不同类型网络之间的协议转换以将环境监测数据发送至所述物联网平台;所述业务专网,采用eLTE1.8GHz的无线通信网用于实现所述多业务网关与所述物联网平台之间的数据连接;所述物联网平台,用于为所述监测管理单元提供设备集成管控,并接收来自所述多业务网关的环境监测数据以为上层业务应用提供数据支撑。本发明利用eLTE1.8GHz的无线专网将环境监测数据接入物联网平台,可实现对环境的监测和对劳动者身体健康的综合保护。

Description

一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统
技术领域
本发明涉及一种环境监测系统,尤其涉及一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统。
背景技术
在电厂的运营和维护过程中,广泛分布着劳动者产生职业病危害因素。例如,在火力发电厂中,主要包括粉尘、噪声、有毒有害化学物质和高温四种。为了认真贯彻《中华人民共和国职业病防治法》,预防、控制和消除职业危害因素,防治职业病,保护员工的健康及其相关权益,加强单位职业健康管理工作,改善生产作业环境,落实职业健康防护措施,建设一套环境监测系统用于健康管理是十分必要的。
目前,我国的环境监测系统,以计算机技术和数据库技术为核心,管理大量环境监测信息和数据储存,通过加强对环境污染监测数据的处理,快速有效的对环境进行准确监测。
然而,现有的环境监测系统通常采用较为单一的网络结构,通过简单的数据链路进行数据传输,能够传输的业务种类有限,与物联网平台融合以实现对环境监测设备智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的能力较弱。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足,本发明的目的在于,提供一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统。该系统利用eLTE1.8GHz的无线专网将环境监测数据接入物联网平台中,能够较好的实现对环境的监测和对劳动者身体健康的综合保护。
本发明采用如下的技术方案。一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括监测管理单元、多业务网关、业务专网和物联网平台,其特征在于,监测管理单元,包括传感器和将传感器连接至多业务网关的串口服务器,用于基于传感器采集环境数据;多业务网关,与监测管理单元相连接,用于采集并治理来自监测管理单元的数据,以及完成不同类型网络之间的协议转换以将环境监测数据发送至物联网平台;业务专网,采用eLTE1.8GHz的无线通信网分别与多业务网关和物联网平台相连接,用于实现多业务网关与物联网平台之间的数据连接;物联网平台,与业务专网相连接,用于为监测管理单元提供设备集成管控,并接收来自多业务网关的环境监测数据以为上层业务应用提供数据支撑。
优选地,监测管理单元中的传感器为氢气传感器、噪声传感器、粉尘传感器、一氧化碳传感器、风速传感器、风向传感器、温湿度传感器中的一种或多种。
优选地,多业务网关包括数据采集模块、数据治理模块、监控管理模块、数据安全模块和协议转换模块。数据采集模块,用于采集设备数据;数据治理模块,用于对数据采集模块采集到的设备数据进行编码标准化、元数据管理、数据清洗转换和数据质量控制;监控管理模块,用于实现采集各级网络设备的数据时的权限配置、优先级划分,实现对采集过程的运行监控、异常告警;数据安全模块,用于对数据进行加密;协议转换模块,用于为发送数据对数据进行不同网络类型之间的协议转换。
优选地,数据采集模块分别与数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块相连接,并分别发送采集到的数据至数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块;数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块分别与协议转换模块相连接以将治理后的数据发送至协议转换模块;协议转换模块接收到来自数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块的数据并将数据发送至业务专网。
优选地,业务专网采用eLTE1.8GHz的无线通信网,可以支持数据以LTE TDD、WCDMA、TD-SCDMA、GSM、IEEE802.11ac的协议方式进行传输。
优选地,物联网平台包括容器模块、数据接入模块、存储计算模块、分析决策模块、监测预警模块。
优选地,容器模块,用于对数据库和相关组件进行编排管理,以实现系统内各个设备之间的通信与任务分配;数据接入模块,用于将系统通过业务专网发送的数据接入物联网平台;存储计算模块,用接收来自数据接入模块的数据并对数据进行存储和计算;分析决策模块,用于接收来自数据接入模块的数据并对数据进行统计分析以获得管理决策依据数据;监测预警模块,用于接收来自数据接入模块的数据并对数据进行监测,以及在监测到异常数据或故障时发出数据警报。
优选地,物联网平台还与一个或多个上层业务应用相连接,用于将接收到的来自多业务网关的环境监测数据发送给一个或多个上层业务应用,以实现上层业务应用的功能。
优选地,上层业务应用的功能包括可视化、报警、报表、决策。
本发明的有益效果在于,与现有技术相比,基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统采用先进的物联网技术,整合多种环境监测传感器,借助全场覆盖的无线专网,以实现嵌入式数据采集和网络通信;通过物联网平台以及接入物联网平台的上层业务应用实现大数据分析,为与环境监测相关的电厂决策提供数据支撑,为劳动者生产过程提供安全保障。
本发明的有益效果还包括:
1、本系统融合智慧环境监测中的空气环境采集及传感设备,能够实现对环境的集中监测、统一管理与调度。因而,能够从源头预防、控制、减少和控制职业病危害因素的危害,为企业环境安全进行高效、精准管理,为科学决策提供了重要保证;通过现场直观的显示控制平台提醒相关劳动者在生产过程中加强防护措施,通过技防加人防的先进的管理模式,减少生产过程当中的粉尘、噪声、有毒有害化学物质和高温的危害,保障生产劳动者的身体健康;
2、本系统将相关采集的传感器系统集成到一套监控系统中,并预留对上层电厂综合管理系统平台的接口,采用模块化的设计,便于系统的维护和扩展,并能够保证某一监测设备出现故障时其它设备不受影响。
附图说明
图1为本发明基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统的网络结构示意图;
图2为本发明基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统中监测管理单元的结构示意图;
图3为本发明基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统中多业务网关的结构示意图;
图4为本发明基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统中物联网平台的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本申请的保护范围。
图1为本发明基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统的网络结构示意图。如图1所示,一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统100,包括监测管理单元101、多业务网关102、业务专网103和物联网平台104,其中,
监测管理单元101,包括传感器和将传感器连接至多业务网关102的串口服务器,用于基于传感器采集环境数据。
优选的,监测管理单元101中的传感器为氢气传感器、噪声传感器、粉尘传感器、一氧化碳传感器、风速传感器、风向传感器、温湿度传感器中的一种或多种。各类传感器可以根据电厂中现场的具体环境进行选择性的安装。例如,在火力发电厂的运营和维护过程中,环境中对劳动者易造成职业病危害的因素主要包括粉尘、噪声、高温等,因此在火力发电厂中即可根据现场状况选择安装较多的粉尘传感器、噪声传感器和温度传感器等,以此方法监控电厂中的环境是否安全、以及是否能够充分保障劳动者的身体健康。
具体的,图2为本发明基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统中监测管理单元的结构示意图。如图2所示,各个传感器与多业务网关102的串口服务器直接相连接,共同组成了系统中的采集部分,以便于串口服务器采集来自各个传感器中的环境数据。该环境数据具体是指各种传感器直接采集到的数据。
本发明一实施例中,使用高稳定性、具备本地数据处理的串口服务器,以保证环境监测系统的稳定运行。该串口服务器可以采用成熟的设备,具备较高的稳定性,能够保证系统在7*24*365(即每天24小时、每周7天、每年365天)中不间断地连续工作,且其平均无故障时间(MTBF,Mean Time Between Failure)大于20万小时、平均修复时间(MTTR,Mean Timeto Repair)小于2小时。
本发明又一实施例中,环境监测系统能够支持的总数据点数不小于300,000个AI/AO/DI/DO监测点。其中,AI(Analog Input)为模拟量输入,AO(Analog Output)为模拟量输出,DI(Digital Input)为数字量输入,DO(Digital Output)为数字量输出。可以理解的,环境监测系统中多业务网关102的串口服务器可以支持不少于300,000个各类传感器的连接。
本发明又一实施例中,监测管理单元101中的各种传感器可以具有特定的监测指标,以满足环境监测系统准确性的要求。各种传感器的监测指标如表1.1-1.7所示。
表1.1 监测管理单元101中氢气传感器的监测指标
表1.2 监测管理单元101中噪声传感器的监测指标
表1.3 监测管理单元101中粉尘传感器的监测指标
表1.4 监测管理单元101中一氧化碳传感器的监测指标
表1.5 监测管理单元101中风速传感器的监测指标
表1.6 监测管理单元101中风向传感器的监测指标
表1.7 监测管理单元101中温湿度传感器的监测指标
本发明又一实施例中,监测管理单元101中的串口服务器也可以具有特定的传输指标,以满足对各类传感器接入和数据传输的要求。串口服务器的传输指标如表1.8所示。
表1.8 监测管理单元101中串口服务器的传输指标
本发明中,基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统还包括多业务网关102,多业务网关102与监测管理单元101相连接,用于采集并治理来自监测管理单元101的数据,以及完成不同类型网络之间的协议转换以将环境监测数据发送至物联网平台104。
具体的,多业务网关102可以实现无线传感网络、传统通信网络、以及其他不同类型的网络之间的网络协议的转换,从而实现局域网和广域网中数据的互联互通。
本发明一实施例中,多业务网关102与串口服务器连接,将串口服务器采集到的环境数据经过治理后发送到eLTE1.8GHz具有电力业务专网频率的无线通信网络中用于传输。
优选的,多业务网关102包括数据采集模块、数据治理模块、监控管理模块、数据安全模块和协议转换模块。
优选的,数据采集模块,用于采集设备数据,即来自于串口服务器中的各个传感器采集到的环境数据。数据治理模块,用于对数据采集模块采集到的设备数据进行编码标准化、元数据管理、数据清洗转换和数据质量控制,通过数据治理的过程,数据采集模块采集到的数据可以被统一格式、统一管理、并被加工为可以发送至物联网平台104中可识别的数据。监控管理模块,用于实现采集各级网络设备的数据时的权限配置、优先级划分,实现对采集过程的运行监控、异常告警。数据安全模块,用于对数据进行加密。协议转换模块,用于为发送数据对数据进行不同网络类型之间的协议转换,经过协议转换后的数据即为环境监测数据,其区别于监测管理单元101采集的环境数据,是经过数据治理后可被物联网平台104应用的数据。
优选的,图3为本发明基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统中多业务网关的结构示意图。如图3所示,多业务网关102中各个模块的连接方式如下:数据采集模块分别与数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块相连接,并分别发送采集到的数据至数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块;数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块分别与协议转换模块相连接以将治理后的数据发送至协议转换模块;协议转换模块接收到来自数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块的数据并将数据发送至业务专网。
本发明中,基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统还包括业务专网103,其中,业务专网103采用eLTE1.8GHz的无线通信网分别与多业务网关102和物联网平台104相连接,用于实现多业务网关102与物联网平台104之间的数据连接。
优选的,业务专网103采用eLTE1.8GHz的在电力业务专网103频率上的无线通信网,可以支持数据以LTE TDD、WCDMA、TD-SCDMA、GSM、IEEE802.11ac等多种不同的协议方式进行传输。
具体的,本发明中的业务专网103能够能够支持的标准协议和频段信息如下:LTETDD:1.8GHz(B59/62);LTE FDD:B1/3/8;LTE FDD:B38/39/40/41;WCDMA:B1/8;TD-SCDMA:B34/39;GSM:900/1800MHz;能够兼容IEEE 802.11a/b/g/n的IEEE 802.11ac。同时本发明中的业务专网103可以选用5G/2.4G的Wi-Fi信号对电厂进行无线信号的覆盖,其最高能够支持866Mbps的带宽。
另外,本发明中的业务专网103能够支持RS232、RS485、RS422、TCP/IP、SNMP、OPC、DDE、MODBUS、ASCII、LONKWORKS、BACNET、C-BUS等多种标准化协议和接口,以用于快速方便的将各监控对象集成到系统中。
本发明中的业务专网103能够为发电企业提供高质量的网络覆盖以覆盖全部电厂,并且具有鉴权、用户身份保密、用户身份识别、NAS信令加密与完整性保护等功能。具体的,业务专网103具备完善的安全防范措施,能够对所有的操作人员按其工作性质的不同而分配不同的权限。另外,业务专网还具有完善的密码管理功能,能够有效的保证系统及数据的安全。
值得注意的是,本发明中的业务专网103能够支持多种数据的传输,其具备较强的集群能力、视频能力、语音能力、数据能力、短消息等能力,能够改变传统无线网络AC+AP的模式(WLAN系统中的接入控制器Access Point Controller+无线接入点Access Point的模式),并且能够满足发电企业在监控数据采集、关键数据传送、视频语音通话、应急通信指挥等方面较高的业务需求。其中,语音能力能够实现现场人员和后端指挥人员的双向通话。视频能力为系统提供人员和设备的实时监控。数据能力包括将实时位置、采集到的近电警告、低电量检测、环境信息和人员紧急报警等信息传回系统。
本发明中,基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统还包括物联网平台104,物联网平台104可以与业务专网103相连接,用于为监测管理单元101提供设备集成管控,并接收来自多业务网关102的环境监测数据以为上层业务应用提供数据支撑。
具体的,物联网平台104作为系统中的监测中心,不仅能够收集管理电厂内所有区域中的监测数据,而且能够实时的向电厂内的工作人员或设备发布报警信息。
优选的,图4为本发明基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统中物联网平台的结构示意图。如图4所示,物联网平台104还包括容器模块、数据接入模块、存储计算模块、分析决策模块、监测预警模块。
优选的,容器模块,用于对数据库和相关组件进行编排管理,以实现系统内各个设备之间的通信与任务分配;数据接入模块,用于将系统通过业务专网103发送的数据接入物联网平台104;存储计算模块,用接收来自数据接入模块的数据并对数据进行存储和计算;分析决策模块,用于接收来自数据接入模块的数据并对数据进行统计分析以获得管理决策依据数据;监测预警模块,用于接收来自数据接入模块的数据并对数据进行监测,以及在监测到异常数据或故障时发出数据警报。
值得注意的是,系统中的监测预警模块能够自动检测各传感器的故障以及各智能设备与各传感器之间、监控预警模块之间的通讯是否正常,一旦系统中出现了通讯故障(包括系统本身的硬件故障),监测预警模块能在第一时间发出告警信息。当排除硬件及监测设备本身的故障时,监测预警模块还能够满足误报率小于0.1%的要求。
优选的,物联网平台104还与一个或多个上层业务应用相连接,用于将接收到的来自多业务网关102的环境监测数据发送给一个或多个上层业务应用,以实现上层业务应用的功能。该环境监测数据包括无线网平台通过多业务网关102实时采集和监控到的所有信息。优选的,上层业务应用的功能具体还可包括可视化、报警、报表、决策等。
值得注意的是,物联网平台104具备数据处理能力、应用支撑能力、生态开放能力、设备管理能力、安全报故障能力、架构适应能力。上层业务应用具体还包括UWB定位、无线设备、档案馆系统、热网监控、水务、环境监测、用电监测等。
本发明的有益效果在于,与现有技术相比,基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统采用先进的物联网技术,整合多种环境监测传感器,借助全场覆盖的无线专网,以实现嵌入式数据采集和网络通信;通过物联网平台以及接入物联网平台的上层业务应用实现大数据分析,为与环境监测相关的电厂决策提供数据支撑,为劳动者生产过程提供安全保障。
本发明的有益效果还包括:
1、本系统融合智慧环境监测中的空气环境采集及传感设备,能够实现对环境的集中监测、统一管理与调度。因而,能够从源头预防、控制、减少和控制职业病危害因素的危害,为企业环境安全进行高效、精准管理,为科学决策提供了重要保证;通过现场直观的显示控制平台提醒相关劳动者在生产过程中加强防护措施,通过技防加人防的先进的管理模式,减少生产过程当中的粉尘、噪声、有毒有害化学物质和高温的危害,保障生产劳动者的身体健康。
2、本系统将相关采集的传感器系统集成到一套监控系统中,并预留对上层电厂综合管理系统平台的接口,采用模块化的设计,便于系统的维护和扩展,并能够保证某一监测设备出现故障时其它设备不受影响。
上述融合物联网技术的智慧环境监测空气环境采集及传感设备,进行集中监测,实现统一管理与调度。从源头预防、控制、减少和控制职业病危害因素的危害,为企业环境安全进行高效、精准管理,为科学决策提供了重要保证。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述,但是本领域技术人员应该理解,以上实施示例仅为本发明的优选实施方案,详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神,而并非对本发明保护范围的限制,相反,任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括监测管理单元、多业务网关、业务专网和物联网平台,其特征在于,
所述监测管理单元,包括传感器和将所述传感器连接至所述多业务网关的串口服务器,用于基于所述传感器采集环境数据;
所述多业务网关,与所述监测管理单元相连接,用于采集并治理来自监测管理单元的数据,以及完成不同类型网络之间的协议转换以将环境监测数据发送至所述物联网平台;
所述业务专网,采用eLTE1.8GHz的无线通信网分别与所述多业务网关和所述物联网平台相连接,用于实现所述多业务网关与所述物联网平台之间的数据连接;
所述物联网平台,与所述业务专网相连接,用于为所述监测管理单元提供设备集成管控,并接收来自所述多业务网关的环境监测数据以为上层业务应用提供数据支撑。
2.根据权利要求1所述的一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括监测管理单元,其特征在于,
所述监测管理单元中的所述传感器为氢气传感器、噪声传感器、粉尘传感器、一氧化碳传感器、风速传感器、风向传感器、温湿度传感器中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括多业务网关,其特征在于,
所述多业务网关包括数据采集模块、数据治理模块、监控管理模块、数据安全模块和协议转换模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括多业务网关,其特征在于,
所述数据采集模块,用于采集设备数据;
所述数据治理模块,用于对所述数据采集模块采集到的所述设备数据进行编码标准化、元数据管理、数据清洗转换和数据质量控制;
所述监控管理模块,用于实现采集各级网络设备的所述数据时的权限配置、优先级划分,实现对采集过程的运行监控、异常告警;
所述数据安全模块,用于对所述数据进行加密;
所述协议转换模块,用于为发送所述数据对所述数据进行不同网络类型之间的协议转换。
5.根据权利要求4所述的一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括多业务网关,其特征在于,
所述数据采集模块分别与所述数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块相连接,并分别发送采集到的所述数据至所述数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块;
所述数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块分别与所述协议转换模块相连接以将治理后的所述数据发送至协议转换模块;
所述协议转换模块接收到来自所述数据治理模块、监控管理模块和数据安全模块的数据并将所述数据发送至所述业务专网。
6.根据权利要求1所述的一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括业务专网,其特征在于,
所述业务专网采用eLTE1.8GHz的无线通信网,可以支持所述数据以LTE TDD、WCDMA、TD-SCDMA、GSM、IEEE802.11ac的协议方式进行传输。
7.根据权利要求1所述的一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括物联网平台,其特征在于,
所述物联网平台包括容器模块、数据接入模块、存储计算模块、分析决策模块、监测预警模块。
8.根据权利要求1所述的一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括物联网平台,其特征在于,
容器模块,用于对数据库和相关组件进行编排管理,以实现系统内各个设备之间的通信与任务分配;
数据接入模块,用于将系统通过业务专网发送的所述数据接入物联网平台;
存储计算模块,用接收来自所述数据接入模块的数据并对所述数据进行存储和计算;
分析决策模块,用于接收来自所述数据接入模块的数据并对所述数据进行统计分析以获得管理决策依据数据;
监测预警模块,用于接收来自所述数据接入模块的数据并对所述数据进行监测,以及在监测到异常数据或故障时发出数据警报。
9.根据权利要求8所述的一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括物联网平台,其特征在于,
所述物联网平台还与一个或多个上层业务应用相连接,用于将接收到的来自所述多业务网关的环境监测数据发送给所述一个或多个上层业务应用,以实现上层业务应用的功能。
10.根据权利要求9所述的一种基于eLTE1.8GHz无线专网的环境监测系统,包括物联网平台,其特征在于,
所述上层业务应用的功能包括可视化、报警、报表、决策。
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