北斗在环境监测中的应用探讨
2015-01-19张宁祝如文
张宁+祝如文
摘 要介绍了基于北斗数据传输的环境监测系统的建设方法和简单架构。详细示例介绍了各个区域等级的分系统以及各个平台的配置和具体作用。最后通过综合分析，说明了结合北斗的环境监测系统的优点和重要意义。
关键词：环境监测 北斗 数据传输
0引言
随着工业的发展，资源的过渡利用和污染的不合理大量排放，使世界的污染日益严重。如何有效地改善城市空气质量，如何贯彻城市的可持续发展战略，已成为当前各国政府及城市当局所关注的焦点问题[1]。
在我国，环境保护已经是一项基本国策。随着我国环境保护事业的发展，环境管理工作不断深化，信息化已成为提高环境管理与决策水平的重要技术基础。
同时，整个监测系统的数据传输平台因为无线通讯技术的迅猛发展而得到更广泛的应用，特别是基于卫星通信手段的数据传输，可以更快、更方便地进行系统前端设备的部署，节省投资并达到高效率的管理和高量的服务水平。并且，基于我国自主研制的北斗卫星导航系统的环境空气自动监测系统具有定位通信一体化、覆盖范围广、无通信盲区、安全保密性强等特点，是真实反映环境空气质量动态变化，实现环境空气质量日报、预报的重要技术手段，因此，作为北斗卫星导航系统的典型行业应用，北斗环境监测信息系统在各方需求基础上逐渐开展应用并全面发展起来[2]。
1 系统介绍
北斗卫星导航系统应用于环境监测信息化建设，可有效解决各种环境监测信息的数字化采集和传输问题，大幅度提高环境监测的工作效率。
北斗卫星导航系统优势在于短信服务和导航结合，增加了通信功能；全天候快速定位，极少的通信盲区，精度与GPS相当；在提供无源定位导航和授时等服务时，用户数量没有限制，且与GPS兼容；独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决“我在哪？”和“你在哪？”的问题，特别适合集团用户大范围监控与管理。
2系统总体架构
下面以省为单位来示例基于北斗的环境监测系统中的应用。根据需要，全省的环境监测平台应由省级环境监测中心和市级环境监测中心组成。
2.1 省级环境监测中心
系统配置：
1） 由大容量中心式指挥机和环境数据分析发布平台组成的环境数据接收指挥监控总系统
2） 装有机载北斗用户机和环境监测仪器的无人机3架
3） 装有车载北斗用户机和环境监测仪器的流动监测车20辆
总体功能：
1）数据收集分析上报下发功能
> 分析全省所有的固定监测站的实时数据信息和遥感监测数据信息
> 将数据定时和全国环境监测中心同步
> 将各市的环境情况分别做统计、排名然后下发到各个市里
2）流动监测功能
定期利用移动环境监测车或环境监测无人机对全省或部分地区的环境进行流动监测，将取得的数据和固定监测站的数据进行比较，从而确保系统的良好运转。
3）紧急情况处理功能
当遇到紧急情况，通过大容量中心式指挥机的指挥调度功能可以同时调动移动监测车和无人机监测平台到达紧急现场，确保最快速，有效地解决紧急情况。
2.2 市级环境监测中心：
系统配置：
1） 由北斗指挥型用户机和环境数据分析发布平台组成的环境数据接收分析监控系统
2） 装有车载北斗用户机和环境监测仪器的流动监测车10辆
3） 分布于市区和各县市以及重点污染企业周围的固定监测站
4） 机动车监控平台（能够监控渣土、大排量机动车的实时位置的系统）
总体功能：
1）数据收集分析上报下发功能
> 接收分析全市和各县所有的固定监测站的实时数据信息
> 定时将环境环境质量数据发布出去并直接下发到各个所辖县
> 将数据和省里下发的数据进行比较，并反馈到省环境监测中心
2）流动监测功能
定期利用移动环境监测车或环境监测无人机对全省或部分地区的环境进行流动监测，将取得的数据和固定监测站的数据进行比较，从而确保系统的良好运转。
3）紧急情况处理功能
当遇到紧急情况，通过指挥型用户机的指挥调度功能可以调动移动监测车到达紧急现场，确保最快速，有效地解决紧急情况。
4）机动车监控功能
通过对渣土运输车和大排量机动车安装北斗普通用户机，利用无线实时位置传输功能，在机动车监控平台上就能实时显示这些机动车的位置信息，即可以完全地防止渣土的乱扔乱卸，又能在极端气候时有效地禁止大排量机动车进入市区。
3分系统设计
3.1 环境监测站分系统
北斗卫星导航系统具有覆盖范围广、实时性强、全天候等特点，其特有的短报文数据通信功能，非常适合于小数据量信息传输。充分利用北斗卫星导航系统的该特性，构建基于北斗短报文通信的无人值守环境监测站点，可提高实时获取环境信息数据获取及传输的保障条件。
利用北斗卫星导航系统作为数据传输信道概括起来有以下优点：
1） 采用星基通信信道，可靠性高、覆盖范围广；
2） 北斗终端设备产品已非常成熟，成本较低；
3） 具有指挥型和基本型两种类型的终端产品，组网非常方便。
北斗无人值守监测系统是由信息中心和监测设备两部分组成的数据传输系统。监测设备作为终端数据采集平台，将信息采集设备或传感器采集到的各类数据通过北斗卫星发送到指定的信息中心。信息中心安装有北斗中心式指挥机，传输的数据通过指挥型用户机进行接收，并交付信息中心处理。北斗无人值守监测系统可应用于边海防无人值守站、高危区域军械设备的信息状态采集，气象、水文、海洋等观测和预警。endprint
主要功能：
1） 监测设备各类数据采集功能；
2） 监测设备数据传输功能；
3） 监测设备位置上报功能；
4） 信息中心对监测设备数据采集及传输的控制功能；
5） 信息中心数据接收、分析、存储等处理功能；
6） 信息中心预警功能。
3.2 省环境监控平台
省环境监测平台作为环境监测的总控制中心，要在全面掌握全省环境数据的基础上对数据进行综合性分析，从而制定出总体的环境治理方案，主要功能有
1） 分析全省所有的固定监测站的实时数据信息和遥感监测数据信息；
2） 地图显示所有固定监测点和移动监测站的实时位置；
3） 具有报警功能，当有区域的监测数据达到设置上限，则发出报警信息，并在地图上将报警区域表示出来；
4） 具有指挥调度功能，通过中心式指挥机能够准确的调度移动监测站和无人机监测平台。
3.3市环境监控平台
市级环境监测平台作为主要的环境监测实施中心，负责全市的环境治理工作，具有反映速度快，控制强度高的特点，其主要功能应该有
1） 分析全市各县所有的固定监测站的实时数据信息；
2） 地图显示所有固定监测点和移动监测站的实时位置；
3） 具有报警功能，当有区域的监测数据达到设置上限，则发出报警信息，并在地图上将报警区域表示出来；
4） 具有指挥调度功能，通过中心式指挥机能够准确的调度移动监测站。
4结束语
本文首先讨论了我国的污染现状和国家治理污染的决心和必要性，辅助性的介绍了我国自主研发的北斗定位导航系统，然后详细介绍了基于北斗系统的环境环境监测系统的方案示例，列出了各个系统分系统的功能和作用，相信随着北斗应用的逐渐成熟，基于北斗的环境监测系统定能广泛的应用于我国甚至国外的各个城市，从而有效地监测并治理日益严重的环境问题。
参考文献
[1] 任阵海，万本太，苏福庆等.当前我国环境环境质量的几个特征[J].环境科学研究，2004，17（1）：1-6.
[2] 范江.干早环境监测.[M].地质出版社，北京，2002.endprint