網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下廢水信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及信息整合研究

摘要：污水和廢水的排放會影響廠區(qū)和周邊環(huán)境。當前，廢水排放企業(yè)都增加了污染源自動化監(jiān)測系統(tǒng)，可以提升廢水、污水的自動化采集程度，但監(jiān)測設(shè)備的還存在一些問題。基于此，本文主要探究廢水、污水等信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和信息整合的關(guān)鍵技術(shù)與難點，分析了硬件和軟件設(shè)計，闡述了遠程管理服務(wù)器、客戶端等，以供參考。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；廢水；信息系統(tǒng)

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，水污染問題越來越嚴重。工業(yè)生產(chǎn)中污水、廢水的處理成本較高，有的企業(yè)為了獲得更高的利潤，降低生產(chǎn)成本，存在不按照無害化處理的要求處理、直排或偷排廢水的情況，污染了附近的地下水環(huán)境。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，可以采用自動化監(jiān)測和遠程管理系統(tǒng)，收集與整合信息數(shù)據(jù)，以此更好地監(jiān)測廢水、污水排放。

一、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下廢水信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和信息整合的關(guān)鍵技術(shù)和難點

工業(yè)生產(chǎn)過程中，環(huán)境問題日益嚴重。重金屬、有機致癌物等的排放直接影響某些村落，出現(xiàn)“癌癥村”等情況，危害人們的身體健康。環(huán)境污染和排污的治理問題已刻不容緩。環(huán)保部門在不斷加大力度，解決排污問題。但企業(yè)由于意識薄弱、重視程度低等因素，導(dǎo)致環(huán)境污染問題尚未得到有效解決。實際上，廢水污水處理設(shè)備存在較高的購入成本和維護成本，少數(shù)企業(yè)甚至考慮購入廉價、淘汰、不合格的設(shè)備應(yīng)付檢查。直排污染物、稀釋污水、掩藏排污點是曾經(jīng)使用的治污手段，依然威脅自然環(huán)境。不過，隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境日漸成熟，自動化水平逐步提升，定期檢測企業(yè)污水廢水排放已實現(xiàn)。

從信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和整合管理角度分析，可以設(shè)計一個系統(tǒng)的設(shè)計方案，幫助解決以上問題。從實際需求分析，監(jiān)測集中在監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、中端服務(wù)器、客戶端整合分析三部分。采集、轉(zhuǎn)運和整合是三個獨立又聯(lián)系的工作，可以通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境傳遞監(jiān)測到的數(shù)據(jù)。監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集是在現(xiàn)場實時監(jiān)測污染源，并按照一定的間隔記錄數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)連接到遠程中心服務(wù)器，當各項數(shù)據(jù)完成傳輸后進一步展開數(shù)據(jù)處理，并建立數(shù)據(jù)庫存儲各種數(shù)據(jù)。客戶端是在服務(wù)器基礎(chǔ)上實現(xiàn)查詢、操作、提取和管理等功能。

終端、服務(wù)器和客戶端屬于主要技術(shù)及難點。廢水、污水的信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和整合結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，分析關(guān)鍵技術(shù)有助于幫助改進技術(shù)難點。在終端開發(fā)上，在多通道上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸是重點，在不同設(shè)備下更好地解決數(shù)字通信傳輸兼容問題也是其中的重要技術(shù)難點。在遠程監(jiān)測、傳輸和管理工作中，還存在獲得更高效、更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸這一亟待突破的技術(shù)難點。中端服務(wù)器主要是管理信息：對下，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中遠程監(jiān)管廢水污水現(xiàn)場放置的監(jiān)測設(shè)備，完成數(shù)據(jù)的采集和傳輸；對上，需要與技術(shù)人員管理的客戶端進行溝通，存儲和傳輸各項監(jiān)測數(shù)據(jù)和維護數(shù)據(jù)。這就意味著，系統(tǒng)中需要建立大型的數(shù)據(jù)倉儲，數(shù)據(jù)設(shè)計和存儲是其中較大的技術(shù)難點。在客戶端上，要完成系統(tǒng)的管理、維護和監(jiān)測等功能，還要完成各項配置和連接測試，為用戶提供人性化、實用性更高的軟件也是需要重點把握的技術(shù)難點。

二、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下廢水信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集以及信息整合的硬件、軟件設(shè)計

（一）數(shù)據(jù)采集和信息整合需要硬件和軟件的搭配

數(shù)據(jù)采集和傳輸需要對現(xiàn)場污染源完成數(shù)據(jù)采集、遠程數(shù)據(jù)傳輸、人機交互等。硬件架構(gòu)和軟件設(shè)計是關(guān)鍵內(nèi)容，做好這兩方面內(nèi)容，可以提高數(shù)據(jù)采集和整合的質(zhì)量。主、副控制架構(gòu)的硬件管理可以滿足數(shù)據(jù)采集傳輸儀的需求，設(shè)備主控制的系統(tǒng)通信接口擴展的系統(tǒng)分別控制著設(shè)備和現(xiàn)場通信。其中，核心控制硬件是設(shè)備主控制，具有控制網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的遠程數(shù)據(jù)傳輸、存儲和交互、現(xiàn)場通信控制等功能，是其中的核心和主要的功能運行平臺。

（二）主控芯片是硬件中的核心

根據(jù)系統(tǒng)自身的復(fù)雜性和功能性，各項接口通信、USB接口驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動、人機交互以及屏幕顯示等都要在其中有很好的實現(xiàn)。如果選擇中等、低等配置的資源單片機，不能滿足實際需求，主控芯片需要豐富的ARM架構(gòu)和性能更頂級的芯片。主控芯片內(nèi)會接入嵌入式操作系統(tǒng)，性能更高級才能實現(xiàn)多個端口多個任務(wù)傳輸?shù)脑O(shè)備。市場中現(xiàn)有的高性能芯片，包括STM32、ATM9、AM11等。STM32處理器的資源較多，能搭載小型嵌入式系統(tǒng)，可以很好地滿足操作系統(tǒng)上的任務(wù)調(diào)度，但處理能力上，多任務(wù)、高速處理會表現(xiàn)出困難，導(dǎo)致人機交互的效果相對較差。

（三）ATM9和AM11處理器

ATM9、AM11處理器架構(gòu)的處理器能力較強，均為百MHz資源的處理器，且通信接口更加豐富，在進行人機交互、遠程網(wǎng)絡(luò)通信時會有更好的效果，在數(shù)據(jù)采集時也可滿足硬件要求。搭載Linux操作系統(tǒng)，可以幫助實現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度。相對而言，S3C系列的處理器更適合作為數(shù)據(jù)采集傳輸器的主控芯片。基于最小系統(tǒng)及其核心板對主控芯片進行開發(fā)，前者需要設(shè)計電路，主要要求是電路布線復(fù)雜程度更高，8層PCB板更能滿足實際需求，6層只能基本滿足需求。自主設(shè)計最小系統(tǒng)相對實驗室開發(fā)而言，焊接設(shè)備要求更高，研發(fā)成本更高，更適合獨立研發(fā)的大型硬件公司。如果選擇最小系統(tǒng)會存在一定困難，基于廢水信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集和整合的實際，選擇性價比更高的產(chǎn)品更加現(xiàn)實。在成熟的最小系統(tǒng)核心板中，廣州友善之臂科技有限公司生產(chǎn)的核心板作為主控單元，各種擴展均是外部引腳。各種高速處理性能均可以滿足主控子系統(tǒng)的設(shè)計需求，也能在Linux系統(tǒng)下實現(xiàn)外部的硬件驅(qū)動，減少設(shè)計過程中的程序開發(fā)精力，更加重視設(shè)備功能設(shè)計。

現(xiàn)場通信子系統(tǒng)的芯片選擇包括開關(guān)量、串行和模擬擴展。數(shù)據(jù)采集是在控制命令下完成，采集工作包括數(shù)字信號采集、開關(guān)量信號采集等。主控子系統(tǒng)接到命令，進行指令解析，完成采集和收發(fā)工作。這一系列自動化的過程需要緩沖、解析及組裝。數(shù)據(jù)處理是在現(xiàn)場子系統(tǒng)中完成。經(jīng)過兩種子系統(tǒng)對比差異，后者可單線完成操作，對芯片的負載更小，流程控制可中斷，在通信資源上的要求更高，對接口資源、通信接口有更高的需求，數(shù)據(jù)采集通道數(shù)量需求也更高。在芯片選擇上，STM32的處理器通信資源更豐富，串行通信接口更滿足實際需求，處理速度也更高。在拓展電路上已基本滿足數(shù)據(jù)處理速度，可作為優(yōu)選。

軟件設(shè)計上，主要是廢水監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)遠程運輸、人機交互等，同時需要兼容數(shù)字技術(shù)，在高兼容性下采集數(shù)據(jù)。交互處理、采集控制、接收、傳輸是獨立任務(wù)，需要獨立完成。任務(wù)之間用通信和網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)，緩沖區(qū)和系統(tǒng)內(nèi)的通信需要參與其中。在嵌入式軟件中，底層基礎(chǔ)功能確定后連接到硬件，交互、封裝后由點到面逐步開發(fā)功能，并在復(fù)雜的邏輯處理下完成處理。

三、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下廢水信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集以及信息整合的遠程管理服務(wù)器和客戶端設(shè)計

（一）遠程中心服務(wù)器作用及特點

遠程中心服務(wù)器在整個系統(tǒng)中占有重要位置，服務(wù)器中的數(shù)據(jù)處理程序、報警程序和數(shù)據(jù)庫連接需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢和管理。在廢水信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和整合中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、設(shè)備配置傳輸、連接測試等，存儲數(shù)據(jù)庫、配置數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)，開放給客戶端的數(shù)據(jù)庫接口、數(shù)據(jù)查詢和管理維護接口等也都需要完成。在服務(wù)器的軟件開發(fā)平臺上，一般選擇微軟公司提供的開發(fā)平臺，可視化編程界面讓操作更加便捷和簡單。除此之外，在遇到小型異常和調(diào)試過程中，開發(fā)人員可根據(jù)在線調(diào)試功能在線上完成處理，有利于維護整合系統(tǒng)，并在前期開發(fā)上提高效率。軟件的主要目的是幫助使用者和開發(fā)人員完成遠程數(shù)據(jù)通信、監(jiān)測數(shù)據(jù)、配置請求數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)庫之間不能獨立完成連接，要用數(shù)據(jù)處理程序作為橋梁銜接。處理程序在通信、監(jiān)聽后，以多線程的方式處理每個傳輸與處理請求，并銜接在數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)之間，對應(yīng)送至數(shù)據(jù)采集傳輸儀。

（二）遠程監(jiān)測、查看和管理

遠程監(jiān)測、查看和管理是客戶端上必須具備的功能，包括初步完成各項采集數(shù)據(jù)的基本分析、遠程管理終端的設(shè)備、遠程維護用戶使用需求等。此時，移動客戶端軟件具有較高的使用價值。在移動客戶端上，采集、安裝、查詢和配置操作可以幫助獲得便捷的設(shè)備管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和信息整合。計算機客戶端以Windows系統(tǒng)進行各項操作，在界面上檢測、查看和管理廢水、污水。客戶端服務(wù)的群體是使用的工作人員，要在客戶端完成查看、協(xié)議錄入、設(shè)備管理等功能。在開發(fā)過程中，窗體、標簽、文本域等各類控件都可交互。在軟件功能設(shè)計上，安全登錄、人員管理、基礎(chǔ)協(xié)議錄入、設(shè)備管理、區(qū)域位置管理、設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)查看、企業(yè)管理以及系統(tǒng)配置等都是常見的、基礎(chǔ)的功能。

在移動客戶端上，登錄驗證、功能導(dǎo)航、設(shè)備管理和系統(tǒng)配置是基礎(chǔ)的功能架構(gòu)。在設(shè)備管理上，地理位置的管理、設(shè)備添加和設(shè)備配置是基礎(chǔ)內(nèi)容。在安卓系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)上，平臺開發(fā)、數(shù)據(jù)庫訪問、配置數(shù)據(jù)存儲、UI交互開發(fā)等都是需要的基本功能。在安卓移動客戶端上，工作人員需要在現(xiàn)場實現(xiàn)安裝和調(diào)試功能，移動平臺上顯示的尺寸和操作方式會有較大局限，不過，安全登錄、設(shè)備管理、地理位置管理、系統(tǒng)配置等都是必要內(nèi)容。安全登錄能確保軟件在獲得權(quán)限的人員之間進行使用，避免數(shù)據(jù)被篡改或攻擊。技術(shù)人員用已注冊的賬號和密碼登錄，可以和電腦共享對應(yīng)的數(shù)據(jù)，以此確保平臺之間數(shù)據(jù)的一致性。登錄時，需要通過數(shù)據(jù)庫連接通道；驗證通過后，工作人員要查詢賬號密碼和登記信息是否匹配。如果匹配上對應(yīng)的賬號信息，可以在安全登錄界面上進入；如果沒有對應(yīng)的身份記錄，會一直停留在界面，直至驗證通過之后方可進入。

在設(shè)備管理內(nèi)容中，設(shè)備列表查看、信息查看、信息增刪改等功能是值得研究的。設(shè)備列表查看功能主要是顯示各設(shè)備的基礎(chǔ)信息，新設(shè)備功能可新增，也可通過設(shè)備ID搜索對應(yīng)的設(shè)備。新增界面中需要進一步完善設(shè)備的詳細信息。在通道配置界面上，也要通過導(dǎo)航編輯通道的各項配置。通道的協(xié)議、設(shè)備參數(shù)編輯等均是簡單界面，但各項信息齊全。在地理位置上，通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備錄入設(shè)備信息，不過，地理位置的選擇具有重要作用。搜索關(guān)鍵字可以搜索到目標地理位置，從而判斷設(shè)備是否已錄入到設(shè)備中。新增加地址位置也可以通過頂部的菜單欄添加新位置，錄入新的地理位置。系統(tǒng)配置主要是服務(wù)器ID和數(shù)據(jù)庫PORT的界面，這可以在參數(shù)文件中找到對應(yīng)的內(nèi)容。

四、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下廢水信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和信息整合的測試運行

在功能測試上，需要測試采集傳輸、服務(wù)器、客戶端。數(shù)據(jù)采集傳輸儀的調(diào)試包括硬件和軟件，硬件是在供電系統(tǒng)調(diào)試、主控和現(xiàn)場通信調(diào)試等內(nèi)容上開展。遠程中心服務(wù)器的功能調(diào)試包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)測試、服務(wù)器程序測試、報警程序測試等，部分測試還需要配合數(shù)據(jù)采集傳輸儀的相關(guān)功能完成測試。客戶端的測試主要是PC端和安卓端的銜接。

測試前，應(yīng)確保PC端和服務(wù)器在相同的網(wǎng)絡(luò)中，可在PC端訪問服務(wù)器上的各項數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。安卓端需要具備設(shè)備管理、地理位置、系統(tǒng)配置等基礎(chǔ)功能。經(jīng)過測試后，安卓端可以連接到數(shù)據(jù)庫，確保功能正常運行。PC端和安卓端在實際運行中需要做好銜接工作，整個測試過程要確保系統(tǒng)中的各個功能完善，各個模塊化功能的流程正確，并要在長期穩(wěn)定的狀態(tài)下運行。根據(jù)初步運行測試，數(shù)據(jù)采集傳輸儀和系統(tǒng)服務(wù)器在持續(xù)開展工作1200h后仍可正常運行。與此同時，不會出現(xiàn)軟件異常、軟件崩潰等情況，各項監(jiān)控和內(nèi)存使用也在正常范圍內(nèi)。

五、結(jié)語

廢水、污水污染監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集和信息整合具有重要作用，設(shè)計系統(tǒng)的方案并設(shè)計其中的拓撲結(jié)構(gòu)，幫助分析其中的技術(shù)關(guān)鍵點和難點，并設(shè)計出對應(yīng)的數(shù)據(jù)。該項系統(tǒng)基本能滿足日常的運行，在技術(shù)上也有一定的改進。但設(shè)備產(chǎn)品，硬件電路板和接口位置還需深入研究，以此更好地監(jiān)測廢水污水。考慮少數(shù)的監(jiān)測設(shè)備是根據(jù)流程完成多項數(shù)據(jù)采集，這對兼容性有一定影響。考慮客戶端開發(fā)中的各項設(shè)計感過于簡單，未來可在設(shè)計上投入一些精力，運用美學知識進行設(shè)計和改進。

參考文獻：

[1]魏安東.基于物聯(lián)網(wǎng)的工廠廢水排放智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代信息科技，2021（09）：170-174.

[2]黃遠奕.我國工業(yè)廢水重金屬灰水足跡的分布特征及驅(qū)動因子研究[D].北京：北京科技大學，2020.

[3]秦世越，馮占林.美國軍事電子信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)建設(shè)的發(fā)展及啟示[J].兵工自動化，2021，40（01）：22-26+42.

[4]劉波.基于多源數(shù)據(jù)集成的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)高效整合研究[J].新探索，2021（05）：93-96.

作者簡介：周慧敏（1976），女，河南省開封市人，中級經(jīng)濟師，主要研究方向為收費信息系統(tǒng)在經(jīng)濟環(huán)境中的作用及優(yōu)化。