網絡環境下廢水信息系統數據采集及信息整合研究

摘要：污水和廢水的排放會影響廠區和周邊環境。當前，廢水排放企業都增加了污染源自動化監測系統，可以提升廢水、污水的自動化采集程度，但監測設備的還存在一些問題。基于此，本文主要探究廢水、污水等信息系統數據采集和信息整合的關鍵技術與難點，分析了硬件和軟件設計，闡述了遠程管理服務器、客戶端等，以供參考。

關鍵詞：網絡環境；廢水；信息系統

隨著工業化的快速發展，水污染問題越來越嚴重。工業生產中污水、廢水的處理成本較高，有的企業為了獲得更高的利潤，降低生產成本，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境。隨著信息技術的快速發展，可以采用自動化監測和遠程管理系統，收集與整合信息數據，以此更好地監測廢水、污水排放。

一、網絡環境下廢水信息系統數據的采集和信息整合的關鍵技術和難點

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

從信息系統數據的采集和整合管理角度分析，可以設計一個系統的設計方案，幫助解決以上問題。從實際需求分析，監測集中在監測系統數據采集、中端服務器、客戶端整合分析三部分。采集、轉運和整合是三個獨立又聯系的工作，可以通過網絡環境傳遞監測到的數據。監測系統數據采集是在現場實時監測污染源，并按照一定的間隔記錄數據，通過互聯網連接到遠程中心服務器，當各項數據完成傳輸后進一步展開數據處理，并建立數據庫存儲各種數據。客戶端是在服務器基礎上實現查詢、操作、提取和管理等功能。

終端、服務器和客戶端屬于主要技術及難點。廢水、污水的信息系統數據采集和整合結構非常復雜，分析關鍵技術有助于幫助改進技術難點。在終端開發上，在多通道上實現數據的采集和傳輸是重點，在不同設備下更好地解決數字通信傳輸兼容問題也是其中的重要技術難點。在遠程監測、傳輸和管理工作中，還存在獲得更高效、更穩定的網絡完成數據傳輸這一亟待突破的技術難點。中端服務器主要是管理信息：對下，在網絡環境中遠程監管廢水污水現場放置的監測設備，完成數據的采集和傳輸；對上，需要與技術人員管理的客戶端進行溝通，存儲和傳輸各項監測數據和維護數據。這就意味著，系統中需要建立大型的數據倉儲，數據設計和存儲是其中較大的技術難點。在客戶端上，要完成系統的管理、維護和監測等功能，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難點。

二、網絡環境下廢水信息系統數據的采集以及信息整合的硬件、軟件設計

（一）數據采集和信息整合需要硬件和軟件的搭配

數據采集和傳輸需要對現場污染源完成數據采集、遠程數據傳輸、人機交互等。硬件架構和軟件設計是關鍵內容，做好這兩方面內容，可以提高數據采集和整合的質量。主、副控制架構的硬件管理可以滿足數據采集傳輸儀的需求，設備主控制的系統通信接口擴展的系統分別控制著設備和現場通信。其中，核心控制硬件是設備主控制，具有控制網絡環境下的遠程數據傳輸、存儲和交互、現場通信控制等功能，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

根據系統自身的復雜性和功能性，各項接口通信、USB接口驅動、網絡驅動、人機交互以及屏幕顯示等都要在其中有很好的實現。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架構和性能更頂級的芯片。主控芯片內會接入嵌入式操作系統，性能更高級才能實現多個端口多個任務傳輸的設備。市場中現有的高性能芯片，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，可以很好地滿足操作系統上的任務調度，但處理能力上，多任務、高速處理會表現出困難，導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、遠程網絡通信時會有更好的效果，在數據采集時也可滿足硬件要求。搭載Linux操作系統，可以幫助實現多任務調度。相對而言，S3C系列的處理器更適合作為數據采集傳輸器的主控芯片?；谧钚∠到y及其核心板對主控芯片進行開發，前者需要設計電路，主要要求是電路布線復雜程度更高，8層PCB板更能滿足實際需求，6層只能基本滿足需求。自主設計最小系統相對實驗室開發而言，焊接設備要求更高，研發成本更高，更適合獨立研發的大型硬件公司。如果選擇最小系統會存在一定困難，基于廢水信息系統數據收集和整合的實際，選擇性價比更高的產品更加現實。在成熟的最小系統核心板中，廣州友善之臂科技有限公司生產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的設計需求，也能在Linux系統下實現外部的硬件驅動，減少設計過程中的程序開發精力，更加重視設備功能設計。

現場通信子系統的芯片選擇包括開關量、串行和模擬擴展。數據采集是在控制命令下完成，采集工作包括數字信號采集、開關量信號采集等。主控子系統接到命令，進行指令解析，完成采集和收發工作。這一系列自動化的過程需要緩沖、解析及組裝。數據處理是在現場子系統中完成。經過兩種子系統對比差異，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，數據采集通道數量需求也更高。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據處理速度，可作為優選。

軟件設計上，主要是廢水監測設備的數據采集、數據遠程運輸、人機交互等，同時需要兼容數字技術，在高兼容性下采集數據。交互處理、采集控制、接收、傳輸是獨立任務，需要獨立完成。任務之間用通信和網絡傳遞數據，緩沖區和系統內的通信需要參與其中。在嵌入式軟件中，底層基礎功能確定后連接到硬件，交互、封裝后由點到面逐步開發功能，并在復雜的邏輯處理下完成處理。

三、網絡環境下廢水信息系統數據的采集以及信息整合的遠程管理服務器和客戶端設計

（一）遠程中心服務器作用及特點

遠程中心服務器在整個系統中占有重要位置，服務器中的數據處理程序、報警程序和數據庫連接需要實現數據采集、數據傳輸、數據存儲、數據查詢和管理。在廢水信息系統數據采集和整合中，實現數據上傳、設備配置傳輸、連接測試等，存儲數據庫、配置數據等各類數據，開放給客戶端的數據庫接口、數據查詢和管理維護接口等也都需要完成。在服務器的軟件開發平臺上，一般選擇微軟公司提供的開發平臺，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試過程中，開發人員可根據在線調試功能在線上完成處理，有利于維護整合系統，并在前期開發上提高效率。軟件的主要目的是幫助使用者和開發人員完成遠程數據通信、監測數據、配置請求數據以及處理數據等。數據的采集和數據庫之間不能獨立完成連接，要用數據處理程序作為橋梁銜接。處理程序在通信、監聽后，以多線程的方式處理每個傳輸與處理請求，并銜接在數據庫和網絡之間，對應送至數據采集傳輸儀。

（二）遠程監測、查看和管理

遠程監測、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據的基本分析、遠程管理終端的設備、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備管理，實現數據采集和信息整合。計算機客戶端以Windows系統進行各項操作，在界面上檢測、查看和管理廢水、污水?？蛻舳朔盏娜后w是使用的工作人員，要在客戶端完成查看、協議錄入、設備管理等功能。在開發過程中，窗體、標簽、文本域等各類控件都可交互。在軟件功能設計上，安全登錄、人員管理、基礎協議錄入、設備管理、區域位置管理、設備監測數據查看、企業管理以及系統配置等都是常見的、基礎的功能。

在移動客戶端上，登錄驗證、功能導航、設備管理和系統配置是基礎的功能架構。在設備管理上，地理位置的管理、設備添加和設備配置是基礎內容。在安卓系統開發技術上，平臺開發、數據庫訪問、配置數據存儲、UI交互開發等都是需要的基本功能。在安卓移動客戶端上，工作人員需要在現場實現安裝和調試功能，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、設備管理、地理位置管理、系統配置等都是必要內容。安全登錄能確保軟件在獲得權限的人員之間進行使用，避免數據被篡改或攻擊。技術人員用已注冊的賬號和密碼登錄，可以和電腦共享對應的數據，以此確保平臺之間數據的一致性。登錄時，需要通過數據庫連接通道；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。如果匹配上對應的賬號信息，可以在安全登錄界面上進入；如果沒有對應的身份記錄，會一直停留在界面，直至驗證通過之后方可進入。

在設備管理內容中，設備列表查看、信息查看、信息增刪改等功能是值得研究的。設備列表查看功能主要是顯示各設備的基礎信息，新設備功能可新增，也可通過設備ID搜索對應的設備。新增界面中需要進一步完善設備的詳細信息。在通道配置界面上，也要通過導航編輯通道的各項配置。通道的協議、設備參數編輯等均是簡單界面，但各項信息齊全。在地理位置上，通過數據采集設備錄入設備信息，不過，地理位置的選擇具有重要作用。搜索關鍵字可以搜索到目標地理位置，從而判斷設備是否已錄入到設備中。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。系統配置主要是服務器ID和數據庫PORT的界面，這可以在參數文件中找到對應的內容。

四、網絡環境下廢水信息系統數據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、服務器、客戶端。數據采集傳輸儀的調試包括硬件和軟件，硬件是在供電系統調試、主控和現場通信調試等內容上開展。遠程中心服務器的功能調試包括數據庫系統測試、服務器程序測試、報警程序測試等，部分測試還需要配合數據采集傳輸儀的相關功能完成測試?？蛻舳说臏y試主要是PC端和安卓端的銜接。

測試前，應確保PC端和服務器在相同的網絡中，可在PC端訪問服務器上的各項數據庫系統。安卓端需要具備設備管理、地理位置、系統配置等基礎功能。經過測試后，安卓端可以連接到數據庫，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，并要在長期穩定的狀態下運行。根據初步運行測試，數據采集傳輸儀和系統服務器在持續開展工作1200h后仍可正常運行。與此同時，不會出現軟件異常、軟件崩潰等情況，各項監控和內存使用也在正常范圍內。

五、結語

廢水、污水污染監測的數據采集和信息整合具有重要作用，設計系統的方案并設計其中的拓撲結構，幫助分析其中的技術關鍵點和難點，并設計出對應的數據。該項系統基本能滿足日常的運行，在技術上也有一定的改進。但設備產品，硬件電路板和接口位置還需深入研究，以此更好地監測廢水污水。考慮少數的監測設備是根據流程完成多項數據采集，這對兼容性有一定影響?？紤]客戶端開發中的各項設計感過于簡單，未來可在設計上投入一些精力，運用美學知識進行設計和改進。

參考文獻：

[1]魏安東.基于物聯網的工廠廢水排放智能調度系統設計與實現[J].現代信息科技，2021（09）：170-174.

[2]黃遠奕.我國工業廢水重金屬灰水足跡的分布特征及驅動因子研究[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數據建設的發展及啟示[J].兵工自動化，2021，40（01）：22-26+42.

[4]劉波.基于多源數據集成的地理信息系統數據高效整合研究[J].新探索，2021（05）：93-96.

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