陆 烽,秦 玮,梁 磊

(1.江苏省环境监测中心,江苏 南京 210036;2.南京尚清环境科技有限公司,江苏 南京 210008)

·信息应用·

便携式智能移动终端在环境监测管理系统中的运用

陆 烽1,秦 玮1,梁 磊2

(1.江苏省环境监测中心,江苏 南京 210036;2.南京尚清环境科技有限公司,江苏 南京 210008)

介绍了将便携式智能移动终端引入现场环境监测管理系统的研究过程,依托部署在 PDA上的嵌入式软件与通讯协议,将 PDA与现场监测仪器直接连接并读取监测数据及结果,通过 PDA上安装的无线 CDMA模块,将实时的监测数据远程无线传输至指定的数据库内。实现了现场环境监测数据的无线实时传输与无纸化办公。

PDA;便携式;环境监测;现场

随着我国经济的高速发展以及工业现代化进程的加速,污染物排放量不断增大,污染源的种类和数量日益增多,这使得环境保护工作的重要性和复杂性逐渐突出。而现场环境监测工作是环境管理的重要组成部分,它具有时间上的突发性和地点上的分散性,涉及的范围广泛、内容复杂,数据量庞大,因此有必要将各种先进技术手段融入其中,借助现代科技提升环境管理能力,第一时间为管理层提供监测现场数据,最终实现科学管理和理性决策。

PDA(Personal Digital Assistant)是一种掌上微型计算机,运行在嵌入式操作系统和嵌入式应用软件之上。它具有电子化输入和编辑、自动数据处理、大容量存储、携带方便、无线数据通讯等优点,在工业生产、医疗、餐饮等各个领域的信息查询和现场信息采集等方面得到了广泛应用。

针对传统现场环境监测管理的若干不足之处,笔者尝试将移动智能终端作为现场信息处理设备,通过无线通讯网络,实现现场监测数据的实时处理、传输、汇总及显示,将环保信息化扩展到环境管理的最前端,可在较大程度上促进环保信息化的整体协调发展[1-3]。

1 系统硬件配置要求

由于环境监测现场情况比较复杂,应用条件恶劣,这就要求用于现场监测的移动智能终端不同于普通的商用 PDA,要有比较高的稳定性和耐用性,能达到防震、防潮、防尘的三防标准,具备较宽的温度适应范围以及较好的电池续航能力,可实现长时间连续运行。另外,除具备掌上数据终端常规的数据存储、通讯功能外,它还应具有特别针对现场环境监测管理设计的功能。例如,由于便携式现场分析设备大多采用 RS232/RS485方式通讯,为了与设备连接,PDA需要具备串口通讯的功能。为进一步满足现场环境监测管理的需要,PDA还可以集成条形码扫描、图像视频拍摄、GPS等功能。

2 软件及系统流程

PDA软件系统的设计结合现场监测的业务流程和特点,以环境监测中心已有的实验室信息管理系统 (Laboratory Information Management System,以下简称L IMS系统)为基础,并以当前的各种纸质现场监测记录表为依据。

系统的主要操作流程为:首先,管理人员在监测中心L IMS系统中生成监测任务,监测人员可在现场通过 PDA无线上网与中心 L IMS系统服务器连接,同步下载监测任务及电子原始记录到 PDA上。然后,监测人员根据任务要求的监测内容执行现场监测,并将监测数据通过从仪器直接读取或人工录入到 PDA上对应的表格里,获取分析结果,并完成相对应的电子原始记录。现场监测完毕后,监测人员再通过 PDA无线上网,将收集到的信息和监测数据上传到监测中心的 L IMS服务器上。中心人员可及时通过 L IMS系统调阅监测现场第一时间上传的报表及数据,用于对现场监测的质量管理及后期使用。运用本系统,实现了现场环境监测无纸化办公,提高了监测效率和数据准确率。系统流程如图 1所示。

图1 系统流程

3 嵌入版软件功能

安装在 PDA上的嵌入版现场监测数据管理软件可实现的功能包括:系统配置、任务下载、报表录入、仪器数据采集、数据计算、数据存储、报表查询、数据上传等,如图 2所示。

图2 现场监测数据管理软件功能

系统配置:包括数据同步、服务器、本地数据库等参数配置、日志查看、开机启动设置、修改密码等功能。

任务下载:监测人员需要通过 PDA无线上网把监测中心 L IMS系统中的任务下载到 PDA中,才能开展对应的监测。系统会自动根据登陆用户的级别和部门,下载对应的监测任务。

报表录入:监测人员将现场监测数据录入对应的监测报表,当前系统中已经设置好的可录入的报表包括:烟尘 (颗粒物)烟气监测、地表 (下)水采样、废水采样、pH分析、城市区域环境振动监测、工业企业厂界噪声监测、建筑施工场界噪声监测、底质 (底泥、沉积物)采样、固体废弃物采样、机动车排气检测等原始记录表。

仪器数据采集:PDA可通过串口与便携式分析仪器相连,直接采集仪器的分析结果,并将数据自动对应到表格中的相应位置。根据仪器的串口协议,开发人员需要事先把各类仪器的驱动程序开发好,安装到 PDA中,完成数据的采集工作。当前可通过 PDA直接采集到数据的仪器包括:烟尘烟气仪 (Testo 350XL)、烟尘仪 (3012H)、噪声统计分析仪(AWA 6218B)等仪器,对于未包含在内的仪器可根据仪器的串口协议额外进行开发。

数据计算:部分现场监测数据需要根据采集到的数据换算得到,PDA可充分发挥其微型电脑的性能特点,根据程序中预先设定的公式自动计算生成需要的结果。

数据存储:现场录入的信息和数据可保存在PDA上的嵌入式数据库中,待监测任务完成后可统一上传到监测中心的服务器上,也可以再对以前的监测结果进行查看和编辑。

报表查询:PDA具备较大的存储空间,可保存之前的监测结果。现场监测人员可对历史监测任务和数据进行查看,了解某监测点之前的监测记录,或其周边区域的监测情况,从而进行比对分析。

数据上传:现场环境监测 PDA可通过无线网络与监测中心的服务器进行数据交互,根据用户需求可选配 CDMA或 GPRS的通讯模块。

4 数据存储设计

现场环境监测 PDA采用微软的嵌入版数据库SQL Server 2005 Compact Edition(简称 SQL Server CE)进行现场数据存储。它是微软公司推出的一个适用于嵌入到移动应用的精简数据库产品,能够将数据管理能力延展到W indowsMobile移动设备上的应用程序。虽然 SQL Server CE占用的磁盘空间只有 3～5 M,但是它的功能并没有像它的容量那样大幅度缩水。SQL Server CE不但提供了完整的 SQL语法,包括内部联接、外部联接和子查询,还内置了数据同步技术。

SQL Server CE主要有以下功能:精简的数据库引擎和强大的查询优化器;支持合并、复制和远程数据访问 (RDA);可以用可视化的方式来创建数据库、查看数据库对象、创建表、修改表以及执行交互式查询等;远程数据访问和合并复制,用于同步数据;在台式机、移动设备和个人电脑上部署嵌入式数据库。

5 数据通讯设计

SQL Mobile支持两种数据同步的方法:Remote data access(RDA)和 Replication。这两种方法都支持从远程的 SQL Server服务器中下载数据到设备端的 SQL Mobile数据库中,在本地对数据进行浏览和修改,再将修改结果更新到 SQL Server服务器中。在本系统的设计中我们选用了 RDA方法。

RDA需要配置 SQL Mobile Server Tools,也就是说,必须要有一个运行 IIS的Web Server。Server Tools的主要作用是将移动设备通过网络发送的数据库访问请求,转发给 SQL Server数据库,并将结果集发送回移动设备中。

移动设备使用 RDA时,SQL Mobile只需要连接 IIS上的 Server Tools。而数据同步需要 HTTP或HTTPS的网络连接支持。网络连接可以是无线局域网 (W i-Fi)、无线网或通过 AtiveSync连接的 PC网络。本次研究使用了 CDMA无线网络技术,将PDA与监测中心L IMS服务器无线连接。

RDA使用了 SQL Mobile中的三个组件:SQL Mobile Database Engine、SQL Mobile Client Agent和SQL Mobile Server Agent。RDA的运行过程如下图3。

图3 RDA运行过程

6 PDA与现场监测设备的对接

对部份现场监测设备与 PDA的直接对接和采集分析数据进行了研究,主要为噪声统计分析仪(AWA6218B)、全自动烟尘采样器 (3012H)、多组分烟气成份分析仪 (Testo 350XL)。通过现有的仪器厂家提供的部分通讯协议,开发人员破译了以上3种仪器设备的 RS232接口及数据库,采集到仪器内部的监测数据,再用安装了嵌入式软件的 PDA连接上述的 3种监测设备,直接读取其中相关的现场监测数据,并将其分别填写到对应的现场监测电子原始记录表格中。

7 现场使用情况

现场选取“三同时”验收项目进行测试。现场PDA系统的使用,提高了现场监测数据录入和处理的效率,节约了工作时间,初步形成了现场监测工作的电子化 SOP程序。

中心的相关技术人员可以通过访问 L IMS服务器,调阅实时的电子原始记录,对相应的监测结果予以判断,及时对现场监测工作进行指导和远程质量控制,上传的数据后期可直接与 L IMS数据库内的数据无缝对接,并生成监测报告。

质量管理人员可以通过访问 L IMS系统,第一时间浏览到现场监测人员远程传输回来的实时现场监测数据。通过对现场监测数据的审阅,相关技术人员可判断监测结果的合理性与代表性,实现异地对监测数据的质量管理与质量控制。

8 结论与讨论

综上所述,现场环境监测工作与便携式智能移动终端设备的结合,可以改变传统的监测工作模式,大幅度提高环境监测人员和管理人员的工作效率,提升现场监测数据的时效性和准确性,减少人为工作失误,使环境现场监测工作走“无纸化、无线化”之路,加快环保工作的数字化进程,提升环保工作形象。

未来几年内,通过本系统的逐渐推广使用,系统的功能和性能将会逐渐完善,一定会成为环境现场监测人员不可或缺的得力助手。

[1]刘鹏,曹红.环境监测信息化思考[J].环境保护科学,2010,36(3):96-98.

[2]冯晖.3s等信息化新技术在环境监测科研领域的应用[J].环境科学导刊,2008,27(3):87-88.

[3]王合生.环境监测信息化建设分析——走中国式环境监测信息化建设道路[J].环境监测管理与技术,2006,18(5):1-3.

Research on Application of Portable IntelligentM obile Term inal System for Environmental M on itoringManagement

LU Feng1,Q IN Wei1,L IANGLei2
(1.Jiangsu Provincial EnvironmentalMonitoring Center,Nanjing,Jiangsu 210036,China;2.Nanjing Shangqing Environmental Technology CO.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210000,China)

Introduced portable intelligentmobile terminal systems for environmentalon-sitemonitoringmanagement.The system was deployed in the embedded software of environment-specific PDA.It could collect data from portable analytical instruments.And monitoring resultswould be stored in embedded database.Meanwhile,data will be exchanged through wireless network and remote central servers.At last,it could dock with L IMS systems.The system significantly improved on-site efficiency of environmentalmonitoring and management staff and timeliness ofmonitoring data,and achieved paperless environmental on-site monitoring.

PDA;portable;environmentalmonitoring

X830.3

B

1674-6732(2010)-06-0023-04

10.3969/j.issn.1674-6732.2010.06.008

2009-12-10;

2010-09-27

江苏省环境监测科研基金项目(0814)。

陆烽 (1968—),男,高级工程师,本科,从事环境监测管理工作。