環境汙染物的自動監測系統的製作方法

2023-10-10 00:04:59 2

專利名稱：環境汙染物的自動監測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及環境保護監測技術領域，特別涉及一種利用計算機、分析儀器、遠 程測控技術和通信技術對環境汙染物進行監測的系統。
體絲
隨著社會經濟技術發展對環境保護需求的提高，進二十年來，國內、外各地紛紛建 立起覆蓋面越來越廣泛的，以連續在線方式，對空氣、水、工業排放源中的環境汙染物 進行自動監測的專題自動化實驗室——我們定義為自動監測站點，取代以往監測數據代 表性己經遠遠不能滿足需要的人工監測作業。
為了使監測結果具有應用所需要的合法性、準確性，就必須對自動監測站點產生的 監測數據，提供質量保證和進行質量控制。因而每一個自動監測站點都會歸屬特定的管 理機構(如地方政府的環境保護部門)，納入其監測數據質量保證和質量控制體系，執行 其認可的質量保證和質量控制標準、規範。自動監測站點管理機構還會為此配置系統支 援實驗室——承擔標準器物認證、傳遞和儀器設備修復等等。此間，管理機構、系統支 援實驗室、和屬管的自動監測站點集群,構成了目前實施環境汙染物自動監測的典型解 決方案——集自動監測系統。
在每個自動監測站點，包括系統支援實驗室，通常都是使用站點現場的本地計算機， 頻繁定時採集各種分析儀器和測量儀表提供的各汙染物濃度和需要的背景參數(如氣象、 水紋、排放量等方面的數據)，完整地記錄下來。並通過指定的通訊設備與管理方計算機 進行數據、信息交換，為其資料庫伺服器提供監測數據記錄和接受遠程遙控的操作命令。
目前，可供自動監測站點選用的，國內外設計製造用於環境汙染物監測的分析儀器 和測量設備品種、型號很多，原理和功能也都在不斷推陳出新。這些站點計算機和管理 方計算機所組成的監測系統及其使用的控制軟體，過去都是由製造自動監測站點和管理 方計算機的儀器設備集成商提供。其中，根據計算機與儀器設備連接方式，站點計算機 可劃分為(1)通過讀取儀器設備的模擬量獲得監測數據，通過邏輯量(線控)判斷、
控制儀器設備運行狀態。我們定義為模擬信號方式，如，美國TE公司的xj6003、 xj6003w， API公司的ESC8810、 ESC8816等。(2)通過儀器設備的數碼接口讀取監測數據和運行狀態信息，發送操作命令。我們定義為數碼方式。如，美國TE公司的TEI軟體、中國摩 特威爾公司的EPNET2000 WATERMOMITER數據採集軟體等。在本實用新型的檢測系 統出現以前，我們看到的自動監測系統，因為缺乏支持通用性的技術方法，都還只是專 題單一，集群內各自動監測站點儀器設備集成類同的系統。如，國內各大、中城市各自 分別使用的空氣品質自動監測系統，比較典型的有美國TE公司的"環境監測中心3.16" 等。
綜上所述，在我們研究和建設具有通用性的環境汙染物自動監測系統取得突破之前， 現有的站點計算機軟體和管理方計算機軟體儘管也不斷有新的設計和版本出現，卻一直 以來不能克服下面這些局限性
1、 對於模擬信號方式的檢測系統及其控制軟體，雖然能夠有較好的通用性，但顯然 信息量少，並很難對儀器設備進行複雜的操作。不能發揮現代化儀器設備普遍具有數碼 接口 (如RS232、 RS485、 TCP/IP等等)，與計算機進行交互的優越性、自動化、智能 化水平很低。
2、 對於數碼方式的的檢測系統及其控制軟體，雖然自動化、智能化水平較高，但由 於各種儀器設備的工作原理和功能不同，加上設計風格和水平各異，不同種類、型號儀 器設備有各自的操作命令、通訊格式。因而造成使用儀器設備數碼接口的計算機控制軟 件的通用性差，只能適用於由特定儀器設備集成的站點。
3、 通過計算機操作的儀器設備，無論是在管理方計算機遠程遙控，還是在站點計算 機本地操作，工作人員都必須熟悉其所面對的各個站點儀器設備的性能和集成特徵。因 而很難對擁有多種儀器設備、多專題(空氣、水、汙染源等)和大範圍(跨區域)的自 動監測站點集群進行中心集約形式的在線管理。而現代環境自動監測系統的發展方向， 就是要研究建設站點眾多，區域遼闊，專題全面的通用型自動監測系統，提供全面、完 備、詳細的監測數據，以科學地監控、解決環境汙染問題。
4、 現代化自動監測系統在監測數據質量保證、質量控制方面要求越來越高，通過管 理方和監測站點本地計算機對儀器設備進行的運行調控也越來越頻繁和複雜。此外，監 測系統所配備的系統支援實驗室主要承擔系統所用標準器物傳遞、認證和儀器設備修復， 也需要象自動監測站點一樣成為專題自動化實驗室，不過其中的儀器設備運行控制將更 加複雜、困難。原有的環境汙染物自動監測系統的研建技術、方法，己經不能適應這方 面發展的需要。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種適用於多種儀器設備、多專題和大範圍的通用型環 境汙染物自動監測系統，為實現科學地監控和解決環境汙染問題，提供全面、完備、詳 細的監測數據。
為了實現上述發明目的，本實用新型所採用的技術方案如下
一種環境汙染物的自動監測系統，基於TCP/IP乙太網的有線或無線通訊環境，包 括作為網絡伺服器的管理方計算機、授權辦公計算機、站點計算機、以及與站點計算機 連接的監測儀器設備，其中所述管理方計算機內設置有資料庫伺服器和伺服器端控制 程序，用來接收、處理站點計算機上傳的監測數據記錄，以及用來向站點計算機轉發任 務指令；所述授權辦公計算機用來瀏覽檢査資料庫伺服器中的數據記錄，和分析判別數 據質量保證、控制成效，以及向管理方計算機提交需要向站點計算機發送的任務指令； 所述站點計算機用來進行釆集各監測項目的數據、標識，並生成本地資料庫記錄和按照 向上備份規則向管理方計算機上傳這些記錄，以及按照所接收到的任務指令或例行任務 預訂編排、或手動調用任務測控儀器設備；所述監測儀器設備用來向站點計算機提供所 需要的汙染物和背景參數的監測數據。
上述監測儀器設備包括用於監測空氣、水、汙染源等環境汙染物，以及測量氣象、 水文、排放量等背景參數的儀器設備。
同時，本實用新型提供了一種基於上述自動監測系統的監測方法，包括
(a) 面向任務的任務集——按照所有監測項目都必須涉及的數據採集、質量保證、質量 控制任務需求設計出的所有這些任務的集合；
(b) 數據狀態標識符號集——按照所有監測項目都必須涉及的數據採集、質量保證、質 量控制任務需求設計出的描述監測數據狀態的標識符號集合及其賦給原則；
(c) 腳本語言——按照任務集所涉及的儀器設備測控和測控結果處理的所有計算機操 作需求設計出腳本語言的規則、命令、表達式及其記錄形式，站點計算機包括支援實驗 室計算機對任何儀器設備測控和測控結果處理都必須根據用腳本語言編寫的記錄進行解
釋、執行；
(d) 例行任務方法——由數據質量保證和質量控制體系要求定期進行的，以考査數據質 量和維護水平的任務；
(e) 遠程遙控方法——按照任務集提供的進行監測數據質量保證和質量控制的任務，由 授權辦公計算機在選定站點、監測項目、任務和調用方式後，將足夠的信息上傳給數據 庫伺服器，由伺服器端的控制程序利用其與被控站點之間為監測數據傳輸建立的通訊通 道將這些信息轉發下去，站點計算機接收到這些信息後，從其擁有的用腳本語言編寫的 可執行任務記錄中査找到該任務的記錄，按照控制方要求的調用方式執行該任務，完成 控制方要求的對相關儀器設備的測控；
(f) 向上備份方法——在每個自動監測站點，包括系統支援實驗室，使用站點現場的本 地計算機，頻繁定時採集各種分析儀器和測量儀表提供的各汙染物濃度和需要的背景參 數，完整地記錄下來，並通過指定的通訊設備與管理方計算機進行數據、信息交換，為 其資料庫伺服器提供監測數據記錄。
上述向上備份方法具體包括如下步驟
(1) 自動監測站點和系統支援實驗室計算機的軟體程序，保證每次僅向資料庫伺服器 發送一條監測數據記錄，而每次發送之間必須保持足夠的時間間隔；
(2) 伺服器端的控制程序對接收到的，需要永久保存的每一條監測數據記錄，必須向 提供記錄的站點發送作為"回條"以表示收到該記錄的信息；
(3) 站點計算機的軟體程序，對發送後超過制定時間還沒有接收到資料庫伺服器"回 條"的需要永久保存的監測數據記錄進行補發。
上述例行任務方法是按照以下規則制定和執行的周期性任務
(1) 與具體日曆無關的周期定製——每日、每隔日、每周、每隔周、每月、每隔月、 每季、每半年、每年；
(2) 具有時效優先級——年、季、月、周、日，如果某日同時有不止一種例行任務符 合執行的條件，則僅僅執行時效級別最高的例行任務。
上述例行任務可以通過管理方計算機或授權辦公計算機或站點計算機制定。
上述例行任務方法通過如下步驟實現-
(1) 使用腳本語言編輯、記錄任務指令，使站點計算機能夠調用、解釋、執行這些任 務指令記錄；
(2) 在站點計算機內設置例行任務，定期自動完成監測數據質量保證、質量控制要求 的檢査、校驗儀器設備性能的測控操作；
(3) 站點計算機定期執行上述例行任務，將監測儀器設備獲得的有關數據記錄發送回管理方計算機。
上述遠程遙控方法通過如下步驟實現
(1) 使用腳本語言編輯、記錄任務指令，使站點計算機能夠調用、解釋、執行這些任 務指令記錄；
(2) 通過管理方計算機或授權辦公計算機發送任務指令至站點計算機；
(3) 站點計算機接收上述任務指令，並按照任務指令用腳本語言編寫的記錄，將相應 形式的測控信號發送至相關監測儀器設備；
(4) 監測儀器設備響應上述測控信號，將其獲得的有關數據發送回站點計算機；
(5) 站點計算機將上述數據發送回管理方計算機。
由於我們日常的專業工作，就是按照所執行的質量保證和質量控制標準規範，提供 各種環境汙染物的監測數據。因而在我們看來，任何監測工作得以開展的前提是-必須首先確定需要涉及的監測項目(包括背景參數)——面向項目； 然後根據所執行的質量保證和質量控制標準規範確定每一個項目包含的所有作業任 務——面向任務；
接著選用具備承擔這些任務的功能的儀器設備集成——面向功能； 最後還要明確每一個任務對所涉及儀器設備功能的操作命令——面向命令。 依照上述看法，引導我們設計的通用型環境汙染物自動監測系統，相對於現有技術 具有以下優點和效果
一、 能夠簡明準確地表達某個監測項目的監測數據，在被採集時相關儀器設備的運 行狀態——無論這些監測數據屬於哪一種專題(空氣、水、汙染源等等)或者為哪一種 背景參數，設計建立通用的標識符號集。確保監測數據在監測結果統計分析和儀器設備 性能診斷等處理過程中，不被誤用或者遺漏。
二、 實現計算機通過數碼接口對儀器設備進行自動化測控，其系統控制軟體不需要 進行程序修改、升級，就能夠操作現有的和以後更新換代的，不同品牌、型號的，在各 種自動監測站點和支援實驗室中應用的儀器設備，解決了傳統數碼方式的控制軟體通用 性差的問題。
三、 方便系統運行管理工作人員在熟悉所執行的，監測數據質量保證和質量控制標 準規範後，就能夠把由此產生的作業任務，下達給管理方計算機或站點計算機，由這些 計算機去控制相關儀器設備完成任務。即對於任何一個監測項目，工作人員面向的是所執行的監測數據質量保證和質量控制標準規範產生的與該項目相關的任務，而不需要知 道任務所涉及站點的那些儀器設備，更不需要具體知道該怎樣操作和控制這些儀器設備。 對系統支援實驗室也是這樣。解決了在通用自動監測系統中，很難要求參與系統運行管 理的工作人員，都懂得操作眾多站點和支援實驗室的儀器設備的問題。
四、 有利於計算機智能化執行監測數據質量保證和質量控制的任務，解決了那些需 要定期執行的例行任務的自動編排問題。
五、 有利於降低伺服器端的運行負荷，使程序功能最簡化和處理時間最短。解決了 在通用自動監測系統中，因站點眾多所造成的在通訊、數據處理以及可靠性等方面存在 的問題。
六、 實現以最小的程序和通訊負荷，以自動補救方式，保證需要永久記錄的數據， 全部完整地從自動監測站點，最及時地匯集到管理方計算機資料庫伺服器。


圖1為本實用新型的系統結構原理圖2為本實用新型的授權辦公計算機執行遠程任務遙控時的操作界面；
圖3為本實用新型的授權辦公計算機檢査各站點數據接收情況的操作界面；
圖4為本實用新型的授權辦公計算機執行數據檢査時的操作界面；
圖5為本實用新型的授權辦公計算機執行例行任務檢查時的操作界面；
圖6為本實用新型的站點計算機進行例行任務編排時的操作界面；
圖7為本實用新型的站點計算機進行數據、標識採集時的顯示界面；
圖8為本實用新型的授權辦公計算機和站點計算機進行任務編輯的操作界面。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型的實施方式 並不局限於此。
如圖1所示，本實用新型所述環境汙染物的自動監測系統，包括管理方計算機IO、 授權辦公計算機20、站點計算機30、系統支援實驗室計算機40、以及與站點計算機30 連接的監測儀器設備50，管理方計算機10通過TCP/IP乙太網的有線或無線通訊方式與 授權辦公計算機20、站點計算機30、系統支援實驗室計算機40連接。其中所述管理
方計算機10內設置有資料庫伺服器和伺服器端控制程序，用來接收、處理站點計算機30 上傳的監測數據記錄，以及用來向站點計算機30轉發任務指令；所述授權辦公計算機20
用來瀏覽檢査資料庫伺服器中的數據記錄，和分析判別數據質量保證、控制成效，以及
向管理方計算機10提交需要向站點計算機30發送的任務指令；所述站點計算機30用來
進行採集各監測項目的數據、標識，並生成本地資料庫記錄和按照向上備份規則向管理
方計算機10上傳這些記錄，以及按照所接收到的任務指令或例行任務預訂編排、或手動 調用任務測控儀器設備50;所述監測儀器設備50包括用於監測空氣、水、汙染源等環境 汙染物，以及測量氣象、水文、排放量等背景參數的儀器設備，能夠提供各種所需要的 汙染物和背景參數的監測數據。
本實用新型所述環境汙染物的自動監測系統的監測方法，包括面向任務的任務集、 數據狀態標識符號集、腳本語言、例行任務方法、遠程遙控方法和向上備份方法，以下 具體介紹該方法的各部分及其設計思想
一、我們綜合國內外先進的監測數據質量保證和質量控制標準規範，設計編制出可 適用於本實用新型的通用型環境自動監測系統的監測數據狀態標識符號集，及其特有的 賦給規則。所述標識符號集如下-
監測結果數據有效——(無符號)
濃度數據突變——R; 濃度數據不變——r
濃度數據超上限-
+ :
濃度數據低下限-
等待樣品供給(數據恢復)——w
數據傳輸連接不良——BB 信息特徵與套用模板不符-儀器設備離線——D
-MD
運行條件不良(報警)—— 檢査零點進行中——PZ
B
檢查跨度進行中-
校準零點進行中-
-PS
-cz
校準跨度進行中——cs
檢查精度進行中——AS
-PZB -PSB -CZB
檢査零點漂移進行中-
檢查零點不合格-檢查跨度不合格-校準零點不合格-校準跨度不合格-檢査精度不合格-
-TZS; 檢查零點漂移不合格-
-CSB
-ASB
-TZSB
檢査跨度漂移進行中——TSS; 檢査跨度漂移不合格^TSSB 檢査跨度重現性進行中——TSR;檢査跨度重現性不合格——TSRB
檢査多點跨度進行中——TSL; 檢查多點跨度不合格——TSLB
有效數據時間累計不足——H; 儀器設備控制不符合期望——Dt
與之相應地，為了使監測數據標識符號能夠用於對監測項目所涉及的儀器設備進行 自動化測控作業，適合子站和支援實驗室儀器設備品種和集成結構的多樣性、複雜性。 使標識使用既準確無誤，又清晰明了。保證所有監測項目的數據不丟失或誤用，並便於 了解儀器設備運行狀態以及現場出現的問題。我們還為此確定了以下對所有監測項目的
數據的標識符號賦給原則
1、 失效原則。標識一旦出現，必須一直維持，直到產生該標識的問題被克服，或者 產生該標識的進程完成，或者更換了發生故障的儀器設備，才能消除——特別是那些關 於監測項目檢査、校準進行中和不合格的標識。
例如某次檢査零點不合格，則直到該監測項目在此後有檢査零點合格的記錄之前，
該監測項目的數據將一直帶有零點檢查不合格的標識(PZB)。
2、 優先原則。如果監測項目所涉及的儀器設備運行狀態同時符合多個標識的賦給條
件，則按照如下順序優先選定標識
儀器設備離線(D)——數據傳輸連接不良(BB)——信息特徵與套用模板不符(MD) ——運行條件不良(B)——"組合任務"進行中——"簡單任務"進行中——"組合任 務"不合格——"簡單任務"不合格——等待(W)。
其中"簡單任務"是指檢查或校準零點、跨度、精度三類任務，"組合任務"是指
上述三類任務以外的其他檢查任務。
例如在發生運行條件不良時，如儀器設備恰好也處於執行檢查、校準之類任務的
狀態，則僅僅賦給運行條件不良的標識(B)。
又如在檢査多點跨度進行中，雖然包含有若干檢査零點、檢査跨度(各點)等進
程，但僅僅賦給檢查多點跨度進行中的標識(TSL)。
3、 關聯原則。如果對某汙染物監測項目進行檢査(或校準)時，引起標準物質進入
了儀器設備集成中的其他監測項目所涉及的儀器設備的樣品輸送通道——例如進入了樣 品採集通道，或者進入了對同一樣品進行多成分分析的儀器等。則那些被涉及的，此時 不能保持獲得真實樣品的儀器設備所涉及的監測項目的數據，必須賦給等待樣品供給(數
據恢復)的標識(W)。
4、共享原則。如果對某汙染物監測項目進行檢査(或校準時)，恰好儀器設備集成 中有其他監測項目的檢査(或校準)任務，也是使用與之相同的標準物輸送方式和流程 (持續時間和恢復時間)。則這些監測項目的，使用這種標準物輸送方式和流程的檢查(或 校準任務)，也等於自動地被同時起動執行，那麼這些監測項目的數據就必須賦給正在進 行這種檢査(或校準任務)進行中的標識。
例如如果儀器設備集成中各汙染物監測項目在檢査零點時，使用的零標準物輸送 方式和流程相同，即這些監測項目所涉及的儀器設備能夠同時獲得零標準物供給，並且 這些監測項目的檢査零點任務所預定的零標準物供給時間和停止零標準物供給後等待恢 復到真實樣品供給的時間相同。則只要其中一個監測項目啟動了檢査零點任務，其他監 測項目也實際上同時被啟動了檢査零點任務，那麼，各監測項目的數據就必須被賦給檢 查零點進行中的標識(PZ)。
又如如果在空氣自動監測站點用於配製標準氣的是含有S02、 NO、 CO多種標準 物的混合鋼瓶氣，按照同樣稀釋比所配製的標準又分別符合S02、 NO、 CO汙染物監測 項目檢查(或校準)跨度的濃度要求，並在特定供氣方式下能夠同時輸送給這些監測項 目所涉及的儀器設備。則可將這些監測項目的檢查(或校準)跨度的任務，設置為採用 同一供氣方式，並取相同的時間流程。那麼只要其中某監測項目啟動了檢查(或校準) 跨度任務，其他監測項目實際上也同時被啟動了檢査(或校準)跨度任務，這些儀器設 備提供的數據就必須賦給檢査(或校準)跨度正在進行中的標識(PS(或CS))。
二、在自動監測系統中，計算機對儀器設備的操作行為非常有限，僅僅需要種類很 少的命令——例如，發送字符串命令，接收字符串並提取所需內容的命令，數據處理命 令等。為了能夠設計出讓計算機以數碼方式測控儀器設備的通用軟體，我們決定利用這 種工程現象，設計編制一種專門用於編寫命令語句的語言——我們定義為腳本語言。這 種語言要實現由命令語句來告訴軟體做什麼、怎樣做，因所使用儀器設備不同引起的各 種監測項目的各種作業任務的操作差別，體現在命令語句中，而不是在軟體程序中。從 而軟體只要能夠根據監測項目的任務，解釋、執行該任務的相關命令語句，就能夠適用 於現有的和將來更新換代的自動監測站點儀器設備——包括系統支援實驗室。
有了腳本語言，我們可以把站點和系統支援實驗室軟體設計為在需要執行某個監
測項目的某個任務(例如讀取汙染物濃度數據)時，先從記錄有該監測項目所有可執行
任務的命令集中——我們定義為監測項目腳本，査找到這個任務操作相關儀器設備和處 理操作結果的系列命令語句；順序解釋一句，執行一句。由此也確定了，站點和系統支 援實驗室儀器設備的引用、移除、更改，對軟體而言，就表現為使用這些儀器設備的監 測項目的腳本的添加、刪除、改編。
目前我們設計、使用的腳本語言包含以下約定規則和命令-規則
1、 每一條命令都以"{"字符開始，以"}"字符結束。
2、 所有命令都被軟體按照編寫的先後順序逐條解釋一條，執行一條。
3、 命令以命令名稱代碼的字符串開頭，接著是字符":"，然後是操作代碼的字符串。 命令代碼說明命令的操作行為，操作代碼提供執行命令所需要的參數內容。
4、 操作代碼的字符串可包含通用變量(2維數組)MyData(ij)， i=l to 100， j=l to 100 和庫參數LibData(i)， i=l to 100。命令用到的庫參數的數值，在命令編寫時賦值。通用變 量的數值由命令執行過程賦值。
5、 通用變量只有一個下標時，則預設默認j=l 。
6、 操作代碼字符串中可包含用",HEX(n),"表達的16進位代碼，其中n為常規10 進位數，命令執行時按照n的數值還原為操作代碼字符串中的16進位數。
7、 命令格式說明表達式中，Text(I)為用戶填寫的字符內容，n(I)和m(I)為用戶 填寫的10進位數值，Table(I)為制表符，其餘為命令固有字符和變量表達字符；其中I 為0toi的整數，可預設默認為1 。
命令
(1) 、 (Type:Text)為註解命令。提示下面將執行的命令(或者命令系列)，編寫在Text 中的註解內容。
(2) 、 (Err:Text)為數據標識賦給命令。如果上一條命令執行不成功，將Text中的字 符作為狀態標識賦給當時數據。
(3) 、 (Delay:n》為延時命令。n為10進位數。延時n毫秒後才繼續執行後續的語句。
(4) 、 (Send:Text)為發送命令。發送Text中的所有字符。
(5) 、接收並提取內容命令。本命令有兩種方式，採用所謂"印模衝壓"原理從字符 串中截取所需內容。
方式1——{Receive:Text(i);Text(i+1 );n( 1 );text(i+2);n(2);Tabe1(1 )Text(l )Tabel(2)Text(2)
Tabel(3)Text(3)Tabe1(4)……Text(i-l)TabeI(i)}接收並提取內容命令。其中Text(i)為制表 符字符，預設默認為$ ;獲取接收字符串時，Text(i+1)為接收字符串結束符，預設默認 為，Hex(13)， ； n(l)為結束符獲取次數，預設默認為1 ; Text(i+2)為接收字符串左截取 符，預設默認為，Hex(10), ;n(2)為左截取符獲取次數，預設默認為1 。從制表符Tabel(l) 開始到Tabel(i)分隔出的各段字符串Text(l)到Text(i-l)，雙數段字符串(如Text(2) Text(4)等等)必須為空；提取所需內容時，從Text(l)開始到最後一個單數段，按段在 接收字符串中，以不重迭方式，逐一順序查找定位；如果任何一次査找不到，則提取失 敗，作"模板套用不符"處理；如果全部查找定位符合，則將剔除被査找到字符串後剩 下的各段字符，作為提取到的各段內容。
以下通過具體實例解釋上述命令 實例一
命令語句{Receive:;;;;;$so2 $$ ppb$} {Infor:MyData(2)} 接收內容so2 36.9ppb 截取結果MyData(2，l)=36.9 實例二
命令語句{Receive:;;;;;$gflow actual $$ target $$ sccm$}{Correct:MyData(2，l)，l} 接收內容gflow actual 56.09 target 56.21 seem 截取結果MyData(2，1 )=56.09 MyData(2,2)=56.21 實例三
命令語句
;$$;$$;$$;$$;$$;$$;$$;$} {Infor:MyData(2)} 接收內容
@@@@10.2;w;632.1;;0.065;D;1.325;;1632.0;;43.56;CS;6.34;;12.2;;7.321;;452.1;;83.2;;2 4.5;PS;
截取結果
MyData(2，l)=10.2 MyData(2，4)= MyData(2，7)=1.325 MyData(2,10)=
MyData(2,2)=w MyData(2,5)=0.065 MyData(2，8)= MyData(2，ll)=43.56
MyData(2,3)=632.1 MyData(2,6)=D MyData(2,9)=l 632.0 MyData(2,12)=CS
MyData(2，13)=6.34
MyData(2，14)=
MyData(2，15)=12.2
MyData(2，16):
MyData(2，17)=7.321
MyData(2，18)=
MyData(2，19)=452.1
MyData(2,20):
MyData(2,21)=83.2
MyData(2,22)=
MyData(2，23)=24.5
MyData(2，24)=PS
方式2——(Receive:Text(i);Text(i+l);n(l);text(i+2);n(2);Tabel(l)Text(l)Tabel(2)Text(2) Tabel(3)Text(3)Tabe1(4)......Text(i-l)Tabel(i)}接收並提取內容命令。其中Text(i)為制表
符字符，預設默認為$ ;獲取接收字符串時，Text(i+1)為接收字符串結束符，預設默認 為，Hex(13), ; n(l)為結束符獲取次數，預設默認為1 ; Text(i+2)為接收字符串左截取 符，預設默認為，Hex(lO)， ；n(2)為左截取符獲取次數，預設默認為1 。從制表符Tabel(l) 開始到Tabel(i)分隔出的各段字符串Text(l)至U Text(i-l)，單數段字符串(如Text(l) Text(3)等等)必須為空；雙數段字符串格式表達式為，n(l)，n(2)，(3)，其中n(l)為截 取起點，n(2)為截取長度，n(3)——(預設默認)為1以字符截取——為2以16進 制字節截取一一為3以2進位數位截取。提取所需內容時，從Text(2)開始到最後一 個雙數段，在接收字符串中，以不重迭方式，逐一順序定位截取；如果任何一次不能定 位起點或長度不足，則提取失敗，作"模板套用不符"處理；如果全部符合，將依次截 取的結果作為提取到的各段內容。
例如
命令語句{Receive:;，Hex(13),;l;;;$$14,8,l$$30,2，l$$}{Correct:MyData(2，l)，A_F_4} 接收內容 2001D000D01242B500003DE147AE28F9AD 截取結果MyData(2， 1 )=42B50000 MyData(2，2)=28
(6) 、 (Infor:MyData(i》為保存信息命令。將最近一次用Receive命令接收、提取到的 各段內容，存放到指定通用變量，並自動將各段內容按次序賦給該數組中各變量。
(7) 、 (Correct:MyData(iJ)，Text〉為記錄數據命令。將最近一次用Receive命令接收、 提取到的第j段內容，經Text中算式計算後，存放到指定通用變量。其中
Text為數字，則將第j段字符串作為數值與Text表達的數值相乘。Text預設默認
為數值1 。
Text為not ，則保持第j段內容原樣。
Text為A—F_4，則將第j段內容作為4位元組單精度浮點數的asc碼字符串表達轉 換為10進位數。Text為H_F—4，則將第j段內容作為4位元組單精度浮點數的Hex碼錶達轉換為 10進位數。
Text為A—F—n—m，則將第j段內容作為n字節浮點數的asc碼字符串表達轉換為 10進位數，小數點在第m位。
Text為H—F_n—m，則將第j段內容作為n字節浮點數的Hex碼錶達轉換為10 進位數，小數點在第m位。
Text為A—I—n—m，則將第j段內容作為n字節整型數的asc碼字符串表達轉換為 10進位數，小數點在第m位。
Text為H—I—n一m，則將第j段內容作為n字節整型數的Hex碼錶達轉換為10 進位數，小數點在第m位。
Text為A—B_n—m，則將第j段內容作為n字節BCD數碼(包含正負號)的asc 碼字符串表達轉換為10進位數，小數點在第m位。
Text為HJB—n一m，則將第j段內容作為n字節BCD數碼(包含正負號)的Hex 碼錶達轉換為10進位數，小數點在第m位。
(8) 、 {Let—k:MyData(ij"Text》為賦值命令。將Text賦給指定通用變量。
(9) 、 (Function:MyData(ij^MyData(iJL * / + - A _MyData(ij)……}為數值運算命令。 按照算式計算，，結果賦給指定變量。
(10) 、 (Format:MyData(ij),n(l).n(2》為數位格式化命令。將變量中數值整理為指定填 寫格式。其中，n(l)為"多除少補"的固定整數位數，n(2)為"多除少補"的固定小 數位數。
(11) 、 (Byte一Action:MyData(g)Tab1( 1 )n( 1 )，n(I十1 )，Text( 1 )Table(2) Table(i-1 )n(i-1 )，
n(i+i-l)，Text(i-l)Table(i"為位作用命令。將指定變量中數值——制表符和變量的數制相同 於最近一次執行Receive命令——按照2進位代碼，逐組判斷對應數位n(I)是否為 n(I+i)——0或1;如是則將使用本命令的監測項目的數據賦給Text(I)標識符，否則， 清除該監測項目數據的Text(I)標識符。
(12) 、 (Str一Action:MyData(g)tABEL(l)n(l),(l)，Text(l),Text(i+l)Tabe1(2)……tabel(i-l) n(i-l),Text(i-l),Text(i+i-l)Tabd(i"為字符作用命令。將指定變量中數值——制表符和變量 的數制相同於最近一次執行Receive命令——逐組判斷第n(I)個字符起是否為字符串 Text(I)，如是則將使用本命令的監測項目的數據賦給Text(I+i)標識符，否則，清除該監
測項目數據的Text(I)標識符。
(13)、 (Hope:MyData(ij"Text〉為期待命令。以最近一次執行命令對指定變量的賦值， 如果其內容為Text，判斷為先前命令執行成功，否則賦給使用本命令的監測項目的數據 "與期望不符"的標識(Dt)，如果正在進行該監測項目的檢査、校準類任務，則直接賦 給相關任務執行不合格標識。
雖然這些命令數量很少，但卻足以讓我們編寫出所用儀器設備品種、型號不同的各 種監測項目腳本語言。
三、在任何環境汙染物自動監測系統中，對於任何一個監測項目，監測數據質量保 證和質量控制標準規範所要求的作業任務總是有限的，我們綜合分析了現代測控工程和 國內外具前瞻性的自動監測標準規範，設計出足夠支持任何監測項目的兩個任務集
1、為監測項目提供監測數據的，我們分類為"分析儀器"的任務集，如下
讀取監測數據
讀取報警信息
讀取診斷信息
校準零點
校準跨度
檢査零點
檢査精度
檢查跨度
檢査跨度l
檢查跨度10 檢查跨度A5 檢査跨度B5
檢査跨度C5
檢査零點漂移
檢査跨度漂移
檢査跨度重現性
檢查多點跨度4點
檢查多點跨度10點 比對標準氣源2路 比對標準氣源3路 比對標準氣源4路 校準日期時間 讀取設置信息 切換量程
2、為監測項目提供檢査、校準用標準物的，我們分類為"校準儀器"的任務集，如
下:
標準物濃度 報警信息
診斷信息 待機方式A通道手動方式 A通道手動方式l
B通道自動方式1
A通道手動方式IO A通道手動方式A5 A通道自動方式0 A通道自動方式l
B通道自動方式10
H通道手動方式 H通道手動方式l
A通道自動方式IO B通道手動方式 B通道手動方式1
B通道手動方式10 B通道手動方式B5 B通道自動方式O
H通道手動方式10 H通道手動方式H5 H通道自動方式O H通道自動方式l
H通道自動方式IO
有了上述任務集，使自動監測系統計算機軟體的設計、使用，實際上進步為脫離具 體型號儀器設備的面向任務方式。軟體的運行就是執行各監測項目，按照時序自動發生， 或人機互動激發的任務——當然只會是上述任務集內包含的任務。
比如採集汙染物實時監測數據的過程，可編程為按照設定的周期，對每個監測項目 執行"讀取監測數據"和"讀取報警信息"任務，並統計、記錄獲取的數據和標識。
又比如，檢査某個監測項目所使用儀器設備的跨度，可編程為執行該監測項目"檢 査跨度"任務，並按照在該"檢查跨度"任務所設定的流程，使指定的校準儀器執行指 定的任務(例如"A通道自動方式l")，持續指定的時間，然後執行"待機方式"停止標 準物輸送，再等待指定的時間以恢復實際樣品供給，任務結束。自然這期間該監測項目 的數據被賦給檢査跨度進行中的標識(PS)。
在上述任務集裡羅列出來的各條任務，彼此之間存在十分有趣，且十分有用的關係。
這些關係，是在我們使用那些被稱之為儀器設備的東西，建造自動監測站點和系統支援 實驗室的時候"與生具來"的，
這些任務是具有行為進化級別的。高級別的任務會最後被解釋、分解為若干最小的， 不能再分的，直接操作儀器設備的任務。這種最小的、不可再分的任務我們定義為元任 務，例如，那些需要向監測項目所使用儀器設備讀取、寫入代碼的任務。上一個級別， 是那些同時包含有對校準儀器類儀器設備進行操作的任務，如檢查、校準監測項目所用 儀器設備的零點、跨度之類的任務，它們除了操作分析儀器類儀器設備的任務，還包含 了操作校準儀器類儀器設備輸送標準物的任務，我們定義為簡單任務。最高級別，是那 些直接由簡單任務，甚至元任務排隊組成的任務，我們定義為組合任務，例如，比對標 準物濃度，檢査多點跨度等任務，它們是由檢查零點和檢査(各級)跨度任務串成的隊 列。
這種行為進化方法提醒我們，只要能夠讓各監測項目所涉及的儀器設備執行元任務， 那麼利用任務的進化機制，肯定可以做到完全由計算機來操作儀器設備，完成複雜的任 務——而且任務中腳本語言命令的編寫僅僅對元任務就足夠了 。
當然，不是所有自動監測站點和系統支援實驗室的，每一個汙染物或者背景參數的 監測項目都有機會用到上述任務集中的每一條任務。這要看監測項目所使用的儀器設備 集成。目前的特點是，使用新設計製造的儀器設備能夠承擔相對更多的任務——更有利 於實施高水平的監測數據質量保證和質量控制；汙染物監測項目需要承擔比背景參數項 目更多的任務。因此。對於每個自動監測站點和系統支援實驗室，每個監測項目都會有 自己的一系列可執行任務，我們把這些可執行任務都記錄在監測項目腳本中。
在監測項目腳本中，每一個可執行任務的記錄，除了包含用腳本語言編寫的命令， 還必須包含各種說明和設置，以能夠被計算機軟體程序正確執行。
目前我們設計使用的可執行任務記錄形式，包含以下分段內容
1、 類型——默認填寫字符A ，表示本條記錄為可執行任務。
2、 任務——任務名稱。
3、 腳本——監測項目腳本名。
4、 標準——與儀器設備通訊的接口標準。
5、 埠——與儀器設備通訊的計算機硬體。
6、 格式——與儀器設備通訊的編碼格式。7、 波特率——與儀器設備串行通訊時的速率。
8、 量程——監測數據的數值範圍。
9、 項目——監測項目在本站點(或系統支援實驗室)的名稱。
10、 校準源——所用校準儀器腳本名。
11、 源方式——所用校準儀器任務名。
12、 持續，校準值，恢復——填寫標準物供給時間，標準物濃度值，等待恢復到真 實樣品供給時間。
13、 命令——用腳本語言編寫的命令系列。
14、 關聯——執行本任務時關聯的監測項目的腳本名(被關聯的項目的數據在本任 務執行期間被賦給等待標識)。
15、 庫參數——執行本任務時設定的各庫參數變量的數值。
16、 源任務——本任務要求順序執行的任務串。
注任務不需要涉及的分段的內容應為空(不填寫內容)。
監測項目可執行任務的腳本記錄的編寫，需要一個能夠提供填寫所有分段內容的專 用編輯器。我們為此設計了一個樣式如附圖8的腳本編輯器。其中主要功能區說明如下-
1、 分類——用於選定項目屬於分析儀器類，還是校準儀器類。
2、 儀器——用於列出、添加、刪除、選定分類中的項目腳本。
3、 "任務"——列出、選定本分類任務集中的各條任務。
4、 標準——.列出、選定計算機通訊標準(協議)。
5、 埠——列出、選定計算機通訊埠。
6、 格式——列出、選定通訊代碼串格式。
7、 波特率——列出、選定串行通訊速率。
8、 量程——列出、添加、刪除、選定監測數據的數值範圍。
9、 項目——顯示、填寫項目名。汙染物用分子(基團)國標名，背景參數用國標量名。
10、 校準源——列出、選定校準儀器腳本。
11、 源方式——列出、選定校準儀器任務。
12、 持續，校準值，恢復——現時、填寫關於標準物供給時間，標準物濃度，等待恢復 樣品供給時間。
13、 腳本語句——顯示、填寫用腳本語言編寫的命令。
14、 關聯——列出、引進、脫離在執行本任務時關聯的項目腳本。
15、 庫參數——顯示、填寫、計算庫參數變量的數值。
16、 源任務——列出、添加、清除本任務包含的任務串。
17、 按鈕——把編輯結果保存為腳本中的可執行任務記錄。測試當前選定任務是否 可正確執行。把當前選定任務"追加"到等待軟體執行的任務隊列中，等等。
至此，只要自動監測站點和系統支援實驗室計算機軟體程序有能力，在需要執行某 個監測項目的某個任務時，從相關腳本中査找到該任務的記錄，然後按照任務記錄中的 命令和條件，對相關儀器設備進行測控。那麼，我們就不再需要為不同的儀器設備集成 設計不同的計算機軟體，也不需要系統中心管理人員去熟悉系統中五花八門的儀器設備 集成。
四、在自動監測系統中，我們設計的任務集中的任務，被啟用的頻率和原因很不一 樣。從自動監測站點和系統支援實驗室承擔這些任務的特點，可將它們劃分為實時任務、 例行任務和調控任務。
實時任務，是那些電腦程式定時自動執行——根本不理會其他任務是否正在進行 ——的任務。對於一個汙染物監測項目，無論是在進行真實樣品監測，還是在進行各種 指標的檢査、校準，採集、記錄的都是關於濃度的數據，和當時的數據標識。所以象"讀 取數據"和"讀取報警信息"之類屬於數據釆集方面的任務，總是被作為實時任務。
例行任務，是那些由數據質量保證和質量控制體系要求定期進行，以考查數據質量 和維護水平的任務。例行任務可以通過管理方計算機，或授權辦公計算機，或站點計算 機進行制定，如圖5所示為通過授權辦公計算機執行的例行任務檢査時的操作界面，圖6 所示為通過站點計算機進行例行任務的編排工作時的操作界面。此類任務周期性極強， 可簡單地定製為一系列與具體日曆無關的周期每日，每隔日，每周，每隔周，每月， 每隔月、每季，每半年，每年，等等。因而我們推行了一種超乎傳統的，與日期無關的 例行任務機制。其規則如下
——每隔日任務在單周的星期一、三、五和雙周的星期日、二、四、六進行。以1970 年l月1日為單周起計算。
——每周任務在星期一進行。
——每隔周任務在單周的星期一進行。
——每月任務在每月第1日進行。
——每隔月任務在單月第1日進行。
——每季任務在每季第1日進行
——每隔季(半年)任務在每單季第1日進行
—一每年任務在每年第1日進行。
——任務時效優先級(由高到低)為年、季、月、周、日；如果某日同時有不止 一種例行任務符合進行的條件，則僅僅進行時效級別最高的例行任務。 該例行任務通過如下步驟實現
(1) 使用腳本語言編輯、記錄任務指令，使站點計算機能夠調用、解釋、執行這些任 務指令記錄；
(2) 在站點計算機內設置例行任務，定期自動完成監測數據質量保證、質量控制要求 的檢査、校驗儀器設備性能的測控操作；
(3) 站點計算機定期執行上述例行任務，將監測儀器設備獲得的有關數據記錄發送回 管理方計算機。
調控任務，是那些由監測系統管理人員隨時地，在站點計算機(包括系統支援實驗 室計算機)本地啟動執行的，或者在授權辦公計算機和管理方計算機遠程遙控啟動執行 的任務。這種需要來自儀器設備維護維修、性能診斷，數據質量保證與控制的成效審核， 以及新裝備、新技術研究等工作。
五、為了能夠方便地，特別是在管理方授權辦公計算機上，按照系統管理需要，對 自動監測站點和系統支援實驗室進行遠程遙控，啟動執行相關的任務。我們利用所設計 的，具有面向任務特色的自動監測站點計算機軟體，和強化系統通用性的技術、方法， 建立了一種獨特、非常簡捷的站點遠程遙控流程。
在我們設計的管理方辦公計算機軟體中，設計有一個"任務遠程遙控"的用戶界面， 見附圖2——任務遠程遙控界面。在選定自動監測站點、監測項目、任務和調用方式(如 "添加隊列")後，把足夠讓站點計算機軟體程序從指定腳本中找到指定任務並按照調用 方式啟動的信息，上傳給指定的資料庫伺服器。由該伺服器軟體程序利用其與被控站點 之間的，為瞬時監測數據傳輸建立的通訊通道，把這些信息轉發下去。在此過程中，可
以通過用戶界面上該站點最近IO分鐘的各監測項目瞬時數據，觀察任務被啟動執行的效 果。該遠程遙控通過如下步驟實現
(1) 使用腳本語言編輯、記錄任務指令，使站點計算機能夠調用、解釋、執行這些任 務指令記錄；
(2) 通過管理方計算機或授權辦公計算機發送任務指令至站點計算機；
(3) 站點計算機接收上述任務指令，並按照任務指令用腳本語言編寫的記錄，將相應 形式的測控信號發送至相關監測儀器設備；
(4) 監測儀器設備響應上述測控信號，將其獲得的有關數據發送回站點計算機；
(5) 站點計算機將上述數據發送回管理方計算機。
六、為了以最小的程序和通訊負荷，以自動補救方式，保證需要永久記錄的數據， 全部完整地從自動監測站點，最及時地匯集到指定的管理方計算機資料庫伺服器。我們 根據網絡環境，和資料庫服務端軟體的可靠性測試結果，設計了一種我們定義為"向上 備份"的數據傳輸方式。主體規則如下
——自動監測站點和系統支援實驗室計算機軟體，必須保證每次僅向資料庫伺服器 發送一條監測數據記錄，而每次發送之間的時間間隔，必須大於或等於5秒。
——資料庫伺服器軟體對接收到的，需要永久保存的每一條監測數據記錄，必須向 提供記錄的站點發送(回報)記錄的原文，作為"回條"。
——自動監測站點和系統支援實驗室計算機軟體，必須對還沒有接收到資料庫服務 器"回條"的，需要永久保存的監測數據記錄，進行動態優先級排隊，在保證同一條記 錄兩次發送(補發)之間的時間間隔大於或等於5分鐘，和保證兩次發送之間的時間間 隔大於或等於5秒的前提下，發送最新需要補充發送的記錄。
如圖7所示為站點計算機進行數據、標識採集時的顯示界面，站點計算機將其採集 獲得的數據、標識生成本地資料庫記錄，並按照向上備份規則向管理方計算機上傳這些 記錄，管理方計算機接收到由站點計算機傳送來的數據記錄並將其保存在資料庫伺服器 內。通過授權辦公計算機可以瀏覽檢査資料庫伺服器中的數據記錄，和分析判別數據質 量保證、控制成效。如圖3所示為授權辦公計算機檢査各站點數據接收情況的顯示界面, 通過授權辦公計算機上的軟體程序可以將接收到的數據記錄繪製成數學圖表，更加直觀 的顯示出環境監測數據的變化情況，如圖4所示為授權辦公計算機進行數據檢査時的顯 示界面。
以上所述"向上備份"的解決方案，特別適用於國內的網絡環境，並顯著地降低了 資料庫伺服器的處理量。與國內規模近似的系統比較，本系統的資料庫伺服器中各站點 監測數據記錄的完整性、及時性大為提高。開創了研建大型、通用自動監測系統的新思 路和技術路線。
綜上所述，本實用新型實現了一種適用於多種儀器設備、多專題(空氣、水、汙染 源等)和大範圍(跨區域)的通用型環境汙染物自動監測系統，為實現科學地監控和解 決環境汙染問題，提供全面、完備、詳細的監測數據。
權利要求1.一種環境汙染物的自動監測系統，基於TCP/IP乙太網的有線或無線通訊環境，包括作為網絡伺服器的管理方計算機、授權辦公計算機、站點計算機、以及與站點計算機連接的監測儀器設備，其特徵在於所述管理方計算機內設置有資料庫伺服器和伺服器端控制程序，用來接收、處理站點計算機上傳的監測數據記錄，以及用來向站點計算機轉發任務指令；所述授權辦公計算機用來瀏覽檢查資料庫伺服器中的數據記錄，和分析判別數據質量保證、控制成效，以及向管理方計算機提交需要向站點計算機發送的任務指令；所述站點計算機用來進行採集各監測項目的數據、標識，並生成本地資料庫記錄和按照向上備份規則向管理方計算機上傳這些記錄，以及按照所接收到的任務指令或例行任務預訂編排、或手動調用任務測控儀器設備；所述監測儀器設備用來向站點計算機提供所需要的汙染物和背景參數的監測數據。
2. 根據權利要求1所述環境汙染物的自動監測系統，其特徵在於，所述監測儀器設備至 少包括用於監測空氣、水、汙染源，以及測量氣象、水文、排放量的儀器設備。
專利摘要本實用新型公開了一種環境汙染物的自動監測系統，其監測系統基於TCP/IP乙太網的有線或無線通訊環境，包括作為網絡伺服器的管理方計算機、授權辦公計算機、站點計算機、以及與站點計算機連接的監測儀器設備；該監測系統通過以面向任務的任務集、數據狀態標識符號集、腳本語言建立的例行任務方法、遠程遙控方法和向上備份方法實現對環境汙染物的遠程自動監測，是一種適用於多種儀器設備、多專題和大範圍的通用型環境汙染物自動監測系統，為實現科學地監控和解決環境汙染問題，提供全面、完備、詳細的監測數據。
文檔編號G01N35/00GK201072418SQ20062006223
公開日2008年6月11日 申請日期2006年7月28日 優先權日2006年7月28日
發明者俊 劉, 向運榮, 周國強, 師建中 申請人:廣東省環境保護監測中心站