污染源現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和傳輸

1、1Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 污染源現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和傳輸污染源現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和傳輸中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站 2014年年8月月2Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 目錄數(shù)據(jù)采集傳輸儀介紹一一污染源現(xiàn)場(chǎng)數(shù)采儀數(shù)據(jù)造假的檢查二二3Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 一、數(shù)據(jù)采集傳輸儀介紹1背景背景2發(fā)展史發(fā)展史3儀器構(gòu)造和工作原理儀器構(gòu)造和工作原理4環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用1、背景2007年, 國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)

2、節(jié)能減排綜合性工作方案的通知(國(guó)發(fā) 2007 15號(hào))污染物減排三大體系能力建設(shè)國(guó)控重點(diǎn)污染源城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)據(jù)采集傳輸儀實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的核定污染源排放狀況加強(qiáng)管理4自動(dòng)監(jiān)控國(guó)控重點(diǎn)污染源自動(dòng)監(jiān)控項(xiàng)目的深入開(kāi)展環(huán)保部重點(diǎn)污染源核心應(yīng)用軟件的廣泛使用排污現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集傳輸儀監(jiān)控中心上位機(jī)平臺(tái)必選設(shè)備5截止20122012年全國(guó)共建成省市級(jí)監(jiān)控中心344個(gè)；共對(duì)13248家企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)端實(shí)施了自動(dòng)監(jiān)控，其中國(guó)控重點(diǎn)污染源9213家61999 環(huán)境保護(hù)部開(kāi)展污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目2004 2004年將環(huán)境監(jiān)理適配器和污染處理設(shè)施運(yùn)行記錄儀兩個(gè)產(chǎn)品功能合并2005 HJ/T 212-2005出臺(tái)，明確了自動(dòng)

3、監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的劃分、明確了數(shù)采儀概念2009 頒布了數(shù)據(jù)采集傳輸儀技術(shù)要求（HJ 477-2009）標(biāo)準(zhǔn) 環(huán)境監(jiān)理適配器污染處理設(shè)施運(yùn)行記錄儀2、發(fā)展史7Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 COD在線監(jiān)測(cè)儀氨氮在線監(jiān)測(cè)儀CEMS數(shù)據(jù)采集傳輸儀監(jiān)控中心上位機(jī)平臺(tái)數(shù)字量信號(hào)模擬量信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)流量計(jì)pH計(jì)在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)、GPRS、光纖、3G、衛(wèi)星反控控制3、環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用反控控制83.1 確保在線儀器與平臺(tái)之間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性1、采集準(zhǔn)確模擬量數(shù)采儀對(duì)在線儀器輸出的信號(hào)，根據(jù)量程僅做A/D轉(zhuǎn)化，不做其他處理數(shù)字量數(shù)采儀對(duì)串口輸出的數(shù)

4、字量信號(hào)，僅按照串口協(xié)議解析數(shù)據(jù)部分，不做其他處理2、單位統(tǒng)一保證儀器和平臺(tái)數(shù)據(jù)單位統(tǒng)一93.2 數(shù)據(jù)可追溯性 根據(jù)HJ/T212和HJ477標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)采儀存儲(chǔ)了至少14400條歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)有三種類型：分鐘歷史數(shù)據(jù)（按照每十分鐘存儲(chǔ)一條，存儲(chǔ)一個(gè)月）；小時(shí)歷史數(shù)據(jù)（按照每一個(gè)小時(shí)存儲(chǔ)一條，存儲(chǔ)一年）；日歷史數(shù)據(jù)（按照每天存儲(chǔ)一條，存儲(chǔ)一年）。并且存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為上報(bào)的數(shù)據(jù)，不能對(duì)已存在的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、刪除等操作。3.3 完成平臺(tái)控制功能項(xiàng)目指令列舉實(shí)現(xiàn)方式響應(yīng)方為數(shù)采儀提取/設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)機(jī)時(shí)間；提取/設(shè)置報(bào)警門(mén)限；提取/設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上報(bào)間隔；提取歷史分鐘/小時(shí)/日數(shù)據(jù)等等監(jiān)控平臺(tái)下法指令，數(shù)采

5、儀直接響應(yīng)執(zhí)行，并發(fā)送執(zhí)行結(jié)果，具體的功能由數(shù)采儀來(lái)完成。響應(yīng)方為在線儀器校零校滿；及時(shí)采樣；設(shè)置采樣周期等等 104、儀器構(gòu)造和工作原理4.1 儀器分類一般由8 8位或1616位單片機(jī)為核心，加上存儲(chǔ)芯片、A/DA/D芯片、串?dāng)U展芯片、顯示屏等外圍設(shè)備組成數(shù)據(jù)采集傳輸儀一般由低功耗、高性能的ARMARM芯片為核心，外擴(kuò)A/DA/D芯片、大容量的FlashFlash存儲(chǔ)芯片、串口芯片等外圍設(shè)備組成數(shù)據(jù)采集傳輸儀基于工控機(jī)的系統(tǒng)：有工業(yè)級(jí)板卡為核心，加上A/DA/D模塊、串口擴(kuò)展板卡等組成11數(shù)采儀結(jié)構(gòu)示意圖4.2 儀器組成124.3 工作原理數(shù)采儀的主要工作是完成現(xiàn)場(chǎng)在線設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、處理、

6、存儲(chǔ)、展示與上報(bào)功能數(shù)據(jù)采集接口類型采集方法備注模擬量通過(guò)AI采集，采集的精度由AD位數(shù)和轉(zhuǎn)換的精度來(lái)決定流量計(jì)；pH計(jì)等數(shù)字量串口接口定義使用RS232/RS485來(lái)采集數(shù)據(jù)，直接提取儀器串口輸出數(shù)據(jù)，不作任何轉(zhuǎn)換COD；氨氮；CEMS等第三方系統(tǒng)采集后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)使用RJ45口來(lái)采集數(shù)據(jù)部分CEMS。13數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)類型計(jì)算方法計(jì)算類數(shù)據(jù)根據(jù)212協(xié)議的要求，計(jì)算污染參量與污染物的10分鐘、1小時(shí)、1天的最大值、最小值、平均值、累計(jì)值。折算類數(shù)據(jù)根據(jù)212協(xié)議的要求，煙氣污染物除過(guò)需要上報(bào)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（實(shí)測(cè)實(shí)時(shí)、分鐘、小時(shí)、日數(shù)據(jù)）還需要上報(bào)折算數(shù)據(jù)（折算實(shí)時(shí)、分鐘、小時(shí)、日數(shù)據(jù)）超標(biāo)數(shù)據(jù)根據(jù)

7、設(shè)置的超標(biāo)上限值，數(shù)采儀實(shí)時(shí)判斷數(shù)據(jù)是否超標(biāo)，如果超標(biāo)則存儲(chǔ)超標(biāo)數(shù)據(jù)，并上報(bào)CN=2071給平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和上報(bào)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)212協(xié)議中不涉及對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，只存儲(chǔ)分鐘/小時(shí)/日最大、最小、平均和累計(jì)值以及報(bào)警數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)上報(bào)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、分鐘數(shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)和日數(shù)據(jù)等14Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 二、污染源現(xiàn)場(chǎng)數(shù)采儀數(shù)據(jù)造假的檢查 關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)造假污染源在線監(jiān)測(cè)的根本意義是：真實(shí)的數(shù)據(jù)反映現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)的排放狀況15Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 排污口造假1、私設(shè)暗管，開(kāi)通旁路2、稀

8、釋進(jìn)樣3、偷換水樣4、間歇性時(shí)差集中排放16Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 分析儀器造假1、修改標(biāo)準(zhǔn)曲線2、設(shè)定系數(shù)(輸出的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)=K*實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)+B)3、量程雙標(biāo)準(zhǔn) 3.1 分析儀器量程雙標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試量程和數(shù)據(jù)輸出量程 3.2 數(shù)采儀量程比在線分析儀器量程低（針對(duì)模擬量接入）17數(shù)據(jù)采集傳輸儀數(shù)據(jù)造假數(shù)據(jù)采集階段造假 模擬量-修改數(shù)采儀量程和信號(hào)范圍造假 模擬量-修改采集公式系數(shù)法造假 串口量-增加通訊協(xié)議系數(shù)法造假數(shù)據(jù)處理傳輸階段造假 數(shù)采儀超標(biāo)數(shù)據(jù)造假上報(bào)法造假 數(shù)采儀模擬數(shù)據(jù)上報(bào)法造假18Copyright 2012 And

9、y Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)采集階段造假1、修改數(shù)采儀量程和信號(hào)范圍（針對(duì)模擬量接入）例：分析儀器輸出4-20mA模擬信號(hào)，對(duì)應(yīng)量程為0-1000， 假如此時(shí)數(shù)采儀采集到12mA信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，顯示數(shù)據(jù)應(yīng)為A值，如果此時(shí)人為設(shè)定數(shù)采儀的量程為0-500，雖然數(shù)采儀采集到的仍是12mA信號(hào)，但經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后顯示數(shù)值約為A/2；同理信號(hào)范圍也類似。19Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 產(chǎn)生影響：該手段影響的將是全部數(shù)據(jù)，較容易被發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢查：查看數(shù)采儀量程和分析儀器量程是否一致； 數(shù)采儀信號(hào)范圍是否與分

10、析儀器一致 對(duì)比數(shù)采儀和分析儀的歷史數(shù)據(jù)20數(shù)采儀量程和信號(hào)范圍現(xiàn)場(chǎng)檢查步驟第一步：查看分析儀器的信號(hào)范圍與量程范圍（一般需要密碼進(jìn)入，量程范圍在驗(yàn)收時(shí)應(yīng)有備案）第二步：查看數(shù)采儀的信號(hào)范圍與量程范圍信號(hào)范圍量程范圍第三步：比對(duì)分析，如果一致則正常，不一致則異常注意：該種作弊手段比較常見(jiàn)，并且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，僅需要修改數(shù)采儀的參數(shù)即可。21Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)采集階段造假2、修改采集公式系數(shù)（針對(duì)模擬量接入）一般常見(jiàn)的修正方法為一次線性方法，通過(guò)設(shè)置斜率、截距的值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，即y=k*x+b（修改k，b值），對(duì)于模擬量數(shù)

11、據(jù)采集方式，設(shè)置合理的修正系數(shù)，能夠更好的保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及與分析儀表數(shù)據(jù)的一致性，但如果為了將數(shù)據(jù)“造”成合格數(shù)據(jù)而去調(diào)整公式系數(shù)，即為非法操作，存在數(shù)據(jù)造假嫌疑。22Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 產(chǎn)生影響：該手段影響的將是全部數(shù)據(jù)，較容易被發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢查：使用萬(wàn)用表測(cè)量分析儀器實(shí)際輸出信號(hào)并換算 對(duì)比數(shù)采儀和儀表的歷史數(shù)據(jù)23使用萬(wàn)用表測(cè)量分析儀器實(shí)際輸出信號(hào)并換算現(xiàn)場(chǎng)檢查步驟第一步：獲取數(shù)采儀的信號(hào)范圍與量程范圍第二步：用萬(wàn)用表測(cè)得進(jìn)入數(shù)采儀的電壓或電流值（即儀器實(shí)際輸出值）以萬(wàn)用表的測(cè)試結(jié)果為準(zhǔn)24現(xiàn)場(chǎng)檢查步驟第三步：用

12、A/D轉(zhuǎn)換公式，看數(shù)采儀顯示結(jié)果與計(jì)算的是否一致注意：該種作弊手段是在數(shù)采儀廠家的支持下才能完成。使用萬(wàn)用表測(cè)量分析儀器實(shí)際輸出信號(hào)并換算現(xiàn)場(chǎng)檢查步驟25Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)采集階段造假3、增加系數(shù)（針對(duì)串口接入） 如果信號(hào)為數(shù)字量則通過(guò)增加系數(shù)的方式來(lái)控制上報(bào)給監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)26Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 產(chǎn)生影響：該手段影響的將是全部數(shù)據(jù)，較容易被發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢查：通過(guò)截獲在線儀器輸出報(bào)文的方式來(lái)核查 對(duì)比數(shù)采儀和儀表的歷史數(shù)據(jù)27Copyright 20

13、12 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)比對(duì) 檢查并記錄儀表數(shù)值，同時(shí)核對(duì)、記錄數(shù)采儀和平臺(tái)數(shù)值； 對(duì)于儀表數(shù)值和數(shù)采儀數(shù)值，若存在示值誤差，說(shuō)明數(shù)采儀在數(shù)據(jù)采集部分已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)修正； 對(duì)于數(shù)采儀數(shù)值和平臺(tái)數(shù)值，若存在示值誤差，說(shuō)明數(shù)采儀在數(shù)據(jù)傳輸部分進(jìn)行了數(shù)據(jù)修正。記錄儀表示值比對(duì)數(shù)采儀示值核對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)28Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)采儀通過(guò)模擬量采集數(shù)據(jù)時(shí)，允許存在數(shù)采儀量程1以內(nèi)的誤差，數(shù)采儀和平臺(tái)數(shù)據(jù)一致，但和儀表可能會(huì)存在偏差。應(yīng)采用分鐘數(shù)據(jù)（十分鐘數(shù)據(jù)）去做數(shù)據(jù)比對(duì)數(shù)采儀不存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)

14、據(jù)，如采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，只能比較平臺(tái)和分析儀器數(shù)據(jù)的一致性，同時(shí)應(yīng)以儀表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn)為準(zhǔn)（平臺(tái)數(shù)據(jù)顯示時(shí)間存在延后的可能性，但最多延后時(shí)間為數(shù)采儀的一個(gè)上報(bào)間隔）小時(shí)數(shù)據(jù)比對(duì)時(shí)，平臺(tái)和數(shù)采儀的數(shù)據(jù)一致，但與儀表數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生偏差例：假定分析儀2小時(shí)測(cè)定一次，從0點(diǎn)開(kāi)始采樣，0：20測(cè)試完成，結(jié)果為A值。如果此時(shí)選取數(shù)采儀的小時(shí)數(shù)據(jù)（0-1點(diǎn)），數(shù)采儀在0點(diǎn)至0：20之間采集到的數(shù)據(jù)并非為A值，而應(yīng)是儀表上次測(cè)量的數(shù)據(jù)B值，故數(shù)采儀的小時(shí)數(shù)據(jù)（0-1點(diǎn)）是根據(jù)儀表上一次的測(cè)定值B以及本次的測(cè)定值A(chǔ)綜合得出。采用分鐘數(shù)據(jù)去做比對(duì)時(shí)，應(yīng)以分析儀器數(shù)據(jù)時(shí)間為起點(diǎn)，從該時(shí)間點(diǎn)往后推10分鐘（如分析儀記錄時(shí)間

15、的是采樣開(kāi)始時(shí)間，則時(shí)間起點(diǎn)還應(yīng)將整個(gè)采樣，測(cè)試周期的時(shí)間考慮進(jìn)去），比較該時(shí)間段內(nèi)的三方的分鐘數(shù)據(jù)（分析儀數(shù)據(jù)為選取時(shí)間點(diǎn)A點(diǎn)的數(shù)據(jù)，數(shù)采儀和平臺(tái)為A點(diǎn)A點(diǎn)+10分鐘時(shí)間段內(nèi)的分鐘數(shù)據(jù)，用這三個(gè)數(shù)據(jù)作為本次測(cè)量數(shù)據(jù)的比對(duì)數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)比對(duì)需注意的問(wèn)題29Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)處理傳輸造假1、數(shù)采儀超標(biāo)數(shù)據(jù)造假上報(bào) 如果數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)則不作處理，如果超過(guò)設(shè)定的某個(gè)值則對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行屏蔽，保持為上一次采集到的正常數(shù)據(jù)（或?qū)Τ瑯?biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正）上報(bào)給監(jiān)控中心。30Copyright 2012 Andy Guo. All ri

16、ghts reserved。 產(chǎn)生影響：該種作假手段影響不是所有數(shù)據(jù)，僅僅是針對(duì)個(gè)別數(shù)據(jù)而言，比較隱蔽，基本無(wú)法通過(guò)過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)來(lái)發(fā)現(xiàn)。超標(biāo)數(shù)據(jù)造假上報(bào)一般有三種方式1）在數(shù)采儀內(nèi)部設(shè)置不合理的超標(biāo)限值及上報(bào)程序，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超過(guò)該限值則顯示并上報(bào)該設(shè)定的值的方式。報(bào)警限值31現(xiàn)場(chǎng)檢查步驟第一步：通過(guò)數(shù)采儀的顯示屏找到報(bào)警的限值第二步：直接修改該“限值”使其低于當(dāng)時(shí)數(shù)采儀顯示的的實(shí)際數(shù)值第三步：觀察結(jié)果 結(jié)果一：修改完后數(shù)采儀顯示的數(shù)值為實(shí)際的數(shù)值則正常 如果二：如修改完后數(shù)采儀顯示的數(shù)值是我們剛才設(shè)置的“限值”則異常注意：設(shè)置數(shù)采儀的報(bào)警上下線的目的是：當(dāng)超過(guò)此限值時(shí)需要記錄數(shù)據(jù)并上報(bào)給平臺(tái)

17、CN=2072，而不是限制讓其輸出的數(shù)據(jù)不超過(guò)此數(shù)據(jù)。32Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 2）數(shù)采儀采集到數(shù)據(jù)后未直接報(bào)送到監(jiān)控中心平臺(tái)而是通過(guò)其他設(shè)備/服務(wù)器中轉(zhuǎn)處理后再發(fā)送到監(jiān)控中心平臺(tái)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查：首先了解本區(qū)域數(shù)采儀設(shè)備需上報(bào)中心的IP地址和端口信息。然后在現(xiàn)場(chǎng)查看數(shù)采儀的服務(wù)器IP和端口配置，通過(guò)比較即可知道是否經(jīng)過(guò)第三方設(shè)備/服務(wù)器中轉(zhuǎn)。33Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 3）分析儀器的測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)定完成后，首先通過(guò)儀器內(nèi)部工控機(jī)處理（造假）數(shù)據(jù)，將處理（造假）后的數(shù)

18、據(jù)存儲(chǔ)在分析儀器上，再將此數(shù)據(jù)通過(guò)串口或模擬量輸出給數(shù)采儀?，F(xiàn)場(chǎng)檢查：可以隨身攜帶超標(biāo)濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（儀器量程范圍內(nèi)），現(xiàn)場(chǎng)做樣，檢查在線儀器、數(shù)采儀、平臺(tái)數(shù)據(jù)是否超標(biāo)，并且是否一致。34Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)據(jù)處理傳輸造假2、報(bào)送模擬數(shù)據(jù)1）直接報(bào)送模擬數(shù)據(jù)；2）某些特定時(shí)段斷開(kāi)數(shù)采儀與分析儀的連接，但數(shù)采儀仍“正?！鄙蠄?bào)數(shù)據(jù)給平臺(tái)。35Copyright 2012 Andy Guo. All rights reserved。 數(shù)字量或模擬量通信模擬數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查步驟： 將儀器和數(shù)采儀之間的通信斷開(kāi)。 看數(shù)采儀是否依然顯示正常數(shù)據(jù)，是否提示設(shè)備通信中斷。一般數(shù)采儀為了防止偶發(fā)的數(shù)據(jù)通信異常，都會(huì)有一個(gè)通信異常次數(shù)的容錯(cuò)（根據(jù)數(shù)采儀自身特性，可要求廠商提供該參數(shù)） 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間等待后若數(shù)采儀依然保持正常狀態(tài)數(shù)據(jù)，說(shuō)明數(shù)采儀可能存在數(shù)據(jù)模擬造假的嫌疑。 同時(shí)核對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)驗(yàn)證是否存在傳輸數(shù)據(jù)模擬造假的情況。斷電