地表水自動監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)自動審核的創(chuàng)新與實踐

萬 黎,劉 玉,賈 坤,吳 笛

(1.山東省環(huán)境監(jiān)測中心站,山東濟南250012;2.濟南市環(huán)境監(jiān)測站,山東濟南250014)

地表水自動監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)自動審核的創(chuàng)新與實踐

萬 黎1,劉 玉1,賈 坤1,吳 笛2

(1.山東省環(huán)境監(jiān)測中心站,山東濟南250012;2.濟南市環(huán)境監(jiān)測站,山東濟南250014)

在地表水質(zhì)量自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量保證管理中,山東省省、市兩級監(jiān)控中心使用計算機數(shù)據(jù)審核系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控和質(zhì)量控制,創(chuàng)新地實現(xiàn)了對監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性的自動判別、監(jiān)測網(wǎng)的運行情況自動評價等自動化質(zhì)控措施。

地表水;自動監(jiān)測網(wǎng);運行狀態(tài);數(shù)據(jù)審核;質(zhì)量控制

山東省地表水質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)由59個河流斷面、24個水庫飲用水監(jiān)測子站組成,河流斷面共監(jiān)測7個項目(飲用水加測葉綠素):COD(CODCr或CODMn)、氨氮、電導(dǎo)率、溶解氧、溫度、濁度和p H值。網(wǎng)絡(luò)信息量大,對象復(fù)雜,所以要盡量確保網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量,使其完整、準(zhǔn)確、可比、公正,為管理者提供真實的決策依據(jù)。采取多項質(zhì)量管理和質(zhì)量控制措施,最重要的是在監(jiān)控中心使用計算機數(shù)據(jù)審核軟件代替大部分人工審核,將不合理的數(shù)據(jù)進行自動剔除或修正。實踐證明,這是確保監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不可缺少的質(zhì)量控制措施。

1 總體設(shè)計

數(shù)據(jù)審核主要為實時監(jiān)控和質(zhì)量控制,流程簡介見圖1。監(jiān)控中心的控制軟件定時進行遠程在線診斷與狀態(tài)監(jiān)控,內(nèi)容包括兩個方面:一是調(diào)取分析儀的運行狀態(tài)參數(shù)進行分析判斷,不可采用數(shù)據(jù)做無效標(biāo)記。二是定時自動遠程校準(zhǔn),了解、掌控儀器的準(zhǔn)確度等信息;監(jiān)控中心的專家審核,結(jié)合儀器巡檢情況進行異常數(shù)據(jù)標(biāo)記;數(shù)據(jù)審核軟件自動對標(biāo)記數(shù)據(jù)及異常情況做出判斷,有無效標(biāo)記的不參加所有統(tǒng)計,需調(diào)整的進行合理修正,數(shù)據(jù)缺失的進行替代填補,結(jié)合每旬現(xiàn)場抽查監(jiān)測結(jié)果,最終統(tǒng)計生成合理、準(zhǔn)確的地表水水質(zhì)質(zhì)量評價結(jié)果。

圖1 地表水?dāng)?shù)據(jù)審核流程圖

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控

山東省地表水自動監(jiān)測采樣頻次目前為4 h,監(jiān)控人員的日常審核界面如圖2所示,分為項目選擇、點位及曲線選擇、數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)曲線顯示4個區(qū)域。

項目選擇區(qū)域主要對審核時間段、曲線顯示項目(COD、氨氮、溶解氧、葉綠素等)、數(shù)據(jù)來源等進行選擇。點位及曲線選擇區(qū)域可具體選擇要在數(shù)據(jù)表格區(qū)域中顯示的一個斷面數(shù)據(jù)詳情、曲線數(shù)據(jù)審核的顯示模式。

2.1 數(shù)據(jù)表格審核子站詳情

數(shù)據(jù)表格區(qū)域顯示所選點位、時段的數(shù)據(jù)詳情。主要監(jiān)測項目COD、氨氮等分別列出其原始值、審核值、數(shù)據(jù)來源和儀器狀況,由審核軟件每4 h自動填寫更新。數(shù)據(jù)來源列內(nèi)容分為原始值(√)、每旬現(xiàn)場抽查對接值(監(jiān)督檢查)、缺失替代值(自動修約);分析儀狀態(tài)內(nèi)容為定時自動調(diào)取系統(tǒng)運行狀態(tài)(見3.1)的判斷結(jié)果或管理人員根據(jù)巡檢報告在信息交流模塊中進行的標(biāo)注;審核值缺省為原始值,若原始數(shù)據(jù)缺失或分析儀狀態(tài)列標(biāo)明該儀器故障,則由系統(tǒng)視為缺失數(shù)據(jù)自動填補(見 2.3),所有的統(tǒng)計報告數(shù)據(jù)來源于審核值。

圖2 實時數(shù)據(jù)審核界面

2.2 曲線數(shù)據(jù)審核

通過觀察數(shù)據(jù)變化折線圖審核數(shù)據(jù)快捷、直觀,便于掌握地表水質(zhì)量變化趨勢、上下游情況,及時發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)。

可分別查看原始數(shù)據(jù)或?qū)徍撕髷?shù)據(jù)曲線,按在一個圖形中數(shù)據(jù)源的不同分三種顯示模式。按城市,數(shù)據(jù)源為同一城市的斷面數(shù)據(jù);按流域,數(shù)據(jù)源為同一流域分類斷面數(shù)據(jù),這些河流具有同樣的水質(zhì)目標(biāo),數(shù)據(jù)超標(biāo)點及異常情況一目了然,以便重點觀測,及時通報;按上下游,數(shù)據(jù)源為有上下游關(guān)系的斷面數(shù)據(jù),可及時掌握水質(zhì)變化趨勢,為管理提供預(yù)警信息。

2.3 數(shù)據(jù)缺失的修補

數(shù)據(jù)缺失和數(shù)據(jù)無效時,審核值暫由審核軟件按照國家技術(shù)規(guī)范要求[2]自動填補替代值,數(shù)據(jù)來源為“自動修約”。每旬?dāng)?shù)據(jù)對接時(見3.4),若有該斷面的同期監(jiān)督抽查或巡查比對的人工采樣數(shù)據(jù),則采用抽查數(shù)據(jù)取代自動填補替代值,數(shù)據(jù)來源改為“監(jiān)督檢查”。

3 質(zhì)量保證與質(zhì)量控制

3.1 儀器運行狀態(tài)的遠程調(diào)取及應(yīng)用

儀器運行狀態(tài)遠程調(diào)取的主要目的為:遠程判斷子站系統(tǒng)運行是否正常(是否有系統(tǒng)一 、二、三級報警和斷電報警),查看分析儀運行情況 (如工作狀態(tài)、量程、校正曲線斜率、氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液A和B的濃度及電壓值、試劑余量、綜合報警等),從而判別監(jiān)測數(shù)據(jù)是否可靠。以采用的廈門W TW工控機所采集的狀態(tài)為例:如系統(tǒng)報警中有一級報警顯示,審核系統(tǒng)將該測量周期數(shù)據(jù)作無效標(biāo)記,因為該報警是管路壓力過大或煙霧報警,現(xiàn)場系統(tǒng)停止,所有閥門,水泵處于關(guān)閉狀態(tài)(待機),下一個周期不啟動測量;而若系統(tǒng)出現(xiàn)三級報警,數(shù)據(jù)只作供參考標(biāo)記,因為該報警表明源水泵工作10min(管路進樣時間上限)系統(tǒng)未收到沉砂池液位開關(guān)信號;蠕動泵工作10min(分析進樣時間上限)系統(tǒng)未收到樣水杯液位開關(guān)信號,出現(xiàn)的原因可能是采樣水泵或蠕動泵故障,或者水淺或液位計故障,前者數(shù)據(jù)應(yīng)作無效處理,后者若是液位計故障數(shù)據(jù)可以采用。

子站每5min上傳一次系統(tǒng)運行狀態(tài),審核軟件自動判斷后將故障信息填報到審核界面(圖2)及生成系統(tǒng)故障單,供管理人員掌握情況調(diào)度維護。圖3為系統(tǒng)運行存在實時故障的子站列表和點擊故障站點顯示的該子站運行狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)遠程反控

系統(tǒng)遠程反控是監(jiān)督子站運行、確保監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠準(zhǔn)確的必不可少的質(zhì)量控制措施。在多項反控措施中最常用的有遠程定時校準(zhǔn)、控制留樣和修改子站系統(tǒng)時間。

系統(tǒng)定時自動進行遠程校準(zhǔn),定期多點校準(zhǔn),了解、掌控儀器的精確度,產(chǎn)生校準(zhǔn)結(jié)果報告表,審核軟件自動進行分析處理:根據(jù)技術(shù)規(guī)范[4～6]的要求,對不滿足性能指標(biāo)的儀器數(shù)據(jù)判斷為無效,同時通知運營管理人員盡快進行維修,極大地提高了工作效率。

遠程指令留取樣品,除子站數(shù)據(jù)超標(biāo)時自動留取樣品外,還可以根據(jù)需要遠程發(fā)出指令要求子站留取瞬時樣品。

3.3 自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行評價體系

山東省地表水河流自動監(jiān)測網(wǎng)采用市場化運營模式管理,該模式有利于加強監(jiān)督管理力度,減輕城市監(jiān)測站的壓力,減少人為干擾數(shù)據(jù)質(zhì)量的狀況,是保證自動監(jiān)測網(wǎng)高質(zhì)量運行的有力措施。

市場化運營模式管理能否成功的關(guān)鍵是能否嚴(yán)格、科學(xué)地對運營公司進行監(jiān)督管理。為提高日常監(jiān)管力度,山東省制定了詳盡的打分標(biāo)準(zhǔn),而執(zhí)行的主要依據(jù)來源于每一子站的系統(tǒng)運行率、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率及系統(tǒng)運行情況詳情。

系統(tǒng)自動統(tǒng)計出監(jiān)測網(wǎng)中每一個子站的運行率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率(圖4)及系統(tǒng)運行異常情況分類詳情單(圖5)。以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)評價自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況,力求公正、全面,提高了運營方的積極性,保證了系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的運行。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率的統(tǒng)計是根據(jù)日常數(shù)據(jù)審核常見異常值情況的總結(jié)。除運行率和準(zhǔn)確率外,表中每列數(shù)據(jù)均為所對應(yīng)情況出現(xiàn)的天數(shù),而“旬對接超出允許范圍”指每旬人工監(jiān)測數(shù)據(jù)和自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的比對誤差超出國家技術(shù)規(guī)范[4～6]允許范圍的天數(shù)。

3.4 旬?dāng)?shù)據(jù)對接

山東省環(huán)保廳要求全省環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)管理要堅持“四統(tǒng)一”原則,即統(tǒng)一監(jiān)測指標(biāo)、統(tǒng)一監(jiān)測設(shè)備調(diào)試和校正標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸方式和統(tǒng)一監(jiān)測數(shù)據(jù)確認(rèn),確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可比性、共識性。要求每旬由省環(huán)境監(jiān)測站對地表水進行現(xiàn)場抽查采樣監(jiān)測,自動監(jiān)測數(shù)據(jù)每旬與現(xiàn)場抽查數(shù)據(jù)進行一次比對,凡是誤差符合國家技術(shù)規(guī)范[3～4]允許范圍的,采用自動監(jiān)測數(shù)據(jù);凡是誤差超過允許范圍的采用抽查監(jiān)測數(shù)據(jù),并對該數(shù)據(jù)進行記錄,由省監(jiān)控中心組織對相關(guān)監(jiān)測設(shè)備重新進行調(diào)試校正。

圖3 運行故障子站清單及子站運行狀態(tài)

圖4 河流斷面子站運行率、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率統(tǒng)計

3.5 異常情況快速反應(yīng)

當(dāng)數(shù)據(jù)超出設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn),除子站自動留取樣本外,審核軟件自動短信通知當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)測部門和距離最近的維護人員,查找原因,及時處理,起到了預(yù)警預(yù)報水質(zhì)污染事故的作用。當(dāng)審核系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)子站運行出現(xiàn)故障時,自動短信通知距離最近的維護人員盡快解決。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)已在山東省、市監(jiān)控中心得以成功應(yīng)用,其獨創(chuàng)的對監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性的自動判別、監(jiān)測網(wǎng)的運行情況自動評價體系等自動化實現(xiàn)的質(zhì)控措施,為確保監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行、監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性提供了切實有效的技術(shù)保障。

圖5 水站運行異常情況分類統(tǒng)計

[1]國家環(huán)境保護總局.HJ/T 91—2002地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京:國家環(huán)境保護總局,2002.

[2]國家環(huán)境保護總局.HJ/T 356—2007水污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)有效性判別技術(shù)規(guī)范[S].北京:國家環(huán)境保護總局,2007.

[3]國家環(huán)境保護總局.HJ/T 354—2007水污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)驗收技術(shù)規(guī)范[S].北京:國家環(huán)境保護總局,2007.

[4]國家環(huán)境保護總局.HJ/T 100—2003高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀技術(shù)要求[S].北京:國家環(huán)境保護總局,2003.

[5]國家環(huán)境保護總局.HJ/T 377—2007化學(xué)需氧量(CODCr)水質(zhì)在線自動監(jiān)測儀技術(shù)要求[S].北京:國家環(huán)境保護總局,2007.

[6]國家環(huán)境保護總局.HJ/T 101—2003氨氮水質(zhì)自動分析儀技術(shù)要求[S].北京:國家環(huán)境保護總局,2003.

Innovation and Practice on Data Automatic Auditing of Automatic Monitoring Network for Surface Water

Wan Li1,Liu Yu1,Jia Kun1,Wu Di2
(1.Shandong Provincial Environmental Monitoring Center,Jinan Shandong 250012;2.Jinan Environmental Monitoring Station,Jinan Shandong 250014)

In quality assurance management of the surface water quality automatic monitoring network,computer data auditing system w as used by Shandong provincial and municipal monitoring center to monitor the data and control the quality.It realized creatively the automatic identification of data validation,automatic evaluation of running conditions of monitoring network,and some other automatic quality control measures.

surface water;automatic monitoring network;running condition;data auditing;quality control

X832

A

1008-813(2010)06-0059-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.06.017

2010-10-11

萬黎(1958—),女,山東蓬萊人,畢業(yè)于解放軍洛陽外國語學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè),高級工程師,主要從事環(huán)境自動監(jiān)測及綜合評價方面的工作。