智能手機(jī)APP軟件在水質(zhì)采樣中的運(yùn)用

韓淑媛，車(chē)淑紅，楊國(guó)德，胡忠霞，鞏 琳

（黃河水利委員會(huì)中游水文水資源局，山西 晉中 030600）

智能手機(jī)APP軟件在水質(zhì)采樣中的運(yùn)用

韓淑媛，車(chē)淑紅，楊國(guó)德，胡忠霞，鞏 琳

（黃河水利委員會(huì)中游水文水資源局，山西 晉中 030600）

在水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理中，特別是黃河流域入黃排污口監(jiān)督工作中，水質(zhì)樣品的采集點(diǎn)和時(shí)間是水樣是否具有代表性的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)并完成水質(zhì)樣品實(shí)時(shí)信息采集軟件，該軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣地點(diǎn) GPS 精準(zhǔn)定位，采用二維碼存儲(chǔ)、FTP 服務(wù)器傳輸?shù)燃夹g(shù)實(shí)時(shí)傳輸采樣信息，有效解決對(duì)采樣過(guò)程的監(jiān)管問(wèn)題。通過(guò)實(shí)地測(cè)試證明研發(fā)的軟件達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具備便攜、準(zhǔn)確、快捷、高效的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)采樣遠(yuǎn)程監(jiān)管具有實(shí)踐意義。

水質(zhì)樣品；實(shí)時(shí)；采樣；GPS；二維碼；監(jiān)管

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科技的不斷進(jìn)步，社會(huì)各界對(duì)水環(huán)境的關(guān)注度越來(lái)越高，水資源及水環(huán)境評(píng)價(jià)已成為政府決策的重要依據(jù)[1]。水環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)要提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)能力，首先要從源頭上保證采樣點(diǎn)的位置精確，它決定了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能否真實(shí)反映水體現(xiàn)狀，合理的采樣位置對(duì)保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性起到關(guān)鍵作用[2-3]。另外，在水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作中，樣品的采集地點(diǎn)、位置是一個(gè)非常敏感的問(wèn)題，在水質(zhì)技術(shù)服務(wù)與被服務(wù)中，尤其在入河排污口監(jiān)督管理工作中，水質(zhì)樣品的采集地點(diǎn)與位置往往是容易引起爭(zhēng)議的焦點(diǎn)問(wèn)題，所以如何全面掌握采樣現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)采樣過(guò)程，并為解決處理類(lèi)似的爭(zhēng)議、糾紛提供確鑿證據(jù)，也是本文要完成的主要內(nèi)容。

目前還未發(fā)現(xiàn)有水質(zhì)檢測(cè)采樣信息在智能移動(dòng)終端中的應(yīng)用研究，且沒(méi)有針對(duì)采樣點(diǎn)位置的有效控制措施軟件。本項(xiàng)研究結(jié)合百度地圖GPS 信息設(shè)計(jì)了手機(jī)軟件定位傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)時(shí)采樣過(guò)程的控制，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息化、水環(huán)境信息系統(tǒng)全方位化奠定基礎(chǔ)[4]，為今后開(kāi)展無(wú)人飛行遙控采樣提供可行性研究。

1 現(xiàn)行采樣方式存在的問(wèn)題

目前水質(zhì)采樣在實(shí)際工作中存在的問(wèn)題主要包括：水質(zhì)采樣點(diǎn)分布范圍廣，數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，地處偏僻等，致使采樣監(jiān)管困難。采樣人員是否按照規(guī)定時(shí)間，是否在指定采樣位置采樣，是否及時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行分裝保存或提前采樣等問(wèn)題都影響樣品的代表性和時(shí)效性[5]。同時(shí)，目前采用的紙質(zhì)采樣單存在記錄不清晰、數(shù)據(jù)不全面、運(yùn)送過(guò)程中易損壞致使數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題，弱化了質(zhì)量管理控制[6]。可見(jiàn)，人工管理的采樣模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足水質(zhì)信息化的需求，由此獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也不能完全客觀地反映水質(zhì)的真實(shí)狀況。如何從源頭控制采樣的準(zhǔn)確性成為水質(zhì)監(jiān)測(cè)人員思考的一個(gè)問(wèn)題。

2 問(wèn)題解決方案

根據(jù)采樣工作中存在的問(wèn)題，確定要解決的是保證采樣地點(diǎn)和時(shí)間的準(zhǔn)確性，信息記錄的完整性。

智能手機(jī)的廣泛應(yīng)用及其豐富的實(shí)用功能，尤其是安卓系統(tǒng)的開(kāi)放性后臺(tái)設(shè)計(jì)，為解決上述問(wèn)題提供了便利，解決方案主要有以下3 點(diǎn)：

1）智能手機(jī)的 GPS 定位功能，可以對(duì)采樣斷面位置進(jìn)行精確定位，從而保證采樣地點(diǎn)的準(zhǔn)確性。

2）采樣時(shí)間、斷面定位信息由系統(tǒng)自動(dòng)完成記錄后實(shí)時(shí)上傳，人工不能任意修改，從而保證采樣時(shí)間、地點(diǎn)的準(zhǔn)確性。

3）現(xiàn)場(chǎng)采樣記錄單通過(guò)手機(jī)實(shí)時(shí)上傳，保證了采樣記錄數(shù)據(jù)的完整性和實(shí)時(shí)性。

3 水質(zhì)采樣手機(jī) APP 軟件設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述問(wèn)題解決方案，水質(zhì)采樣手機(jī) APP 軟件擬設(shè)計(jì)以下功能：

1）解決現(xiàn)場(chǎng)定位和實(shí)時(shí)時(shí)間記錄問(wèn)題。基于此問(wèn)題設(shè)計(jì)“一鍵定位”功能，如圖1所示，采樣人員在現(xiàn)場(chǎng)按下軟件中的“定位”按鍵，軟件自動(dòng)定位和記錄當(dāng)前位置的經(jīng)緯度、地點(diǎn)及記錄定位時(shí)間，并根據(jù)事先測(cè)定好的斷面經(jīng)緯度信息進(jìn)行比對(duì)，提示采樣人員當(dāng)前位置是否正確，這些信息不能人工修改。

2）設(shè)計(jì)采樣記錄單。采樣人員現(xiàn)場(chǎng)在軟件采樣記錄單中填寫(xiě)采樣信息記錄，無(wú)需再人工采用紙介質(zhì)記錄。

3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸設(shè)計(jì)?；诓蓸蝇F(xiàn)場(chǎng)的特殊性，考慮到有些采樣斷面有網(wǎng)絡(luò)，有些采樣斷面無(wú)網(wǎng)絡(luò)的情況，設(shè)計(jì) 4 種存儲(chǔ)方案。a. 數(shù)據(jù)庫(kù)直傳。這個(gè)方案的實(shí)現(xiàn)前提是要有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，采樣現(xiàn)場(chǎng)有網(wǎng)絡(luò)，軟件將現(xiàn)場(chǎng)采集采樣時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)定位數(shù)據(jù)及采樣記錄數(shù)據(jù)直接上傳到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)中。b. FTP 服務(wù)器傳輸。這個(gè)方案要求有 FTP 服務(wù)器，采樣現(xiàn)場(chǎng)有網(wǎng)絡(luò)，軟件將現(xiàn)場(chǎng)采集采樣時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)定位數(shù)據(jù)及采樣記錄數(shù)據(jù)直接上傳到 FTP 服務(wù)器中。c. 二維碼存儲(chǔ)。在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)網(wǎng)絡(luò)的情況下，將現(xiàn)場(chǎng)定位、采樣記錄單數(shù)據(jù)生成二維碼，存儲(chǔ)在手機(jī)中，在有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中再將二維碼上傳到水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心規(guī)定的位置，可以是 QQ、微信、網(wǎng)盤(pán)、FTP 服務(wù)器等。d. 本地存儲(chǔ)。在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)網(wǎng)絡(luò)的情況下，將現(xiàn)場(chǎng)定位、采樣記錄單數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在手機(jī)中，在有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中，再調(diào)出相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，上傳方式有以上介紹的數(shù)據(jù)庫(kù)直傳、FTP 服務(wù)器、二維碼 3 種方式，根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心的要求選擇數(shù)據(jù)上傳方案。

上述設(shè)計(jì)完全滿(mǎn)足解決水質(zhì)采樣時(shí)需要解決的3個(gè)問(wèn)題。

4 水質(zhì)采樣手機(jī) APP 軟件簡(jiǎn)介

根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案，完成了水質(zhì)采樣手機(jī) APP軟件開(kāi)發(fā)工作，軟件實(shí)現(xiàn)了上述設(shè)計(jì)方案中的全部功能，并且有所擴(kuò)展。

1）實(shí)時(shí)定位采樣斷面位置并記錄定位時(shí)間，從采樣位置及時(shí)間上進(jìn)行質(zhì)量控制。

2）在手機(jī)上選相應(yīng)的下拉選擇框?qū)崟r(shí)填寫(xiě)采樣單，并實(shí)時(shí)將采樣信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)，提高效率的同時(shí)也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）將現(xiàn)場(chǎng)采樣及樣品分裝過(guò)程通過(guò) APP 的拍照功能記錄后，實(shí)時(shí)輸送到數(shù)據(jù)庫(kù)，便于管理人員及時(shí)掌握水質(zhì)采樣的質(zhì)量控制過(guò)程。

4）基于安卓系統(tǒng)的水質(zhì)采樣手機(jī) APP 軟件設(shè)計(jì)了 3 種數(shù)據(jù)保存方式。a. 將采樣信息保存到手機(jī)中，是一種采樣現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好時(shí)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存?zhèn)浞菔侄?。b. 將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中，但前提是已有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)。c. 將數(shù)據(jù)生成二維碼，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送到管理終端的 FTP 服務(wù)器或網(wǎng)盤(pán)中保存。手機(jī) APP界面如圖1，2所示。

圖1 手機(jī) APP 的主界面上部

圖2 手機(jī) APP 的主界面下部

5） 電腦端遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)操作。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)是接收和儲(chǔ)存手機(jī)端發(fā)送回來(lái)的采樣單數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，采用 MS SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器設(shè)計(jì)，如圖3所示。水質(zhì)采樣手機(jī) APP 軟件在現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)發(fā)送到本數(shù)據(jù)庫(kù)中。

6） 電腦端二維碼解碼入庫(kù)軟件。電腦端二維碼解碼入庫(kù)軟件作為本系統(tǒng)接收處理數(shù)據(jù)的另一種方式，當(dāng)不具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)的情況下使用的一種傳輸手段。手機(jī)端在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送的二維碼經(jīng)過(guò)軟件解碼后直接將數(shù)據(jù)入庫(kù)。

圖3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)接收與管理操作界面

5 水質(zhì)采樣手機(jī) APP 軟件的測(cè)試

水質(zhì)采樣手機(jī) APP 軟件完成后，2016年5 月23—28 日對(duì)黃河中游測(cè)區(qū) 5個(gè)水質(zhì)采樣斷面進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，水質(zhì)采樣人員將裝有該軟件的手機(jī)帶到采樣斷面，打開(kāi)軟件，輸入姓名和密碼進(jìn)行身份認(rèn)證后，使用軟件定位功能進(jìn)行 GPS 定位，軟件自動(dòng)運(yùn)行定位功能及與設(shè)定 GPS 信息比對(duì)功能，顯示定位合格與否，并自動(dòng)記錄采樣時(shí)間如圖4所示。采樣人員將斷面所需其它信息按實(shí)際情況錄入完整后，使用軟件二維碼功能，將所采集信息打包形成一個(gè)二維碼數(shù)據(jù)，然后再使用二維碼本地存儲(chǔ)和傳輸二維碼功能，將二維碼信息傳輸至給定的 FTP 服務(wù)器或指定的網(wǎng)盤(pán)、QQ 群等地址中，然后管理人員在電腦端下載傳回的二維碼信息后，用解碼軟件解碼并入庫(kù)，形成所需采樣單；或者直接將信息導(dǎo)出至外接數(shù)據(jù)庫(kù)，也可形成符合要求的采樣單。

圖4 水質(zhì)采樣手機(jī) APP

測(cè)試結(jié)果如表1所示，5個(gè)測(cè)試斷面的測(cè)試經(jīng)緯度與設(shè)定經(jīng)緯度誤差均在 5"之內(nèi)，證明軟件設(shè)計(jì)達(dá)到要求，數(shù)據(jù)采集后回傳并經(jīng)數(shù)據(jù)庫(kù)解碼后，能自動(dòng)形成合格的采樣單。

表1 軟件實(shí)地測(cè)試精確度表

6 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)的水質(zhì)采樣手機(jī) APP 軟件，將無(wú)線通信與因特網(wǎng)緊密結(jié)合，是一種先進(jìn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)承載手段，利用 GPS 定位功能、二維碼本地存儲(chǔ)技術(shù)，解決了水質(zhì)采樣中采集點(diǎn)數(shù)量眾多、分布范圍廣、地理位置偏遠(yuǎn)、監(jiān)管困難等突出問(wèn)題，其采樣人員身份認(rèn)證功能與照片采集功能，解決了對(duì)人員持證上崗的質(zhì)控要求；FTP 服務(wù)器傳輸技術(shù)、二維碼傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)手機(jī)軟件所采集的信息與數(shù)據(jù)庫(kù)的直接對(duì)接傳輸功能，二維碼生成的水質(zhì)信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，傳輸及時(shí)，無(wú)人員手工錄入的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了樣品信息錄入的自動(dòng)化，提高了管理的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和及時(shí)性。本設(shè)計(jì)使用智能手機(jī)為載體，與周史強(qiáng)等人設(shè)計(jì)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)采樣點(diǎn)信息采集系統(tǒng)[2]相比無(wú)監(jiān)測(cè)儀器的使用局限，更具便捷性，更易推廣應(yīng)用。本設(shè)計(jì)集成了多個(gè)手機(jī)軟件的功能，具備便攜、準(zhǔn)確、快捷、高效的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了水質(zhì)采樣過(guò)程信息化的目的，解決了從源頭上對(duì)采樣進(jìn)行質(zhì)量控制的目的，為水資源保護(hù)監(jiān)督管理提供決策依據(jù)，為水污染事件的糾紛仲裁提供證據(jù)。

[1] 婁彥兵，馮宗. 黃河水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 人民黃河，2012 (12): 55-56.

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Application of Smartphone APP Software in Water Sampling

HAN Shuyuan, CHE Shuhong, YANG Guode, HU Zhongxia, GONG Lin
（Middle Reach Hydrology and Water Resource Bureau of Yellow River Conservancy Commission, Jinzhong 030600, China）

The collection point and time of water sample is an important part of its representation in water quality monitoring and management, especially in the Yellow River basin into sewage outlet supervision work. In order to effectively solve the regulatory problem during the water sampling, a system is designed to collect the real time information of water sampling through the technologies such as GPS precise positioning, QR code storage, FTP server transmission et.al. Through field testing, the results prove that the software can meet the design requirement and its advantages are portable, accurate, fast, and efficient. The software is practical significant for achieving water quality sampling and remote control.

water samples； real time； sampling； GPS； QD barcode； regulatory

X832

A

1674-9405(2016)06-0046-04

10.19364/j.1674-9405.2016.06.010

2016-07-14

基金論文：黃委水文局科技項(xiàng)目（文 H1509）

韓淑媛（1969- ），女，山西榆次人，高級(jí)工程師，從事水質(zhì)監(jiān)測(cè)研究工作。