水環(huán)境實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及質(zhì)控研究

摘要：隨著信息科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，通過相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并通過后期不斷的完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提升監(jiān)測(cè)人員業(yè)務(wù)素能、重視基礎(chǔ)工作等提升水環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境；實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)；設(shè)計(jì)；質(zhì)控

中圖分類號(hào)：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2017）04-0036-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.016

Abstract： With the rapid development of information science and technology， through the corresponding system design， real-time automatic monitoring of water environment is realized， and the quality of water environment monitoring is improved by improving the design of the system and improving the quality of the monitoring personnel.

Key words： water environment； real-time automatic monitoring； design； quality control

水環(huán)境實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：WEMIS系統(tǒng)）主要是用來(lái)對(duì)水質(zhì)、污染物總量進(jìn)行分析和檢測(cè)的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。信息時(shí)代背景下，WEMIS借助自動(dòng)分析儀器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化分析。當(dāng)水質(zhì)異常時(shí)，能夠?qū)λ廴緮U(kuò)散現(xiàn)象的發(fā)生及時(shí)發(fā)出預(yù)警，跟蹤定位水體污染物，為科學(xué)決策提供有效保障。

1 水環(huán)境監(jiān)測(cè)分類

水環(huán)境監(jiān)測(cè)主要分為地表水和地下水監(jiān)測(cè)兩大類，不同的監(jiān)測(cè)類別，監(jiān)測(cè)的內(nèi)容和要求差別較大。

1.1 地表水監(jiān)測(cè)

地表水監(jiān)測(cè)主要調(diào)查分析的對(duì)象為常規(guī)水因子和污染因子，其中，常規(guī)因子的調(diào)查分析主要是了解水體環(huán)境的整體狀況。污染因子的監(jiān)測(cè)主要是了解調(diào)查區(qū)域水質(zhì)情況和污染情況。污染因子的監(jiān)測(cè)結(jié)果往往會(huì)受到調(diào)查水域的地理環(huán)境等因素影響，例如，所在水域的水生生物、水域的評(píng)價(jià)級(jí)別等都會(huì)對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生影響。此外，枯水期、豐水期、平水期等不同時(shí)段也要及時(shí)做好監(jiān)測(cè)取樣工作，全面了解監(jiān)測(cè)區(qū)域的水環(huán)境真實(shí)狀況。地表水監(jiān)測(cè)的對(duì)象主要是工業(yè)排污、生活污水及其所影響的水源。

1.2 地下水監(jiān)測(cè)

地下水監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目主要包括水的酸堿性、水的硬度、細(xì)菌總數(shù)、微生物以及微量元素等。地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)主要借助水井進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以明確地下水的實(shí)際水質(zhì)情況，但由于測(cè)試參數(shù)有限，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)規(guī)模小，這樣的監(jiān)測(cè)方法也會(huì)因受到其他因素影響而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果未必能反映水質(zhì)真實(shí)情況，這時(shí)就需要根據(jù)地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)際情況，進(jìn)一步明確具體的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，并對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的地質(zhì)特征進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)查分析。

2 水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水環(huán)境實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是將多項(xiàng)指標(biāo)分析儀器組合起來(lái)，從采樣、分析到記錄和數(shù)據(jù)處理組成一套完整系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，由硬件設(shè)備和軟件技術(shù)共同組成。

2.1 設(shè)計(jì)原則

（1）實(shí)用性。自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要滿足水環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)要求，立足環(huán)保實(shí)用要求，保證監(jiān)測(cè)的成果能夠用以指導(dǎo)實(shí)際，軟件系統(tǒng)要能夠滿足歷史數(shù)據(jù)的繼承性，保障后期數(shù)據(jù)的查詢、應(yīng)用和操作。（2）先進(jìn)性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要與當(dāng)前水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)相符合，系統(tǒng)中的功能設(shè)計(jì)要具有先進(jìn)性、完整性，無(wú)論是硬件設(shè)備的選擇還是軟件技術(shù)的應(yīng)用，要選擇符合實(shí)際需要又具有先進(jìn)性，保障實(shí)用性的實(shí)現(xiàn)。（3）可擴(kuò)充性和相對(duì)穩(wěn)定性。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及功能體系設(shè)計(jì)都要能夠滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的需要，并要求系統(tǒng)后期具有一定的可擴(kuò)充性，以保障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用能夠與水環(huán)境監(jiān)測(cè)信息技術(shù)同步。此外，主要功能的單元設(shè)計(jì)要保持相對(duì)穩(wěn)定，保障后續(xù)系統(tǒng)應(yīng)用的延續(xù)性，要能夠支持水環(huán)境監(jiān)測(cè)的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。（4）安全性。水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的數(shù)據(jù)涉及水質(zhì)狀況，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要滿足安全性、保密性和共享性，做好設(shè)備、系統(tǒng)的防雷、防電磁干擾等保護(hù)措施。

2.2 功能設(shè)計(jì)

（1）層次結(jié)構(gòu)：水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信、監(jiān)控中心三個(gè)層次。其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是基礎(chǔ)，包括采集儀器、數(shù)據(jù)通訊設(shè)備等，可以在水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，網(wǎng)絡(luò)通信是利用數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)控中心作為水環(huán)境監(jiān)測(cè)的控制和管理中心，主要是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行及收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督可控制，并為后期處置及時(shí)發(fā)布指令提供決策依據(jù)。（2）結(jié)構(gòu)功能：數(shù)據(jù)采集和傳輸要滿足準(zhǔn)確、完整性，采集值與測(cè)量值之間的誤差不能大于1%；數(shù)據(jù)采集要能夠?qū)崿F(xiàn)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存，并及時(shí)傳輸至監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)；出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)能夠自動(dòng)報(bào)警；數(shù)據(jù)要能夠滿足實(shí)時(shí)查詢，并保存一定的時(shí)間（一般為3個(gè)月以上）；設(shè)備斷電后運(yùn)行時(shí)間滿足超過12小時(shí)，保證突然斷電后設(shè)備能夠運(yùn)行一定時(shí)間。（3）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)：通過ORACLE等數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)水中所使用的傳感器進(jìn)行優(yōu)化處理，并在數(shù)據(jù)良好耦合基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理流程的簡(jiǎn)化，獲得數(shù)據(jù)靜態(tài)圖后，應(yīng)用分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過設(shè)備規(guī)格表、設(shè)備屬性表、參數(shù)表、取值表、設(shè)備實(shí)例表等形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存。便于后期的查詢和利用，數(shù)據(jù)庫(kù)建立后，通過服務(wù)端接口與云數(shù)據(jù)庫(kù)相連，實(shí)現(xiàn)分布式處理，實(shí)現(xiàn)接入過程快速化和查詢利用便利化。

2.3 功能實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了區(qū)域范圍內(nèi)水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)的統(tǒng)一監(jiān)控和監(jiān)測(cè)信息的統(tǒng)一采集、接收、存儲(chǔ)、加工、綜合分析和自動(dòng)傳輸上報(bào)，將通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的網(wǎng)上查詢、檢查、匯總、分析、發(fā)布和其它管理，實(shí)現(xiàn)了各級(jí)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的信息共享，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)水環(huán)境污染變化趨勢(shì)的信息化和自動(dòng)化分析管理。

3 水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn)

傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)需要進(jìn)行實(shí)地采樣、實(shí)驗(yàn)室分析等環(huán)節(jié)和過程，雖然具有一定的準(zhǔn)確性，但效率較低。而且常常在固定的采樣點(diǎn)和固定的采樣時(shí)間里進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)，無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，受到外界干擾因素較多，難以滿足當(dāng)前水資源管理和保護(hù)的現(xiàn)實(shí)需要。

設(shè)計(jì)并應(yīng)用水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠從以往人工間斷性監(jiān)測(cè)向連續(xù)性自動(dòng)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變。計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)監(jiān)測(cè)的遠(yuǎn)程控制的連續(xù)性，而且根據(jù)監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要，增加頻次，這樣高頻次的監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠更加客觀、真實(shí)、準(zhǔn)確地反映被監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)質(zhì)量狀況，能夠讓水質(zhì)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)更具科學(xué)性、準(zhǔn)確性，服務(wù)于環(huán)境管理的客觀需要。

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合了水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器、計(jì)算機(jī)圖形可視化技術(shù)，以及現(xiàn)代通訊技術(shù)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的同時(shí)處理海量數(shù)據(jù)，滿足不同時(shí)間和空間的水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)需要，為相關(guān)部門根據(jù)水環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)作出相應(yīng)的決策提供技術(shù)保障。

目前，水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，可以在水功能區(qū)污染總量監(jiān)控、供水水源地的水質(zhì)監(jiān)測(cè)（能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水源地水質(zhì)24小時(shí)不間斷的監(jiān)測(cè)）、預(yù)警預(yù)報(bào)重大水質(zhì)污染事故（能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染事故及污染程度，為下游水質(zhì)作出預(yù)警預(yù)報(bào)）、跨界河流的水質(zhì)監(jiān)測(cè)以及入河排污口監(jiān)督管理等領(lǐng)域[1]。

4 水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)質(zhì)控措施

4.1 完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制的基礎(chǔ)和保障，為確保系統(tǒng)應(yīng)用的可操作性和實(shí)用性，要根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作的形式變化不斷完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的權(quán)威性、系統(tǒng)性、真實(shí)性和準(zhǔn)確性。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用符合環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求和相關(guān)制度，例如《環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證手冊(cè)》《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》等，要保證系統(tǒng)的運(yùn)行與相關(guān)制度要求相符合。

4.2 提高監(jiān)測(cè)素質(zhì)

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)對(duì)于具體操作人員的專業(yè)素質(zhì)要求較高，因此，監(jiān)測(cè)人員的業(yè)務(wù)素會(huì)直接影響系統(tǒng)的應(yīng)用。不僅要求他們具有強(qiáng)烈的責(zé)任心和職業(yè)精神，還需要熟悉和掌握各種儀器設(shè)備的操作、維護(hù)、檢修等，尤其是分析化學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面知識(shí)。環(huán)境監(jiān)測(cè)部門一方面要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)人員的崗位再教育和再培訓(xùn)，組織技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)參觀學(xué)習(xí)，進(jìn)行業(yè)務(wù)技術(shù)交流，提供實(shí)際操作能力，嚴(yán)格實(shí)行持證上崗，建立相應(yīng)的激勵(lì)考核機(jī)制，獎(jiǎng)優(yōu)罰劣，確保監(jiān)測(cè)人員嚴(yán)格履崗盡責(zé)。另一方面，環(huán)境監(jiān)測(cè)部門要不斷完善監(jiān)測(cè)管理，提升監(jiān)測(cè)管理水平，以滿足科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)監(jiān)測(cè)人員的業(yè)務(wù)水平和監(jiān)測(cè)部門管理水平的現(xiàn)實(shí)要求。

4.3 重視內(nèi)部管理

環(huán)境監(jiān)測(cè)及其管理部門加大管理和運(yùn)行經(jīng)費(fèi)投入，防止因缺少運(yùn)行經(jīng)費(fèi)導(dǎo)致自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期“帶病運(yùn)行”。按周檢規(guī)定做好儀器設(shè)備的校標(biāo)和校零，加強(qiáng)儀器設(shè)備日常維護(hù)，完整的做好日常記錄。根據(jù)區(qū)域環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀和現(xiàn)實(shí)需要，做好自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的布局，構(gòu)建合理的網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，保證自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)滿足“五性”要求。例如，在點(diǎn)位布設(shè)方面要考慮總體規(guī)劃、污染源分布，實(shí)時(shí)根據(jù)情況做好新點(diǎn)位的布設(shè)，保障足夠的覆蓋面。建立健全水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理規(guī)章制度，例如，建立《水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)質(zhì)量保證方法》《水站日常運(yùn)行與管理辦法》《技術(shù)人員持證上崗考核制度》《水站運(yùn)行經(jīng)費(fèi)使用與管理辦法》[2-4]等，以規(guī)范的制度保障水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作的規(guī)范、有序開展。做好日常的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理和資料歸檔，保證原始記錄的完整性。

5 結(jié)語(yǔ)

水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行是滿足信息化時(shí)代發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要，對(duì)于提升水環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。可以通過實(shí)時(shí)自動(dòng)化水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持和保障，提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量。此外，系統(tǒng)的應(yīng)用需要不斷的對(duì)其進(jìn)行完善，滿足時(shí)代發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提升監(jiān)測(cè)人員的業(yè)務(wù)素能。此外，要注重水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，為水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量的提升奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張恩平（1972-），本科，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)。