基于物聯(lián)網(wǎng)的丹江口庫(kù)區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

劉曉娟 ，莫曉聰 ，陳小平 ，游 松

（1.武漢長(zhǎng)江科創(chuàng)科技發(fā)展有限公司，湖北 武漢 430015；2.長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院，湖北 武漢 430015）

0 引言

為完善水環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)掌握丹江口庫(kù)區(qū)水環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)，按照實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)共享的原則，以確保丹江口庫(kù)區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量為核心，建立健全丹江口庫(kù)區(qū)水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系[1]。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)、通信和電子控制等技術(shù)的高速發(fā)展，針對(duì)丹江口庫(kù)區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)較多、水質(zhì)監(jiān)測(cè)頻率增高及信息采集日益多樣化，為滿足對(duì)信息采集的廣覆蓋、低功耗的技術(shù)需求，基于新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行信息采集傳輸顯得尤為重要[2]。

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，從空間和時(shí)間建立水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)體系，實(shí)現(xiàn)多層次的數(shù)據(jù)通信，提升系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)能力。而過(guò)去只是單純監(jiān)測(cè)水質(zhì)，在數(shù)據(jù)使用和應(yīng)用處理上嚴(yán)重缺乏。整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)施將提高管理層快速響應(yīng)和應(yīng)急處理水質(zhì)異常的能力。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

丹江口庫(kù)區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由南水北調(diào)中線水源有限責(zé)任公司監(jiān)控中心（以下簡(jiǎn)稱水源公司監(jiān)控中心）和水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站（以下簡(jiǎn)稱水站）共同組成，是丹江口庫(kù)區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)項(xiàng)目信息管理系統(tǒng)的重要組成部分。水源公司監(jiān)控通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，利用 VPN 通信方式（虛擬專用網(wǎng)絡(luò)），實(shí)現(xiàn)對(duì)各水站的實(shí)時(shí)監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸。其他經(jīng)授權(quán)的終端也可以使用同樣的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)水站的實(shí)時(shí)監(jiān)視和數(shù)據(jù)傳輸功能。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站通常由監(jiān)測(cè)站房，以及采水、配水、預(yù)處理、輔助、分析、控制和數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)葐卧M成[3]，主要完成監(jiān)測(cè)水樣采集、預(yù)處理、配水清洗及站房安全等工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

采水單元由采水構(gòu)筑物、采水泵（根據(jù)實(shí)際情況選擇潛水泵或自吸泵）、防堵塞裝置、采水管路、保溫配套裝置（根據(jù)氣候條件配置）、清洗配套裝置、采水管道反沖洗裝置及自動(dòng)采樣設(shè)備組成。配水單元的功能是向自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器供水，其水壓和水量應(yīng)滿足自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的需要[4]。在保證水樣代表性的前提下，預(yù)處理單元對(duì)水樣進(jìn)行一系列處理消除干擾自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的因素，以保證分析系統(tǒng)的連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行，不采用攔截式過(guò)濾裝置。預(yù)處理單元應(yīng)盡可能滿足標(biāo)準(zhǔn)分析方法中對(duì)樣品的要求，可在不違背標(biāo)準(zhǔn)分析方法的情況下根據(jù)不同儀器采取恰當(dāng)?shù)念A(yù)處理方式（如沉淀、過(guò)濾、均化等）。輔助單元是系統(tǒng)和儀器穩(wěn)定運(yùn)行的相關(guān)輔助設(shè)施，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行保障，主要包括電源、視頻監(jiān)控、廢液處置、試劑存儲(chǔ)、留樣單元、安防等部分。

圖 1 丹江口庫(kù)區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

分析單元是水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，也是水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的重要組成部分。它由監(jiān)測(cè)傳感器、在線監(jiān)測(cè)儀器和標(biāo)準(zhǔn)通信控制等組成，在線監(jiān)測(cè)參數(shù)項(xiàng)目一般為 pH、溶解氧、電導(dǎo)率、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮、葉綠素 a、藻密度，特殊站點(diǎn)可根據(jù)實(shí)際情況所需增配。

控制單元由水站控制軟件、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC 控制器、VPN（虛擬網(wǎng)絡(luò)）和通信網(wǎng)絡(luò)等組成。主要包括中央控制、通信控制、控制輸出、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)等單元，還包括繼電器組、參數(shù)和狀態(tài)顯示和監(jiān)控單元、UPS 供電單元、環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器（電壓、室溫、濕度）、安全監(jiān)視等其它部分。其主要功能是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序或遠(yuǎn)程水源公司監(jiān)控中心上位機(jī)的命令對(duì)采水、配水、預(yù)處理、分析、留樣、輔助等單元進(jìn)行控制，給儀器發(fā)送各種命令，接收儀器測(cè)試結(jié)果和狀態(tài)，存儲(chǔ)并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)上報(bào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)到水源公司監(jiān)控中心。丹江口庫(kù)區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

2 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 采水單元

采水單元的設(shè)置應(yīng)因地制宜，針對(duì)不同情況采用最適用的采水方式，確保采集到的斷面水樣具有代表性，同時(shí)保證水樣在傳輸管路中不發(fā)生物理、化學(xué)性質(zhì)的變化。

1）采水單元由采水構(gòu)筑物、采水泵（根據(jù)實(shí)際情況選擇潛水泵或自吸泵）、防堵塞裝置、采水管路、保溫配套裝置（根據(jù)氣候條件配置）、清洗配套裝置、采水管道反沖洗裝置及自動(dòng)采樣設(shè)備組成。

2）采水單元需要充分考慮水位落差對(duì)采水的影響，避免將采水口設(shè)置在死水區(qū)，采水裝置應(yīng)能夠隨水位的變化而變化，保證采水頭的進(jìn)水孔位于水表面以下 0.5～1.0 m 的位置，并與水體底部有足夠的距離（枯水期大于 1.0 m），確保不受水體底部泥沙的影響。采水頭四周安裝隔離柵阻擋水面漂浮物，且采水頭用不銹鋼材質(zhì)以有效抑制藻類滋生、孳生。

3）采水單元可采用雙泵雙管路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一備一用功能，保證采水單元的可靠性，滿足實(shí)時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)要求，具有采水故障自動(dòng)診斷并自動(dòng)切換備用采水泵功能。

圖 2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

4）采水管道應(yīng)具備防凍與保溫功能，采水管道配置防凍保溫裝置，以減少環(huán)境溫度等因素對(duì)水樣的影響。

5）采水管道材質(zhì)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，可以承受內(nèi)壓，且使用年限長(zhǎng)、性能可靠，具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性，不與水樣中被測(cè)物產(chǎn)生物理或化學(xué)反應(yīng)，避免污染水樣。

6）采水管道應(yīng)具有防意外堵塞和方便泥沙沉積后的清洗功能，管路可拆洗，并裝有活接頭，易于拆卸和清洗。

7）采水管道應(yīng)有除藻和反清洗設(shè)備，可以通入清洗水進(jìn)行自動(dòng)反沖洗。通過(guò)自動(dòng)閥門(mén)切換可以將清洗水和高壓振蕩空氣送至采樣頭，消除采樣頭單向輸水運(yùn)行形成的淤積，以防藻類生長(zhǎng)、聚集和泥沙沉積。

2.2 配水及預(yù)處理單元

配水單元的功能是為自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器供水，其水壓和水量應(yīng)滿足自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的需要。在保證水樣代表性的前提下，預(yù)處理單元對(duì)水樣進(jìn)行一系列處理以消除干擾自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的因素，以保證分析系統(tǒng)的連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行，不采用攔截式過(guò)濾裝置。

預(yù)處理單元應(yīng)盡可能滿足標(biāo)準(zhǔn)分析方法中對(duì)樣品的要求，在不違背標(biāo)準(zhǔn)分析方法的情況下根據(jù)不同儀器采取恰當(dāng)?shù)念A(yù)處理方式（如沉淀、過(guò)濾、均化等）。

1）管材機(jī)械強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)，便于安裝維護(hù)，不會(huì)對(duì)水樣水質(zhì)造成影響。管路內(nèi)徑、壓力、提水流量、流速滿足儀器分析需要，并留有余量。

2）配水管路設(shè)計(jì)合理，流向清晰，便于維護(hù)。保證儀器分析測(cè)試的水質(zhì)應(yīng)能代表斷面水質(zhì)情況并滿足儀器測(cè)試需求。

3）除水質(zhì)五參數(shù)分析儀器使用源水，直接分析外，分析儀器根據(jù)不同預(yù)處理方式取水，保證儀器工作時(shí)互相不影響。

4）配水單元能夠自動(dòng)清洗管路，防止菌類和藻類等微生物對(duì)樣品水的污染或?qū)ο到y(tǒng)工作造成不良影響，設(shè)計(jì)中不使用對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的清洗方法。

5）具備設(shè)備擴(kuò)展功能，條件具備的水站預(yù)留不少于 2 臺(tái)設(shè)備的接水口、排水口及水樣比對(duì)實(shí)驗(yàn)用的手動(dòng)取水口。

6）能配合實(shí)現(xiàn)水樣自動(dòng)分配、自動(dòng)預(yù)處理、故障自動(dòng)報(bào)警、遠(yuǎn)程查看電磁閥等各部件工作狀態(tài)和反控等功能。

7）具備反清（吹）洗功能。預(yù)處理單元的運(yùn)行及定時(shí)反清（吹）洗由控制系統(tǒng)控制（采水管路禁止安裝單向閥，以確保反清（吹）洗功能正常運(yùn)行），其狀態(tài)可以在監(jiān)控中心平臺(tái)的控制屏幕中顯示，并可通過(guò)命令進(jìn)行控制。

8）五參數(shù)檢測(cè)池、預(yù)處理裝置和配水單元等均具有自動(dòng)清洗功能。

9）當(dāng)系統(tǒng)斷電時(shí)，預(yù)處理單元可以根據(jù)控制系統(tǒng)的控制定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。

10）配水單元的所有操作都能夠通過(guò)控制單元進(jìn)行單步和整體控制，并且可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[4]。

11）配水單元的流量和壓力的確定基本原則應(yīng)符合以下要求：a.根據(jù)所選用分析儀器對(duì)水樣流量和壓力的具體要求進(jìn)行調(diào)配；b.在配樣主管管路上進(jìn)行壓力的監(jiān)控，通過(guò)裝備壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)配樣管路流量和壓力。

2.3 系統(tǒng)控制單元

控制單元由水站控制軟件、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC 控制器、VPN（虛擬網(wǎng)絡(luò)）和通信網(wǎng)絡(luò)等組成，能自動(dòng)采集模擬和 Modbus 數(shù)據(jù)信號(hào)。其中，PLC 控制器主要負(fù)責(zé)根據(jù)預(yù)設(shè)程序控制采水、配水及輔助等單元的工作。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是水站控制軟件的載體，提供各種通信接口與各設(shè)備連接，采用主流配置，確保操作系統(tǒng)和水站控制軟件的流暢穩(wěn)定運(yùn)行。水站控制軟件是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，可以直觀地顯示各種設(shè)備的工作狀態(tài)和監(jiān)測(cè)結(jié)果，給儀器發(fā)送各種指令，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)，并將數(shù)據(jù)上傳到指定的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平臺(tái)。通信網(wǎng)絡(luò)通常以光纖等有線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先傳輸，如果現(xiàn)場(chǎng)不具備有線傳輸條件的，則可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸（固定 IP 優(yōu)先），無(wú)線傳輸應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)通信設(shè)備進(jìn)行測(cè)試以擇優(yōu)選擇[5]。

控制單元具有斷電保護(hù)功能，能夠在斷電時(shí)保存系統(tǒng)參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，在來(lái)電時(shí)自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)；具備參數(shù)設(shè)置功能，能夠?qū)π?shù)位、單位、儀器測(cè)定上下限、報(bào)警（超標(biāo)）上下限等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；具備自動(dòng)采集數(shù)據(jù)功能，包括自動(dòng)采集水質(zhì)自動(dòng)分析儀器、集成控制數(shù)據(jù)等，采集的數(shù)據(jù)應(yīng)自動(dòng)添加數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)，異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能自動(dòng)識(shí)別，并主動(dòng)上傳至中心平臺(tái)；具備單點(diǎn)控制功能，能夠?qū)我豢刂泣c(diǎn)（閥、泵等）進(jìn)行調(diào)試；具備對(duì)自動(dòng)分析儀器的啟停、校時(shí)、校準(zhǔn)、質(zhì)控測(cè)試等控制功能；具備對(duì)留樣單元的留樣、排樣的控制功能；能夠兼容視頻監(jiān)控設(shè)備并能實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻設(shè)備校時(shí)、重新啟動(dòng)、參數(shù)設(shè)置、軟件升級(jí)、遠(yuǎn)程維護(hù)等功能；具備各儀器監(jiān)測(cè)結(jié)果、狀態(tài)參數(shù)、運(yùn)行流程、報(bào)警信息等顯示的功能；具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢、導(dǎo)出、自動(dòng)備份功能，可分類查詢水質(zhì)周期、質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)（空白測(cè)試、標(biāo)樣核查、加標(biāo)回收率等數(shù)據(jù)）及其對(duì)應(yīng)的儀器、系統(tǒng)日志流程信息。丹江口庫(kù)區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖 3 所示。

同時(shí)隨著社會(huì)的發(fā)展和水質(zhì)監(jiān)測(cè)的需要，要求水站更加智能化。智能化是在常規(guī)水站的基礎(chǔ)上，選擇智能儀器設(shè)備，合理部署操作流程監(jiān)控智能傳感器，并結(jié)合智能化工控及數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸設(shè)備，通過(guò)一套科學(xué)、合理、先進(jìn)、完整的系統(tǒng)集成，使得控制系統(tǒng)智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化和可溯源的質(zhì)量控制體系，確保采水、預(yù)處理、分析、質(zhì)控、清洗，以及數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)的準(zhǔn)確可靠。實(shí)現(xiàn)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)運(yùn)行、維護(hù)和管理全過(guò)程的自動(dòng)化，人性化與信息化。

1）系統(tǒng)控制及軟件設(shè)計(jì)遵循智能化設(shè)計(jì)原則，充分結(jié)合儀表設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控的要求，以實(shí)現(xiàn)水站系統(tǒng)運(yùn)行管理的自動(dòng)化、人性化。

2）通過(guò)建立一套科學(xué)和合理的系統(tǒng)反控、系統(tǒng)狀態(tài)（運(yùn)行模式、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)）及數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)集，實(shí)現(xiàn)水站管理信息化。

3）系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、先進(jìn)、完整，可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一對(duì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的全面反控，包括系統(tǒng)狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置，以及儀器、設(shè)備等反控，實(shí)現(xiàn)水站運(yùn)行監(jiān)測(cè)及維護(hù)的智能化。

圖 3 丹江口庫(kù)區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.4 數(shù)據(jù)采集與傳輸單元

水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以分為 3 個(gè)層次：工控機(jī)（水站）、傳輸網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)（數(shù)據(jù)平臺(tái)）。水站現(xiàn)場(chǎng)控制單元，監(jiān)控的儀器儀表具有數(shù)字輸出接口，連接到獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集傳輸儀上，上位機(jī)（數(shù)據(jù)平臺(tái)）通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)與水站現(xiàn)場(chǎng)控制單元進(jìn)行通信（包括發(fā)起、數(shù)據(jù)交換、應(yīng)答等）。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

1）數(shù)據(jù)采集傳輸儀。通過(guò)通信協(xié)議，采集各種類型分析儀器、儀表的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通信。它們可能是單片機(jī)、工控機(jī)、嵌入式計(jì)算機(jī)、可編程自動(dòng)化控制器（PLC）或可編程控制器。

2）數(shù)據(jù)采集與傳輸。要求能夠按照分析周期自動(dòng)執(zhí)行，并實(shí)行遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)加密與備份。采集裝置按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，以有線或無(wú)線的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及主要狀態(tài)參數(shù)的傳輸。

3）數(shù)據(jù)平臺(tái)。數(shù)據(jù)平臺(tái)是集數(shù)據(jù)與狀態(tài)采集、處理和各類報(bào)表生成于一體的操作系統(tǒng)，具備現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與狀態(tài)參數(shù)的采集、現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)及儀表的有條件反控、數(shù)據(jù)分析與管理、報(bào)表生成與上報(bào)、報(bào)警等功能。數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件采用安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸方式，具有定期自動(dòng)備份、自動(dòng)分類報(bào)警和遠(yuǎn)控等功能，并具有可擴(kuò)展性。

數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過(guò) RS-485 與現(xiàn)場(chǎng)的嵌入式 PLC 進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)采集和傳輸單元配備高性能工作站，用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集和傳輸，數(shù)據(jù)采集與傳輸按照分析周期執(zhí)行，每周期采集 1 組數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、監(jiān)測(cè)結(jié)果、監(jiān)測(cè)儀器狀態(tài)、監(jiān)測(cè)儀器關(guān)鍵參數(shù)、校準(zhǔn)記錄、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀態(tài)、UPS 報(bào)警狀態(tài)、閥門(mén)狀態(tài)、系統(tǒng)工作狀態(tài)等，所有采集到的數(shù)據(jù)都保存在現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器內(nèi)，并可根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)置，與存儲(chǔ)的判斷變量進(jìn)行比較，以顯示、調(diào)整及控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，最后將全部或選定的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集和傳輸單元滿足以下功能：

1）能實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)無(wú)縫銜接，數(shù)據(jù)采集和傳輸能自動(dòng)記錄，工作可靠有效。

圖 4 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2）可在現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程進(jìn)行人工參與控制?，F(xiàn)場(chǎng)可動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)、各單元設(shè)備工作狀態(tài)、各測(cè)量參數(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集與傳輸應(yīng)完整、準(zhǔn)確、可靠，采集值與測(cè)量值誤差小于等于 1 %。

3）數(shù)據(jù)采集裝置采用統(tǒng)一指定通信協(xié)議，以無(wú)線、有線方式進(jìn)行傳輸各測(cè)量參數(shù)，同時(shí)雙向傳輸，并能進(jìn)行權(quán)限設(shè)置。

4）水站斷電后數(shù)據(jù)不應(yīng)丟失，并能存儲(chǔ) 1 a 以上各測(cè)量參數(shù)的原始數(shù)據(jù)。

5）具有數(shù)據(jù)加密等系統(tǒng)安全防護(hù)功能。

觀察組采用早期微創(chuàng)顱內(nèi)血腫清除術(shù)：通過(guò)頭顱CT確定穿刺點(diǎn)、穿刺方法及穿刺深度，患者局部麻醉之后以血腫中心作為靶點(diǎn)，在電鉆驅(qū)動(dòng)下將穿刺針穿透顱骨及硬腦膜，然后使用內(nèi)置硬導(dǎo)絲、帶刻度的引流管穿刺至血腫腔，并將硬導(dǎo)絲拔出，引流血腫腔內(nèi)液態(tài)部分，在無(wú)液態(tài)流出后使用生理鹽水沖洗，取30 000 U尿激酶注入血腫腔內(nèi)，夾閉3 h然后持續(xù)引流。術(shù)后每日CT檢查顱內(nèi)情況，可反復(fù)注入同劑量尿激酶，在血腫清除90%以上時(shí)治療完成。

3 數(shù)據(jù)與管理平臺(tái)

3.1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)

數(shù)據(jù)平臺(tái)布置在水源公司監(jiān)控中心，該數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)功能能夠?qū)⒆詣?dòng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)有效性分析、監(jiān)測(cè)控制、有效數(shù)據(jù)入庫(kù)、日常維護(hù)、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)報(bào)表、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)上報(bào)、統(tǒng)計(jì)分析、短信報(bào)警、圖文顯示等功能整合到一個(gè)軟件中，界面美觀，操作方便[6]。

數(shù)據(jù)平臺(tái)的選擇具有可擴(kuò)展性。開(kāi)放式、可擴(kuò)展的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，可靈活定制開(kāi)發(fā)各種通信協(xié)議，系統(tǒng)以方便的客戶端瀏覽構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)信息管理，滿足多種瀏覽方式，可以實(shí)現(xiàn)本機(jī)、客戶端瀏覽器等多種方式查詢。數(shù)據(jù)傳輸可靠安全，對(duì)各種數(shù)據(jù)的分析、監(jiān)控、瀏覽方便，操作簡(jiǎn)單。軟件具有豐富的數(shù)據(jù)處理及查詢功能，通過(guò)數(shù)據(jù)加標(biāo)識(shí)等方式，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別。

采用專用網(wǎng)絡(luò)或虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）數(shù)據(jù)接收方式，可同時(shí)自動(dòng)接收各水站上傳的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，并將數(shù)據(jù)解析后存入數(shù)據(jù)庫(kù)中?？芍鲃?dòng)采集實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)可遠(yuǎn)程控制設(shè)備，可改變?cè)O(shè)備量程、參數(shù)等，支持無(wú)線及有線多種通信、協(xié)議方式，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程同步多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)環(huán)境、儀器狀態(tài)參數(shù)的自動(dòng)采集，并對(duì)儀器故障、質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)、無(wú)效數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)識(shí)和處理?？筛鶕?jù)用戶需要設(shè)置狀態(tài)參數(shù)或故障報(bào)警信號(hào)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行判斷，判斷水質(zhì)類別、首要污染物、污染指數(shù)和各項(xiàng)目的超標(biāo)情況，根據(jù)用戶要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以進(jìn)行不同時(shí)段的數(shù)據(jù)對(duì)比等，將報(bào)警信息以多種形式發(fā)送至指定人員終端。

現(xiàn)場(chǎng)采用雙系統(tǒng)非硬盤(pán)備份，能將數(shù)據(jù)庫(kù)定期自動(dòng)備份，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)損壞時(shí)，可由用戶設(shè)置自動(dòng)恢復(fù)，同時(shí)用戶能選擇時(shí)間段備份監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)需要時(shí)可以由用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)，可以將水站備份的數(shù)據(jù)恢復(fù)到數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

支持遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控及錄像，可采集站房安防監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警信息及現(xiàn)場(chǎng)圖片資料，可自動(dòng)記錄備份并形成報(bào)表，當(dāng)安防監(jiān)控系統(tǒng)有異常報(bào)警信息時(shí)，以多種形式將報(bào)警信息傳送至指定人員終端。

3.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)

管理平臺(tái)部署于水源公司監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議接收水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)海量分析數(shù)據(jù)處理并應(yīng)用。

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)主要分為 3 個(gè)層次：水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。其中水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)部署于水源公司監(jiān)控中心，服務(wù)器間通過(guò)局域網(wǎng)通信，與自動(dòng)監(jiān)測(cè)站通過(guò) VPN 專網(wǎng)進(jìn)行通信；網(wǎng)絡(luò)傳輸層在水源公司監(jiān)控中心和水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站之間，通過(guò)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)加密的 VPN 專網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以保障數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)同時(shí)支持有線、無(wú)線等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。管理平臺(tái)基于標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，與水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和監(jiān)測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程反控。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)包括 3 個(gè)方面：數(shù)據(jù)處理、管理和應(yīng)用。通過(guò)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、智能數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)報(bào)告和發(fā)布等功能，為管理決策提供支持。運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)保證平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定、高效，以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真、準(zhǔn)、全；能夠支撐上千個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的同步接入；可在大數(shù)據(jù)量、大訪問(wèn)量情況下保證系統(tǒng)運(yùn)行和訪問(wèn)效率；并且做到數(shù)據(jù)不缺失、延遲。在管理平臺(tái)設(shè)計(jì)中，需運(yùn)用數(shù)據(jù)加密、訪問(wèn)控制等技術(shù)確保平臺(tái)信息，數(shù)據(jù)傳輸和移動(dòng)終端安全性。管理平臺(tái)具體功能如下：

1）雙向通信。水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議與水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集傳輸與控制單元進(jìn)行雙向通信，實(shí)現(xiàn)水站現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)上報(bào)和對(duì)水站監(jiān)測(cè)設(shè)備反向控制的功能。

各水站能夠主動(dòng)向管理平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，平臺(tái)也可發(fā)送遠(yuǎn)程控制命令向各水站調(diào)取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括：水質(zhì)監(jiān)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)、系統(tǒng)和設(shè)備報(bào)警、設(shè)備內(nèi)部參數(shù)、視頻監(jiān)控等。所采集原始數(shù)據(jù)應(yīng)保存在平臺(tái)服務(wù)器，具有可追溯性、不可抵賴性等特性。

管理平臺(tái)需具有數(shù)據(jù)回補(bǔ)功能，在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)異常等導(dǎo)致數(shù)據(jù)未及時(shí)上報(bào)的情況下，在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后平臺(tái)需能夠接收回補(bǔ)數(shù)據(jù)。管理平臺(tái)具有對(duì)水質(zhì)自動(dòng)站監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的功能，具有向水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令，遠(yuǎn)程控制水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備執(zhí)行相關(guān)操作。管理平臺(tái)設(shè)定并支持自動(dòng)巡檢計(jì)劃，自動(dòng)讀取指定監(jiān)測(cè)設(shè)備信息，在發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常時(shí)進(jìn)行報(bào)警。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各站點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)未上傳數(shù)據(jù)的站點(diǎn)實(shí)施自動(dòng)調(diào)取站點(diǎn)日志信息，有助于人工巡檢的故障判斷處理。管理平臺(tái)可以遠(yuǎn)程設(shè)定作業(yè)，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)樣品核查和加標(biāo)回收測(cè)試等操作。

2）智能化運(yùn)維管理中心。對(duì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的整體運(yùn)維工作進(jìn)行管理。管理平臺(tái)需對(duì)所有操作實(shí)行實(shí)名認(rèn)證，確保運(yùn)維信息可靠可信，符合水源公司監(jiān)控中心對(duì)運(yùn)維管理的相關(guān)規(guī)定。

運(yùn)維單位還可以通過(guò)管理平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程檢查，查看數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)情況，運(yùn)維人員及水站水源公司監(jiān)控中心可以通過(guò)平臺(tái)掌握各水質(zhì)自動(dòng)站運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)維單位工作情況。管理平臺(tái)能夠?qū)λ|(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的運(yùn)維管理工作進(jìn)行全方位留痕記錄，并提供相應(yīng)數(shù)據(jù)支持。

3）運(yùn)行情況監(jiān)控。管理平臺(tái)可以全面展示水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)整體運(yùn)行情況，包括水質(zhì)自動(dòng)站儀器和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) 2 個(gè)部分。管理平臺(tái)具有運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的功能，包括監(jiān)測(cè)站點(diǎn)在線率、數(shù)據(jù)獲取率、數(shù)據(jù)質(zhì)控合格率、設(shè)備在線情況、數(shù)據(jù)異常情況等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。管理平臺(tái)在發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備運(yùn)行異常等情況下，能夠向相關(guān)運(yùn)維單位發(fā)送短信通知。

4）運(yùn)維過(guò)程管理。管理平臺(tái)具有水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站運(yùn)行維護(hù)的全過(guò)程存儲(chǔ)管理功能，包括運(yùn)維的計(jì)劃填報(bào)、任務(wù)分配、人員軌跡和現(xiàn)場(chǎng)操作記錄、人員離場(chǎng)確認(rèn)等功能。

平臺(tái)能夠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作記錄、運(yùn)維操作照片與視頻記錄、運(yùn)維記錄與監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)及數(shù)據(jù)的比對(duì)等方式，確認(rèn)運(yùn)維人員操作正確，并通過(guò)對(duì)運(yùn)維數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生運(yùn)維績(jī)效評(píng)價(jià)、報(bào)表等信息，以圖形、列表等形式展現(xiàn)運(yùn)維人員運(yùn)維的站點(diǎn)數(shù)量及日常工作完成情況。

4 結(jié)語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)的水環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸成為新的水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)熱點(diǎn)，丹江口庫(kù)區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)水環(huán)境的工程實(shí)現(xiàn)，通過(guò)水質(zhì)儀器、傳感器、嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)的實(shí)施實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)站無(wú)人值守，確保了數(shù)據(jù)共享的及時(shí)性，為水利優(yōu)化調(diào)度和工程綜合效益的合理利用提供了參考。此外，針對(duì)丹江口庫(kù)區(qū)水生態(tài)環(huán)境改善的需要，系統(tǒng)中也初步考慮將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與水文水資源、氣象監(jiān)測(cè)及空間數(shù)據(jù)相結(jié)合，形成科學(xué)的決策參考信息，但目前尚處于探索階段，因此，面向水質(zhì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)有待進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)。