水质在线监测系统例1

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0398-02

1.引言

随着监测技术的发展和监测范围的扩大，整体监测质量有了提高，但由于受采样手段、采样频率、采样数量、分析速度、数据处理速度等限制，仍不能及时地监测环境质量变化、预测变化趋势，更不能根据监测结果做好应急预警工作。水质自动监测系统的建设，可以在地区分布网点或在重点污染源布设监测点，进行在线实时监测，数据通过有线或无线传输方式送到数据库服务器，并根据用户需求对数据进行分析统计，实时通报用户情况，更换实现突发事件的预警。同时，通过大量在线数据的积累，可研究解决当前水环境问题的战略思路和技术措施，为改善水环境质量、确保饮用水安全提供技术支撑。

2.水质在线监测系统的组成及其建议

水质在线监测系统是一个以在线分析仪表和实验室研究需求为服务目标，以提供具有代表性、及时性和可靠性的样品信息为核心任务，运用自动控制技术、计算机技术并配以专业软件，组成一个从取样、预处理、分析到数据处理及存贮的完整系统，从而实现对样品的在线自动监测。水质自动监测系统一般包括监测设备、取水系统、配水系统、清洗系统、留样系统、配电系统、防雷系统、安保系统、温控系统、防火系统、控制及数据采集系统。

2.1 监测设备

监测设备是整个系统的核心，也是监测数据准确可靠的基本前提。针对不同的水体类型、监测重点，选择有针对性的设备，如在监测设备的选择上，源水监测的基本监测项目包括五参数（水温、pH、溶解氧、电导率、浊度）、高锰酸盐指数、氨氮等；考虑到部分河段有船只航行，建议增加监测石油类、TOC的设备；水体类型为湖泊的，建议可增加藻类、总磷、总氮、生物毒性的设备。出厂水及管网水的基本监测设备包括余（总）氯、浊度、pH等设备。条件允许，可增加水压、水流量计等设备。尽量选用能够定期和接受远程指令后自动进行标样核查的仪器设备，提高监测数据的可信性及准确性。仪器设备的量程最好是有多个量程的，仪器能够根据水质变化自动切换合适量程，提高监测数据的精准度。选用仪器设备最好内部已集成运行状态的自检功能，实现运行参数的状态的远程传输，及时掌握仪器现场情况，方便日常运营维护。选用仪器设备具有485或232端口，实现终端软件对仪器的控制，报警信号的传输。考虑到南方的春季的潮湿天气，浊度仪器设备的设备不适宜选用流通瓶式的，最好是把探头直接放入水中的，可以避免因结露而影响监测结果。

2.2 取水系统

取水系统由水泵、浮筒、格栅或过滤网、水管、压力流量监测仪等组成。取水系统的设计必须保证在汛期和枯水期能正常工作而不至于被损坏。取水系统可以根据河流丰、枯水期点位变化情况，动态调整采水位置，采样点应避开死水区和回流区，采样位置设在采样断面的中央，采样管远离管、壁和湍流部位。而采样点应尽量选择靠近监测站房的地方。考虑到监测站水体的水位时刻发生变化，为保证取水系统能正常运作，可根据实际情况而采用浮筒式取水。采样点取水水管的进水孔离水表面以下0.5米，而水库水源水采水设计方案能同时采取表层水和深层水的水质监测，取水水管的进水孔在水表面以下0.5～5m范围内进行调节，确保能取到表层水和深层水。取水水管四周安装10～20目的金属筛网阻隔，避免漂浮物阻塞采样口。送水管道建议选用联塑的PP-R或光滑钢化玻璃管材，避免水质中不同种类的化学物质、抗物质和杂质，与金属管壁接触会产生化学作用，令管壁出现氧化和脱落而造成二次污染，且不释放出重金属或其他损害健康的物质，将对水样的影响见到最低。考虑到在线监测系统的实时性，预防采水系统管路的阻塞、爆裂等突然情况，建设采用双泵双管路的设计建设。

2.3 配水系统

配水主管路采用串联方式，主要通过PCL控制电动球阀，达到水样和气导入到相应的管路。为避免采水管路脏污影响，所有阀门采用大扭矩不锈钢机芯，不受沙粒影响管路。配水管路要用无阻拦式过滤装置，在主管路上，每台仪器都设有旁路系统，通过手动阀来进行调节，这样，每台仪器都从各有的过滤装置中取水，保证单台仪器、过滤器损坏或需要维护及仪器出现故障时，每台仪器都不影响其他仪器的工作。各仪器并联到管路中。根据仪器对水样的要求，水样进入设备分为两部分。一是水样按照最短取水距离原则不经过任何预处理，直接送入五参数自动监测仪水槽及不需预处理的管路，槽内及管路保证水流稳定持续，水位恒定，系统停止时疏通存有余水，保持电极湿润。二是水样送入超声波处理器对水样进行预处理，处理后不改变水样的代表性。

2.4 清洗系统

清洗系统包括自来水反冲洗和气反冲洗功能。为防止泥沙或藻类阻塞管路、影响监测结果，系统可配置清水泵、空气压缩泵、加药泵、臭氧发生器等，且设计有反冲洗旁路管道。清洗系统可以由PLC来自动控制或人工手动进行自动反冲洗，或使化学试剂清洗液（考虑到不对环境造成二次污染，设计中不使用对环境产生污染的清洗液）对采样管路全程进行自动反冲洗，且由气动阀的切换可通过高压振荡空气进样管路冲洗。

2.5 留样系统

当被测水质出现超标或异常值时，系统能够及时报警并自动采集瞬时样品并保存，以备实验室分析，因此，建议源水监测站应配置自动留样器。为保存足够的水样，建议选用留样瓶为2L的，数量为24个，且留样瓶为可拆卸清洗的留样器。

2.6 配电系统

源水监测站的配电系统由交流电稳压器、电源避雷器、UPS支流充电稳压电源等组成。为保护PLC、监测设备等，必须配置交流电稳压器（建议使用三相电流稳压器），避免断电来电后脉冲对设备的损坏。当市电断开后，UPS电源可保证终端系统正常运行12小时以上，确保数据的保存，避免设置的丢失。电源避雷器是当电网因雷击或其他因素导致产生高压脉冲时，可以在最短时间内将电路上的感应雷击而产生的大量高压脉冲的能量释放到底线上，从而保护电路上的设备免遭损坏。

2.7 防雷系统

源水监测站位于频繁发生雷击的地方，设备容易受到干扰，甚至雷击下而烧毁。因此，站房必须做好防雷保护，做到有备无患，才能更好地维护站房的安全运行。二，防雷系统包括站房防雷和设备防雷。注意站房防雷和设备防雷必须分开设计，一旦设备防雷接入站房防雷系统，设备会直接受外部雷击而损坏。

2.8 安保系统

源水监测站的安全设计主要针对包括非法破门、破窗、非法进入保护水域等内容。出现非法入境的情况时，通过安全设备可以立即向远程监控中中心自动报警。安保系统设计包括站房外安装声光报警装置、大门安装门禁系统、大门、窗户内侧安装磁感应控头、站内安装红外主动探测器、站内安装图像监控红外摄像头。在安保系统设计上注意提供UPS电源，断电持续供电时间不少于12小时；提供大容量存储硬盘，存储站房监控情况；互联网任意PC客户端或手机客户端可查看站房安保情况。

2.9 温控系统

监测设备所需试剂对站房温度要求比较高，必须配置空调、温湿度传感器等调节站房温度。站房温度可实时上传至系统平台，掌握现场环境情况。室内温度恒定在26℃，注意空调必须定期保养维护，确保使用寿命。

2.10 防火系统

以防火灾的发生，站房内部安装烟感和温感探测器，如果室内空气浊度或室温超过探测器内预设上限，发出声光报警通知安全守卫人员采取相应措施，同时远程拨号通知相关负责人员。站房内部配置不少于2个的灭火筒，考虑到设备为电器，建议使用干粉灭火器。

2.10 控制及数据采集系统

控制及数据采集系统包括PLC控制系统、数据采集、通讯传输、终端软件。PLC控制系统负责完成整个源水监测站的系统控制功能，包括取配水系统；设置监测频率、采样间隔等；取水系统的自动运行及定时清洗等；监测设备的检测、校准、标样核查等；对现场实时数据、运行状态等运行监视；对现场信号源数据进行不同类型的监视，以便于直观地获得信息；可对监视的数据进行报警定义，可设最高限报警、底限报警、开关量报警等，并记录报警时间，形成报警报表。同时，对通讯故障进行管理及分析，为恢复异常通讯提供分析依据。终端软件应具有强大的人机交互界面及良好用户界面，通过控制及数据采集系统实现源水监测站运行状态的查询、运行参数的设定、设备的控制等功能。数据采集系统建议通过485总线或232传输等方式，实时的对仪器的监测数据和状态进行采集，同时对辅助参数和环境参数的数据和状态进行采集。源水监测站的数据传输建议通过ADSL的方式向上层系统自动上报站点的监测数据、运行日志和各种信息。

3.水质在线监测系统的展望

当前，水质在线监测系统依旧存在以下几个问题：

（1）在线监测在行业上缺乏相关国家标准，建设、验收、运行维护等无法律可循，监测数据仅供决策参考，某种程度上缺乏发展方向。

（2）当前一些在线监测设备准确性并不高，比如重金属设备、免试剂设备，有的设备甚至超标上10倍才检测出来，造成一些指标的预警性不强。

（3）国外设备虽然准确性及实用性高，但设备故障修复时间长，维护成本大。

规范化在线监测建设及运营管理，形成相应的国家行业标准制度势在必行。进一步加强国内核心技术的研发，提品的技术含量，丰富产品种类，使产品功能多样化，应对环境监测和环境管理发展的需求。

4.结束语

总之，随着科学技术的不断进步，在线监测设备的技术问题会不断被攻克，提高人工维护服务质量，在线监测会被广泛使用，构建从原水、出厂水、龙头水三位一体的在线自动监测网络，保障人民群众饮用水安全。

参考文献

[1] 孙海林，李巨峰，朱媛媛.我国水质在线监系统的发展与展望[J].研究进展.2009，12（3）：12-5.

[2] 陈家军，杨卫国，尹洧.水质在线监测系统及其应用[J].现代仪器.2007，6（1）：62-67.

水质在线监测系统例2

前 言

随着社会发展，饮用水安全已成为政府、社会、公众日益关注的焦点，获得安全饮用水是人类生存的基本需求。近年来，尽管各地农村加大了改水改厕工作力度，部分农民喝上了安全水，但仍有部分农民无法饮用到安全水，严重影响了农村居民的身体健康和生命安全。

重庆市是一个大城市带动大农村的直辖市，其农村饮用水安全问题在西南地区具有典型的代表性，因此加强农村饮用水源保护，保障农村饮水安全，已经成为当前重庆市社会主义新农村建设亟需解决的重要问题。

1.农村饮用水安全现状

1.1我国农村饮用水安全现状

饮用水是人类生存的基本需求，其安全问题直接关系到广大人民群众的生命安全及身体健康。饮用水污染事件是指因物理、化学、生物等因素污染饮用水，导致水质感观性状和一般化学指标、毒理学指标、细菌学指标、放射性指标发生改变，超过国家卫生标准和卫生规范的限值或要求，造成或可能造成公众健康危害的事件。近年来，中国饮用水污染事件频繁发生，如 2014年兰州市局部自来水苯超标事件、2013年杭州自来水异味污染事件、2012年江苏镇江自来水污染事件等饮用水安全问题引起社会各界的广泛关注。

1.2重庆农村饮用水安全现状

重庆农村地区饮水不安全性主要体现在水质差、水量不足、取水不便、不能保证供给等方面。截至2009年底，重庆市近2350万农村人口中，有近1063万人饮水不安全，占农村总人数的45.2%左右。其中，水质超标问题导致饮水不安全人口为近235万人，水量不达标导致饮水不安全人口略为354万人。

王晓青，侯新等对重庆市农村饮用水现状调查表明，除渝中区以外的39个区县，饮水不安全人口达到992万人，占总人口的41.86%。

2.水质在线监测系统国内外应用研究现状

作为传统实验室检测的一项重要补充手段，在线式饮用水水质在线监测系统应运而生。饮用水水质在线监测系统是一个集水质卫生指标监测传感器、无线数据传导设备和远程监控平台为一体，运用现代自动监测技术、自动控制技术、计算机应用技术并配以相关的专业软件，组成一个从取样、分析到数据处理的完整系统，实现了对饮用水水质的在线自动监测，可 24小时连续、准确地监测饮用水中余氯、浑浊度、pH 值等卫生指标及其变化状况，并通过网络实时将数据传输到监控管理平台。

2.1国外水质自动监测系统的发展状况

美国日本等国很早就开始对水质自动在线监测技术进行研究和应用了。美国在上世纪70年代就已经运用水质自动在线监测系统对河海以及湖泊等地表水进行了实时的监测。日本也同样应用自动监测系统对城市排水系统以及污水处理排水进行了实时监控，实现了自动连续监测的有效利用。

目前在国外已广泛采用GPS全球卫星定位系统，GPRS 无线通信网络以及计算机技术，建立起了无线分布式自动监测系统。通过水质自动监测系统以及通讯功能，可以对各个监测点的水质进行控制。

2.2国内水质在线监测系统发展现状

我国水质自动在线监测、快速分析等体系建设尚处于探索阶段。目前国内市政各大型自来水厂，主要靠直接引进国外饮用水工程成套系统，水质监测设备。监控系统也主要靠从国外进口。我国的水质在线监测仪厂家虽然很多，但是多数为民营企业，技术水平参差不齐，仪器的稳定性和可靠性不足，难以满足我国水体环境复杂的监测要求。可以预测，在未来的几年，水质在线监测仪器仪表行业的主要增长点将在环保相关领域的应用。水质的在线监测系统分析将迎来新的市场机会。

3.建设水质自动监测系统的技术要求

3.1监测点的选择

在生活饮用水水质进行在线监控时，要对其监测点进行合理的选择，这样才能保证监测的有效性，在线监测过程中所要选择的监测点有：（1）水源水的在线监测点，在该种监测点的选择过程中，应该考虑其供电条件、通信状况、交通状况、水深状况、地理位置等各种因素；（2）出厂水的在线监测点的选择，一般会将水质的监测点设置于出水泵房附近的位置；（3）在进行管网水水质的监测时，要选择能够反映出厂水水质变化的监测点来进行水质的监测。

3.2监测参数与仪器

根据水质污染特征和监督管理的需要，选择具有代表性的参数；仪器设备的准确度、检出限、重现性等主要检测指标要与实验室方法具有可比性，测定范围应满足监测评价的需要，最好具有方法比对校准的功能；应配备水质超标报警的自动采样器；仪器性能要好，抗干扰能力要强，运行稳定，故障率低。

3.3系统控制平台

要求运行速度快，内存容量大，并具有断电保护的功能；要具有仿真操作界面，可随时显示自动站各主要设备和关键部件的工作状态，并具有各种故障自动报警功能，具有监测参数值超控制限报警功能和设备控制输入设置功能。

3.4数据处理与传输平台

开发自动监测数据库，自动接收传送监测数据，并具有对数据库检索、查询和显示历史数据等各种功能； 开发对数据进行分析计算、报表编制的应用软件，可实时打印自动站传送的数据，并按要求格式打印各种报表；建立先进的软件操作系统，要求界面友好，兼容性强，易于修改，易于升级。

4.展望

在经济社会不断向前发展的新形势下，自动水质监测系统作为水资源和水环境保护的重要手段受到各级领导的重视，积极稳妥地发展水质自动监测技术，已成为水质监测能力建设的重要任务。水质自动监测系统建成后，将在跨界河流水污染纷争、水质评价、入河排污口监督管理、水功能区污染物总量控制、安全供水等方面发挥人工监测不可替代的作用。实现水质信息在线查询和共享，为控制水质和治理水污染提供科学依据。

参考文献

[1]罗翠琴. 水质自动监测系统的建设与管理[J]. 现代测量与实验室管理， 2009， （2）：32-33.

[2]侯新， 龙训建. 重庆市农村集中式饮用水源地安全评价[J]. 中国农村水利水电， 2011， （8）：96-99.

[3] 李怡庭. 全国水质监测规划概述[J]. 中国水利， 2003， （14）.

[4] 王晓青， 侯新. 重庆市农村饮用水安全现状及水源地保护规划[J]. 水利水电技术， 2011， （7）.

水质在线监测系统例3

水是人类生产生活中不可缺少的物质资料，是宝贵的自然资源。在日常生活、工业生产中扮演着重要角色。随着人类社会的发展，对水资源的过度开采和使用，水污染问题越来越严重，已经引起了各国的注意。为了掌握水体资源的变化程度，各国加强了对污水排放的处理和更加高标准的污水管理。随着工业生产的迅速发展，使得工业污染日益增加，水环境污染问题变得日益严重。近年来，我国水环境质量虽有所改善，但环境污染仍处于相当高的水平。而水环境污染的加剧，对水环境质量及变化趋势进行大量实时、准确地监测是当前水处理工作面临的难题和新的挑战。水是宝贵的自然资源，是人类生活生产中必不可少的物质基础。当前人类对水资源过渡的开发与使用，水污染问题日益严重，引起了各国的普遍关注。工业生产中，水资源充当着重要角色，工业领域的快速发展，加剧了水环境污染问题。在这情况下，对于工业污水水质的在线监测就成为水处理工作中的重要内容。因而对工业污水水质在线监测系统进行研究，明确其推广应用就显得十分必要，对于我国污水治理与环境监测的良性发展具有积极的现实意义。

一、工业污水水质在线监测系统研究

（一）在线监测系统的硬件结构与功能

工业污水水质在线监测系统由参数实时检测、污水采样器及上位机组成，且由单片机来对自动采样器和参数检测进行控制，作为下位机存在。归结系统硬件结构，如图1所示，主要包括以下几个方面组成：第一，检测部门，系统中包含PH值、重金属、COD、累计流量、瞬时流量、色度等八个实时检测参数。其中，重金属、COD、色度、PH值传感器的输入均控制在4mA至20mA。采用高精度液深传感器来检测瞬时流量，对无喉道量水槽水位流出来进行计算；第二，复位与电路。应用X5045芯片，来组成电路，可进行系统的自动/手动复位、相关参数贮存、密码设置、防死机电压监测，从而保证系统安全性，使其能够适应全天候的工作；第三，显示电路和键盘。系统数码管显示为六位设计，进而选择显示时间、日期、采样实时值、工作状态、累积流量、瞬时流量、故障点、年月日排污量等信息，且有八个键用于设置系统参数和命令键运行，分别为上、下、左、右、功能选择、查询、运行及确认键；第四，输出电路控制。输出通道为16个，10路用于对双向可控硅的控制，进而作用于电磁阀，3路用于对步进机的控制，进而作用于采样器取样转盘，其余的用于声音报警和水泵控制；第五，报警电路显示。对于每一输出控制点和检测点均有对应的报警显示，从而对运行状态做出反映，其形式中包含声光报警；第六。自动采样器。这一部分主要由采样控制电路、采样机构、单片机三个组成部门，其中，单片机用于对工业污水PH值及水流量等信号的检测，并以所设定采样方式和检测结果为依据，来就单次采样任务进行下达。采样机的吸水工具为蠕动泵，贮存水样瓶（24个）分别在同轴三层的三个转盘上实施安装，放置8个贮存水样瓶于每个转盘上，贮存瓶容量为250ml至50ml。每隔40度于中间层转盘边缘进行一个小磁铁的嵌入（8块）。由步进电气来驱动转盘转动，每层转盘对于取样管道通断的控制分别采用一只电磁阀。安装两只电磁阀于总管道上，来控制管道清洗回路和总管通断控制。分别安装管道和排放剩水槽，来用于对剩水的排放。

数据采集器实时采集监测设备监测所得数据，并通过局域网实时传输到公司各管理职能部门，各管理职能部门直接通过地球守望者环境在线监测系统数据平台就可以随时了解现场生产情况，一旦数据采集器监测到异常情况，会根据其严重程度迅速对现场和上端监控管理职能部门进行报警，将事故遏制在萌芽状态，以避免恶性事故的发生。

（二）在线监测系统的软件设计

该监测系统可实时监测输变电设备盐密值、灰密值、最高（低）温度、最高（低）湿度以及风速、风向，进而掌握所铺设地区的线路经过地区的污秽状况；与传统测量方法相比，监测系统消除了人为影响的干预、大大降低作业人员工作量、能够最大程度地获取饱和污秽度，为污闪防治工作提出了全新的解决方案。

工业污水水质在线监测系统的上、下位机（下位机为检测采样器）既能够联机运行，又可进行独立的单机运行。下位机主要负责对采样机的自动控制、排放总量和水质参数的实时性检测。上位机主要负责数理分析、生成报表、打印曲线等。在监测系统的实际应用中，首先处理所采集的数据，在分析完成后，将结果送至相应显示控件进行显示，并结合用户操作来实施处理。从缓存中读取采集数据，存放于数组当中，依据变量0、1、2、3.......15，变量0、1、2、3、...15，这样的的重复方式进行保存。之后，进行各个参数的上下限报警控制，从而保证系统应用时的安全性。报警界面包含了报警指示灯和正常状态指示灯，它们对于不同状态用不同颜色来做出显示，当显示绿色时，表示正常，当显示红色时，则表示异常，会发出警报。且系统报警功能是通过控制指示灯来加以实现的。

二、工业污水水质在线监测系统的推广应用

水质在线监测系统例4

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0312-01

1、我国水资源及水质环境管理概况

总所周知，我国淡水资源总量丰富，但由于人口和耕地面积基数大，人均和单位面积耕地占有水量相对却很少。由于受到季风的影响以及水土资源组合的不平衡，我国的水资源在时间分布上不平衡，在空间分布上不平均。降水量的年内和年际变化较大，且呈现由东南沿海向西北内陆递减趋势。

随着我国经济的快速发展，水质环境污染问题日益突出。实现水质的实时连续监测和远程控制，有利于相关管理人员及时掌握主要流域水体的水质状况，预警预报重大流域性水质污染事故，解决跨行政区域的水污染事故纠纷，监督总量控制制度落实情况和排放达标情况。水质自动监测这一环境监测新技术受到国家的高度重视，并得以迅速发展。1999年，原国家环保总局为加强对重点流域省界断面水质变化和 境污染物的监控，在长江、淮河、松花江、黄河及太湖流域的10个重点断面试点建设国家地表水水质自动监测系统，标志着地表水水质自动监测在中国开始起步[1]。

目前，有100个水站分布在25个省（自治区、直辖市），位于河流上有83个水站，湖库17个，目前还有36个水质自动站正在建设中[2]。浮标式水质在线监测系统在我国应用起步较晚，但由于其具有实时、原位、及时、全自动以及其投放快捷等诸多优点，在我国水质监测领域的应用越来越广泛。

2、浮标式水质在线监测系统介绍

浮标式水质自动监测系统是一套以数据服务器为中心，以集成多参数模块化传感器、主机控制仪表、太阳能发供电、承载浮台及其附属设施的现场浮标式监测仪表设备为监测点，通过GPRS/3G无线网络传送监测数据的智能化水质在线实时监测系统。根据不同水域及不同监测需求，合理配置不同的传感器可以监测不同的水质参数指标；如温度、深度、钠离子、溶解氧、 浊度、电导率、盐度、氧化还原电位、pH、叶绿素、蓝绿藻、若丹明、WT、氨氮、硝酸盐、 氯化物、CDOM、水中油、环境光PAR等。新加坡三泰集团的浮标式水质在线监测系统实时监测系统包括以下三个主要部分：（1）前端数据监测站；（2）后端数据服务器系统――支持用户实时访问；（3）自动实时预警系统――以后端数据监测系统为基础，当有异常信号时，及时迅速向用户发出报警信息。

根据在新加坡十多年在线水质环境实时在线监测应用经验分析，浮标式水质自动监测系统主要有以下特点。（1）实时：仪表实时监测，信号实时发送，数据实时处理，报告实时，信息实时查询；（2）原位：目标水质原点监测、不同深度垂直检测，水质参数真实反映；（3）及时：异常水质及时报警，异常预案及时部署；（4）全自动：监测仪表运行无人值守，信息数据处理无人操作，水质报告结果自动。

3、当前水质在线监测系统应用分析

我国水质监测方式主要有人工采用检测方式，站房式自动在线监测方式以及浮标式自动在线监测方式。人工取样检测方式主要是靠人工去水源地采集水样，然后带回化验室对水样处理后进行化验检测，然后根据化验检测报告的数据进行汇总、分析，最后得出水质检测结果并出去。站房式自动在线监测站，主要由采水单元、配水和预处理单元、监测仪器单元、数采和控制单元、数传单元及辅助单元6个部分构成[3]，站房的监测设备监测数据通过其数传单元无线传输给数据控制中心，完成水质在线自动监测数据的存储、处理及信息的工作流程。

通过分析可知，人工取样检测的方式的弊端是显而易见的。其一，取样送样的人工劳动强度大，更多的还需要需要借助船舶、汽车等交通工具来实现；其二，人为误差大，水样采集、化验检测、数据汇总分析以及分析数据的等环节需要相关专业人员执行，专业人员的素质以及技术水平的高低决定着水质检测结果的准确性与可靠性，均会不可避免的出现或多或少的人为误差；其三，实时性差，水样采集、化验检测、数据汇总分析以及分析数据的等环节需要持续花费较长的时间，不能及时有效的反应实时的水质参数数据，不利于异常突发状况的预防或治理部署。

站房式自动在线监测站在我国的现行水质在线自动监测领域应用较为普遍，相较于浮标式水质自动监测仪表，具有以下几点不足：（1）系统复杂，占用场地多，维护量大；（2）参数单一，如COD、氨氮、PH、总磷等监测仪均需要配备采集、预处理、水样分析、控制系统；（3）水样采集及预处理过程中水质易受干扰；（4）易受环境影响（冰冻天气）；（5）药剂消耗、电能（空调及电控系统）消耗大；（6）建设成本高（监控站房及电能供应建设）。

以新加坡三泰集团的浮标式水质自动监测系统为例，典型的水质环境实时在线监测站主要包括水质传感器和传感器数据采集仪，以及其辅助系统如太阳能系统、智能控制系统、防雷防盗系统等，使得监测站精简独立，能够方便大规模的布置在各个重要监测点。监测站在读得数据后，立即通过GPRS/3G无线网络把数据发送到中央伺服器。在中央伺服器里，数据在被读取分析处理后到互联网上去。通过这种方式，所有关于水质参数的信息都实时有效的传达给新加坡公用事业管理局的相关管理部门，使得新加坡公用事业管理局拥有优质的水文信息平台以及信息库，可以针对性地做出合理的决策部署。

浮标式水质自动监测系统持续运行，通过监测数据的不断积累，逐步完善建立水文数据信息库，用于历史数据的分析。更近一步的意义在于通过不断丰富的数据信息库，构建一套智能水文水质数据管理模型，总结历史经验规律，提前预测出水质变化趋势和变化速度，为该水域的未来水资源管理战略部署提供重要的信息支持。这些智能的数学模型，能帮助水资源的管理者宏观预测该水域的水质变化。

4、浮标式水质在线监测系统在我国应用的前景展望

随着无线数据传输技术的飞速发展以及互联网的日益推广，实时在线环境监测技术已经在不断的实践中越来越成熟。水质环境实时在线监测技术在国外应用较为广泛且效果良好，我国水质自动在线监测领域应用起步较晚但发展迅速。随着科技技术革新带来的成本下降与效益提升，水质环境实时在线监测系统已经初具规模地投入到环境监测实际应用中来。相较于人工检测方式，浮标式水质在线监测系统劳动强度小，完美地排除人为误差，以及独特的实时、原位、及时、全自动的特点优势尽显。相较于站房式自动在线监测站，浮标式水质在线监测设备无需筹建监测站房的大量投入资金。由于系统运行电耗极小，优良的太阳能发供电系统，避免了荒郊站点的电力系统建设及维护成本。浮标式水质在线监测设备的一站式设计方式，集传感器检测系统、智能数据控制系统、太阳能电源系统以及防雷防盗系统为一体，投放便捷，运行稳定，故障率低，维护工作量极低，完全实现水质在线监测系统的无人值守的全自动运行。由于整套系统运行无需试剂添加的监测原理，很好的克服了药剂消耗成本以及其可能造成环境的二次污染。

从监测活动的投入与产出以及实际效果的综合角度考虑，浮标式水质在线监测系统在我国水质在线监测领域，必将扮演重要角色，有着广阔的应用前景。

参考文献

[1] 中华人民共和国卫生部卫生法制与监督司.生活饮用水卫生规范[s].2001.

[2] 国家地表水水质自动监测系统介绍 http：//.cn/help.aspx.

水质在线监测系统例5

近些年来，我国对环境的监察力度不断加大，这对于环境在线监测系统来说，在以后的环境监测中也会占有越来越重要的地位。而对于水质环境在线监测系统来说，它既能够作为环保部门对环境进行监察的一种依据，又可以作为是对排污情况了解的一个重要的渠道，单从排污规律这一方面来说，主要就是对工业生产过程中产生的污染进行监测与控制，而且还能够有效地减少排污量。如果从环境在线监测系统的建设来划分的话，可以分为两个阶段，分别是建设数据传输系统和安装各类在线仪表。

1 数据传输系统的建设

对于以往的环境在线仪器来说，很大一部分都是需要有专人到现场进行数据的抄写，这样一来，不仅浪费了大量的时间，而且还在无形中导致在线仪器的自动传输功能丧失，这种在线仪器已经不能够满足现在对环境进行监测的需求，而随着科学技术的不断进步，尤其是网络技术的不断更新与换代，我国的水质环境在线监测系统也得到了不断地进步与发展，尤其是数据传输系统的建设，更是得到了空前的发展空间。就目前的数据传输方式而言，主要就有电话线、局域网、gprs网络以及手机短信等等一些传输方式，而对于这些在线传输方式来说，它们还有一些主要的特点，第一就是对于电话线来说的，其主要采用的是拨号采集信号，这种方式存在的不足之处就是有一定的麻烦，所以对于现在来说，一般很少采用；第二就是对于手机短信来说的，这种方式主要是采用手机进行短信传输，但这种方式也存在有不足之处，那就是采用手机进行信息传输时有一定的局限性，每次传递的信息内容都有限制，而且还要是在有信号的地点进行安装，否则是不能够进行完整的信息传输；第三就是对于gprs网络来说的，其主要采用的是利用无线网进行传输，这种方式进行传输也有一些主要的特点，比如说在一次性投入时，以及维护还有系统升级时，这些投入在消耗费用方面会占有一定的优势，但有一点是必须要有的，那就是安装之前必须要确定有手机信号；第四就是局域网的传输，这种传输方式的特点主要就是传输具有一定的稳定性，而且在升级方面也比较方便，但是有一点，就是其基础费用在投入时比较高，所以这种传输方式一般情况下还是比较适合已经有基础设施的地点，这样相对来说还能够节省一部分的资金投入。

对于数据传输方式来说，首先就要以实际情况为基础，并选择好最有效、最实用的传输方式，这样才能够最大限度的保证数据传输的最佳效果。传输方式确定之后，紧接着要做的就是对监测子站进行确定，对于监测子站来说，在不同的污点处是需要很多的监测子站，而对于监测子站来说，一次可以传输16个甚至更多的数据，所以说，对于布置监测子站来来，一般多会采用就近原则，通俗的来讲，也就是尽可能的把几个距离较近的排污点都布置在一个监测子站附近，然后再通过泵的帮助，把排污点的水引入到监测子站进行监测，而对于排污点到子站的距离既不能太远，也不能太近，否则都会影响到子站监测的准确性，因此，这两者之间的距离最好能够在120m之内。下图1是模拟建设好的监测子站作出的简图，这种传输方式需要提前确定好，然后再把各子站和中心站都与网络进行连接，中心站的作用就是在网上进行数据的，对于授权的用户来说，只要能够在有信号的接入到网络，就可以对一些数据随时进行查找，极大地方便了授权的用户。

2 水质环境在线监测仪器的安装

对于已经建设好的数据传输系统来说，如果没有在线监测仪器为其提供数据，就说明这个系统还没有全部完成。对于水质在线监测系统来说，要想更好地在工业生产中应用，如果没有各类在线监测仪器的帮助是不能够算是完善的，所以说，对于水质环境在线监测仪系统的正常运行来说，如何选择仪器也是至关重要的。

2.1 对于仪器的选型

对于在线监测仪器的选型方面来说，目前为止，经常会用到的在线监测仪器主要有ph计、流量

、cod以及氨氮等等，这些仪器不仅有国产的，也有一部分的进口的，要想能够更好的对仪器进行选择，首先就要对仪器的性能以及作用进行了解，然后再对其进行选择，在选择时也要注意好一些细节，比如说在线仪器在测量时是否准确，仪器的稳定性如何，还有就是仪器在运行过程中所需的费用，以及仪器的型号是否太多等等一些问题，这些都是需要特别注意的，以免在日后的运行过程中出现不必要的问题。

2.2 对于在线取样系统的建设

对于水质环境在线监测系统在工业生产中的应用来讲，一般只要应用过在线仪器的都知道，这种仪器很难能够实现长周期的运行，如果需要进行长周期的运行，首先就需要有大量的人力作为基础，虽然说这种仪器称为是自动在线监测仪器，但其实际的作用却并不是如此，那又为何会出现这种情况呢？经过实验发现，产生这种现象主要是因为以下几点原因。一是因为监测点的水位变化大，再者就是杂质比较多，这很容易造成泵头堵塞，再者来说，只要有一次不能够取得足够的水，就需要有专人对其进行清理，必要时还要对于进行重新灌引水；二是因为有一部分仪器需要一天二十四个小时都要运行，尤其是一些进口的仪器，这样的仪器一方面能够更好的为监测工作做好准备，但另一方面来说，这种仪器消耗会比一般的仪器要多得多，而且系统对泵的要求也比较高，再加上有一些监测点自身的情况比较复杂，所以在运行过程中很可能会造成取不到水的情况发生，因此，这会直接导致很大一部分的泵烧坏，进而影响正常的运行。

针对这种现象，有不少的公司也对其进行了解决方案的商讨，最后经过了一系列的实践之后，也设计出了一套比较合适的取样系统，下图2就是主要的流程图。这种仪器在启动前自控阀会自动启动，也就是下图中的a，这时的自控阀b是处于关闭状态的，当自来水流进取样系统的前边时，这时的泵头部分流出，主要作用就是起到反洗泵头、以及自动灌引水，而当自动阀a处于关闭状态时，这时的自控阀b以及泵是处于启动状态的，当水流经滤池，经过滤后流入到取样池时，这时的自控阀b以及泵是处于关闭状态的，也就是不运行，这时候的在线仪器就可以做样，然后再经过这样的循环。对于一部分cod仪器来说，当其运行的时间过长时，cod的数据值就会出现明显的偏差，与真实值差别很大，所以说，只有当取样头进行清洗之后，做出的数据值才能够达到正常值的水平。之所以要采用这套取样系统，主要是因为由于采样头会长期在水里边进行取样，但因为产生废水的成分比较多，所以很容易在取样头周围形成一层致密的膜，而这套系统正好可以对取样头进行反冲洗，然后把那层膜冲洗掉，同时这也能够很好地解决cod分析结果不准确的现象。

3 结束语

针对于水质环境在线监测系统来说，不仅能够实现监测的自动化，还能够实现对水污染的预警，这对于减少水质污染来说有很重要的作用，再者来说，我国的环境在线监测系统在近些年来也得到了不断地发展与完善，到目前为止，也已经形成了一套较为完善网络监测系统，这对于水质排污来说是一项很好的监测手段，而且它还是现代化水质环境保护不可缺少的一项措施。

水质在线监测系统例6

Research and Implementation of online Water Quality Monitoring System of

Penaeus Vannamei farming based on IOT

Yu Bei-yu

（Institute of Information Guang Dong Ocean University GuangDongZhanjiang 524088）

【 Abstract 】 For the current backward water monitoring method of Penaeus Vannamei farming， and based on online water quality monitoring system， it can realize multiparameter， real-time， online， energy-saving， and environmental， reliable， and remote monitoring functions of Penaeus Vannamei farming water. Thereby researchers are able to master water quality effectively and instantly， control the deterioration of water quality in the nascent stage， reduce the faming risk of Penaeus Vannamei farming， and promote sustainable development of Penaeus Vannamei farming in subtropical South America.

【 Keywords 】 iot； the farming of penaeus vannamei； online water quality monitoring； online water quality monitoring system

1 引言

世界各国，特别是许多亚热带气候国家都在大力发展南美白对虾养殖业，广东省南美白对虾养殖业已成为农民发家致富的一条重要途径。南美白对虾生长快，肉质佳和产量高，深受消费者的欢迎。但在养殖过程中，南美白对虾经常由于养殖水质问题而会发生多种病害，特别是桃拉病毒的流行病，使养虾业受到巨大的损失。

目前亚热带南美白对虾养殖产业仍是靠天、靠经验、粗放式的传统养殖模式，在养殖过程中水质监控及管理手段落后，水质及环境信息实时监测水平低、投饵、施药、施肥不科学不合理，极大地恶化了南美白对虾的生存和生长环境，极易造成对虾疾病的爆发，给养殖企业及个人带来巨额经济损失。上述等突出问题已成为制约水产养殖业发展的重要技术瓶颈，因此对南美白对虾养殖水质参数进行有效监控，降低养殖风险，促进亚热带南美白对虾养殖产业可持续发展具有重要的科学意义和应用价值。

2 对传统南美白对虾养殖水质监测的分析

目前常用的水质自动监测是以在线式自动分析仪器为核心，运用传感器技术、自动测量技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一套在线监测体系。与常规方式相比，水质自动监测技术及装置有很多优点，但仍存在很多问题。

（1）在热带亚热带地区暴晒高温、潮湿、水环境腐蚀严重的室外对虾养殖池塘环境下，水质自动监测系统适应恶劣环境的能力差、设备故障率高、运行稳定性差、或者建设费用过高导致不宜大范围安装应用。

（2）设备自动化程度低，系统组网技术单一，监测的参数少、实时性差，难以实现远距离的数据传输，不能有效对水质状况进行全天候在线监控。虽然国外的一些发达国家有一部分先进的无线传感器网络监控系统，但由于南美白对虾养殖环境、设备和技术成本等原因，并不适用于我国的实际情况。

（3）传统的水质监测系统无法和新型南美白对虾养殖技术相匹配，高位池地膜技术、海水提纯技术等新型养殖技术的出现对于传统监测技术来说是一场挑战，只有不断地更新水质监测技术才能跟上养殖技术的发展。

3 基于物联网的南美白对虾养殖在线监测系统的优越性

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。所述的物联网是指通过信息智能感知设备、按约定的协议，把物体与互联网相连，进行信息可靠交换和传输，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控与管理的一种泛在网络。

和传统的互联网相比，物联网有其显著特征，首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型的智能感知设备，智能感知设备能够按一定的频率和周期实时采集环境信息，不断更新数据。其次，它是以互联网作为重要基础与核心，建立和发展起来的一种泛在网络。此外，物联网不仅提供人与物体的连接功能，还具有智能信息处理能力，能够对物体实施智能控制，在具体应用中比互联网具有较大优势。

4 基于物联网的南美白对虾养殖在线监测系统的实现

基于物联网的南美对虾养殖在线监测系统提供一种节能环保、性能可靠，可实现南美白对虾养殖领域水质多参数的实时、在线和远程监测的基于物联网的南美白对虾养殖水质在线监测系统。基于物联网的南美白对虾养殖水质在线监测系统包括几方面。

数据采集节点。选用北京联创与中国农大开发的具有测温和温度补偿功能的PH10、TS10、WL10、DO10 四类智能传感器来对水的PH值、浊度、水位、溶氧量、温度等五项参数进行监测，并对所采集信号进行放大和A/D转换等数据处理后传送至路由中继节点。

路由中继节点。接收所述数据采集节点传送的数据，并将其转发至现场控制中心。

现场控制中心。接收所述路由中继节点转发的数据，并对所接收的数据进行实时显示、查询、存储和下载，并将其传送至远程监控云服务平台。

远程监控云服务平台。接收所述现场控制中心传送的数据，并运用智能计算方法对所接收的数据进行实时分析和处理，并把处理的结果至现场养殖技术人员的计算机或手机上，为调控水质提供决策支持。

1.集节点；2.路由中继节点；3.现场控制中心；4.远程监控云服务平台；5.计算机PC；6.手机。

（1） 如图2所示，数据采集结点包括：太阳能板，安装在圆柱形壳体的顶端，负责向充电电池充电，充电电池向智能传感器组、电路板和ZigBee模块提供电源，圆柱形壳体通过位于浮漂上端的圆柱型接口与浮漂连接，充电电池、电路板和ZigBee模块设置在圆柱形壳体内，智能传感器组的信号线通过小孔和信号线接口与电路板连接。

（2）智能传感器组包括：采用异步串行接口且具有自识别、自标定、自校准、自补偿和自诊断功能的智能溶解氧传感器、智能酸碱度传感器、智能浊度传感器、智能电导率传感器和智能水温传感器。数据采集装置可同时连接多个水质智能传感器，不受任何限制，可根据水域，气候，养殖特点等诸多因素因地制宜地进行相对的调整，从而达到全面在线掌控水质监测的目的。

（3）现场控制中心包括：无线传感网模块分别通过异步串行端口与GPRS模块和现场TPC模块相连接，对所述路由中继节点转发的数据进行实时显示、存储和下载；GPRS模块将所述无线传感网模块接收的数据传送至远程监控云服务平台。

（4）远程监控云服务平台分别通过互联网或3G信道与所述计算机和所述手机进行交互；远程监控云服务平台运用智能计算方法对所接收的数据进行实时分析和处理，并把处理的结果至现场养殖技术人员的计算机或手机上，为调控水质提供决策支持。

5 基于物联网的南美白对虾养殖在线监测系统的有益效果

（1）系统采用低功耗设计，太阳能供电，环保经济和可靠性高。

（2）系统可实现对多种水质参数连续在线监测，能实现水质的长时间在线测量，至少每隔半个小时自动对这些水质参数测量记录一次。对养殖水环境的溶解氧、酸碱度、浊度、电导率器和水温等多项基本参数的监测，另外可根据养殖户的需求，可增加实现远程视频监控，以便及时了解水环境参数。

（3）采用的水质智能传感与变送器，附有自识别、自标定、自校准、自补偿和自诊断算法，从而保证了数据的精确性。

（4）数据处理服务器对水质数据进行实时分析与处理，在线监测数据分析和统计：监测数据能够及时上报存储到服务器，并可在养殖户家用电脑或平板电脑、手机等物联网信息终端上远程访问，具有自主设定水质标准，在监测参数超标时及时告警或启动反馈控制设备进行调节，还可以建立南美白对虾在各个生长阶段的养殖水环境生长模型，系统可根据生长模型自动调节数据警报的上下限，能够为用户调控水质提供决策支持，从而将水质恶化事件控制在萌芽阶段，减少南美白对虾养殖风险。

参考文献

[1] 周娜，祝艳涛.传感器在水质监测中的应用探讨[J].环境科学导刊，2009（28）：119-123.

[2] 李国刚，李旭文，温香彩.物联网技术发展与环境自动监控系统建设[J].中国环境监测，2011，27（1）：5-10.

[3] 陈琦，韩冰，秦伟俊 等. 基于Zigbee/GPRS 物联网网关系统的设计与实现[J].计算机研究与发展，2011（48）：367-372.

水质在线监测系统例7

一、目前我国城镇污水处理系统使用现状分析

污水处理是解决城镇用水难问题重要且有效的措施，它能够将废弃的、污染的水质进行净化处理，实现水资源的循环利用。在污水处理过程中，水质的变化以及处理各环节的工艺变化等都会对污水处理的效率和成功率等造成一定的影响，甚至影响水质标准，那么如何对污水处理做到实时监控、随时调整呢？那就必须安装污水处理在线监测系统，对污水处理的各个环节的处理工艺、便准、参数变动以及水质微生物和矿物元素含量变化进行实时监测，以便于及时作出调整，保证污水处理质量。污水处理在线监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用传感器、计算机、自动化控制、节点监测等系统设备组成，并以通讯网络将其与自动分析软件相结合而构成的一个综合性在线自动检测系统，其具有连续性、及时性、准确性以及自动性等优势，不间断地对污水处理更环节的变化进行监测。

目前，对污水处理系统进行在线监测以成为了各级污水处理工厂的软标准，针对污水处理的特点，国内外已开发出了多款在线监测软件系统，而我国现有的污水处理在线监测系统的设计大多是采用较为传统的二段式方案来进行，即上下位机结构。上位机负责对污水处理参数以及出水水质的监测，对可能出现的设备问题以及水质问题进行在线分析，对设备故障进行诊断与识别并报警，而下位机则主要负责对于污水处理设备运行状况的监测，其需要在污水处理流程的各个环节安装监控节点，下位机大多采用单片机或者工控机来实现。不过，这种结构的在线监测系统在在线监测与故障实时分析方面还有较大的局限性，二者功能分离，集成性较差，若是污水处理系统设备较多且同时请求诊断分析时，其效率会十分缓慢，需要技术人员进行现场解决。

二、在线监测系统在污水处理中的应用

1.在线监测系统的设备要求

污水处理在线监测系统是一套综合性的系统，它由多个设备系统共同组成，其包括：COD在线监测系统（COD总量检测仪器），包括污水进水口以及出水口分别安装一套系统；氨氮在线监测系统（氨氮分析仪器），包括进出水口分别安装一套；数据采集传输系统，以通讯系统为主，实现无线网络覆盖传输以及联网信息查询分析；COD以及氨氮分析仪不间断UPS在线供电设备；超声波明渠流量计（HBLM-3型）；双DTU数据传输仪。

2.各仪器设备的配置安装要求

（1）进、出水口的COD在线监测分析仪主要由COD总量在线监测仪、微电脑智能流量计、信息传输系统这三部分组成，在安装COD仪器时要采用重铬酸钾消解法，即使用硫酸银、浓硫酸、重铬酸钾等来消解氧化水中的有机物以及还原物质，然后再通过消解后比色法对剩余的氧化剂量进行测定，算出水中的COD值。

（2）进、出水口氨氮分析仪主要包括氨氮分析仪以及超滤系统组成，将其安装在进、出水口中要连接UPS不间断在线供电设备，其测量污水中氨氮含量比例主要依靠比色法来进行，UPS电源功率需达到3000VA，并保证在主电源停止供电时，其能够持续供电延时20分钟以上。

（3）数据传输系统网络要覆盖污水处理在线监测设备的有效范围，以便于在线监测系统的的实时显示、数据传输、在线分析以及网上数据信息查询等。同时方便局域网内部技术人员远程监控污水处理在线监测系统的动态信息，数据传输系统必须符合HJ/T 212-2005标准，具备可扩展、多中心传输的功能，其模拟信号采集通道至少需要能够同时传输8个监测项目数据。

（4）超声波明渠流量计可直接安装于室外明渠侧壁测量，并使用超声波回波测距原理来测试水流量，以便于技术人员查询明渠水流量信息。

（5）根据各自污水处理系统的特点与要求，可以选择性建立进水口仪表间，以保护仪表的安全性，增强系统稳定性，同时减少现场污水样本采集的滞留时间，提高样本分析准确性。

3.在线监测系统对污水处理各个环节的监测

在线监测系统除了对污水处理设备运行状况以及水流等进行实时监控以外，还需要对常规水参数进行监测分析，根据《水质自动分析仪技术要求》的规定，在线监测必须包含“pH、导电率、浊度、溶解氧、温度及铁/锰、氨氮、总磷、总氮、COD Mn或TOC”等监测项目。同时对进水（原水）的预处理工艺、沉淀工艺、过滤工艺、消毒工艺、出水工艺等环节进行监测，必要时还需要重点监控水道运输管网，以达到全面监控的目的。

水质在线监测系统例8

水污染的前提是对水环境质量变化情况进行定时、定点的人工采样与监测。通过累积的各类监测数据，分析水环境的现状和变化规律，这个过程需要大量的人力、财力和物力，而这种方式所得到数据都是瞬时数据。因此必须采取自动化的水质监测技术，使所得到的数据是连续性的，更好的反应出水环境的实际状况，进而采取水环境保护措施。

1水质自动监测系统

水质自动监测系统是通过实时的水质自动监测站，获得连续的在线水质监测数据，通过现代化的数据采集系统将所监测水体的水质数据上传至管理中心，实现管理中对自动监测站的远程监控，更加真实的反应水体的水质，及时了解水质的变化规律。水质在线自动监测系统是将多种监测指标的分析仪表组合，从采样、分析到记录、整理数据、中心遥测组成的系统，并利用监控及分析软件，实现水质的自动监测。水质自动监测系统的优点是：无需人工、运行稳定和维护方便。主要的水质监测指标有：流量、浓度、溶解氧和pH等参数。监测所得到数据可现场读取或通过无线传输到监控中心。水质自动监测系统可以连续进行监测、得出实时数据并进行远程控制，使有关部门可以及时掌握水质状况，预防水质污染的事故，并在发生大型污染事故时掌握水质信息，进行突发事件的处理。

2水质自动监测系统的功能

2.1在线自动监测水质

自动监测系统可以监测水源地及饮用水的多种参数，主要包括：溶解氧、pH和浊度等。并可以对排污口和污水处理厂进行实时监测，监测其各项水质参数是否超标。

2.2预警预报水质

自动监测系统具有报警功能，接受现场设备的报警信息。报警功能可以通过声音、图像、表格等形式体现。还可以对现场监测信息准确反应，为环境监控提供准确的信息。如出现水质超标、仪器设备故障或供电故障时都会引发报警系统。

2.3信息和在线查询水质

自动监测系统具有信息和在线查询的功能，并可以显示图标并打印等，为环境管理和决策提供准确的数据支持。并可以保存长期的监测数据及运行数据，方便以后查询和检索。

3水质自动监测在水环境保护中的作用

3.1为水环境的治理提供依据传统的监测方式对于水环境的监测通常是瞬时的，无法进行系统和长期的监测，因此，监测结果并不能很好反映出真实的状况，也是水环境治理决策带来不利影响。目前自动化水质监测设备进行大量的使用，为水质提供实时监测，保证监测数据的准确性，为水环境治理提供资料。

3.2提高了水质监测的工作效率

水样采集、化验和数据统计等工作是十分复杂的，通过应用水质自动监测系统就可以对水体进行自动监测，并记录数据及时分析。对于监测人员的工作提供极大的帮助，降低管理人员的劳动强度，避免工作人员由于自身能力有限或不规范等人为原因造成的水质数据偏差，保证水质监测数据的准确性。在出现重大污染事故前有效预警，使工作人员可是及时采取措施，提升了水质监测的工作效率。

3.3降低水质监测的管理成本

目前所采用的水质自动监测仪器设备价格较高，但对于传统的水质监测来说，综合成本较低。传统的水质监测中，对于人力的投入较大，其费用与自动水质监测仪器的购置费相差不多，因此水质监测的成本是降低了。

3.4提高水质采样工作的安全性

水质监测前需要进行水质采样，但通常水质采样区域的地形较为复杂，在样品采集时可以避免人工工作可能发生的安全是事故，使用自动水质监测可以得到更加准确的数据，使水质采样更加安全。

4水质自动监测系统的应用

4.1地表水监测中的运用

对地表水进行水质自动监测，可以对地表水质实际监测和远程控制，对重点断面水体和流域水质情况实时监测，预报流域的水体污染事件，预防跨地区的水污染事件产生纠纷，把握总量控制情况。目前我国水质自动监测技术在地表水监测中应用较多，我国水质自动监测站近年来建设也取得一定的成绩，环境保护部门在我国重要的河流、入海口、湖泊和水利项目中建设了许多水质自动监测站。

4.2水库中的应用

水质自动监测系统在水库中的应用，可以监测的指标有20余种。水库水质监测中，采用西东监测系统，可以实现远程实时调控，提高水环境的监测和监管能力，对于较为重要的水源地水质，可以及时掌握水质实时状态，保证饮用水水源的安全，让居民的饮用水健康。对水质可以实现数据远程传输、监测和自动控制，可以随时查询水质信息，如发现水源地水质监测项目超出规定要求，系统会自动报警，并采取应急措施，对水质进行全程监管，保证饮用水安全。

4.3排污口污水水质

监测环保局在进行污水排放管理时通常存在很多的问题：一是工作人员少，检查周期长，不能及时掌握各个企业的排污情况；二是排污费拖欠，排污单位缴费不及时。以上两个问题可以通过在排污口进行流量和水质的自动监测来管理，自动监测系统可以对实时监测企业的污水排放情况，还可以对阀门进行远程控制。自动监控系统能够实时监测企业排放口的污水水质和水量。如果排污企业不按时缴纳排污费，自动监测系统可以通过远程控制电动阀门的开关，欠费即关闭排污阀门。此外，还可以在监测系统中设定COD限值，如果监测系统监测到污水COD超标，也可关闭阀门，停止排污企业污水排放。

5结论

水质在线自动监测系统以自动分析仪器为核心，运用现代化技术及分析软件组成的综合性在线自动监测体系。对主要流域重点断面水质状况进行掌握，需要实时水质自动监测，对水质进行连续监控和远程控制，更好的对水体进行治理和监管。

参考文献

[1]杜魁.我国水质自动监测技术现状分析[J].知识经济，2012(23).

[2]孙进.关于影响水质自动监测系统运行因素的探讨[J].北方环境，2011(9).

水质在线监测系统例9

中图分类号：Q958.116 文献标识码：A 文章编号：

引言

随着科学技术的进步和环保事业的发展，在线监测系统在环保工作中发挥着越来越重要的作用，而在线监测系统的数据将作为环境保护部门进行排污申报核定、排污许可证发放、总量控制、环境统计、排污费征收和现场环境执法等环境监督管理的主要依据，因此在线监测系统的运行和管理将直接影响科学依据的准确可靠。

一、水污染源在线监测系统运行存在的问题

1、硬件设施

(1)仪器选型

我国《水污染源在线监测系统安装技术规范》、《水污染源在线监测系统验收技术规范》等一系列技术规范在2007年7月才正式，导致仪器选型未能很好地从技术层面进行筛选，未在选型时对各制造商的仪器进行技术筛选，从而带来仪器日常运行管理和保证数据结果准确度方面的困难。

从仪器安装情况来看，由于COD在线仪制造商较多，导致COD在线仪的类型也有多种，不但增加了第三方运营成本，也不利于日常运行管理。

(2) 采样取水系统

采样取水系统是在线监测系统最主要的辅助设备，包括采样取水管、采样管路、采样泵、过滤设施、水样贮存装置等。采样取水管位置应尽量设在废水排放堰取水口部的流路中央，前端设在水流下游的方向。而大部分水污染源在线仪的采样管位置都设在排放水水流上游的集水井处，采集的水样很多为滞留水，无法真实反映瞬时水样的数据。

另外，还存在采样取水管无过滤设施或过滤设施不当，导致采样管路部分堵塞；采样泵运行不正常，导致无法正常进样分析；进出水管路的不通畅，导致再次取样时为水样存贮装置中的剩水；采样管有明显污垢，导致直接影响真实水质的分析结果等问题。

2、管理运行

(1)管理制度

管理制度是为了规范在线仪运行和维护的指导性文件，应包括人员操作规程、岗位制度、仪器管理与维护制度、设施故障预防和应急措施等。目前全市水污染源在线监测系统的管理制度均由运行单位统一制定，主要包括维护工作站工作制度、工作人员工作职责、在线仪操作规程等，但内容较形式化，且缺少仪器管理与维护、设施故障预防和应急措施等制度。

(2)操作人员

操作人员应经岗位培训，并持证上岗，能正确、熟悉地掌握仪器原理、操作、使用和维护等技术。目前全市553家重点水污染源，仅43名操作人员进行运行管理，并未持证上岗；而且由于全市仪器类型多样，不利于操作人员运行管理，操作人员无法完全掌握各种型号仪器的原理、操作、使用和维护等技术。

(3)试剂

配制的试剂准确与否对在线仪分析结果有着直接的影响。目前全市重点水污染源在线仪使用试剂的品种和配制方式不统一，如武汉泰肯等仪器商的仪器由各企业自配，而其它制造商仪器由运行单位配制，且配制单位未使用有证标准品，配制的试剂也不能满足分析方法中规定的纯度规格。

3、质量控制

(1)仪器检定

水污染源在线监测仪器应进行强制检定。目前，由于缺乏资源配置等多方面的原因，计量部门尚未全面开展检定工作，这对监测数据应用的合法有效性带来一定的影响。

(2)维护清洗

水污染源在线监测仪器应每周至少进行一次现场维护。目前，由于运行单位缺乏人力资源，未能按要求频次进行维护。另外，操作人员容易忽略对采样管路、仪器内部管路和电极头、进出水管路、水泵等进行维护和清洗。

(3)仪器校验

水污染源在线监测仪器应每月进行一次实样比对和质控样校准，每季进行一次重复性、零点漂移和量程漂移试验。目前运行单位仅对COD 在线仪进行不定期的校准，质控样品的考核也较少，不能满足校验要求。

二、水污染源在线监测系统运行的建议

1、管理制度化

水污染源在线监测系统采取第三方运营方式，第三方运营方式已是在线监控推行的方向性方式，它能够充分发挥设备的作用，克服监控设备由企业自身管理的弊端；其次，第三方运营可以通过集约化的管理降低运行维护成本；另外，作为环保部门的科技助手，运营单位可以提供专业化的服务，让环保部门有限的人力从琐碎、繁杂的运营工作中解放出来，集中投入到监管和技术指导工作上。

目前第三方运营方式还存在运行效率和运行质量上的一些问题，要规范运营方式，提高运营效率必须先建立完善的运营机制，明确运营方的职责、权利和义务，尽快制定第三方运行的管理制度和技术规范，用制度来保证运营效率，用技术规范来保障运营质量，从而提高在线监测仪的有效运转率，确保数据准确可靠性，真正为总量减排提供科学依据。

2、管理日常化

水污染源在线监测系统的作用越来越明显，将应用于总量监控、监督监测、事故预防等方面。作为环保管理部门，应尽快将对在线监测系统的管理纳入日常化工作，针对存在的问题，建立一套完整的水污染源在线管理模式，从制定纲领性文件仪器设备的选型系统的建设系统的验收系统的运行系统的更换全过程进行管理，并细化各部门职责，让各部门在对在线监测系统的管理上发挥其职能：污染控制部门负责在线监测系统的建设和在线监控计划；监察部门负责仪器选型、试运行验收、日常监管以及数据应用，保障在线仪的正常运行；监测部门负责数据质量，包括技术指导、比对考核；信息中心负责在线监测数据中心建设和数据监控。

3、管理质量化

对在线监测系统管理质量化有二个层面：第一层面是运营方的管理质量，第二层面是在线监测系统运行质量。

运营方的管理质量是在线监测系统规范运行的关键要素，首先运营方应获得“环境污染治理设施运营资质证书”表明有资格进行第三方运营；其次要建立健全管理制度来保障运营在可控制的范围内；第三要有一支专业的队伍能够熟悉地掌握仪器原理、操作、使用和维护等技术，保证在线监测系统的正常运行。管理部门对运营方的选择也应采取优胜劣汰制，并定期进行评比考核，确保运营方的管理质量。

在线监测系统运行质量是保障在线监测系统数据准确可靠的首要因素，主要包括日常运行维护、校验、检修、质量保证与质量控制等方面，运营方应严格按照《水污染源在线监测系统运行与考核技术规范（试行）》（HJ/T355-2007）要求执行，确保运行质量。作为环保管理部门，应定期对运营方管理的水污染源在线监测系统进行抽检及校验，主要包括按规范进行现场比对试验、质控样试验、对运行数据和日常运行记录审核检查等，另外还应监督检查在线监测设备运行记录、日常维护记录、维修、校正记录和设备台帐等，定期审核运营方上报的监测数据。

结束语

总之，水体污染源在线监测系统是环境保护主管部门总量考核、监督执法、排污申报核定等工作的基础，是监测水污染物排放、保护我们赖以生存的水资源环境的重要手段。为充分发挥水污染源在线监测系统的监测、监控作用，保证其监测数据的科学性、准确性、可靠性，必须解决好系统运行中存在的问题，消除一些不利因素，这样才会使水污染源在线监测系统成为环境保护的“慧眼”，实现人与自然的和谐发展。

参考文献：

[1]陈斗，李星.污染源在线监控设施第三方运营存在的问题与建议[J].环境监测管理与技术，2008(20).

水质在线监测系统例10

1系统的设计

1.1系统的结构系统的框架结构如图1所示，主要通过集合重点锅炉烟气、污水处理厂和地表水的在线监测系统，根据各排污单位和水系的空间数据信息，建立污染源的动态数据库，搭建基于GIS的软件平台，将区域属性和河流水系的空间数据库与环境信息数据相结合，实现了在地理信息系统中进行环境信息展示、统计、分析和数据报警等功能。为了提高系统的稳定性，方便多用户在不同地点更便捷、高效地获取和处理各类污染源信息，系统配置3台服务器分别用于监测数据库、空间数据库和软件平台部署。

1.2污染源数据库污染源数据库结构设计参考美国EPA的NIF3.0(NationalInventoryFormatVersion3.0)，并结合国内排污申报和收费软件系统的数据要求，根据污染源的空间特性进行设计。首先确定排放源地理位置，然后由其地理位置来关联点源的属性表，可以是一对一或一对多的关系。例如排放源的位置关联点源信息、点源装备信息等属性表。通过排放源的位置信息(如地理位置、位置名称、区县的位置名称、污染源类型等)就可以关联点源信息(单位法人代码、企业规模、生产日期等)以及点源装备信息(主要有排放装备类别代码、装备数量、设计生产量、设备状况、安装时间等)的属性信息表。地表水的数据结构与污染源的类似，也是根据水系的名称和空间属性信息进行关联，再录入相应的在线监测数据。污染源数据库目前主要收集北京市重点锅炉烟气、污水处理厂和地表水三大类的在线监测系统的数据，包含各类污染物的排放动态变化、物理参数和在线监测设备的运行状态等实时数据。其中北京市锅炉烟气在线监测系统主要监控北京市锅炉功率为20蒸吨/小时或烟囱高度大于等于45m的重点污染源，该系统监测的数据包括锅炉烟气的排放量参数(流速、温度、压力、含氧量)和污染物参数(烟尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、不透明度等)，锅炉烟气在线监测数据的时间分辨率为5min。污水处理厂在线监测系统针对北京市各污水处理厂出入水口进行在线监测，监测项目主要有pH、水温、CODcr、氨氮、TOC等水质参数以及自动监测仪器设备运转状态，由于水质仪器的自动分析和处理耗时较长，污水处理厂在线监测数据的频次为每4h一次。地表水环境在线监测系统的监测数据包括北京市主要水库、河流断面自动监测水站的数据，涵盖pH、水温、溶解氧、浊度、电导率、COD、氨氮、TOC等参数，地表水在线监测系统的监测频次与污水处理厂一样，为每4h一次。

1.3空间数据库空间数据库如表1所示，分为北京市的行政区划、水系、遥感影像、道路交通等5类。本文运用1∶50000的数字高程数据(DEM)与30m分辨率的遥感影像(TM)叠加，作为基础地形数据图层，实现了三维地形的展示。水系数据包括分辨率为1∶50000的北京市各大主要河流和水库数据。系统利用这些基础地理数据，根据锅炉烟气污水处理厂排污口的地理位置、地表水的水系经纬度信息制作污染源点位图层以及地表水系的空间分布图层，从而将空间信息数据库和污染源信息数据库有机地结合起来进行综合管理，为污染源管理提供有效的服务和支持。

1.4基于GIS的软件平台设计系统的软件平台基于B/S架构进行建设，即浏览器/服务器模式的WebGIS系统［1］，主要采用Java和JavaScript语言进行开发，数据库选取Oralce10，体系结构参照业界标准的3层体系结构，分为表示层、业务层、数据层(如图2)。

1.4.1表示层表示层是用户使用应用系统的接口，系统表示层的页面查询使用Ext类库中的Ajax组件［2］，地图上的信息绘制采用了VML语言，曲线图使用了flot组件，用户可以将鼠标移到图片上即可显示该点相对应的数值。通过这些技术，可以使用户在Internet浏览器端不需要安装任何插件的情况下更快速地使用系统的所有功能，而且大大减少了软件与数据库服务器间的交互操作，提升了服务器的运行效率。

1.4.2业务层业务层是实际业务规则的执行部分，数据的录入、查询、统计都通过业务层(数据访问层)完成。本系统在业务层地图访问部分选用ESRI公司的ArcSDE9.2及ArcIMS9.2。ArcIMS［3］是新一代的WebGIS软件，可以在服务器和浏览器或其他客户间建立“数据流”，使用户可以将本地数据与Internet上的数据结合起来，从而在万维网即可稳定地使用地理信息系统各项功能;ArcSDE则可以有效地对空间地形数据进行管理，能够实现各种GIS软件所具备的放大缩小等基本操作，还能快速实现各种复杂的空间信息查询功能。业务层中的数据库访问组件部分选用通过JDBC封装访问Oracle的数据，为数据访问提供统一的访问规则。

1.4.3数据层数据层是空间数据和污染源数据的存放地。污染源数据在Oracle数据库中存储，访问污染源数据通过JDBC来完成。而地理数据则通过ArcSDE存放在数据库中，供ArcGISServer进行访问。

2系统的主要功能和应用

2.1环境信息展示和超标报警功能北京市重点废气污染源具有明显的季节特性，除了常年生产运行的工业企业外，还有大量只在采暖季节运行的采暖锅炉。针对此特点，本系统增加了分组方式来控制展示的污染源数量，如锅炉烟气分为电厂、采暖锅炉、固废焚烧、工业锅炉等类别，这样可以在更便捷、直观地表征污染源的排放状况的同时有效地减少服务器的负荷。在系统的展示功能界面(如图3所示)上，用户可勾选分组面板的复选框控制地图上污染源显示的数量，当选中后，即可在页面上显示污染物的实时排放信息和地图信息，系统还在页面上将污染物浓度的实时数值用柱状图等形式在污染源点位上实时展示，同时根据国家和北京市的污染物排放标准，针对各类污染源企业排放的每一类污染物的排放标准进行设定，以不同颜色对污染物排放的级别进行区分，并将结果渲染到地图上。当监测数值超过排放标准或通信异常时，系统将通过短信的方式向相关负责人进行报警。

2.2查询和统计分析功能系统提供了两种查询方式:一种是在地图上直接框选一个或多个污染源，另一种方式是输入污染源企业名称查询。以地图查询为例，当用户选中某一污染源企业后，地图上自动弹出包含该污染源单位属性和污染物即时监测数据等常用基本信息的小窗口(如图4所示)，单位属性信息主要包括监测企业名称和企业负责监测设备运行的联系人信息，即时监测数据主要是各类污染物和物理参数的监测数据，系统对超过标准限值的数据以较明显的颜色进行区分。当基本信息无法满足用户需求或者用户欲查询污染源企业相关的统计报表时，用户可点击基本信息页面中的详细信息，即可获得污染源在线监测数据的统计分析信息，系统可提供各类污染物排放变化曲线图、当日排放情况统计表以及日、周、月排放的统计信息(见图5)。

2.3扩散模型模拟展示在系统中加入高架点源高斯扩展模型，根据气象条件的变化，模拟计算锅炉烟气污染源排放的污染物在大气中的扩散情况，按照指定的污染物和时间，在地图上将模拟结果绘制出污染扩散信息的效果，模拟结果可以随着时间的变化在空间上进行动态展示(如图6)。根据污染扩散模型，可以评估污染源对不同区域空气质量的影响，为制定重点锅炉烟气的控制措施提供科学的依据。