基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

賀強(qiáng) 楊璐 蔚晨月 趙素萍

摘要

我國現(xiàn)行的水環(huán)境監(jiān)測(cè)主要以各大水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)為主，但由于此種檢測(cè)方式的人力消耗量大，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、自動(dòng)化程度低，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。隨著第三次信息化浪潮的到來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在許多領(lǐng)域都表現(xiàn)出突出的作用。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭載物聯(lián)網(wǎng)卡，動(dòng)態(tài)探測(cè)多種污染物，自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別水面污染源并發(fā)出警報(bào)結(jié)合水環(huán)境參數(shù)，也可以對(duì)突發(fā)性的污染事件進(jìn)行預(yù)警。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 水質(zhì)監(jiān)測(cè) 自動(dòng)控制

水質(zhì)監(jiān)測(cè)有覆蓋區(qū)域大、監(jiān)測(cè)指標(biāo)多、設(shè)備折舊快的特點(diǎn)，本系統(tǒng)在原有的水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)上融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的功能將從單一的數(shù)據(jù)采集向多元化發(fā)展。擁有水樣采集、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、方案決策、快速響應(yīng)、信息支持等多功能的智能水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而有效改善我國水質(zhì)監(jiān)測(cè)不足的現(xiàn)狀。

1 系統(tǒng)介紹

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的水質(zhì)監(jiān)測(cè)控制軟件，實(shí)行對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、控制和管理，從而能夠?qū)λ|(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、智能分析，及時(shí)對(duì)水質(zhì)做出評(píng)價(jià)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋到中心站，從而提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理水平。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1 智能化

該系統(tǒng)是一套智能化、實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)的水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理分析、設(shè)備控制、故障報(bào)警、斷電保護(hù)、無線通信、自動(dòng)打印報(bào)表等多項(xiàng)功能，能夠在無人看守的環(huán)境下長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化

軟件設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)、接口等均按照現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，與無線通信均采用國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，能過無線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程終端建立連接，通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)傳輸;對(duì)于數(shù)據(jù)的通訊格式、參數(shù)等，均按照水利監(jiān)管等相關(guān)部門的標(biāo)準(zhǔn)定義。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 在線監(jiān)測(cè)

在線監(jiān)測(cè)的主要功能是實(shí)時(shí)在線掌握監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)動(dòng)態(tài)變化。系統(tǒng)7×24小時(shí)不間斷地監(jiān)測(cè)出水質(zhì)各種參數(shù)，同時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。監(jiān)測(cè)參數(shù)有：PH值、電導(dǎo)率、DO、NH4+-N、ORP、COD、濁度等。

3.2 設(shè)備控制

系統(tǒng)可以控制所有的水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器，主要包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制時(shí)，系統(tǒng)發(fā)送控制命令，對(duì)相應(yīng)的儀器進(jìn)行操作。自動(dòng)控制時(shí)，只有滿足相應(yīng)的條件時(shí)，比如反沖、清洗等維護(hù)過程按照預(yù)設(shè)參數(shù)自動(dòng)定期完成。

3.3 報(bào)警功能

報(bào)警功能主要有監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)超標(biāo)報(bào)警功能、儀器設(shè)備異常狀態(tài)報(bào)警功能。當(dāng)監(jiān)測(cè)水域發(fā)生環(huán)境污染事故時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即顯示水質(zhì)參數(shù)指標(biāo)異常，同時(shí)采取相應(yīng)措施。首先系統(tǒng)會(huì)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送SMS指標(biāo)異常信息到水質(zhì)監(jiān)測(cè)人員，以便相關(guān)人員能夠采取及時(shí)有效的措施;其次系統(tǒng)會(huì)記錄報(bào)警的儀器具體情況，為進(jìn)一步排查故障，并查詢分析提供有效的相關(guān)水質(zhì)信息數(shù)據(jù)。當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)儀器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即進(jìn)行儀器設(shè)備異常狀態(tài)報(bào)警，同時(shí)也會(huì)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送故障信息到水質(zhì)檢測(cè)人員，讓其進(jìn)行設(shè)備檢修和排查。觸發(fā)報(bào)警的參數(shù)有：監(jiān)測(cè)點(diǎn)水位過低或過高;水質(zhì)參數(shù)超標(biāo);進(jìn)口壓力過小;自動(dòng)站泵、電子閥發(fā)生故障;火警、防盜報(bào)警;發(fā)生停電事件等。

3.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢

系統(tǒng)通過在線監(jiān)測(cè)得到的水質(zhì)數(shù)據(jù)信息，得出某時(shí)刻監(jiān)測(cè)水域的水質(zhì)狀況。對(duì)于上級(jí)環(huán)境保護(hù)部門要求一段時(shí)間內(nèi)的平均數(shù)據(jù)。因此，水質(zhì)監(jiān)測(cè)需要還需要五分鐘數(shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)和天數(shù)據(jù)。

水質(zhì)數(shù)據(jù)信息查詢分析功能可以根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的水質(zhì)參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)描繪出水質(zhì)參數(shù)的某個(gè)期內(nèi)的變化及趨勢(shì)，可以進(jìn)行多個(gè)參數(shù)的對(duì)比分析，并可以進(jìn)行相關(guān)性分析。

歷史水質(zhì)信息數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以對(duì)保存在數(shù)據(jù)庫中的水質(zhì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢分析，以及多個(gè)參數(shù)的對(duì)比分析。

報(bào)警數(shù)據(jù)查詢可以查詢所有時(shí)間內(nèi)的發(fā)生超限的參數(shù)數(shù)據(jù)，及發(fā)生超限報(bào)警時(shí)其他環(huán)境參數(shù)的信息。

日志數(shù)據(jù)查詢是查詢水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行信息的數(shù)據(jù)，主要包括：記錄監(jiān)測(cè)站點(diǎn)對(duì)各泵、閥等部件的操作;系統(tǒng)參數(shù)和故障報(bào)警參數(shù)設(shè)置;校準(zhǔn)時(shí)間;遠(yuǎn)程中控中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)站的各種遠(yuǎn)程查詢、控制和參數(shù)設(shè)置等;查詢PLC工控機(jī)與設(shè)備的通訊過程;查詢PLC工控機(jī)發(fā)送SMS的情況;儀器設(shè)備清洗次數(shù)。

事件數(shù)據(jù)查詢要記錄下系統(tǒng)軟件運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的一些故障狀況，比如：煙霧防盜報(bào)警、系現(xiàn)場(chǎng)掉電、通信故障、統(tǒng)發(fā)生故障。

3.5 參數(shù)設(shè)置

參數(shù)設(shè)置主要有：測(cè)量開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間的設(shè)置、設(shè)備測(cè)量周期;采樣起始時(shí)間、采樣量設(shè)置、工作方式;設(shè)備初始狀態(tài)設(shè)置;故障報(bào)警參數(shù)設(shè)置等。

3.6 報(bào)表分析

水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)表按時(shí)間分為日表報(bào)、月報(bào)表、周報(bào)表和年報(bào)表。各個(gè)報(bào)表內(nèi)容包括各個(gè)水質(zhì)參數(shù)在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)的最大值、最小值、平均值，同時(shí)還提供根據(jù)這些水質(zhì)指標(biāo)做出水質(zhì)質(zhì)量評(píng)價(jià)，判斷首要污染物有哪些。

3.7 和中控室通信功能

中控室對(duì)其管轄范圍內(nèi)的一個(gè)和多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站有直接遠(yuǎn)程管理的權(quán)限。現(xiàn)場(chǎng)站與現(xiàn)場(chǎng)站間能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，主要功能是：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸;儀器狀態(tài)信息的傳輸;歷史數(shù)據(jù)的傳輸;FTP主動(dòng)上傳數(shù)據(jù);Socket通信等功能。

3.8 掉電保護(hù)

系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中長(zhǎng)期工作時(shí)，需要考慮到現(xiàn)場(chǎng)的停電情況。如果系統(tǒng)在突然停電時(shí)不做好掉電保護(hù)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成非常嚴(yán)重的破壞。系統(tǒng)通過安裝不間斷供電設(shè)備，可以有效解決此問題。當(dāng)發(fā)生停電情況，系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)到不間斷供電設(shè)備發(fā)出的信號(hào)，系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的安全保護(hù)操作。

4 結(jié)束語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有智能化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，能夠在無人看守的環(huán)境下長(zhǎng)期可靠運(yùn)行;同時(shí)軟件設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)、接口等均按照現(xiàn)有的國內(nèi)、國際標(biāo)準(zhǔn)，方便數(shù)據(jù)接口的對(duì)接與網(wǎng)絡(luò)的連接。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警報(bào)警、數(shù)據(jù)壓縮和保存、報(bào)表生成、儀器控制、參數(shù)設(shè)置等功能。系統(tǒng)通過無線進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與控制，保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量和可溯源性，為實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)支撐。