城市河道污染水質(zhì)環(huán)境嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

范東平 顏士博

（廣東華南環(huán)境科技有限公司 廣東廣州 510655）

1 研究背景

城市河流是保證城市水資源和工農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要水源，也是人類生存環(huán)境改善所必需的社會自然資源，作為一個農(nóng)業(yè)大國，河流的水質(zhì)及流量是促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保證，但隨著氣候條件的變化和工業(yè)進(jìn)程的不斷加快，人口資源的持續(xù)快速增長給我國的河流發(fā)展帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時，受我國疾風(fēng)氣候的影響，水資源時空分布不均也給我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了一定的阻礙，充分利用河流水資源是保證我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和氣候條件穩(wěn)定的重要途徑，但從目前我國河流的環(huán)境發(fā)展情況來看，生活廢水和工農(nóng)業(yè)污水在河道中的任意排放給河流水質(zhì)造成了嚴(yán)重的威脅，很多的重要河流都面臨水體富營養(yǎng)化，重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)主要問題，直接造成了河道水生動植物的多樣性下降，水體溶解氧和自凈能力進(jìn)一步降低，進(jìn)一步加劇了我國淡水水質(zhì)資源供不應(yīng)求的緊張局面，因此，為了我國社會環(huán)境和用水安全的進(jìn)一步可持續(xù)發(fā)展，對城市河流水質(zhì)的環(huán)境監(jiān)測便顯得尤其重要。

其中，水質(zhì)檢測系統(tǒng)是保證我國河流水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定的重要檢測手段，其主要原理是在河流的定點進(jìn)行一定的水質(zhì)檢測，通過傳感器能夠?qū)δ骋环秶鷥?nèi)河流的水質(zhì)參數(shù)信息進(jìn)行獲取，從而能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確的對當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)狀況進(jìn)行評價，并根據(jù)往常的數(shù)據(jù)參數(shù)來預(yù)測未來的水質(zhì)變化走向，這種實時檢測系統(tǒng)目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于人們的日常生活以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，對我國各個行業(yè)的科學(xué)研究具有重要的參考價值。將其應(yīng)用于城市河流水質(zhì)的監(jiān)測能夠充分保障河流在流動體系中的水質(zhì)穩(wěn)定性，并對其重要的水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)化分析，從而幫助一些突發(fā)的環(huán)境和水質(zhì)污染事故提供重要的應(yīng)急性檢測數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)對于城市河流的穩(wěn)定化運行具有重要的實踐價值

2 城市河道水質(zhì)在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 嵌入式檢測系統(tǒng)的設(shè)計

2.1.1 嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)勢

現(xiàn)階段的額水質(zhì)監(jiān)測主要有基站式和流動式量大類型，其中，基站式是通過在河流的主干道設(shè)立固定的監(jiān)測站來實現(xiàn)對水質(zhì)的檢測，具有自動化程度高，水質(zhì)信息參數(shù)比較完善等優(yōu)點，能夠通過水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)直觀的反映每個監(jiān)測點的水質(zhì)情況，但這種方法具有造價高，且覆蓋面不夠全面等特點；流動式主要是人工監(jiān)測水質(zhì)的重要手段，其具有機動性強，相對靈活等優(yōu)勢，但同時也存在精度不高，無法對水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行實時獲取等不足。嵌入式水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)能夠完美的克服以上提到的一些不足，其利用傳感器的靈敏功能能夠很大程度提高監(jiān)測的靈敏度，同時也具有造價成本低，功耗小等優(yōu)勢。

2.1.2 嵌入式水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

嵌入式河道水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理主要是由傳感器對水質(zhì)的敏感程度來對水質(zhì)信息進(jìn)行采集和監(jiān)測，并進(jìn)一步將數(shù)據(jù)信息輸入到嵌入式的開發(fā)板中進(jìn)行處理，最后將處理之后的信息通過GPRS定位模塊實現(xiàn)與遠(yuǎn)距離控制中心的傳輸和交互。

總體來說，該系統(tǒng)主要由三個部分組成：第一部分是水質(zhì)傳感器，是嵌入式水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，該傳感器能夠通過與河道具體位置的水質(zhì)進(jìn)行接觸實現(xiàn)對河道水質(zhì)參數(shù)的敏感性監(jiān)測，從而實現(xiàn)對河道水質(zhì)污染情況的真實化反映，第二部分指的是嵌入式開發(fā)板，這是嵌入式水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的核心組成，該部分主要是依靠對傳感器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并進(jìn)一步建立數(shù)據(jù)信息庫來實現(xiàn)對水質(zhì)的監(jiān)測和分析，該部分中數(shù)據(jù)處理器的選擇及其重要，它能夠?qū)崿F(xiàn)對水質(zhì)參數(shù)不同程度的精細(xì)度分析，然后進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)模數(shù)的轉(zhuǎn)換。

2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的基礎(chǔ)研究

水質(zhì)參數(shù)信息的監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理主要是通過嵌入式開發(fā)板來實現(xiàn)的，在嵌入式開發(fā)板中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與實現(xiàn)是數(shù)據(jù)處理的核心組件，他不僅能夠通過采集到的水質(zhì)數(shù)據(jù)對其潛在的河道水質(zhì)污染特征進(jìn)行系統(tǒng)化分析，還能夠根據(jù)以往的數(shù)據(jù)信息來預(yù)測水質(zhì)的下一步變化，能夠有效的預(yù)防和減小河道水質(zhì)污染帶來的環(huán)境危害，因此，在嵌入式水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建是城市河道水質(zhì)污染分析的重要核心部分。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種應(yīng)用于類似于大腦神經(jīng)吐出聯(lián)接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息處理的數(shù)學(xué)模式，其在水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中的作用主要是通過分布式的處理器來實現(xiàn)的，該處理器是由簡單的處理單元組成的，具有一定的經(jīng)驗積累和知識儲存的特性。其設(shè)計原理主要依靠人類的大腦工作來進(jìn)行的，主要有兩個方面，一方面是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以通過對數(shù)據(jù)處理的學(xué)習(xí)和積累來從外部環(huán)境獲得經(jīng)驗，另一方面是可以根據(jù)突觸權(quán)值即互連神經(jīng)元的聯(lián)接強度來實現(xiàn)對知識的獲取和存儲功能，從而實現(xiàn)對信息數(shù)據(jù)的分析、積累和進(jìn)一步獲取。

結(jié)語

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，各類資源的不合理開發(fā)以及冶煉排放已經(jīng)對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，大量的工業(yè)廢物既是對自然環(huán)境的一種污染，也是對自然資源的一種浪費。通過了解了究竟什么是工業(yè)固廢，分析了工業(yè)固廢面臨的困境，固廢行業(yè)的發(fā)展問題，讓人們更加意識到加快工業(yè)廢物固廢規(guī)范化管理思路及時確定的重要性。