梅山水道沙灘浴場水質在線監測與評價研究

文/李璠 林忠洲

寧波梅山水道工程是梅山灣兩岸統籌開發、建設濱海新城的一項智慧工程、利民工程。建成后，梅山灣海域正式與外海隔絕，形成了一個近10km2的閉合“清水區”，是波迄今最大的“藍色海灣”整治項目，其中國家補助資金達2.5億元。寧波濱海萬人沙灘是寧波市北侖區梅山保稅港區的景區，位于梅山水道南堤北側，毗鄰洋沙山及春曉明月湖，春曉大橋與梅山水道南堤之間，是與地方海洋經濟發展和人民群眾生活密切相關的海洋功能區，開展海水浴場監測和評價工作對于加強濱海旅游區環境管理，保障公眾安全和健康，進而促進濱海旅游業的發展有著十分重要的意義。

浮標在線監測是唯一能夠實時提供各類監測數據，并且傳輸穩定的方式，用浮標進行在線監測及預警不僅簡單實用而且效率最高。我們將利用現有數據資源，并基于Datav數據可視化研究出一套具基于浮標的集在線監測、基礎水質指標預警與水質評價一體的在線監測與水質監測與評價系統。

1 研究內容與技術路線

實現對浴場水環境開展實時在線監測，對浴場的實時水質參數進行播報,并結合水文、氣象，生物等浴場環境評估要素定時對浴場水質進行評價，對浴場可能出現的異常環境進行預警，為今后沙灘浴場的環境管理和治理提供技術支持和數據理論依據，同時依托于datav數據可視化產品的手機端即時查看界面和短信及郵件聯合發布和預警設置，為相關用戶提供了方便快捷的用戶體驗。具體的實時在線監測的技術路線如下：

（1）通過后臺軟件以半小時一次的頻率定時連接浮標服務器數據庫并獲取浮標遠程發送到原始數據庫對應數據接口的數據；

圖1：后臺數據接收、采集及存儲流程

圖2：后臺報警及報告發送流程

圖3：前端顯示流程

（2）獲取數據后按照預先設定的方式檢測數據有效性，完整性，重復性，及判斷接口穩定性以確定系統工作在正常狀態及數據真實有效；

（3）解析并處理相關數據，此過程包括數據采集，數據提取，數據二次處理，數據耦合，數據更新和存儲；

（4）根據需求選取對應的模板發送水質評價報告以及水質指標異常警報；

圖4：短信/郵件警告界面

圖5：水質評測郵件發送

（5）利用阿里云DataV數據可視化平臺，結合sql語言，設計相應的在線監測顯示平臺，并在手機端實時查看，此過程主要的模塊設計包括滾動播放，實時播放，網絡爬蟲，歷史數據呈現，超閾值警告。

2 系統設計流程

該系統由軟件和硬件兩大部分組成，硬件即遠程浮標以及浮標服務器（用于接收浮標數據并存儲到原始數據庫，此處不做介紹）；軟件部分由后臺執行設定功能的Java和Python程序代碼。

2.1 基于windows7+IntelliJ IDEA的后端開發

主要采用java，python語言編程，涉及到數據處理，數據庫的通用開發和基本的前端html顯示。

圖6：手機端實時監測界面

圖7：赤潮關鍵因子歷史變化圖

（1）后臺軟件實現數據接收，數據采集，及數據存儲的設計流程（如圖1）。

（2）后臺實現水質指標預警和報告發送的設計流程（如圖2所示）。

2.2 基于阿里云DataV數據可視化產品的前端顯示界面開發

前端顯示實現的設計流程（如圖3所示）。

3 軟件功能展示與應用介紹

程序將以半小時一次的頻率訪問浮標原始數據庫接口，同時將運行日志信息保存到相應的路徑，以便回溯查看。程序運行之后用戶就可以隨時隨地的在手機前端實時的看到浮標相關信息，也能通過郵件獲取最新的水質評價報告，當水質出現問題時也能及時收到和水質相關的預警信息。

3.1 短信/郵件警告界面

短信/郵件警告包含數據重復警告，浮標數據不正常警告，以及水質指標超閾值預警警告三類（如圖4所示）。

3.2 水質評測報告發送

為實現定期水質評測，遠程業務數據庫允許特定實驗人員在人工采集水樣后，在實驗窒分析各種理化指標，完成水質測樣試驗后將相關數據按照格式上傳，例如各種菌群，營養鹽等參數；程序端檢測到更新后則自動獲取相應的數據，并根據海水浴場評測方法對相關指標進行評測分類，然后選擇相應的報告模板將結果更新到模板中（如圖5所示），最后生成報告發送到相關人員郵箱中。

3.3 手機端監測顯示

DataV組件是由阿里巴巴數據平臺與產品部主導開發的開源數據可視化組件庫，目的是致力于推動數據可視化方法在產品中的落地使用。此處DataV通過調用sql腳本訪問遠程數據庫來實現頁面展示。用戶直接點擊短信或郵件中的鏈接即可進入阿里云datav產品界面，通過定時訪問遠程業務數據庫來實時更新頁面數據，即可實現在手機端實時查看當前水質情況及相關指標的歷史變化曲線圖（如圖6所示）。

界面共分為上下兩部分，以中間藍色分隔條分割。上半部主要滾動播放相關信息，黃色滾動條滾動播放當前最新時刻的浮標數據，中間三個動態滾動表是按照浮標傳感器的類型分為水、其他，水文氣象、三類，分別滾動播放最新6小時內的的各類傳感器數據。下半部分包括靜態展示當前浮標數據信息，以及通過python爬蟲從氣象網站爬取的天氣信息，實時跟進天氣每時每刻的變化；還包括對影響赤潮爆發的關鍵因子進行短期或長期的變化曲線的展示，以供直觀的進行趨勢分析和水質情況判斷，同時對相關指標進行健康等級劃分，實時顯示指標健康狀態（如圖7）。

圖7展示了水質惡劣，藻類爆發時間段的pH/鹽度短時和長時變化，可以看出當前pH值顯示為紅色危險狀態，且pH在周期時間內一直處于超閾值狀態，可能是赤潮爆發期，需要密切關注。

4 總結

浮標在線監測系統，界面簡潔，代碼精簡，使用便捷，對浮標以及海洋相關數據的抽取，整合，處理，存儲以及開發具有一定的借鑒性；同時能推動水質和環保工作人員及時進行水質觀測，水質分析，提早預防可能發生的水質問題，減少財物損失。