水质监测预警系统

水质监测预警系统（精选11篇）

水质监测预警系统 篇1

1前言

众所周知, 水乃生命之源, 是人类生存和社会发展的必要因素。然而自改革开放以来, 虽然我国的经济水平、综合国力和人民的生活水平有了显著提高, 但却同时带来了众多的环境问题, 其中源水污染问题就是最为严重的问题之一。当前, 我国供水安全任务主要包括三个方面的内容:1.要保障有足够的供水。2.要保障供水质量。3.在特殊情况下, 例如在面对投毒事件等, 国内一般采用强化常规处理、增加预处理和深度处理工艺, 以保障供水的可用性。这些措施固然可以在一定程度上降低污染的危害, 但显然存在严重的滞后性, 无法预先对水源污染事件做出有效警告[1]。因此, 我们必须要加大力度促进水质监测预警系统在水源地的应用, 实现水源污染警告的及时性和有效性。

2水质监测预警系统的内涵

2.1 水质监测预警系统的定义

所谓水质监测预警系统就是指, 在信息技术和水质模拟技术的基础上, 充分利用地理信息系统、遥感、多媒体、网络以及计算机仿真等高科技手段, 对目标水源地的地貌地形、生态环境、水质状况、以及水资源分布等众多信息进行数字化采集和存储, 同时对源水污染物的迁移转化过程施以监测和动态模拟, 形成具体资料并将其公布于众, 成为一个集监测、预测、模拟、计算、决策、管理为一体的科学系统;而该系统的主要任务则是用于诊断源水水质的突然变化, 并能够应对这个突然变化采取解决措施, 以实现政府决策部门对目标水源地水质环境的科学决策和有效管理[2]。

2.2 水质监测预警系统的构成

水质监测预警系统通常是由三个子系统所组成的, 一是源水水质监测系统;二是数据传输系统;三是预警系统。其中, 源水水质监测系统是由水质监测仪表、取水系统、模拟信号转换器、数据采集计算机以及数据采集软件等组成的。它的任务主要是将数字模拟信号转化为计算机可认知形式, 之后将数据传送到数据传输系统。数据传输系统的任务则是将监测数据传输到远程中心, 它能否将相关的水质信息资料及时准确的传递到决策部门, 将直接影响到水质监测预警系统的有效性。最后一部分也就是预警系统通常包括原始数据存储系统以及数据处理系统这两个子系统, 预警系统的主要任务就是对所接受的水质信息资料进行存储和科学的处理, 并及时将相关水质信息报告给有关决策部门。

3如何有效实现水质监测预警系统在饮用水水源地的应用

3.1 要不断完善水源地水质监测体系

对饮用水水源实施监控是进行饮用水水源动态管理的重要手段。要实现水质监测预警系统在水源地的应用, 就必须要完善水源地的水质监测体系, 建立合理的水质监测网。首先, 要合理设置监控项目。对此可依据《地表水和污水监测技术规范》、《地表水环境质量标准》和《地下水质量标准》的要求, 同时结合饮用水水源地的自然条件以及人为污染状况, 将硫酸盐、氨氮、总硬度、氟化物、硝酸盐、总大肠菌群等指标作为重点监控项目。其次, 要根据监控项目的不同科学设置监控频次。例如, 对于地下水型水源地的常规项目, 一般按照3-4月枯水期、7-8月丰水期进行每年两次监测, 对于地表水型水源地, 一般每月监测一次。

3.2 要加快饮用水水源地预警应急体系的建设

水源突发污染事件具有紧急性、危害性、不确定性等特征, 如果不能得到及时的响应和处理, 则会带来巨大的损害, 所以必须要加快建设饮用水水源地的预警应急体系。对此, 可以从以下五个方面来建设预警应急体系。第一, 实现组织保障, 要逐级建立供水应急机制, 落实各个相关部门的职责以及责任人, 同时要制定科学的应急供水预案, 以便及时解决饮用水水源突发污染事件。第二, 提供技术保障。必须要加大科技投入, 加强对应急供水技术的研究, 它包括研究如何选择和保护应急供水水源;如何对应急供水进行消毒、处理;如何对应急供水进行快速调查评估等等。第三, 提供人员保障, 可以从高校、科研单位、设计单位以及施工队伍中挑选合适的专业技能人员组成专家组、水质监测队以及抢修队伍等, 以保证能够及时处理水源突发污染事件。第四, 实现物资保障。第五, 实现信息保障, 相关部门及单位要保持24小时的服务热线, 保证在水源突发污染事件发生时能够及时上报以获得及时的帮助和解决[3]。

3.3 积极建设备用水源地

未雨绸缪是一项很好的决定, 在关键的时刻它总是能够发挥强大的作用, 因此根据某个地区的具体情况来积极建设备用水源地就具有了十分重要的现实意义。尤其在遇到原供水水源被污染或者水量不足的情况时, 备用水源地总是显得尤为重要。在选择备用水源时必须要科学的进行选择, 首先要通过看、闻、尝三个基本步骤选择出感官性状好的水源, 其次要对所选水源进行水质检验, 一切合格之后将其作为备用水源地进行保护。

4结束语

近些年来, 水源突发污染问题频频出现, 给我们的生活带来了极大的影响, 如何解决并尽量避免这些突发问题就显得尤为重要。所以既能及时、全面、准确的掌握饮用水水源地基本情况, 又能为及时处理水源突发污染事件准备条件的水质监测预警系统应运而生, 它在饮用水水源地的应用及推广具有十分重要的现实意义。

摘要：实现水质监测预警系统在饮用水水源地的应用具有十分重要的现实意义, 它既可以保障居民的用水安全, 又能够为改善水质提供科学的依据, 所以我们必须要努力实现水质监测预警系统在饮用水水源地的应用。本文在把握水质监测预警系统内涵的基础上, 对如何有效实现水质监测预警系统在饮用水水源地的应用做出了初步探讨。

关键词：水质监测预警系统,内涵,水源地,有效实现,应用

参考文献

[1]张智涛, 曹茜, 谢涛.饮用水水源地水质监测预警系统设计探讨[J].环境保护科学, 2013, (01) :61-64.

[2]于凤存, 方国华, 肖秋英.集中式饮用水水源地安全预警系统框架的研建[J].灾害学, 2008, (04) :22-24.

[3]刘文利, 代进, 张俊栋.水源地水质监控预警体系的建立[J].工业安全与环保, 2011, 37 (03) :15-16.

水质监测预警系统 篇2

肖 彩 1, 张艳军 2, 彭 虹 2, 黄燕华 3(11武汉大学资源与环境学院 , 湖北 武汉 430072;21武汉大学水利水电学院 , 湖北 武汉 430072;31广西电力工业勘察设计研究院 , 广西 南宁 530023 摘 要

报道了水质预警预报系统的研究及在汉江武汉段的应用情况。该系统基于 河流一维水质综合模型和地理信息系统理论 , 建立了河流空间数据库和属性数据库 , 考虑了污染物的迁移和生态转化过程 , 可实现污染物迁移扩散的常规预报、水华预 警预报及突发污染事件的模拟 , 并利用 M apO b ject 实现了模拟结果在系统中的实时 动态可视化 , 为河流水环境的管理和决策提供科学依据。关键词

汉江 水质模型 G IS M apO b ject

引 言 , 长期以 来的粗放型经济模式对水环境造成巨大的破 坏和污染。江湖河流的水质日益恶化 , 水华 频频发生 , 由翻车、沉船引起的化学物品泄 漏事故也时有发生 , 这些问题日益引起了人 们的关注。但是 , 传统的环境管理方式仅能 对监测特定地点的、当时的水质状况 , 发布 监测到的水质数据 , 在允许的工作量下 , 无 法准确描述管理范围内任意地点的水质状 况 , 无法准确把握水质未来数日的走向趋势 , 无法使发布的数据能直观、简便地为大众理 解。

水质预警预报系统针对水质状况、水华、化学物品泄漏等水环境问题 , 可在一定精度 内描述其工作范围内任意地点的水质状况、预测数日内的水质状况 , 并能以浓度场的形 , 为大众理解、接受。为此 , 建设水质预警预报系统是十分必要的。1 水质预警预报系统的建设目标 [1,2] 水质预警预报系统是以信息技术、水质 模拟技术为基础 , 综合运用地理信息系统(G IS、遥感(R S、网络、多媒体及计算机 仿真等现代高新科技手段 , 对目标流域的地 形地貌、水质状况、生态环境、水资源分布 等各种信息进行数字化采集与存储 , 动态监 测、模拟各种污染物的迁移转化过程 , 并将 其显示、发布给公众 , 成为一个集监测、计 算、模拟、管理为一体的系统;使政府决策 部门对目标流域水质环境进行有效的综合管 理和宏观决策 , 公众能及时得到最新的环境 信息资讯。水质预警预报系统分析

收稿日期 :2005-03-02;2005-05-10修回

作者简介 :肖 彩 , 女 , 1980年生 , 湖北武汉人 , 硕士研究生 , 研究方向 :环境规划与管理。

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1・ 2005年第 3期

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211 系统流程 [2] 水质预警预报系统是一个由数据层、模 型层、系统界面层和网络层组成的完整体系 , 具备对流域水质实时监控、水质变化常规预

报、水华预警以及水污染事故应急响应等功 能 , 其结构示意见图 1。

图 1 水质预警预报系统结构示意

212 数据层

数据层是系统的基础层 , 由空间数据与 属性数据组成 , 同一位置上的空间数据和属 性数据分别存储在相应的数据库中 , 由相同 的 I D 连接 , 形成一个统一的机体。

数据层从功能来讲 , 则主要由初始数据 输入、数据库、发布子数据库以及数据功能 模块等部分组成。数据来源包括遥感数据、各 种监测仪器自动采集的数据、由人工输入的 历史数据 , 以及由系统中模型计算后的返回 结果;发布用的公众查询子数据库和共享数 据库包含主数据库的部分内容 , 为主数据库 派生而成的独立数据库。数据层提供的数据 功能则主要包括提供自动化仪器的接口和模 型返回数据接口 , 获取数据更新 , 实施三性(可靠性、一致性、代表性 审查 , 数据资料的 整编、输入、存储等。213 模型层 [3~5] 模型层是整个水质预警预报系统的核 心 , 它采用 Fo rtran 语言编写水质模型 , 通过

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2・ 2005年第 3期

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V o l 11N o 13 动态链接库(DLL 链接到 VB 开发的系统 上。其基本理论包括 : 21311 河流一维水流水力学数学模型 连续方程 : B 5t +5x =∑ q i(1 式中 :B — —河道宽度 , m;h — —水深 , m;t — —时间 , d;Q — —流量 , m 3 s;

x — —河水的流动距离 , km;q i — —旁侧入流或出流 , 以单宽流量 表示 , m 2 s。动量方程 :-x =g x +g t + 2 C n 2R + gA(2 式中 :z — —水位 , m;u — —流速 , m s;C n — R — ,;q — , 以单宽流量表 示 , m 2 s 1 g — —自由落体加速度 , m s 2;A — —河段断面面积 , m 2。21312 物质输移对流扩散方程 t +u d x =x(E x + ∑ S i(3 式中 :c i — — 反应单元内 t 时刻的污染物浓 度 , m g L;

u d — —河段水流的流速 , km d;E — —纵向离散系数 , km 2 d;∑ S i — — 河段水体的污染物的源漏 项 , m g(L ・ d。

21313 富营养化的动力学模型

富营养化主要考虑的参数包括浮游植 物、浮游动物、COD、氮、磷、溶解氧、温 度和光照等 14个参数。其中最为重要的浮游 植物的反映项可以用浮游植物的出生率和死 亡率来表示 : S k 4j =(G p lj-D p lj-K s 4j C 4j(4 式 中 :S k 4j — — 浮 游 植 物 的 源 漏 项 , m g(L ・ d;C 4j — —浮游植物浓度 , m g L;G p lj — —出生率 , 1 d;D p lj — —死亡率 , 1 d;K s 4j — —降解率 , 1 d。

其中 , 出生率 G p lj 是温度、光照和营养的 函数 : G p lj =G(T G(I G(N(5 式中 :G(T — —温度调节因子;G(I — —光照衰减因子;G(N — —营养限制因子。: 1G Z +1R(6 R 的氧化率 , 1 d;K 1G — —浮游动物的捕食率 , m g d;Z(t — — 与碳等价的浮游动物浓度 , m g L。

214 网络层和系统界面层

为避免整体性规划的不完善或实施不利 而导致各个系统的兼容性差 , 信息流不畅 , 致 使信息化大量投入的结果成为“信息孤岛” , 水质预警预报系统通过网络层采用 C lien t Server(客户端 服务器 方式向各级水利系 统提供网络接口、数据接口和系统接口使各 类信息在部门间得到充分共享;并根据公众 要求提出数据库的部分内容 , 架设 H T T P 服 务器使部分预测结果采用 B low ser Server(浏览器 服务器 方式向公众开放 , 凸现水环 境保护的社会效应。

系统及界面采用 VB 在 M apO b ject(G IS 的二次开发控件 与 A rcSD E(空间数据库引 擎 的基础上开发 [6], 其中 A rcSD E 用于空间 数据库管理 , M apO b ject 则用于数据库表达。・ 3・

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V o l 111 N o 13 水质预警预报系统功能 311 常规预报

鉴于水污染难以逆转 , 并会对人类造成 相当大程度的危害 , 所以水环境管理中需要 在其发生恶化之前 , 提出预警预报 , 以便及 时采取措施 , 对水环境污染加以有效抑制、减 缓、控制和整治 , 以期减少各种危害和降低 危害程度。水质预报系统中的水质预测模型 需要包含磷、氮、COD、BOD、DO 等多种水 质参数。

312 “水华”预警预报

“水华” 预警预报模块在综合考虑各种浮 游植物生长的营养物质磷、氮、碳等的基础 上 , 还考虑了水文条件如流量、流速变化对 浮游植物的影响 , 此外还考虑了气象因素如 光照、云层消光对浮游植物生长的影响 , 繁殖时 , 313近年来水污染突发事故屡见不鲜 , 水污 染事故不仅造成直接的财产损失与健康伤 害 , 而且造成许多环境灾害问题。为了使水 污染事故造成的经济社会损失减小到最低程 度 , 有必要对水污染事故造成的污染水体进 行时空监测与模拟 , 为行政主管部门提供事 故应变决策依据。

对突发污染模拟需要给定污染物种类、发生时间、地点、浓度、总量等参数 , 来模拟水 污染事故造成的污染物随时间变化的污染范 围、污染物随时间变化的污染影响程度。应用实例

从多年的水质检测结果来看 , 汉江武汉 段水质总体状况尚好 , 大部分指标符合 II 类 水质标准。但是随着汉江沿江两岸经济的发 展 , 汉江污染加大 , 部分与富营养化相关的 指标严重超标 , 至 2004年已观察到的 “水 华”现象有 5次 , 这反映出汉江脆弱的水环

境状况。同时 , 南水北调中线工程的实施使 汉江干流水文情势发生变化 , 研究汉江中下 游水环境变化已成为社会各界普遍关注的焦 点 , 为此 , 建立汉江武汉段水质预警预报系 统是十分有益和必要的。411 流域概况

汉江在武汉市境内长 62km , 市区(从新 沟起 江段长约 50km , 城区(从新港起 27km , 流经武汉市的蔡甸区、东西湖区、汉 阳区和汉口的石乔口区。汉江武汉段河道弯 曲 , 丰水期江面宽度约 400m , 枯水期约 100m;汉江是武汉市重要的饮用水源 , 同时 又是重要的工业、农业用水水源以及部分工 生活污水的承。

2层、模型层、系统界面层和网络层组成 , 考 虑到以后各水利部门间的数据交互 , 预留可 被其他部门查询数据的接口;并可提供适当 的 B low ser Server 服务 , 以供公众查询。413 系统功能

汉江武汉段水质预警预报系统的功能包 括 :数据处理、常规预报、水华预警和突发 污染模拟等。数据处理指将历史数据、实测 数据以及自动采集数据自动归类整理后存入 数据库 , 按加权平均法或向量模法 [7]对水质 进行初步评价 , 并在系统中显示评价结果;常 规预报是指模拟预测河流正常情况下磷、氮、COD、BOD、DO 等指标的迁移转化 , 反映河 流水质状况的变化趋势 , 效果见图 2(图 2显

示 , 汉阳县、四水闸、龙王庙附近江段有一 个或多个排污口;汉江武汉段上游至汉阳县 为 类水 , 汉阳县至慈惠农场为 类水 , 慈 惠农场至四水闸为 类水 , 四水闸下游部分 为 类水 , 龙王庙上游至龙王庙为 类水;水华预警是指根据实测资料 , 预测数日内藻

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类的生长速率、总量以及是否可能发生水华;突发污染模拟则是针对目前频繁发生的化学 物品泄漏事故 , 可模拟污染的范围、影响时 间等 , 效果见图 3(图 3显示 , 慈惠农场上游 江段发生了突发污染事件 , 慈惠农场上游至 舵落口为污染带。

图 2 常规水质预报界面显示 5 结 语

水质预警预报系统针对传统计算流程中 只能依据经验、截取其中的某段在某个时刻 的结果来代表整体、而不能将水环境变化的 连续特征反映出来的不足 , 可实现实时、连 续地反映各种污染物的时空分布变化。它同 时还利用了 G IS 的空间表达能力 , 以直观的 形式表达了各种污染物的矢量场 , 浓度场 , 使专业的空泛的数据实现了可视化 , 可满足 普通人群对环境的广泛关注。

汉江武汉段水质预警预报系统作为水质

预警预报系统的一个试点范例 , 顺应技术发 展的要求 , 在汉江武汉段的水环境管理中得 到了较好的应用 , 若在整个汉江流域上通过 本系统联网 , 可突破以往水环

境管理的地域 限制 , 对汉江流域实现统一管理。将该系统 加以推广 , 必将在水环境管理决策中得到更 为广泛的应用。

参 考 文 献 Fo ster J A , M cdonald A T 1A ssessing po lluti on risk s to w ater supp ly intakes using geograph ical info r m ati on system s(G IS 1Environm ental ・

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V o l 111 N o 13 M odelling & Softw a re 12000, 15(3 : 225 234 ～ 513 520 ～ 59 2 L enze M A , L uzio M D , R iver run an in teractive G IS and dynam ic grap h ing w eb site fo r decision suppo rt and exp lo ra to ry da ta ana lysis of w a ter 3 彭虹, 张万顺, 夏军 1 河流综合水质生态数值模 4 彭虹, 郭生练 1 汉江下游河段水质生态模型及数 5 雒文生, 宋星原 1 水环境分析及预测 1 武汉: 武 ・6・ 汉水利电力大学出版社, 20001168 219 ～ 值模拟 1 长江流域资源与环境, 2002, 11(4 : 363 369 ～ qua lity p a ram eters of the low er Cap e Fea r river 1 Eu rop ean Jou rna l of A gronom y 12003, 18(6 : 型 1 武汉大学学报(工学版 , 2002, 35(4 : 56 ～ 2005 年第 3 期

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N o 13 V 图 3 突发事件水质模拟示意 6 薛伟 1 apO b jects2地理信息系统程序设计 1 北 M 7 陆书玉 1 环境影响评价 1 北京: 高等教育出版

水质监测预警系统 篇3

据悉，目前浙江省有主要饮用水源地718个，日供1万吨以上的县市级饮用水源地81处。通过近年来的水污染防治，到2010年底，浙江省县以上城市集中式饮用水源水质达标率为87.4%。

为进一步加强水污染防控，浙江省自2010年下半年起投资3亿元启动了县级以上饮用水源地水质自动监测站的建设，目前已建成并投入试运行的有55家。并计划到2012年底，81个日取水量在1万吨以上的县市级水源地都实现自动监测系统的覆盖。

据介绍，自动监测系统每隔4小时进行一次取样监测，同时具有指标分析，数据生成、处理和传输功能，实时向监控中心反馈水质信息，若水质有异常则会发出“报警”。

浙江省在该系统建设中还强调因地制宜，将湖库型和河流型水源地分开管理。在标准配置的监测基础上，水质总体良好的湖库型水源地增加藻类监测项目，水质较为复杂的河流型水源地则需要根据历史污染状况，分析未来几年可能出现的污染情况，选取相应的特征污染物监测内容，比如：重金屬、氟化物、氰化物、有机物等。

（来源：新华网）

水质监测预警系统 篇4

关键词：GPRS,多参数,分布式,水质监测,预警系统

水质污染的变化, 将影响水生生物的生长和水体生态系统的平衡, 因此监测水质污染指标的变化尤为重要, 其已被广泛应用于环保监测、生产流程污染监控等领域, 而对于一个广阔区域内的多个不同测量点的某些参数或状态长期持续地监测, 需在对应位置部署相应的传感器, 不同传感器测量到的数据向系统平台传送汇总, 系统平台接收数据后首先对数据有效性进行判断分析, 然后将对应传感器的参数数据分别推送到程序后台对应的传感器分析程序, 每个传感器分析程序将分析出的测量结果返还给系统平台, 并通过对其测量结果的综合分析, 得出准确的综合测量结果, 为下一步预警工作的实施提供依据。

1 参数系统中数据传送方式的选择

在上述分布式多参数系统的大量数据采集与处理过程中, 数据传送方式较为重要, 通常数据的传送为3种方式: (1) 采用人工巡查方式进行数据传送汇总, 但该方式相对较为初级, 易受到自然条件等各方面因素的影响。 (2) 采用有线传送, 该种方式的优点是数据传输较为稳定, 但易受到距离限制。 (3) 采用无线传送方式进行数据传送, 不仅可降低劳动强度、节省布线成本、环境适应性强, 且还具有便捷、灵活等诸多优点, 适用于对广阔区域内的多个不同测量点的数据传送, 故以此方式构建平台。

2 系统结构

多通道分布式水质预警系统平台的设计由以下模块构成:中心主控计算机、分布较广的智能传感器和无线网络等组成的分布式探测器系统。其是由光学、电学、化学、生物等多种测量方式所构成的智能传感器。而连接智能传感器端与中心控制计算机端的系统平台为无线数传模块, 以下对各系统模块的组成与功能进行了分析。

2.1系统主要模块功能

分布在监测点的传感器和带有CPU的本地控制器形成一个“智能传感器”系统, 除了可获取探测信号外, 还能对探测到的信号进行初步处理, 并与外界进行数据通讯。中心主控计算机用于接收和处理来自不同测量点的智能传感器所传送的数据, 同时可向其发送控制指令。而无线通讯则是为中心主控计算机与各智能传感器之间的沟通提供条件。

2.1.1智能传感器模块

水环境监测智能传感器, 以紫外光电传感器为例, 该传感器主要以光学方式对水中成分进行采样, 提取光谱信息, 该智能传感器由以下几部分组成:本机控制单元、光学传感器组、信号调理单元、数据发送/接收单元。其中本机控制单元:由单片机STC12C5610AD担任, 负责电源管理、接通传感器、启动数据转换、数据储存、控制数据的发送接收等。其主要特点为:1 T周期、10 k B Flash ROM、786 k B RAM、15 I/O、片上带有10 bit 8路A/D转换器、UART接口且低功耗运行等。传感器组包含:光电发光管、光电接收管等。信号调理单元含有:程控制放大器等, 可将接收到的信号进行放大、整形。调理后的信号进入A/D转换器, 将模拟信号数字化, 从而方便数据保存和传送。数据发送接收单元, 将来自传感器的数据以无线方式进行发送或接收来自控制中心的远程命令。同时将多个智能传感器分布在广阔的江、河、湖面上, 中心控制计算机随时接收来自这些传感器的测量信息, 从而对区域内的水环境进行动态监测。

智能传感器将获取的本地测量信号定时向远端的控制中心传送, 通常采用无线方式发送。常用的无线发射模块有:嵌入式无线射频数传模块、GSM短信模块、GPRS模块。

(1) 嵌入式无线射频数传模块, 一般含有高速单片机和高性能的射频芯片, 具有UART接口, 采用GFSK的调制方式, 工作频率418~455 MHz, 空中传输速率2 400~9 600 bit·s-1, 可方便嵌入到测量系统中, 测量系统与射频模块通过UART口连接, 数据传送透明, 软件开销小。但无线射频数传模块数据传输距离相对较短, 一般只有几百到几千米的距离。

(2) GSM (Global System for Mobile communication) 短信模块, 具有UART接口, 本地测量系统中的CPU通过UART口, 以AT指令操作GSM模块, 并以短消息的方式与中心计算机建立联系, 接收和发送数据, 因利用的是GSM网络, 所以数据传送距离几乎不受限制, 只要有手机信号便可互传数据, 由于数据是通过短信息中心间接传送, 具有数据非及时传送的特性, 因此适合应用于实时性要求较低的数据传送。此外, 利用GSM短信传递数据, 必须按要求将数据翻译成GSM网络所能识别的格式, 因此需要增加额外的软件开销。

(3) 通用分组无线业务 (General Packet Radio Service, GPRS) , 是在现有GSM系统基础上发展而来的一种新分组数据承载业务, 该技术以分组交换为基础, 能够在移动用户和数据网络间提供一种链接, 这便可为移动用户提供无线IP和X.25服务, 然后用户可通过GPRS使用各种高速数据业务, GPRS模块以TCP/IP协议与网络交换数据, 因此通过GPRS传送的数据可以方便地与互联网对接, 本地测量系统通过UART口连接GPRS模块, 并以扩展的AT指令操作GPRS模块, 向因特网上的中心主控计算机发起连接, 一旦建立联系后, 始终保持在线, 且数据传输速度快、实时性好。目前, 大多数GPRS模块内嵌有TCP/IP协议, 这为编程开发提供了便利, 该方式要求中心控制计算机有独立的IP地址, 可以方便地接入互连网。

2.1.2无线模块

无线模块一端连接智能传感器, 另一端连接中心控制计算机。智能传感器系统中CPU带有UART口, 而无线模块一般也带有1~2个UART口, 因此两者通常以UART口直接连接交换数据。智能传感器中的本地CPU直接写入和读取UART口数据, 无线射频模块负责将数据对外发送和接收。数据在智能传感器和中心计算机之间透明传输。由于系统中含有多个智能传感器, 为了识别信息来源, 必须为系统中的每个传感器和中心控制计算机进行统一的物理编号。例如, 编号0代表计算机, 编号1~255代表1号~255号传感器。将数据信息格式定义如下。字头, 即信息特征字, 用于引导信息, 采用“TFWX”4个字符;来源编号, 用于表明信息流出的传感器或计算机;目标编号, 用于表明信息流入;数据内容, 发送或接收的数据字节, 16进制数据;结束符, 表明本段信息结束, 结束符用2 Byte的16进制数0XFF, 0XFD表明。智能传感器数据发送时, 来源编号为本机编号, 目标编号为0, 表明向中心控制计算机发送数据。智能传感器数据接收时, 来源号码为0, 表明信息来源于计算机;若目标编号与本机编号一致, 表明该信息为中心计算机向本机发送的命令, 解析后续数据, 执行相应操作。否则忽略本条信息。

2.1.3中心控制计算机模块

中心控制计算机和数传模块可通过不同的方式连接。中心控制计算机一般带有RS232串行接口, 通过电平转换, 可以与射频无线模块的UART口连接。GSM模块通常带有RS232, 可以与计算机的串口直接相连;如果计算机只有USB接口, 可以通过USB-RS232转接器进行连接;如果以GPRS方式进行数据通讯, 计算机端无需连接GPRS模块, 中心控制计算机需要具有独立的IP地址, 并接入互连网。

中心控制计算机端, 在通过一个无线数传模块接收和发送数据时根据信息内容进行相应的处理。中心控制计算机对接收到的信息, 根据来源编号判断信息来自于系统中的哪个智能传感器, 并保存处理数据。中心控制计算机如果要发送信息, 信息中的目标编号指明信息流向, 从而可以控制对应的智能传感器。采用GPRS方式, 智能传感器的本地CPU通过UART口连接GPRS模块。首先要知道中心控制计算机的IP地址, 然后本地CPU以AT指令通过GPRS模块发起对中心计算机的连接, 并等待响应。一旦连接成功, 便可发送/接收数据。以SIM900A GPRS模块为例, 若中心主机IP地址为“202.119.45.28”, 程序端口为60000, 发送数据0X85, 则本地CPU向GPRS模块写入AT指令, 可以实现相应的数据操作。回传给本地CPU的数据, 可能是命令响应, 也可能是收到的数据。对于接收到的数据, 本地CPU进行解析, 如果是有效数据, 则执行相应的操作。此外中心计算机连接在互联网上, 对特定端口进行侦听, 响应连接请求。连接成功后便可进行收发数据。即中心计算机根据端口判断信息来源, 向对应端口写入数据, 则可向相应的传感器发送控制命令。

3 结束语

最终实现的系统平台工作流程如图1所示, 多种不同类型的传感器数据通过集成器与GPRS无线发射/接收装置相连, 系统平台接收数据后首先对数据有效性进行判断分析, 然后将对应传感器的参数数据分别推送到程序后台对应的传感器分析程序, 每个传感器分析程序将所分析出的测量结果返还给系统平台, 系统平台通过对这些测量结果的综合分析, 得到准确的综合测量结果或预警结果。同时根据需要设置采样间隔与电源延时关闭时间, 依次通知远端分布式探头向本机发送数据。服务器上装有GPRS无线发射/接收装置:一方面可以接收传感器数据;另一方面可以对传感器发送指令或给用户终端发送预警结果。预警参数输出程序界面参见图2所示, 最终实现了多参数的监测预警功能, 包括无参数传感器、生物行为传感器、紫外光电传感器、生物毒性传感器、重金属传感器、紫外光电分布式传感器等。预警平台通过对多传感器数据的相互印证, 实现初步对事故警情的风险源项进行筛查和分析, 为警告的发布提供信息来源。

参考文献

[1]蒋伟丽.车载系统GPRS无线数据通信的设计与实现[J].电子科技, 2009, 22 (6) :33-36.

[2]班雪飞.GPRS技术在行业应用中的研究[J].中国新通信, 2010 (23) :8-13.

[3]胡立群, 陈敦军.基于SPI互连的多串口系统[J].电子设计工程, 2010 (12) :67-70, 84.

[4]刘志杰.GPRS性能分析及优化[J].中国新通信, 2010 (15) :20-24.

[5]邰非, 张开骁, 陈敦军, 等.基于异构分部式水质监测传感器分析平台的设计[J].计算机与数字工程, 2012 (5) :149-151.

[6]李学亮, 刘云飞, 郭程, 等.基于GPRS的土壤温湿度采集系统[J].电子科技, 2013, 26 (2) :120-122, 125.

[7]张祖昶, 许建真, 钱辉兵, 等.基于GPRS的环境测控系统的设计与实现[J].中国新通信, 2006 (15) :52-55.

[8]张烨君, 李刚健, 邓为东.基于无线通讯的智能路灯控制系统[J].电子科技, 2013, 26 (2) :100-102.

[9]戴丽贞, 廖建坤.一种基于GPRS服务的分布式计算模型[J].中国新通信, 2007 (24) :76-79.

水质监测预警系统 篇5

城镇水质监测中心信息系统的规划与建设

为进一步推进广州市水务监测工作的信息化进程.加快信息技术在国民经济和社会生活中的广泛应用,实现新时期水务工作的加快发展,该文结合广州市水质监测工作信息化的建设现状,围绕广州市水质监测信息工作面临的.形势、困难和问题,以及信息系统的建设日标、信息系统的框架、信息系统的特点和信息系统的主要功能(水资源监测信息管理系统、供水监测信息管理系统、排水监测信息管理系统和水土保持监测信息管理系统),探讨水质监测工作信息化的规划与建设思路.

作 者：谈勇 Tan Yong 作者单位：广州市水质监测中心,广州市城市排水监测站,广东广州,510010刊 名：城市道桥与防洪英文刊名：URBAN ROADS BRIDGES & FLOOD CONTROL年，卷(期)：2009“”(6)分类号：X832关键词：城镇水质 监测 信息系统 规划 建设 广州

水质监测预警系统 篇6

关键词：校园云；学业监测与预警；系统模型；帮扶预案

中图分类号：TP315 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2015）09-0087-03

随着计算机和互联网等信息技术的高速发展，传统的粉笔加黑板的书本教育和相对封闭的小众化教育，已变革为以信息技术为手段的多媒体教育和开放式的大众化现代教育。而现代教育技术又融合了物联网、通信和云计算等技术，并在高校已基本建成和实现了统一门户、统一身份认证、办公网络化和教学信息共享化等功能的数字化校园。[1] 如何建立学生、教师和家长之间三方协同的信息沟通平台，家长如何能远程实时了解孩子的在校情况，教师代表学校又如何能及时高效地与学生家长沟通和协作呢？

建立和健全基于校园云的高校学生学业监测和预警系统（以下简称“学业预警系统”）势在必行，该系统能最大限度地利用数字校园的成果，采集、整理、分类和汇聚数字校园的相关数据，打通校园信息孤岛，建立以移动电话、个人电脑和平板电脑为展现终端的校园云平台，建立以学生为本、教师为主、家长为辅的立体式的学生学业监测、预警和帮扶系统，从而为在校学生德智体美劳的全面发展保驾护航，促进学生的成长，促进高校管理水准的提升，促进高校教育的快速发展，进而促进社会的和谐，确保中国梦的实现。

一、建设学业监测和预警系统的背景

“鉴前世之兴衰，考古今之得失”，建立学生学业监测和预警系统是必要的。[2]

1.教育机制、教学资源和教育管理不足

据教育部公开的数据显示，2013年全国高校毕业生的人数已接近700万人，这与1999年高校毕业生的100万人相比几乎增长了7倍。我国改革开放30多年，教育改革也同样经历了不凡的历史变迁，加之高校的扩招政策、自主招生政策以及学分制等举措的实施，必然导致高校的场地、设备和师资配置等与学生数量激增的不匹配问题，随之产生高校相关管理制度、教学体系和管理机制不能适应新环境的变化，造成教学和教育质量停滞不前甚至下滑等问题。

2.信息爆炸的冲击

随着科技的高速发展，智能手机、平板电脑以及移动互联网的快速普及，一方面导致自制能力不强的高校学生沉迷网络或电子游戏，不能专心于基础知识和专业课程的学习，导致学习困难或者放弃学习；另一方面，为增加毕业时的就业机会，一些大学生忙于从事各类社会活动或社会实践，为此而挤占了自身的学习和休息时间，不能参加体育锻炼，导致身体素质下降，学习成绩下滑；再者，为获取更多的专业知识和技能，一些学生在学习本专业课程的同时，又辅修第二或第三专业课程，因精力有限而导致身心疲惫，顾此失彼。还有诸如生病、打工或心理问题等因素导致学生综合成绩下降，以上因素均导致了在校学生的综合绩效降低。

3.现代教育和监测措施不足

如果把学生按其综合成绩分为优、良、中、及格和不及格五个等级，高校通常把处于及格和不及格两个等级的学生视为学习存在困难或优先预警的对象，当前多数高校的做法是由辅导员或班主任对这些学生进行谈话式教育，对于多门功课不及格或无故旷课的学生给予警告、通报、留级或劝退等处分，但此时往往是学生已经造成了多门功课不及格的事实，错过了及时纠正的大好时机，来不及或者丧失阻止事态的进一步恶化；而且通常情况下，高校教育和管理未能及时取得学生家长的参与和协助，与之缺乏沟通和交流，致使家长不能及时了解学生的在校情况，不能及时协同辅导员或班主任实施对学生的监管和帮扶。

二、建设学业监测和预警系统的目的

学生学业监测和预警系统以信息技术为手段，以监督和评测在校大学生学习和生活全过程为出发点，采用教师、学生和家长共同协作机制，搭建面向每一位学生的信息监测和预警系统平台，并根据每名学生的个性特质调整该系统的“预警阈值”（预警临界点），依据帮扶预案创建和实施一对一的帮扶方案，所谓帮扶预案是指由学校主导，教师、家长和学生共同预先达成和建立的帮助、援助和扶持学生成才的所有方法和措施，为学生的健康成长提供专属且可实施级别的措施和技术保障。

1.建立管理组织和制度体系是该系统建设成功的保障

建立以主管副校长和党委副书记挂帅，家长委员会监督，各级学院院长为责任人，各级系主任和辅导员具体实施的矩阵式组织管理体系；建立和健全该系统从教师、家长和学生的多维度、分级预警的详细制度和预案管理系统，甚至可以为之立法，立高校学业预警与帮扶之法，为该系统的具体落实提供组织和制度保障，各级院系的辅导员、班主任和教师须按照“有法可依，有法必依，执法必严，违法必究”的原则执行。

2.建立校园云是该系统顺利实施和信息交互的技术保障

仅就学业预警系统而言，建立校园云实质是通过教务子系统、教学子系统、后勤保障子系统、校园考勤子系统以及校园一卡通等子系统采集所需的数据，经结构化整理后，利用云计算技术针对每名学生动态生成相应的上、下限预警阈值参数，预设学生在校期间的全程、全息的动态跟踪监测和预警存储空间，存储学生全过程、全流程的帮扶日志，教师、家长和学生可按不同权限登录该系统，并能实时获取系统中的相应数据和信息；一旦触发预警，系统也能自动向学生、家长和辅导员或班主任发出警示，这些警示和推荐帮扶预案的传递包括但不限于语音电话、传真、短信、电子邮件和特快专递等方式；为防止相关数据和信息因不可抗力意外丢失或损坏，该系统须在异地建立数据容灾系统，确保数据安全并完整。

3.建立优者更优、良者进优、中者进良、及格者进中、不及格者及格的正向阶梯式机制

该学业预警系统打破了传统的只关注学业存在困难的学生而忽视了该阶梯式机制的负向效应的做法。为每名学生引入了上限（进步）和下限（退步）双向预警阈值，以综合成绩为“优等”的学生为例，优等生可能因品学兼优的“光环效应”而触发系统的“下限阈值”预警，为避免其沦为“良”者而启动相应帮扶预案；也可能因品学兼优而触发潜质激发的“上限阈值”预警，促其成为“更优”者，而启动促优的帮扶预案。当然对于不及格者则直接启动帮扶预案，促其进入及格者行列，其他情况以此类推。

三、学生学业监测和预警系统的参考模型

该系统是以校园云平台为基础，其参考模型自顶向下依次由用户、界面、应用服务、设备及服务管理共四层架构组成，具体如图1所示，各层级内容具体如下。

1.用户层是建设和使用该系统的主要相关机构或人群

用户层主要包括教育管理部门、学校、教师、学生、家长和服务提供商六类模块。

（1）教育管理部门模块：指管理学校的上级教育管理部门，能随时通过该模块实现对学校的监管和服务，同时也能接收学校反馈给教育主管部门的相关意见或建议信息；

（2）学校模块：指学校的各级管理人员能随时对该系统进行综合的监督、指导和服务；

（3）教师模块：辅导员或班主任能通过该模块实时为学生提供相应服务，同时也能接收到来自学生、家长和学校反馈的相关信息；

（4）学生模块：学生通过该模块能随时向学校、教师和家长汇报自身的成长情况，也能接收到学校、教师和家长的援助或反馈信息以及所有校园信息；

（5）家长模块：指家长可以随时通过该模块查看学生在校期间的成长情况、教师的评语、同学的评价以及奖惩等信息，同时也能收发该系统中的相关协同信息；

（6）服务提供商模块：指建设和运维该系统的所有软硬件系统及相关供应商，通过该模块可以快速定位各个层级和模块系统的建设方，便于系统维护和升级。

2.界面层是该系统为用户层提供服务的展现方式层

界面层包含投影机、可视电话、平板电脑、监视器、个人电脑、摄录机和智能手机等在内的各种终端设备，以声、光、电和音视频等多媒体方式展现和交互该系统所能提供的全部信息。

3.应用服务层是学业预警系统的数据综合管理层

通过该层实现与教务管理系统、教学管理系统、学籍管理系统、网上学习系统和预警管理系统等子系统的数据对接和共享，运用云技术记录和分析学生在校的所有行为轨迹，监督和评测学生的成长状况，调取和跟踪执行相应的帮扶预案，必要时进行相应的改进和调整。

4.设备及服务管理层是学业预警系统的信息采集、监测、记录和评测的软硬件基础层

该层是校园云的数据核心，通过该层能获得相应服务器、存储设备、网络交换设备等的硬件服务支持，实现基础数据的生成、采集、交互和存储；该层也能提供校园云功能拓展的相应接口；该层也是该学业预警系统的帮扶预案、上下限阈值管理以及预警监测等基础信息的综合管理和调度枢纽，同样也是系统的安全屏障。

四、学生学业预警系统的管理和实施建议

学生学业预警系统是一种由原来的事后处理变为事前预防、事中督导的新型高等教育管理方式，可通过教师、学生和家长三方的沟通与协作，及时警示、记录、告知学生本人及家长可能出现的后果，并针对性地采取监测、防范、预警和帮扶措施，帮助学生顺利完成学业的一种教育手段和干预机制。[3]各高校在建设该系统时，需考虑因各自的管理机制和预警条件不同而应因地制宜地制定相应的建设方案和帮扶预案，不能机械地照抄照搬。

1.建议建立学业预警系统的流程机制

学生学业预警系统的监测和管理流程：信息采集→数据分析→预警触发→帮扶措施→实践检验→帮扶改进→效果评价，这是一个反复循环渐进提升的过程。

2.建议通过上述模型建立多维度的预警体系，细化预警分类、分级，健全预警制度

学业预警系统是一项长期的、连续的、复杂的全社会参与的系统性工程。例如将预警分为学习成绩预警、考勤预警、作业预警、实验预警和心理预警等多个类别；也可以将预警分级为红、橙、黄、绿和蓝等级别，对各个分类和分级进行量化和细分，形成家长、教师、学生和学校齐抓共管的协同机制，促进学生顺利完成学业。

3.建议建立帮扶预案库

可根据当地教育管理部门的“指导意见”，结合自身学校的特点和学生实际情况具体制定。例如对每名学生进行分级分类，建立学习成绩、考勤、家庭突发事件、体能等类级的帮扶预案，这些类级预案再量化为具体的分数等级等。

4.建议建立预警与帮扶预案评价机制，便于总结提升该系统的预警和帮扶效果

学校能通过该评价机制对具体的预警和帮扶人员的工作绩效进行评价，使其能协同学校、家长和学生共同改进和完善该学业预警系统，建立帮扶评价和成效激励方案，促进高校学风建设和高校教育质量的提升。

五、结论

高校学生的教育和培养，不只是学校和教师的事儿，还涉及家长、社会环境、政治和经济政策等诸多因素，需全社会共同参与到学校的教育管理体系之中，建立基于全过程的学业监测、预警和帮扶系统，这对促进高校教育质量的提升和培养更多的合格人才至关重要。虽然现有的学生学业预警系统的建设和研究还存在诸多不足之处，但其建设和实施过程对未来学业预警体系的建模和管理模式的设计与创新完善将具有更好的借鉴价值。该系统也能拓展应用于教师教学全过程的监测、预警和帮扶系统，形成学生、家长和教师相互协同的共荣促进机制，在提升高校学生素质的同时，提升高校教师的素质，进而提升全民的综合素质和素养。

参考文献：

[1]杨东平.中国教育发展报告2012[M].北京：社会科学文献出版社，2012.

[2]张洁，高俊杰，冯涛，贾文龙.大学生学业预警机制初探[J].山西农业大学学报（社科版）， 2012（10）：992-995.

[3]黑教学[2013]232号.黑龙江省普通高等学校学生学业预警与援助工作意见[Z].

浅谈户外水质监测系统的构建 篇7

户外水质污染监测系统是运用现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、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个综合性的在线自动监测体系。

水质自动监测仪具有最佳现场使用效果, 可以对水质进行自动、连续监测, 数据远程自动传输, 随时查询所设站点的水质数据。并实现水质信息的在线查询、分析、计算、图表显示、打印等, 随时实现各单位之间水质信息的互访共享, 实现全流域水环境综合评价, 可迅速为领导决策提供科学依据。使用该系统可尽早发现水质的异常变化, 为防止下游水质污染迅速做出预警预报, 及时追踪污染源, 从而为管理决策服务。

水质自动监测在国外起步较早, 我国在水质自动监测、移动快速分析等预警预报体系建设方面处在探索阶段。1998年以来, 我国已先后在七大水系的10个重点流域建成了42个地表水水质自动监测系统, 黑龙江、广东、江苏和山东等省也相继建成了10个地表水水质自动监测系统。2005年, 全国计划在主要流域重点断面水质自动监测站达到100个, 实现水质自动监测周报。

2 系统体系结构

水质污染自动监测系统是在一个水系或一个地区设置若干个有连续自动监测仪器的监测基站, 由一个中心站控制若干个固定监测基站, 随时对区域的水质污染状况进行连续自动监测, 形成一个连续自动监测系统。

监测基站内装有传感器, 用于测定各种污染物的单项指标、综合指标以及参数的分析仪器, 数据采集通信控制器及通信设备。监测基站是长年连续工作的。监测中心是各监测基站的网络指挥中心, 又是信息数据中心, 它配有功能齐全、存贮容量大的计算机系统, 由通信联络设备及数据显示、分析、传输和接收的管理软件构成。

户外水质监测系统在正常运行时一般不需要人的参与, 而是在电脑的自动控制下3进行工作。其工作系统1由监测基站、通信网络以及监测中心3大部分组成 (如图1) 。

2.1监测基站

2.1.1主要任务

监测基站是水质在线监测系统的基础设施。主要负责水质数据采集, 水质分析, 自动控制, 数据上传等工作。可以采用多种不同的传输方式, 站点实时在线, 实时自动上报站点的数据和系统运行的参数, 支持监控中心的各种命令, 包括紧急监控、远程校准等。

2.1.2主要构成 (如图2)

1) 传感器

在本系统中使用到的传感器主要由水温传感器, 溶解氧传感器, 浊度传感器, PH/ORP传感器, COD (化学需氧量) 传感器, BOD (生化需氧量) 传感器, 电导率传感器等。2.1.2 21PH/ORP COD

目前, 大多水质监测系统把水体的PH值、水温、溶解氧、浊度和电导率五项作为水体监测的重要指标。COD, BOD等指标反映了水体中有机物污染的状况。所以, 一般水质监测系统也从环保的角度把COD, TOD等水质特性参数测量出来。具体情况还需要根据水体的实际情况对传感器的种类和数量作出调整。监测指标的选择一方面要能满足水环境监测规范的要求, 使其所选择的监测指标尽可能反映比较多的水质特征;另一方面要根据国内外市场上是否有可靠的产品而定, 保证监测指标测定结果的可靠性。目前, 已被水质自动监测系统采用或可能被采用的监测项目及有关自动检测方法如表1所示。BODPHCOD BODCOD TOD

2) 在线分析仪器

如COD、NH分析仪等。COD、NH等分析仪分析得到的结果直接反映水体的污染程度。

3) 辅助模块

如液位系统, 取水系统, 清洗系统, 防雷辅助系统等构成。除了监测水质的特征参数之外, 还要监测给水排水系统的相关工作参数数据, 比如说, 液位、流量、压力等等。由于水质环境比较复杂, 涉及到监测的信息种类比较多, 必须根据实际情况进行调整。此外, 对取水单元以及水样处理单元进行维护的主要手段是进行清洗, 这样才能够确保进入自动监测仪器的水样满足技术要求, 尽可能避免水样中颗粒物和微生物对测量分析结果的影响。

4) 键盘控制单元

用户通过键盘进行操作, 实现监测参数的选择, 以及通信、运行参数的设置。

5) LCD显示单元

显示经过在线分析仪分析, 中央处理器处理后的相关结果。

6) 数据转换单元

用A/D转换器将各种传感器采集到的模拟数据进行转换, 转换成中央处理器可以识别处理的数字量。

7) 中央处理单元CPU

中央处理单元主要完成对采集到数字信号量进行处理, 然后传送到分析仪器进行分析, 同时返回分析得到的结果。

8) 存储单元

存储中央处理器处理的结果。通常存储单元需要的容量不需要很大。

2.2 通信网络

信息传输系统充分利用流域现有的通信网和计算机网络, 建立覆盖流域水资源监测实验室的计算机网络系统, 实现水资源信息的网上传输和资料共享, 以达到快速、准确地传递水质信息的目的, 为充分利用水资源提供服务。在本系统中, 监测基站可以使用3种方式接入Internet。同时支持用户手机短信方式。

1) GSM下的短信方式

手机短信是一种通过无线控制信道传输简短指令的业务。GSM标准中定义的点到点的短信业务使短信能够在移动终端和短信服务中线之间传递。手机短信具有覆盖面广、在线保持、自动传送、费用低、稳定性较高等特点, 适合于小流量, 频繁远距离传输数据的领域。

2) GPRS

GPRS是在全球移动通信系统上开发的一种新的承载业务, 能为用户提供高速无线IP。它具有网络覆盖率高、实时性好、数据传输速率快、运行费用低、安全可靠等特点。GPRS采用分组交换技术, 使每个用户都可以同时占用多个无线信道, 同一无线信道又可以被多个用户所共享。因此, 资源的利用率比较高。另外, GPRS采用全双操作, 间隙收发, 永久在线的工作方式, 只有在收发数据的时候才占用系统资源, 计费方式以数据的传输量为依据, 与GSM网络下SMS短信方式更具实时性、成本更低。

3) CDMA

CDMA系统采用码分多址技术及扩频通信原理, 使得可以在系统中使用多种先进的信号处理技术, 为系统带来许多优点。比如说信道容量大、抗干扰能力强、保密性能好等特点。

4) ADSL

ADSL是一种有线的传输方式, 具有很高的传输速率, 用户可以独享带宽安全可靠, 通信费用比较低等特点。

总之, 要充分利用各站现有的水情和通信条件, 对比选择合适的通信方式, 重点站点可选用一种以上的通信方式, 确保数据的可靠传输。

2.3 监测中心

监测中心是户外水质监测系统的上层管理者, 它通过运用先进的通信技术和计算机网络技术, 可以实现准确、及时、快速的与远程监测基站进行通信, 是整个系统中实现分析、控制、管理、维护的指挥中心。

监测中心支持对水质的在线监控;采用可视化的分析, 计算功能强大;提供了强大的数据访问引擎和通信接口, 方便了数据的共享。其中:

1) 监测中心应用服务器

应用服务器是监测中心的核心管理平台系统。它负责系统中指令的发送和数据的收发, 主要实现监测基站的远程监控。

2) 监测中心数据服务器

是户外水质监测系统的数据中心, 负责保存所有监测得到的数据和系统运行的一些基础数据。

3) 监测中心Web服务器

进行户外水质监测系统数据的在线发布, 对公众公开监测数据、历史数据、相关日志, 也是用户检索、查询、打印报表等的操作基础。

4) 监测中心报警服务器

当有关数据超标, 或者仪器发生故障时, 及时通知相关负责人, 报警方式有短信报警、语音报警等。

3 结论

户外水质监测系统可用于海洋、湖泊、沼泽、水库、管道和地表水、城市污水、工厂排水、农业用水、养殖业的水质检测。本系统可以根据监测基站所处环境自由选择组网模式, 具有水样监测范围广、数据传输不受地理气候限制、数据处理及时、提供预警提示等优点。系统运行和维护费用较低, 节省大量人力和物力。

摘要：户外水质监测系统, 不仅可对水质进行自动、连续监测, 数据远程自动传输, 而且还可实现水质信息的在线查询、分析、计算、图表显示、打印等, 为领导决策提供了科学依据。本文简要介绍了户外水质监测系统的功能特点、设计方案。

水质远程监测数据采集系统设计 篇8

1 系统设计思路

水质远程监测数据采集系统由监测现场部分和水质监测中心部分两部分组成。监测现场部分主要是由水质监测模块和内部带有GSM模块的RTU单元组成。水质监测中心部分则是装有环保综合管理信息系统软件的PC机和短信息终端接收设备, 监测现场部分和水质监测中心部分是通过GSM无线网络实现互通的。现场监测模块首先通过各种传感器对反映设备工作状态的数据进行采集, 并进行分析处理和判断, 然后将结果数据进行缓存, 通过与单片机相连的显示模块进行显示, 实现即时显示的功能。现场监测采集模块再通过RS485总线与RTU模块相连通讯, RTU内含有专用的GSM模块, RTU先通过RS485总线把测得的数据进行收集, 然后通过人为设定时间, 按时将收到的水质数据通过GSM模块经过GSM无线网络发送短消息给监测中心站, 实现水质远程监测无线传输。水质监测中心作用为数据监听、接收并将其与数据库进行连接, 将数据保存到数据库中, 完成了水质监测中心对水质参数的接收、保存及管理功能。设计思路框图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 测量模块设计

系统以AT89C52作为主控单片机, 温度传感器直接与AT89C52单片机相连完成温度的测量, 而p H传感器则需要信号调理电路、抗干扰电路和A/D转换电路后能使单片机完成测量, 然后测量结果可以在液晶显示模块即时显示, 然后通过RS485总线传输出去。

2.2 单片机最小系统

系统以AT89C52最小系统为基础, AT89C52芯片为中心, 在RST端口外接一复位电路, 在XTAL1端口和XTAL2端口外接震荡电路, 然后把VCC和EA端口接VCC。这样一单片机最小系统就成功了。此时单片机就能实行基本的功能, 晶振可以为单片机提供时钟周期, 复位电路可以解决重启问题, EA解决了单片机读取内部存储的问题, 最后VCC和GND保证芯片工作。最小系统图略。

2.3 传感器

p H传感器采用复合电极, 玻璃电极作为测量电极, 甘汞电极作为参考电极, 当氢离子浓度发生变化时, 玻璃电极和甘汞电极之间的电动势也随着变化, 这就是复合电极的测定原理。以玻璃电极为指示电极, 银-氯化银电极为参比电极, 将两种电极形成的复合电极插入待测溶液中, 复合电极和待测溶液形成原电池, 复合玻璃电极的两条输出引线分别接原电池正极和负极。依据nernst方程, 原电池的输出电动势与被测溶液p H值之间满足式E=E0+KT (p Hxp H0) 。E为原电池输出电动势, E0为常数, 为与电极材料, 内参比溶液, 内参比电极以及电位有关的电位差, K为常数, 为nernst系数, T为被测溶液的绝对温度, p Hx是被测溶液的p H值, p H0为复合玻璃电极内缓冲溶液p H值。

2.5 抗干扰电路

由于信号放大电路很容易受到其他信号干扰, 主要表现为工频干扰, 对于谐波的干扰可通过低通滤波器去掉, 要去掉49.5~50.5 Hz的干扰就需要一个陷波器。50Hz工频信号对信号采集有很大影响, 必须除去。本设计采用双T有源滤波器来滤除50Hz的工频信号。电路的中心频率:f=1/2πRC。对于f>f0的高频信号, 两个串联的电容C阻抗很低, 信号可经过电容直接传输到运放的同相输入端即Ui=U+;对于f<f0的低频信号, 电容C的阻抗非常高, 信号可经两个串联的电阻R直接传输到运放的同相端即Ui=U+;只有当f=f0的信号输入时, 分别经过两个通道传输:从高通滤波通道输出的电压比输入电压超前一个略小于π/2的相位;从低通滤波通道输出电压比输入电压落后一个略小于π/2的相位。两路传输到同相输入端的电压正好大小相等、相位相反, 相互抵消, 因此放大器输出电压近似为零。

2.6 12位A/D转换

TLC2543是12位分辩率A/D转换器, 在工作温度范围内10μs转换时间, 11个模拟输入通道, 3路内置自测试方式;采样率为66kbps, 线性误差±1LSBmax, 有转换结束输出EOC;具有单、双极性输出。TLC2543是12位串行A/D芯片, 所以模拟信号输入可以只采用一个端口, 本设计采用的是AIN0, 然后只需把TLC2543的主要功能端接在单片机I/O口上就行了, 其中CLK为输入/输出时钟端。TLC2543是12位串行A/D芯片, 所以模拟信号输入可以只采用一个端口, 本设计采用的是AIN0, 然后只需把TLC2543的主要功能端接在单片机I/O口上就行了。TLC2543接单片机如图2所示。

3 系统软件设计

主程序中首先对系统的各个参数, 变量, I/O口和串口进行了初始化。通过定时器精确计时产生中断, 每中断一次即启动一次AD转换子程序, 读取各个监测通道的测量信号。又通过调用温度检测子程序对测量值进行温度补偿处理测量信号。最后调用LCD1602显示子程序, 将测量值显示出来。完成了对传感器测量信号的采集、处理和显示的主循环。同时把测得的数据进行保存, 保存的位置为自定义的存储空间, 以便查找使用, 然后通过串口中断把数据发送给了RTU, RTU再发送数据给接收设备, 整体主程序如图4所示。

4 结论

本文系统介绍了水质远程监测数据采集系统的设计方法。水质远程监测数据采集系统由监测现场部分和水质监测中心部分两部分组成。监测现场部分主要是由水质监测模块和内部带有GSM模块的RTU单元组成, 水质监测中心部分则是装有环保综合管理信息系统软件的PC机和短信息终端接收设备, 监测现场部分和水质监测中心部分是通过GSM无线网络实现互通, 实现水质远程监测数据采集任务, 对水质监测工作具有一定的参考价值。

摘要：目前水质问题日益严重, 且水质监测数据单一, 不能很好反映污染情况, 所以设计一个水质远程监测系统可以使水质监测工作系统化、信息化。设计的水质监测系统分为现场监测部分和水质监测中心机房部分。现场监测部分主要是现场水质监测采集模块和远程测控模块。水质监测中心部分就是带有数据记录储存的计算机, 用于保存数据。本设计以水的酸碱度为主, 温度为参考量, 用单片机采集参数, 通过485总线可与远程测控模块相连实现水质远程监测数据采集任务。

关键词：监测,单片机,酸碱度,温度

参考文献

[1]王凯军, 贾立敏.城市污水生物处理新技术开发与应用[M].北京:化学工业出版社, 2001.

[2]郭鹏, 孙玮, 韩璞.基于手机短消息 (SMS) 的远程无线监控系统的研制[J].计算机测量与控制, 2002:506-507.

[3]戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京:电子工业出版社, 2006.

[4]Bates R G, Detemination of pH theory and practice[M].wiley.Water Environment Systems, 1999.

车辆超高监测预警系统 篇9

应用范围

应用安装于重要桥梁、隧道及高速公路关口, 对穿过公路桥梁的来往车辆进行超高监测, 若车辆超高, 它能及时给司机提供预警信息, 避免事故的发生。从而保护了桥梁及车辆.人员的安全。

主要技术指标

该装置红外激光漫反射测距距离晴天时大于100米, 不良天气时大于60米CCD图像车牌号计算机辩识率大于90%。

市场分析及产业化前景

该装置价格低廉, 生产成本约2.5万元, 不但价格低于对射式装置, 而且更易推广使用。投资约60万元, 售价预计3.5万元, 年销售2000套, 销售收入7000万元, 年利税2100万元。

合作方式

技术转让或技术入股。

联系人:熊昌仑

单位:武汉大学电信院

水质监测预警系统 篇10

水质污染自动监测系统 (英文名为WPMS) , 是一项现代高科技技术研究成果, 主要靠网络自动分析、网络信息传感、数据自动测量、操作自动控制、计算机应用程序以及专用的显示器和通信网络设备来对水质进行监测和分析, 以便在水质发生不良变化时能及时采取相应的措施。WPMS是预防的手段, 能预警预报, 为领导决策提供科学依据。

WPMS在水质监测方面起到的作用是不可小觑的, 但是我国对此系统的应用还处在探索时期, 国外对此系统的应用较早, 研究也比较成熟。近些年来, 我国虽然也配备了一些自动检测设备, 但由于技术知识有限, 水质自动化监测装置在制造上已不能满足快速发展监测需要, 而且国内所用的自动化监测系统多为国外进口设备。所以, 自动检测设备以及相应的工艺研究在我国的发展是有很广阔的前景和市场的。

二关于水质在线监测系统的组成

此系统由采样单元、分析测试单元、数据采集与传输单元、监控中心四部分组成。目前, 应用比较多的是水质COD、NH3-N、TOC、TN、TP、DO等在线监测系统。

1. 进行采样。

当前应用广泛的采样方式有自吸泵或潜水泵, 为了在使用之前保证漂浮物不把采样口堵塞, 一般采用10~20目的金属筛网。前者要保证大于正常采样高度的2倍, 则后者在液位变化情况下能正常工作。选择适合的监测仪器, 如COD监测仪器、NH3-N监测仪器和OC监测仪器。

2. 进行数据采集与传输。

为了方便通讯, 通讯协议应全国统一。通常数据采集与传输时采用单片机、可编程控制器或工控机方式, 在此还可以采用遥感器、局域网、卫星定位系统等多种方式。当然, 控制中心尤为重要, 它要对数据的接收、综合及对污染源的分析进行监测。

三水质在线监测系统中的历史发展

我国水质在线监测系统经过十几年的发展, 国内的厂家大概有50家左右, 30家通过了认证。它们在技术上吸收了专利自主产品, 在长时间的发展下, 从半自动化到信息化, 小作坊到支柱产业, 到现在成为大规模的龙头企业。纵眼望去, 它的发展可分为三个阶段。

1. 初期阶段。

1996年, 国家环保局发布的《排污口规范化整治技术要求 (试行) 》中规定:重点整治的排污口应安装流量计, 污水的排污口设置堰口以便能够计量处理量。所以最初的在线监测系统就是简单地在排污口安装流量计和采样器。20世纪末期, 国产水质COD在线监测仪器在我国很多环保事业单位开始得到广泛的青睐, 并在一些重点省份、重点行业开始推广, 这时COD自动检测工艺的研究开始深入。这个时期大多使用的都是重铬酸钾氧化原理的COD在线监测仪器, 这在当时是一种全新的产品, 但此产品受温度、酸碱度的影响大, 稳定性差;市场和管理人员对该工艺缺乏认识, 资金和人力投入少, 设备粗简, 不能形成相应的规模;经济的发展状况也使得水质的在线监测呈现了达多贫少的不均匀分布形式格局。所以这个时期技术的特点表现为:产品较单一、质量不稳定、生产规模小、安装量小等特性。

2. 发展阶段。

经过一个时期的使用和钻研, COD自动在线监测仪技术在各个方面都有了本质性的成熟。国家环境保护总局对该项技术也提出了相应的要求, 环境监测仪器质量监督检验中心还对COD在线监测仪器进行了适用性检测, 不到四十家企业的产品通过了检测。在这个时期, COD自动在线监测产品开始逐渐呈现多样化、生产企业急剧增加、质量逐渐稳定化、市场多元化等可观的前景。这个时候出产了COD、NH3-N、TOC、TN、TP水质五参数等以前有或没有的在线监测仪器;最重要的是设备零件的精密性提高, 带来了产品质量的稳定性提高;企业们看见水质监测技术一步步地逼近市场、开始占据市场、立足市场, 巨大的诱惑引发很多企业的青睐。

3. 信息发展—网络化阶段。

在2006年以后, “污染源减排三大体系能力建设”项目实施后, 凡是COD污染负荷在60%以上的污染源必须安装监测仪器, 并需联网运行, 安装数量增多、运行规范性及专业性增强, 对水质在线监测仪器的发展起到了推动作用。

四水质在线监测系统的技术前沿

1. 重金属在线监测技术。

由于重金属污染有危害性, 对重金属污染进行监控变得日益紧迫, 当前监测仪器基本是靠进口, 其价格昂贵。为了填补国内空白, 一些重金属监测系统在电子工业发达地区已有小规模的安装。但是与国外相比总有些差距, 这方面技术还有待开发。

2. 水质毒性在线监测技术。

监测水质时, 水的毒性监测是必要的。水中的有毒物质包括硫化物、酚、氟、COD、Cl2、重金属等, 发光细菌与不同毒性物质反应表现出不同的效应, 可用驯化后的光杆菌作为毒性的判断指标。

发光细菌监测水质毒性具有简便、灵敏、适应性强、用途广、定性或定量有毒物质精确、准确度好 (误差小于10%) 、速度快、检测范围宽 (包括铬、镉、铜、铅、镍、汞等重金属离子, DDT、有机磷等农药、洗涤剂、溶剂等有机和无机有毒物质) 、检测费用低、适应性强, 操作灵活, 可在现场也可在实验室检测等优点。缺点是我国只有极少代理销售的公司, 没有一个独立生产在线监测水质毒性系统的企业, 所以该系统在我国有很大的发展空间。

3. 生物传感器的应用。

生物分子具有令人难以置信的识别功能, 具有快速、连续在线监测等优点, 不同的待测物质都有着各自对应效果反应的生物分子, 生物分子与待测物反应, 将反应现象转化为电信号的形式表达出来, 以此来分辨待测物质所属物系。现在许多污染监控领域上已经运用了很多生物传感器, 一些发达国家还采用了冷光型的生物传感器。纵观生物传感器的特性可知, 它对水质污染剧毒性物质的监测起到独具一格的作用, 生物传感器将得到更广泛的应用。

4. 荧光法的应用。

荧光法是用320 nm波长、430 nm荧光强度测定有机污染物并能测出水中溶解态有机污染物的方法。其中在260 nm测定DOC的UV有较大的相关性, 灵敏度和精确度都比UV法好。荧光法在当前有很好的应用前景, 并在中国环境监测站已直接使用。当前的代理销售企业有北京的一些器材、科技等公司。

5. 酶联免疫法 (ELISA) 的应用。

生物法中, 当生物分子为酶和抗体时, 可采用酶联免疫法、聚合酶链式反应以及表面胞质团共振检测等。电极、光化学装置及石英等为转换器。具报到生物检测法 (ELISA) 可用二恶英来进行处理。对地表水和饮用水监测以测大肠菌群为主。自动监测不仅可以减少人工的工作强度, 而且与培养法有完全不同的理念, 即为生物、化学发光法。其原理为当前最新发展技术, 对毒性化学检测有以下特点:

(1) 灵敏度高, 用量少即可完成检测;

(2) 选择性好, 方法简单并且速度快;

(3) 能得出污染物对生态影响的直接信息;

(4) 成本低, 且能实现自动化和多样同处理快速测定。

ELISA的水和土壤的检测方法已被我国颁布采用。

五水质在线监测系统的展望

此系统在发展过程中所存在以下问题: (1) 企业规模小且产品集中度低, 没有长远意识使产品没有竞争力。 (2) 不仅在技术方面没有优势, 产品单一, 在质量上也没有保障。 (3) 由于流动资金少, 使发展空间受到了限制。

加强核心技术的研发是国家、排污企业奋斗和生存的竞争武器。在环境监测的多样变化下, 为实现产品多样化和增强企业的竞争力, 应多与高校共同协作研究。设置行业进入门槛时要对仪器和企业进行合作和引导。为了增加支持力度, 要出台相应的优惠政策, 并加快现代化企业的建设。在市场上、销售上、人才上都要有相应的优势和规范。随着环境管理的不断加强、仪器种类的不断增多, 不适应的规范还需进行修订, 如验收周期长、工作量大、低浓度指标等严格问题。

1. 控制产品质量, 执行环境监测仪器认证制度。

在监测管理中, 首先要建立发展规划和技术政策, 确定发展方向, 避免盲从。要通过环境监测仪器的技术水平和质量状况进行适用性检测, 并进行公布。

2. 规范化运营与管理。

在当前, 规范化的运营已是迫在眉睫。对运营单位进行资质认可, 对人员进行持证上岗考核, 环保部出台了管理办法, 并进行了专业化方向转变。

3. 产业发展。

智能水质连续监测传感器网络系统 篇11

水是生命之源,也是国家经济和社会发展的重要基础资源。随着粗放型经济的迅速增长,我国的水资源危机却日益严重:人均水资源占有量约为2200m3,是世界人均值的1/4,水体污染日益严重,生活和工业污水正迅速地侵蚀我国的江河湖泊等水体,湖泊水质富营养化日益严重,目前1/3左右的湖泊(水库)出现了不同程度的污染[1]。因此,科学地开发、管理和保护水资源是当务之急,而水质监测是管理和保护水资源的重要前提和手段。

2 现行水质监测方案存在的问题

目前水质监测的主要问题在于无法连续对每一段河流以及各个水库进行时时监管,现有的系统要求数据采集人员不间断地监测江河湖泊的水质情况,可操作性较差。针对此情况,本文将重点讨论开发可连续监测地系统,从而可以覆盖很长的距离,甚至延伸到偏远地区的水域。传感器一旦监测到水质变化,立即向数据中心发出信号,数据中心进行数据处理,获知河流的任何参数变化[2]。该系统解决了现行水质监测方法无法全面实时监测的问题,节约了人力,提高了工作效率,对于保护水质具有现实意义。

3 整体方案设计

3.1 系统总体框架设计

图1所示是河流水质监测系统的总体结构,设计了一段河流的水质监测情况,有三个传感器投放点,分别是监测站1、监测站2和监测站3以及信息传输网络。该系统的主要硬件包括:用于系统控制的微型处理器或者上位机、光纤光栅技术的各类传感器、信息网络等。

传感器监测站可以投放在任何需要监测水质的地点,根据实际需求可以投放不同功能的传感器,这样就可以用来检测所需的参数[3]。本系统采取先进的光纤光栅技术传感器,可以完成温度、流速、液位等的监测,光纤光栅传感器可以抗电磁干扰,电绝缘性好,耐腐蚀,体积小,传输损耗小,容量大,可以实现多点远距离遥控监测。

传感器监测到的数据传输给监测站,监测站进行数据分析,再将分析的结果以图像或数表反映出来。如果有任何危险情况发生,数据中心当即发出GSM控制信号或者向上级汇报,及时处理,保护河水和水库水资源的安全。在所构建的模型中,每个监测点被连接到一个不同的电子传感器,以检测不同的参数,如:p H值、油污泄漏检测,水位和水流的变化,监测站使用该系统可以检测到被测位置处理后的实时数据。目前光纤光栅技术传感器可以测量的参数包括:油污、水的p H值、水位和水流量等,随着光纤光栅技术传感器的不断发展,越来越多的水质数据可以测量出来。

3.2 信息处理系统

在对图形数据信息进行处理时,该系统将检测到任何监测站的光纤光栅位置变化。如果发生变化,系统将会立刻处理,并且发出警报信号,在此过程中,该系统不会停止监测,而是连续监测波长变化情况[4]。以下详细说明p H值检测功能。当p H值变化时,光纤光栅传感器的电压信号将被转换为光信号,然后将光纤光栅传感器的光信号转变为最大波长。光纤光栅传感器发出的光信号的中心波长用波长计测量,然后将测量出的波长信息传输给计算机,等待计算机进一步处理信息。通过数据处理后将监测位置的具体数据显示在安捷伦VEE仪器上,然后根据数据处理结果发出相应的警报信号,并且将数据向上级反映,以便采取进一步行动。整个过程如图2所示。

光纤光栅传感器的接口是:电子传感器通过电子接口、光纤光栅接口与光纤光栅传感器相连,如图3所示。任何电子传感器都可通过接口连接到监测水质参数的光纤光栅器夹持器上,也可以耦合到任何监测网站的光纤线上。按照系统的工作情况,当传感参数变化时,电子传感器就会产生相应的输出电压。例如:如果水流速度值传感器检测到水的流速值为A时,则这个传感器就会给出A值对应的输出电压值。该输出电压将触发光纤光栅的夹持器,光纤光栅的夹持器会引起一定量的压力,从而导致光纤光栅的中心波长偏移,监测站波长计将检测到这种变化的信息。

该项目的实验室设置非常简单,旨在测量水质参数。光纤光栅传感器可以在各个监测站点连接光纤电缆。电子传感器输出电压控制光纤光栅传感器,通过光纤光栅的夹持器传递给光纤光栅传感器,从而使光纤光栅传感器发生相应的变化,光纤光栅传感器输出产生一定的压力。波长实现连续检测,并且可以在光纤中显示任何波长的变化。测量出来的数据可以显示在安捷伦VEE上,从而实现对水质p H值、油污、水位和流速的实时监测。

4 结果与讨论

本文通过对油污进行监测,论证方案的可行性。系统中采用的油污探测器是传统探针油污探测器,首先将该传感器的2探针放入水中,通电后,电流流过水体,通过观察液体电阻值的变化,监测油污。如果被测液体中只有水,那么该液体的导电性会很强,电阻会很小,而如果该实验是水和油的混合物,则该液体的导电性会变差,电阻会增大,这是根据油污对水的电导率影响规律开发出来的。模拟电压以单片机为输入电路,将模拟电压转换为脉冲宽度调制,驱动伺服电机。伺服电机耦合到光纤光栅夹持器,从而控制压力变化。不同的液体会产生不同的电压信号,不同的电压信号会产生不同程度的压力,不同程度的压力产生的波长通过波长计可以测量出来。

实验表明:当液体中只有水时,平均输出电压为2.08V,平均转换波长为1553.614nm,而当液体中含有水和油时,平均输出电压为0.75V,平均转换波长为1554.022nm。测量时使用+5.90V直流电源带动伺服电机,采用的光栅中心波长为1553.614 nm。通过波长计检测波长的变化,然后显示在安捷伦的仪器上。这一实验结果表明:如果油泄漏到河流中,通过波长检测,可以发现并及时发出警报信号。

5 结语

本文利用光纤传感监测系统实现了油污、流速和水质p H值检测系统的开发。传感器采用标准电子传感器和标准的光纤网络以及光纤光栅技术的传感器。该项目可以进一步开发和配备更多的传感器和处理、执行系统,可以进行拓展,监测更多的水质参数。

参考文献

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[2]李瑛.阿什河流域重金属元素异常源追踪[J].黑龙江科技信息,2012(28).

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