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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇水質在線監測系統，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
中圖分類號：F49 文獻標識碼：A 文章編號：16723198（2013）11017202
工業鍋爐作為一種有效的供熱壓力設備被廣泛應用于輸油行業中。水質不良是影響鍋爐安全、經濟運行的重要因素之一。沒有經過凈化的水質進入鍋爐以及鍋爐的水汽系統，在經過一段時間的運行之后，就會在鍋爐受熱面生成水垢。另外，鍋爐在高溫下與水不斷接觸會產生嚴重的腐蝕。金屬腐蝕產物融入水中，使鍋水的含鹽量增加，進一步促進了水垢的形成。水質的惡性循環不僅會縮短鍋爐的使用周期，而且給鍋爐附屬設備的正常運行造成不良影響。因此，要時刻加強對鍋爐水質的監測和控制。
目前，企業內部鍋爐操作人員每兩小時對鍋爐水質進行檢測，以保證鍋爐的安全運行。但是傳統的人工化驗在實際操作中表現出種種弊端，比如：人為誤差的存在，易受環境變化的影響，穩定性和準確性差等特點，最重要的是人工化驗不能實時監測水質狀況，適應不了自動化生產的需要。而引入水質在線監測系統可以實時的在線監測，測量精度高，在一定程度上減小了環境因素對測量結果的影響，同時節省了人力、物力。因此，鍋爐水質在線監測系統得到了廣泛的應用。
1 洪湖站水系統概況
洪湖輸油站鍋爐額定蒸發量為20t/h，蒸汽壓力為125MPa，屬于鍋外水處理的低壓自然循環蒸汽鍋爐。洪湖輸油站鍋爐原水為王洲村水廠來水，站內鍋爐水處理工藝流程（見圖1）：王洲村水廠來水依次進入消防水罐、原水罐、穩壓水箱、活性炭過濾器、精密過濾器、高壓泵、反滲透裝置，經鈉離子交換器軟化后，進入軟化水罐，再經除氧水泵加壓進入低位解析除氧器，除氧水經除氧水箱密閉儲存后經補水泵加壓流入冷凝水罐，通過冷凝水余熱加熱進一步除氧后由給水泵上水進入鍋爐。
圖1 洪湖輸油站鍋爐水處理工藝流程示意圖2 水質在線監測系統組成
根據工業鍋爐水質國家標準GB/T 1576-2008，對于額定蒸汽壓力在1.0-1.6MPa之間的蒸汽鍋爐，為保證鍋爐的安全運行，給水中的硬度、PH值、溶解氧、油含量、全鐵、電導率，以及鍋水中堿度、PH值、溶解固形物、磷酸根、亞硫酸根、相對堿度必須保持在一定的范圍內。另外，洪湖輸油站鍋爐給水采用的是低位解析除氧原理，并未使用亞硫酸鹽除氧劑，因此不對亞硫酸根進行監測。同時，站內鍋爐為全焊接結構鍋爐，不對相對堿度進行監測。
2.1 監測點設置
鍋爐給水和鍋水不同水質參數監測點位置的確定關系到整個在線水質監測系統的平穩運行。合理的監測位置的設定不僅能反饋當前位置的水質狀態，還能間接反映出系統中各種附屬設備的運行情況，方便操作人員辨識鍋爐運行中所遇到的安全隱患。
鍋水水質的監測點一般設置在鍋水取樣點處，便于集中管理，如圖1監測點1號位置，監測項目有堿度、PH值、溶解固形物、磷酸根。
給水水質監測點的位置比較復雜，具體情況如下：
監測點2號位置（即軟化水罐之后）監測濁度和硬度。目的是為了考察鍋爐給水濁度和硬度是否達標。如果濁度超標，可能是站內活性炭過濾器、精密過濾器沒有清洗，或者是反滲透系統的RO膜沒有定時更換；如果硬度超標，可能是鈉離子交換樹脂“中毒”，交換劑層高度不夠或運行速度太快，鈉鹽濃度太大，反洗閥門或鹽水閥門泄漏。
3號位置為溶解氧監測點。溶解氧控制值適用于經過除氧裝置處理后的給水，此外除氧水箱為在線溶解氧測試儀提供一定的穩壓環境，因此，將溶解氧監測點定在除氧水箱之后。
4號位置為電導率、PH和含鐵監測點。這三個參數點設置在鍋爐給水線上，是為了更直接地了解鍋爐給水的品質。
5號位置為含油監測點，處于冷凝水罐的回水線上。主要考慮鍋爐換熱器的冷凝水中是否帶有含油雜質。
2.2 水質在線監測系統組成
2.2.1 系統硬件配置
水質在線監測系統由監測層、傳輸層、監控層三層配置組成，其配置結構如圖2所示。監測層設備主要為11臺在線水質分析儀，分別為工業濁度計、水硬度在線監測儀、工業PH計（2臺）、工業溶氧儀、含油分析儀、在線鐵離子檢測儀、工業電導率、工業堿濃度計、總固體溶解控制測定儀、工業在線磷酸根分析儀。這些儀表均采用高精度AD轉換和單片機微處理技術，能完成測量、量程自動轉換、儀表自檢等多種功能。電流輸出采用光電耦合隔離技術，抗干擾能力強，實現遠傳。具有良好的電磁兼容性。儀表采用RS485通訊接口，方便聯入計算機進行監測和通訊。
圖2 水質在線監測系統的配置系統配置圖由于本監控系統采集數據種類較多，為實現系統穩定、安全、高效運行，傳輸層設備主要為由兩臺計算機控制的冗余以太局域網，實現各個PLC站、上位機之間數據的傳輸。計算機通訊網絡采用開放式10/100M標準以太網TCP/IP通信服務。物理接口為10BASE-T/100BASE-TX （RJ45），傳輸介質為雙絞線或光纖。
監控層設備主要為2臺工作站（Windows以上版本操作系統）采用CPU冗余配置的法國施耐德公司Modicon Unity Quantum 140 CPU 671 60可編程邏輯控制器（PLC），Modicon Quantum系列I/O模塊以及與之配套的8口以太網交換機，完成現場參數的采集、轉換與控制功能。Unity Quantum CPU使用可擦寫存儲器技術，支持控制器的執行存儲和指令集。Modicon Quantum系列I/O模塊與11臺在線水質監測設備的接口相匹配。所有I/O模塊均可通過Unity Pro、Concept或ProWORX進行完全配置。系統選用了Modicon Unity Quantum 140 AVI 04000型號模擬量輸入模塊，輸入電流線性測量范圍為4-20 mA。輸出模塊為Modicon Unity Quantum 140 DDO 84300型號數字量輸出模塊。系統所涉及的11臺在線水質監測設備、電磁閥、變送器等設備電纜均接到PLC機柜內，實現數據的集中采集和控制功能。另外，還有1臺報警打印機、1臺報表打印機等附屬設備。
2.2.2 系統軟件配置
控制系統軟件由上位機監控組態軟件和PLC編程軟件組成。上位機監控組態軟件主要控制系統的操作和監控，上位機可以對PLC數據的讀寫進行監控，實現生產區工況數據的采集、傳送以及調度的自動化和信息化。
上位機監控軟件為基于Windows 2000操作系統的InTouch 10.0 HMI組態軟件。可用于可視化和工業過程控制。通過使用Wonderware智能符號使用戶可以快速創建并部署客戶化的應用程序，連接并傳遞實時信息。InTouch應用程序可以從移動設備、瘦客戶端、計算機節點、以及通過Internet進行訪問，從而在很大程度上提高運行和工程的生產率。
PLC編程軟件為法國施耐德公司開發的Unity Pro4.0軟件，用于Modicon Premium、Quantum以及Atrium PLC。編程語言有5種標準的IEC 61131-3以及C++。同時與Concept和PL7程序兼容。Unity Pro4.0軟件嵌入了開放的XML技術，利于數據交換和定制。以下為PLC控制系統主程序流程圖見圖3。
圖3 PLC控制系統主程序流程圖現場監測儀表內部的變送器將化學信號或電化學信號轉化為4-20 mA的電流信號，I/O模塊將電流信號轉化為PLC所需的數字信號，PLC與通信設施實現向上一級提供工藝流程圖、動態數據畫面、歷史曲線、報表顯示、數據存儲、設備狀態監控與報警提示、遠程操作等多種功能。每種水質參數都顯示在對應的組態控制界面上。如果水質參數符合要求，報警指示燈顯示為綠色，復位按鍵不能點擊；若水質參數超過報警值，組態界面的報警指示燈顯示紅色，復位按鍵可點擊。從界面上可直觀地判斷鍋爐給水和鍋水的水質不合格狀況，從而快速采取解決措施，提高工作效率。
3 結束語
通過采用先進的軟硬件配置實現鍋爐給水和鍋水水質的在線監測，有效地提高了勞動生產率，實現了水質的自動化管理，節省了人力、物力；通過對采集到的水質數據進行分析，能夠準確掌握鍋爐的運行情況，為鍋爐的節能降耗提供理論依據。
參考文獻
[1]趙振榮.鍋爐的水質分析與控制[J].水處理技術，2003，（5）：4546.
【 關鍵詞 】 物聯網；南美白對蝦養殖；在線水質監測；在線水質監測系統
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
世界各國，特別是許多亞熱帶氣候國家都在大力發展南美白對蝦養殖業，廣東省南美白對蝦養殖業已成為農民發家致富的一條重要途徑。南美白對蝦生長快，肉質佳和產量高，深受消費者的歡迎。但在養殖過程中，南美白對蝦經常由于養殖水質問題而會發生多種病害，特別是桃拉病毒的流行病，使養蝦業受到巨大的損失。
目前亞熱帶南美白對蝦養殖產業仍是靠天、靠經驗、粗放式的傳統養殖模式，在養殖過程中水質監控及管理手段落后，水質及環境信息實時監測水平低、投餌、施藥、施肥不科學不合理，極大地惡化了南美白對蝦的生存和生長環境，極易造成對蝦疾病的爆發，給養殖企業及個人帶來巨額經濟損失。上述等突出問題已成為制約水產養殖業發展的重要技術瓶頸，因此對南美白對蝦養殖水質參數進行有效監控，降低養殖風險，促進亞熱帶南美白對蝦養殖產業可持續發展具有重要的科學意義和應用價值。
2 對傳統南美白對蝦養殖水質監測的分析
目前常用的水質自動監測是以在線式自動分析儀器為核心，運用傳感器技術、自動測量技術、計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通信網絡組成的一套在線監測體系。與常規方式相比，水質自動監測技術及裝置有很多優點，但仍存在很多問題。
（1）在熱帶亞熱帶地區暴曬高溫、潮濕、水環境腐蝕嚴重的室外對蝦養殖池塘環境下，水質自動監測系統適應惡劣環境的能力差、設備故障率高、運行穩定性差、或者建設費用過高導致不宜大范圍安裝應用。
（2）設備自動化程度低，系統組網技術單一，監測的參數少、實時性差，難以實現遠距離的數據傳輸，不能有效對水質狀況進行全天候在線監控。雖然國外的一些發達國家有一部分先進的無線傳感器網絡監控系統，但由于南美白對蝦養殖環境、設備和技術成本等原因，并不適用于我國的實際情況。
（3）傳統的水質監測系統無法和新型南美白對蝦養殖技術相匹配，高位池地膜技術、海水提純技術等新型養殖技術的出現對于傳統監測技術來說是一場挑戰，只有不斷地更新水質監測技術才能跟上養殖技術的發展。
3 基于物聯網的南美白對蝦養殖在線監測系統的優越性
物聯網是新一代信息技術的重要組成部分。所述的物聯網是指通過信息智能感知設備、按約定的協議，把物體與互聯網相連，進行信息可靠交換和傳輸，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控與管理的一種泛在網絡。
和傳統的互聯網相比，物聯網有其顯著特征，首先，它是各種感知技術的廣泛應用。物聯網上部署了海量的多種類型的智能感知設備，智能感知設備能夠按一定的頻率和周期實時采集環境信息，不斷更新數據。其次，它是以互聯網作為重要基礎與核心，建立和發展起來的一種泛在網絡。此外，物聯網不僅提供人與物體的連接功能，還具有智能信息處理能力，能夠對物體實施智能控制，在具體應用中比互聯網具有較大優勢。
4 基于物聯網的南美白對蝦養殖在線監測系統的實現
基于物聯網的南美對蝦養殖在線監測系統提供一種節能環保、性能可靠，可實現南美白對蝦養殖領域水質多參數的實時、在線和遠程監測的基于物聯網的南美白對蝦養殖水質在線監測系統。基于物聯網的南美白對蝦養殖水質在線監測系統包括幾方面。
數據采集節點。選用北京聯創與中國農大開發的具有測溫和溫度補償功能的PH10、TS10、WL10、DO10 四類智能傳感器來對水的PH值、濁度、水位、溶氧量、溫度等五項參數進行監測，并對所采集信號進行放大和A/D轉換等數據處理后傳送至路由中繼節點。
路由中繼節點。接收所述數據采集節點傳送的數據，并將其轉發至現場控制中心。
現場控制中心。接收所述路由中繼節點轉發的數據，并對所接收的數據進行實時顯示、查詢、存儲和下載，并將其傳送至遠程監控云服務平臺。
遠程監控云服務平臺。接收所述現場控制中心傳送的數據，并運用智能計算方法對所接收的數據進行實時分析和處理，并把處理的結果至現場養殖技術人員的計算機或手機上，為調控水質提供決策支持。
1.集節點；2.路由中繼節點；3.現場控制中心；4.遠程監控云服務平臺；5.計算機PC；6.手機。
（1） 如圖2所示，數據采集結點包括：太陽能板，安裝在圓柱形殼體的頂端，負責向充電電池充電，充電電池向智能傳感器組、電路板和ZigBee模塊提供電源，圓柱形殼體通過位于浮漂上端的圓柱型接口與浮漂連接，充電電池、電路板和ZigBee模塊設置在圓柱形殼體內，智能傳感器組的信號線通過小孔和信號線接口與電路板連接。
（2）智能傳感器組包括：采用異步串行接口且具有自識別、自標定、自校準、自補償和自診斷功能的智能溶解氧傳感器、智能酸堿度傳感器、智能濁度傳感器、智能電導率傳感器和智能水溫傳感器。數據采集裝置可同時連接多個水質智能傳感器，不受任何限制，可根據水域，氣候，養殖特點等諸多因素因地制宜地進行相對的調整，從而達到全面在線掌控水質監測的目的。
（3）現場控制中心包括：無線傳感網模塊分別通過異步串行端口與GPRS模塊和現場TPC模塊相連接，對所述路由中繼節點轉發的數據進行實時顯示、存儲和下載；GPRS模塊將所述無線傳感網模塊接收的數據傳送至遠程監控云服務平臺。
（4）遠程監控云服務平臺分別通過互聯網或3G信道與所述計算機和所述手機進行交互；遠程監控云服務平臺運用智能計算方法對所接收的數據進行實時分析和處理，并把處理的結果至現場養殖技術人員的計算機或手機上，為調控水質提供決策支持。
5 基于物聯網的南美白對蝦養殖在線監測系統的有益效果
（1）系統采用低功耗設計，太陽能供電，環保經濟和可靠性高。
（2）系統可實現對多種水質參數連續在線監測，能實現水質的長時間在線測量，至少每隔半個小時自動對這些水質參數測量記錄一次。對養殖水環境的溶解氧、酸堿度、濁度、電導率器和水溫等多項基本參數的監測，另外可根據養殖戶的需求，可增加實現遠程視頻監控，以便及時了解水環境參數。
（3）采用的水質智能傳感與變送器，附有自識別、自標定、自校準、自補償和自診斷算法，從而保證了數據的精確性。
（4）數據處理服務器對水質數據進行實時分析與處理，在線監測數據分析和統計：監測數據能夠及時上報存儲到服務器，并可在養殖戶家用電腦或平板電腦、手機等物聯網信息終端上遠程訪問，具有自主設定水質標準，在監測參數超標時及時告警或啟動反饋控制設備進行調節，還可以建立南美白對蝦在各個生長階段的養殖水環境生長模型，系統可根據生長模型自動調節數據警報的上下限，能夠為用戶調控水質提供決策支持，從而將水質惡化事件控制在萌芽階段，減少南美白對蝦養殖風險。
參考文獻
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關鍵詞：煙氣在線監測；水質在線監測；管理制度；達標排放
中圖分類號：X84 文獻標識碼：A
近年來，隨著我國經濟的快速增長，經濟發展與資源環境的矛盾日趨尖銳，對工業鍋爐SO2、O2及廢水COD排放總量指標的測定計量及控制已成為迫切需要。唐山礦業公司作為主力生產礦井，既要為集團公司各項指標的完成提供支撐掩護作用，又要實現自身科學發展。作為全國唯一的坐落在市區的生產礦井，對各種污染物的排放控制就顯得很重要。
1 公司簡介。我公司是開灤（集團）所屬大型專業化礦井之一，其前身是開灤礦務局唐山礦，始建于1878年，是中國大陸近代采煤工業的源頭。現有三大工業遺跡：一是唐山礦一號井，于1879年2月開鑿；二是中國第一條標準軌鐵路，1881年8月，該礦正式出煤，當年產煤3613噸，同年底，唐山到胥各莊的鐵路修筑完成，此鐵路是我國建成的第一條標準鐵路；三是百年達道，1899年在一號井至西北井開鑿了這條南北走向的隧道式橋洞，稱為"達道"。至今三大工業遺跡仍在服役，因此唐山礦獲得"中國第一佳礦"的美譽。雖然歷經130多年的嬗變、發展，至今仍充滿勃勃生機。
2 以公司廢氣、廢水排放現狀為依據，建立并完善在線監測系統。目前，我公司地面污染物主要包括廢氣和廢水兩類，其中廢氣主要有中央鍋爐房、十號井鍋爐房中鍋爐燃燒過程產生的SO2等污染物，年排放量約為112噸；廢水主要是由井下抽排到地面的礦井水，主要污染物為COD，平均濃度為80mg/L。
為將我公司各個排污口實現科學化、信息化管理，適時掌握污染物的處理數據，我公司在三個位置安裝了在線監測設備。其中，中央鍋爐房及風井鍋爐房分別安裝一臺煙氣在線監測設備，用來監測煙氣達標情況，中央鍋爐房的在線監測設備與市環保局進行了聯網；洗煤廠污水處理廠安裝一臺COD在線監測設備，用來監測污水達標情況，并與集團公司進行了聯網管理。
3 以在線監測系統監測數據為基礎，保證污染物達標排放
（一） 煙氣在線監測系統。根據我公司煙氣排放情況，我公司選用目前技術領先、維護簡便的SCS-900C型CEMS在線自動監測系統。該設備的監測原理和性能符合《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》。該系統對固體污染源顆粒物濃度和氣態污染物濃度以及污染物排放總量進行連續自動監測，運用直接抽取加熱法對鍋爐中SO2、O2進行分析。并對監測數據和信息傳送到環保主管部門，以確保排污企業污染物濃度和排放總量達標。同時，各種相關的環保設備如脫硫、除塵等裝置，也依靠煙氣在線監測的數據進行監控和管理，以提高環保設施的效率。公司鍋爐房安裝煙氣在線監測監控系統之后，我部門可通過網絡隨時掌握廢氣污染物排放的準確數據，依照在線監測系統每日儲存的數據定期比對，可以有效的控制我公司污染物排放，減少污染物排放總量。
（二） 水質在線監測系統。根據我公司水質情況，我公司選用廣州市怡文科技有限公司生產的EST-2001B型CODcr在線自動監測儀。該自動監測系統采用儀器模塊化、模塊智能化、系統網絡化的設計思想，并按照國家標準方法測定水樣中COD濃度，采用重鉻酸鉀消解+硫酸亞鐵銨滴定法對污水中COD進行監測。為使陡河水質還清、使外排礦井水達到國家標準，我公司按照唐山市環保局要求，在污水處理廠安裝了水質在線監測系統，用來監測我公司礦井水中COD濃度。聯網之后，該監測設備在故障、斷電、試劑存量不足、無試樣、無洗凈水、數值超標異常等情況下都會有自動報警功能，使我公司能夠及時采取預防和應急措施，確保了公司污染物達標排放。
4 以健全完善制度為核心，促進公司節能環保工作穩步推進
（一） 完善制度。根據《唐山市重點污染源在線監測監控系統安裝運營管理辦法》的文件精神，為明確我公司在線監測監控系統使用相關單位的責任，我部門制定了《在線監測設備管理制度》及《在線監測設備考核制度》，進一步完善公司在線監測管理。為保障在線監測系統能夠長期穩定運行，我公司同綠創環保公司簽訂《B區十號井鍋爐房煙氣在線監測設備維護維修合同》、《COD在線監測設備維護維修合同》、《COD在線自動監測儀委托管理合同》等一系列維護管理合同。確保了我公司鍋爐中顆粒污染物排放達到國家標準及外排水中COD濃度達到國家標準。
我公司嚴格執行唐山市環保局統一要求，為使第三方運營全面實現，我公司同唐山市綠創環保有限公司簽訂了《中央鍋爐房煙氣在線監測設備設施進行第三方運營》合同，依據簽訂合同內容，該公司按照技術要求和規范及時會對我公司在線監測設施進行維護和運行管理，確保我公司在線監測設施穩定可靠運行，正確向唐山市環保局傳輸污染物正確數據。
（二） 日常管理。為了保證監測設備的正常運行，我部門制定了每日巡檢制度并建立巡檢臺帳，按照《現場巡查安排》每日會有一組人到各個現場查看設備設施運行情況及污水煙氣達標排放情況，將巡檢情況匯總到臺帳中，如有特殊情況及時向領導匯報，保證現場發現問題能夠及時予以解決，確保公司污染物達標排放。
5 項目實施效果。今年以來，由于污染物在線監測系統的運行，我公司的廢水廢氣排放各項指標始終保持較低水平，在環保局、城管局、集團公司環保辦等上級部門的各類檢查中獲得好評。推進污染源自動監測系統，不僅僅是為了我們方便地獲得相關污染物數據，更重要的是能利用這項先進管理技術對我公司污染物進行實時監控，及時采取預防和應急措施，從而確保我公司污染物達標排放，從環境保護角度樹立良好的企業形象。
參考文獻
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【關鍵詞】水質污染；突發性事件；應急監測；對策建議
飲用水安全及保障直接關系廣大人民群眾身體健康和生命安全。隨著澄城經濟的快速發展，人民生活和經濟建設密切依賴于城市供水，近幾年來，我縣供水水源、凈水廠、供水管網的建設和改造取得較大進展，污染源治理和飲用水監督管理力度不斷加大。但是飲用水安全問題仍然存在，縣城水源地水質不合格、污染和水量不足問題比較突出，供水管網建設落后，導致二次污染，水質監測和檢測能力不足，應急監測能力較低。水源和供水系統的污染直接危及公共安全。建立完善的水質預防監測體系，以應對突發性環境污染，迫在眉睫，是十分必要的。
一、我縣水源水質預防監測體系的發展現狀
在水資源的管理上，中國過去一直有“九龍治水”的說法，在我縣同樣如此。水保局作為水資源管理的職能部門，雖然建立了自己的水質檢測中心，但僅限于常規簡單項目的分析，隨著新的《生活飲用水衛生標準》GB5749-2006的頒布實施，水質指標由35項增加至106項，增加了71項，給水質檢測帶來挑戰和一定的難度。目前，我縣水保局正在籌建新的檢測中心，購置設備，培訓人員，提升檢測能力。
澄城縣環境保護局同樣負擔者全縣水資源污染的統一監督管理職能，其下屬的環境保護監測站經過近20多年的發展，該站的實驗環境、儀器設備、管理水平在渭南市同行業實驗室中處于領先水平，目前具備國家地表水和飲用水標準的檢測能力近40余項。
我縣歷來重視水源水質的監督監測工作，目前，縣環保局依據國家地表水環境質量標準（GB3838-2002）和地下水環境質量標準，對我縣主要飲用水源五一水庫和溫泉，進行每季一次的水質監督監測，并定期向社會公布水質狀況。我縣還建立了縣城供水水質月報制度，依據國家生活飲用水衛生標準（GB5749-2006），由縣水保局、衛生局對自來水公司的進廠原水、出廠水和管網水實施每月一次的監督檢查，并將檢測結果在重要媒體進行公示。目前，縣水保局正在承擔建立全縣范圍內的多個管網水質在線監測點的論證工作，準備對余氯、渾濁度、pH三項水質參數和壓力進行在線監測。
總體來說，近幾年來，我縣的水源水質預防監測體系得到了良好的發展，取得了令人矚目的成績。
二、我縣水源水質預防監測體系應對突發水污染事件的欠缺和不足
作為一個經濟高速發展的現代化城市，我們應該看到，我縣水源水質預防監測體系在應對突發水污染事件方面還存在欠缺與不足。
首先，從實驗室檢測能力來講，我們的常規實驗室檢測手段和工作程序不能適應突發性污染應急檢測的需要。從工作程序上來說，完成一套常規的實驗室工作程序，包括采樣、下達任務、實驗室檢測、數據匯總與分析，需要至少幾天的周期，越是復雜性污染，需要分析的項目越多，所花的周期越長，很難適應應急監測的需要。其次，實驗室檢測能力和設備主要根據國家相關水質標準設置，而突發性污染應急檢測注重的是快速檢測能力、毒性物質的快速判斷能力，包括機動監測設備，這方面的配備還有較大的欠缺。
其次，我縣五一水庫，是縣城供水保障的生命線。然而，我縣水源目前還主要依靠人工定期采樣進行檢測，檢測周期較長，檢驗結果相對滯后，不能對突發水質污染作出及時反應。
城市供水和供水管網是一個非常復雜的系統，是安全供水中的關鍵環節。供水水質督查和月報促進了我縣城縣供水綜合合格率的不斷提高，但其手段仍然是傳統的人工巡檢和實驗室監測，這種定時采樣方法數據量小，且不連續，每月一次的檢測頻率不足以反映水質連續變化。目前我縣供水水質在線監測系統還未建設，對水廠的管網水進行實時監測，可以補充了原有水質督查體系的不足，然而，如何將其整合到供水水質督查體系中高效運行，還需要一段時間的摸索和完善。
另外，目前的數據庫和水質信息網絡建設還相對滯后，每年的水質監測數據的共享和擴展性不強，導致水質信息利用的時效性較差，不同部門的實驗室數據難以得到統一、高效的利用。
我縣目前整體的水源水質污染應急預案尚不完善，這樣會影響對急性污染的快速反應效率。應該盡快完善科學的水質管理平臺，確立應急指揮調度系統，健全統籌運行機制，設置安全預警與防范系統，才能滿足水污染突發事件的應急監測與高效處置的需要。
三、對策和建議
為了保障我縣的供水安全，有必要對我縣的水源水質預防監測體系從以下幾個方面進行完善，構建反應敏捷、機動靈活、機制科學的水質預防、應急監測系統。
1.建立健全從水源地到供水末端全過程的飲用水安全監測體系，制定和完善應急供水預案。落實供水監測檢測值班制度，擴大監測范圍，增加重點監測斷面和監測頻次，建立定期會商機制。強化水廠處理措施，改善安全供水條件，防患于未然。
2.提高水質實驗室的快速監測能力
應對突發性污染需要水質實驗室建立特定的污染應急檢測工作程序，根據不同的污染類型，如有機、無機、農藥、石油類污染，制定針對的檢測方案，包括現場勘查、采樣程序、實驗室檢測項目的組合設置、檢測結果反饋途徑等，一旦污染發生則快速啟動工作程序，做到應對突發污染高效、判斷準確、跟蹤及時。
另外，必須調整實驗室能力結構，補充應急檢測儀器。一方面，發展質譜等有機物、重金屬污染的快速定性技術，另一方面，發展生物毒性監測技術、分子基因探測技術、ELISA等微生物快速鑒別技術，以便迅速確定污染物范圍和種類。
3.加快在線監測系統的建設
針對水源和供水水質污染的應急監測要求，水質在線自動監測系統能連續、及時、準確地監測目標水域的水質變化，是突發性水質污染的有效監測手段。
對我縣水源重點部位實行24小時連續監控是非常重要的，可以先選擇五一水庫取水口為試點，進行實驗運行，獲得背景參數，建立運行規程。其后，采取分批、分期的建設形式，推廣應用于我縣其他水源和取水口，設立覆蓋全縣的水源水質在線監測網絡。
在線監測系統應首先選擇體現水質污染的特征參數，例如，應用綜合生物毒性在線分析技術，能直接、迅速地體現水樣對生物體的綜合毒性；應用水生生物預警系統效果直觀而成本較低，可與水源在線水質參數監測配合預警水質污染。建議首先配備關鍵在線監測參數，并于在線監測儀器機柜預留足夠的擴充空間和接口，以便后續逐步擴大監測指標范圍。水質在線監測管理系統可以彌補傳統人工巡檢方式在即時性、全局性、連續性等方面的不足，做到對供水和管網水質的24 小時連續監測，提供早期報警信息，對管網水質變化作出迅速、正確的反應。目前我縣的信息化水質監測有了一定的發展，但范圍較小、基礎還比較薄弱，為充分發揮該系統的作用，應加強監管，完善供水水質在線監測系統監管工作程序。同時，對監測參數進一步加強和擴展，以適應城市建設的發展和國家新的水質標準的要求。
4.提高水質監測的機動能力
突發性水質污染檢測要求水質監測部門具有機動能力，移動監測車可以根據污染事故的監測需要，機動靈活地在野外現場完成水質采樣、處理和分析、污染物的追查溯源、影響范圍確定等，是應急監測的必要手段。配合應急反應監測的需要，水質監測車要注重車載應急監測儀器的配備，在面對微生物、重金屬、有機物等不同的污染類型時，充分發揮其快速鑒別能力。同時，利用車載移動信息傳輸系統，將現場情況及時反饋中樞指揮部，實現應急監測的效率最大化。
實施水質自動監測，可以實現水質的實時連續監測和遠程監控，達到及掌握主要流域重點斷面水體的水質狀況、預警預報重大或流域性水質污染事故、解決跨行政區域的水污染事故糾紛、監督總量控制制度落實情況、排放達標情況等目的。
2、水質自動監測技術
2.1水質自動監測系統的構成
在水質自動監測系統網絡中，中心站通過衛星和電話撥叼兩種通訊方式實現對各子站的實時監視、遠程控制及數據傳輸功能， 托管站也可以通過電話撥號方式實現對所托管子站的實時監視、遠程控制及數據傳輸功能，其他經授權的相關部門可通過電話撥號方式產現對相關子站的實時監視和數據傳輸或能。
每個子站是一個獨立完整的水質自動監測系統，一般由6個主要子系統構成，包括：采樣系統、預處理系統、監測儀器系統、PLC控制系統、數據采集、處理與傳輸子系統及遠程數據管理中心、監測站房或監測小屋。目前，水質自動監測系統中的子系統及遠程數據管理中心、監測站房或監測小屋。目前，水質自動監測系統中的子站的構成方式大致有三種：
（1）由一臺或多臺小型的多參數水質自動分析儀（如：YS1公司和HYDROLAB公司的常規五參數分析儀）組成的子站（多臺組合可用于測量不同水深的水質）。其特點是儀器可直接放于水中測量，系統構成靈活方便。
（2）固定式子站：為較傳統的系統組成方式。其特點是監測項目的選擇范圍寬。
（3）流動式子站：一種為固定式子站儀器設備全部裝于一輛拖車（監測小屋）上，可根據需要遷移場所，也可認為是半固定式子站。其特點是組成成本較高。
各單元通過水樣輸送管路系統、信號傳輸系統、壓縮空氣輸送管路系統、純水輸送管路系統實現相互聯系。
一個可*性很高的水質自動監測系統， 必須同時具備4個要素，即（1）高質量的系統設備；（2）完備的系統設計；（3）嚴格的施工管理；（4）負責的運行管理。
2.2水質自動監測的技術關鍵
2.2.1采水單元
包括水泵、管路、供電及安裝結構部分。在設計上必須對各種氣候、地形、水位變化及水中泥沙等提出相應解決措施，能夠自動連續地與整個系統同步工作，向系統提供可*、有效水樣。
2.2.2配水單元
包括水樣預處理裝置、自動清洗裝置及輔助部分。配水單元直接向自動監測儀器供水，具有在線除泥沙和在線過濾，手動和自動管道反沖洗和除藻裝置；其水質、水壓和水量應滿足自動監測儀器的需要。
2.2.3分析單元
由一系列水質自動分析和測量儀器組成， 包括：水溫、PH、溶解氧（DO）、電導率、濁度、氨氮、化學需氧量、高錳酸鹽指數、總有機碳（TOC）、總氮、總磷、硝酸鹽、磷酸鹽、氰化物、氟化物、氯化物、酚類、油類、金屬離子、水位計、流量/流量/流向計及自動采樣器等組成。各主要在線自動分析儀器的發展現狀將地第3節詳述。
2.2.4控制單元
包括：（1）系統控制柜和系統控制軟件；（2）數據采集、處理與存儲及其應用軟件；（3）有線通訊和衛星通訊設備。
2.2.5子站站房及配套設施
包括：（1）站房主體；（2）配套設施
3、在線自動分析儀器的發展
3.1概述
水質自動監測儀器仍在發展之中，歐、美、日本、澳大利亞等國均有一些專業廠商生產。目前，經較成熟的常規項目有：水溫、PH、溶解氧（DO）、電導率、濁度、氧化還原電位（ORP）、流速和水位等。常用的監測項目有：COD、高錳酸鹽指數、TOC、氨氮、總氮、總磷。其他還有：氟化物、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氰化物、硫酸鹽、磷酸鹽、活性氯、TOD、BOD、UV、油類、酚、葉綠素、金屬離子（如六價鉻）等。
目前的自動分析儀一般具有如下功能：自動量程轉換，遙控、標準輸出接口和數字顯示，自動清洗（在清洗時具有數據鎖定功能）、狀態自檢和報警功能（如：液體泄漏、管路堵塞、超出量程、儀器內部溫度過高、試劑用尺、高/低濃度、斷電等），干運轉和斷電保護，來電自動恢復，COD、氨氮、TOC、總磷、總氮等儀器具有自動標定校正功能。
3.2常規五參數分析儀
常規五參數分析儀經常采用流通式多傳感器測量池結構，無零點漂移，無需基線校正，具有一體化生物清洗及壓縮空氣清洗裝置。如：英國ABB公司生產的EIL7976型多參數分析儀、法國Polymetron公司生產的常規五參數分析儀、澳大利亞GREENSPAN公司生產的Aqualab型多參數分析儀（包括常規五參數、氨氮、磷酸鹽）。另一種類型（“4+1”型）常規五參數自動分析儀的代表是法國SERES公司生產的MP2000型多參數在線不質分析儀，其特點是儀器結構緊湊。
常規五參數的測量原理分別為： 水溫為溫度傳感器法（PlatinumRTD）、PH為玻璃或銻電極法、DO為金-銀膜電極法（Galvanic）、電導率為電極法（交流阻抗法）、濁度為光學法（透射原理或紅外散射原理）。
3.3化學需氧量（COD）分析儀
COD在線自動分析儀的主要技術原理有六種：（1）重鉻酸鉀消解-光度測量法；（2）重鉻酸鉀消解-庫侖滴定法；（3）重鉻酸鉀消解-氧化還原滴定法；（4）UV計（254nm）；（5）氫氧基及臭氧（混和氧化劑）氧化-電化學測量法；（6）臭氧氧化-電化學測量法。
從原理上講，方法（3）更接近國標方法，方法（2）也是推薦的統一方法。方法（1）在快速COD測定儀器上已經采用。方法（5）和方法（6）雖然不屬于國標或推薦方法，但鑒于其所具有的運行可等特點，在實際應用中，只需將其分析結果與國標方法進行比對試驗并進行適當的校正后，即可予以認可。但方法（4）用于表片水質COD，雖然在日本已得到較廣泛的應用，但歐美各國尚未應用（未得到行政主客部門的認可），在我國尚需開展相關的研究。
從分析性能上講，在線COD儀的測量范圍一般在10（或30）~2000mg/l，因此，目前的在線COD儀僅能滿足污染源在線自動監測的需要，難以應用于地表水的自動監測。另外，與采用電化學原理的儀器相比，采用消解-氧化還原滴定法、消解-光度法的儀器的分周期一般更長一些（10min~2h），前者一般為2~8min.
從儀器結構上講， 采用電化學原理或UV計的在線COD儀的一般比采用消解-氧化還原滴定法、消解-光度法的儀器結構簡單，并且由于前者的進樣及試劑加入系統簡便（泵、管更少），所以不僅在操作上更方便，而且其運行可*性也更好。
從維護的難易程度上講， 由于消解-氧化還原滴定法、消解-光度法所采用的試劑種類較多，泵管系統較復雜，因此在試劑的更換以及泵管的更換維護方面較煩瑣，維護周期比采用電化學原理的儀器要短，維護工作量大。
從對環境的影響方面講，重鉻酸鉀消解-氧化還原滴定法（或光度法、或庫侖滴定法）均有鉻、汞的二次污染問題，廢液需要特別的處理。而UV計法和電化學法（不包括庫侖滴定法）則不存在此類問題。
3.4高錳酸鹽指數分析儀
高錳酸鹽指數在線自動分析儀的主要技術原理有三種：（1）高錳酸鹽氧化-化學測量法；（2）高錳酸鹽氧化-電流/電位滴定法；（3）UV計法（與在線COD儀類似）。
從原理上講，方法（1）和方法（2）并無本質的區別（只是終點指示方式的差異而已），在歐美和日本等國是法定方法，與我國的標準方法也是一致的。將方法（3）用于表征水質高錳酸鹽指數的方法，在日本已得到較廣泛的應用，但在我國尚未推廣應用，也未得到行政主客部門的認可。
從分析性能上講，目前的高錳酸鹽指數在線自動分析儀已能夠滿足地表水在線自動監測的需要。另外，與彩和化學方法的儀器相比，采用氧化還原滴定法的儀器的分析周期一般更長一些（2h），前者一般為15~60min.
從儀器結構上講，兩種儀器的結構均比較復雜。
3.5總有機碳（TOC）分析儀
TOC自動分析儀在歐美、日本和澳大利亞等國的應用較廣泛，其主要技術原理有四種：（1）（催化）燃燒氧化-非分散紅外光度法（NDIR法）；（2）UV催化-過硫酸鹽氧化-NDIR法；（3）UV-過硫酸鹽氧化-離子選擇電極法（ISE）法；（4）加熱-過硫酸鹽氧化-NDIR法；（5）UV-TOC分析計法。
從原理上講，方示（1）更接近國標方法，但方法（2）~方法（4）在歐美等國也是法定方法。將方法（5）用于表征水質TOC，雖然在日本已得到較廣泛的應用，但在歐美各國尚未得到行政主管部門的認可。
從分析性能上講，目前的在線TOC儀完全能夠滿足污染源在線自動監測的需要，并且由于其檢測限較低，應用于地表水的自動監測也是可行的。另外，在線TOC儀的分析周期一般較短（3~10min）。
從儀器結構上講，除了增加無機碳去除單元外，各類在線TOC儀的結構一般比在線COD儀簡單一些。
3.6氨氮和總氮分析儀
氨氮在線自動分析儀的技術原理主要有三種：（1）氨氣敏電極電位法（PH電極法）；（2）分光光度法；（3）傅立葉變換光譜法。在線氨氮儀等需要連續和間斷測量方式，在經過在線過濾裝置后，水樣測定值相對偏差較大。
總氮在線自動分儀的主要技術原理有兩種：（1）過硫酸鹽消解-光度法；（2）密閉燃燒氧化-化學發光分析法。
3.7磷酸鹽和總磷分析儀
（反應性）磷酸鹽自動分析儀主要的技術原理為光度法。總磷在線自動分析儀的主要技術原理有：（1）過硫酸鹽消解-光度法；（2）紫外線照射-鉬催化加熱消解，FLA-光度法。
從原理上講，過硫酸鹽消解-光度法是在線總氮和總磷儀的主選方法，也是各國的法定方法。基于密閉燃燒氧化-化學發光分析法的在線總氮儀以及基于紫外線照射-鉬催化加熱消解，FIA-光度法的在線總磷儀主要局限于日本。前者是日本工業規格協會（JIS）認可的方法之一。
從分析性能上講，目前的在線總氮、總磷儀已能滿足污染源和地表水自動監測的需要，但靈敏度尚難以滿足評價一類、二類地表水（標準值分別為0.04mg/l和0.02mg/l）水質的需要。另外，采用化學發光法、FIA-光度法的儀器的分析周期一般更短一些（10~30min），前者一般為30~60min.
從儀器結構上講，采用化不發光法或FIA-光度法的在線總氮、總磷儀的結構更簡單一些。
3.8其他在線分析儀器
TOD自動分析儀：技術原理一般為燃燒氧化-電極法。
油類自動分析儀：技術原理一般為熒光光度法。
酚類自動分析儀：技術原理一般為比色法。
UV自動分析儀：技術原理為比色法（254nm）。具有簡單、快捷、價格低的特點。不適于地表水的自動在線監測，國外一般是用于污染源的自動監測，并經常經換算表示成COD、TOC值。應用的前提條件是水質較穩定，在UV吸收信號與COD或TOC值之間有較確定的線性相關關系。
關鍵詞：地表水；STM32單片機；水質傳感器；智能監測
中圖分類號：S273.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）16-4283-04
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.16.054
中國是人均淡水資源貧國，水資源可用量、人均和單位面積的水資源數量極為有限[1]。隨著社會經濟的快速發展，工廠廢棄物直接排放到河流中，導致水質污染日益嚴重，因此保護水環境迫在眉睫，浙江省政府為確保水質安全推出“五水共治”的政策[2]，該政策主要為了治理自來水、江水、河水等的污染問題。而水質監測就是對水環境中的污染物及污染因素進行監測，其目的是評價污染物產生的原因及污染途徑為防治污染提供技術支持[3]。因此監測水質的必要性不言而喻，依靠水質監測手段可以確定水環境控制目標及改善水環境質量狀況的效果[4]。
目前，水質監測方法主要有兩種方式：人工采集[5]和水質自動監測站。人工方式勞動強度大，檢測周期長，不能實現在線實時自動監測，難以全面準確反映水質參數的動態變化。水質自動監測站建設周期長投資成本高，覆蓋水域有限，實時監測范圍小，不能同時對多點進行實時監測[6]。若出現極端突況，水質受到嚴重污染，如工業廢水傾倒，甚至受到二次污染，則傳統的水質監測方法難以實現實時在線反映水質動態情況。因此，本研究設計了表水水質智能監測系統，該測系統可以實現自動在線實時監測。
1 總體方案設計
根據國家水質監測標準[7]，包括溫度、pH、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總磷（以P計）等項目。主要對地表水物理特性進行監測，確定將溫度、酸堿度、溶解氧、濁度和電導率5個參數作為監測對象，實現5個參數實時在線監測，在LCD顯示屏上實時顯示采集的水質參數數據，同時本地存儲數據，并通過GPRS通訊模塊上傳到遠程監控中心。
根據上述功能要求，系統主要由單片機主控模塊、傳感器模塊、數據存儲模塊、液晶顯示模塊和通訊模塊組成，系統框架如圖1所示。
2 系統硬件設計
本設計水質監測系統主要由主控模塊、傳感器檢測模塊、存儲模塊和顯示模塊以及其他模塊組成。水質檢測系統通過傳感器模塊采集水質參數，由主控模塊處理采集到的水質參數，將數據存儲于存儲模塊中，并且把結果實時顯示在LCD顯示屏上，實現實時在線監測水質參數。
2.1 最小系統
最小系統包括單片機及電源、時鐘、復位等部分組成[8]，其中單片機為整個系統控制中心。該系統采用STM32系列閃存微控制器作為主控模塊，該模塊采用ARM公司最新的Cortex-M3內核架構，具有高性能、低功耗、性價比高的特性[9]，最小系統電路如圖2所示。
2.2 數據采樣模塊
數據采樣模塊是水質監測系統的一個重要部分[10]，按照系統設計要求，該系統需實時采集pH、溫度、溶解氧、濁度、電導率5個參數。系統采用的水質傳感器型號分別為ZA-TU-A101型濁度傳感器、ZA-CDT-A101-485型電導率傳感器、ZA-DO-A101-485溶解氧傳感器的型號是、ZA-PH-A101-485型酸堿度傳感器。
除濁度傳感器采用12位的A/D轉換器與單片機進行通訊外，其余傳感器均采用MODBUS協議，通過RS485接口與單片機進行通訊。傳感器接口電路見圖3～圖7。
2.3 存儲模塊
存儲模塊是采集器的關鍵模塊，要求存儲可靠，寫入速度快、容量大，實現本地備份防止數據無故丟失[11]。系統采用SD卡（Secure digital memory card）作為存儲模塊[12]。每小時發送N組數據，每組數據有5個參數，每個參數大小為8 bit，則一天發送的數據為N×24×5×8 bit。當N=3時，采用128 Mb的SD卡，那么SD卡約能存儲一年的數據，體現了系統的可調行。
SD卡與單片機通訊模式可分為SD卡模式與SPI模式[13]，系統采用SD卡模式，該模式需要4條數據總線實現高速數據傳輸，各個引腳功能如表1所示，存儲模塊的硬件電路如圖8所示。
2.4 液晶顯示模塊
LCD液晶顯示模塊主要是為了實時顯示水質參數數據、采集時間、采集點，系統采用ILI9341型號液晶屏[14]。為了提高顯示圖片速度和圖像質量，該系統采用16 bit并行接口與單片機通訊，接口電路如圖9所示。
3 系統軟件設計
3.1 軟件開發環境
STM32軟件的開發基于IAR embedded workbench開發平臺[15]，整個軟件開發、調試和仿真都在Window7操作系統下完成。
3.2 系統主程序流程
系統工作時首先要進行初始化，需要初始化的模塊包括USART、GPGS、DS1302、KEY、GPIO、LCD等。系該統主要包括3個模塊，分別為MODBUS協議模塊、按鍵模塊、GPRS模塊，系統主程序流程圖如圖10所示。
3.3 系統主要模塊
按鍵模塊，按下鍵同時調節參數，根據按鍵功能不同操作進入數據界面。模塊中包含以下功能鍵：選擇、確認、加和減。開始進入IP地址調試，通過選擇、確認、加和減的功能鍵調試，然后對時間點及測試點進行確認。
MODBUS協議模塊，主機發送數據，通過RS485將數據發送給傳感器，然后置于接收狀態，傳感器接到主機發送的數據，并把數據返回給主機，最后將數據傳到液晶的數據口并顯示。
GPRS模塊經過IP和端口數據讀取后，進行串口初始化，發送，等待接受。GPRS模塊首先配置APN進入TCP功能，打開一條TCP連接，每隔1 h發1次，每次發3組數據到TCP終端，直至1 h后關閉GPRS。
3.4 遠程監控中心模塊
遠程監控中心的地址為http：//60.190.216.49：8002。
4 系統的實現
4.1 試驗準備及過程
系統試驗測試地點分別選取浙江農林大學東湖、臨安苕溪河、臨安東湖水庫。時間分別于2015年1月27-29日、1月30日、2月2日對3個地點進行水質監測。系統實物如圖11所示。
上電開機并完成設備初始化后，設備每隔1 min定時采集傳感器數據并通過LCD液晶屏實時顯示數據，將數據打包封裝后通過GPRS模塊上傳至遠程監測中心。為了系統備份的需要，采集的數據同時存儲于本地SD卡中。根據遠程監測中心獲得的數據用Excel軟件進行分析處理后可得表2。
4.2 數據分析與討論
本試驗主要對水質的濁度、酸堿度、溫度、溶解氧、電導率5個指標進行監測。根據地表水環境質量標準基本項目標準限值以及地表水水域環境功能和保護目標可知[16]。由表3可知，浙江農林大學東湖水質符合Ⅰ類水標準，臨安東湖村水庫和臨安苕溪河水質符合Ⅱ類水標準。同時，根據臨安苕溪河濁度大于東湖水庫的濁度。結果表明，浙江農林大學東湖的水質優于東湖村水庫、臨安苕溪河。
5 結語
本研究開發了一種能檢測水質溫度、酸堿度、溶解氧、濁度、電導率5個水質參數的監測系統。該監測系統能在液晶顯示屏上實時顯示數據，本地存儲數據通過GPRS模塊發送至遠程監測中心。通過對浙江農林大學東湖、臨安東湖村水庫、臨安苕溪河3個地點的河流水質實時監測，處理水質數據，表明浙江農林大學東湖的水質優于東湖村水庫、臨安苕溪河。該系統試驗過程中運行穩定，具有低功耗、低成本、配置靈活、應用范圍廣、環境適應力強等特點。
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【關鍵詞】水質自動監測；系統；問題
引言
通過利用現代計算機應用技術、傳感技術、自動測量技術、通信技術以及自動控制的相關技術，建設一套綜合性的水質自動監測系統，其主要核心是水質自動分析儀器。隨著我國不斷出臺相關環境管理政策以及眾多要求，對于水質的實時監測就顯得越來越重要，及時建設地表水質自動監測系統成為了目前必須實施的一項重大項目。但是由于我們在這方面仍然處于剛起步階段，所以建設過程中有眾多問題都需要研究分析，最后給出相應的解決方案。
1 水質自動監測系統的構成
一般來說，水質自動監測系統（on-line Water Quality Monitoring System）主要由以下幾個部分構成：分析測量單元、采水單元、預處理單元、輔助單元、數據采集和傳輸單元、過程邏輯控制（PLC）單元、遠程數據管理中心等，并且各個單元之間相互聯系，實時通信，它們之間主要依靠水樣輸送系統、信號傳輸系統、純水輸送系統、壓縮空氣出送系統等一系列處理系統進行相互聯系通信。該系統是一套以在線自動分析儀器為核心，運用自動測量技術、計算機應用技術、現代傳感器技術以及相關的通訊網絡和專用分析軟件所組成的自動檢測系統。該系統集采樣、預處理過濾、數據采集、儀器分析及存儲的綜合功能于一體，實現了水質的在線自動檢測，并具系統具備擴展工程，可根據需要增加檢測項目和軟件升級。（期系統結構見圖1，虛線部分為自動站組成部分）
2 水質自動檢測系統的功能特點
（1）系統高度集成，儀器、管道-體化，機電、防腐蝕，防堵塞，防雷電，抗電磁干擾。
（2）系統采用開放式屏架結構，操作方便，自由組合，實時性強，動態范圍廣，組網靈活。
（3）該系統具有檢測項目超標和一起狀態信號顯示、報警工程；并運用通訊和分析軟件采集統計和處理在線自動檢測數據，可生成年、季、月、周、日的平均數據以及各種監測、圖表（棒狀圖、對比圖、曲線圖多軌跡圖等）。
（4）系統可以自動運行、停電保護、維護檢測狀態測試、來電自動恢復功能，便于維修和應急故障處理等功能。
3 在地表水水質自動監測系統建設過程中應注意的若干問題
3.1 水質監測系統的穩定性
我們在建設監測系統的過程中，首先要考察研究所有可能影響系統穩定性的因素，即就是要在建設初期進行相關調研，分析來自檢測儀器以外都存在那些干擾因素，并且通過對這些干擾的研究做出相應的排除干擾的方案。例如：檢測過程中水體的流動快慢對溶解氧帶來的干擾；礦物質以及長菌污染對系統監測的干擾；水體中酸堿度受到水體中氯離子的干擾等等。
3.2 系統建設過程中要充分考慮水體的特性和功能
在監測系統的建設過程中，我們有很多的外部因素需要考慮。比如：假如我們要將監測系統建設在河流旁邊，我們就必須考慮到以下幾個方面：第一，要考慮到河水的流量；第二，要考慮到河流的深度；第三，要考慮到河水水流速度；第四，還要考慮到河流的漲落潮等一系列的人文因素，與此同時，我們還要考慮到河流的使用功能，比如航運等。我們可以依靠河流中的懸浮物以及礦物質所含比重，并且參考其他相關監測指標，在河流旁邊選擇較為合適的監測點進行監測任務，通過對這些特殊監測點的實時監測，我們就可以根據數據分析分析出這一地域在每一時期的水質情況，為相應的工作作為實驗數據參考。
3.3 在系統建設過程中要充分考慮外部環境因素的影響
在建設水質自動監測系統過程中，我們應當充分考慮外部環境因素對系統的影響。首先，我們在建設系統時，水質監測站的主體結構通常采用的都是以混凝土為主要的原料，處于防護考慮，應該在監測站的周圍設置響應范圍的防護措施，以防止遭到人為的破壞；其次，我們還應該考慮到自然因素可能帶來的影響。主要需要考慮的包括以下幾點：粉塵以及腐蝕性氣體對相關儀器設備的腐蝕程度；系統的溫度是否需要借助空調等制冷設備進行調節；監測站地區的濕度以及降水量對相關設備的影響程度。一般的水質監測系統的內部配置都會包含以下系統：照明以及電源控制系統、數據的傳輸系統以及水樣的排水系統、檢測取樣以及儀器的系統等。所以，在建設規劃過程中，在站點內部要配置足夠大的面積來放置這些系統，并且可以對這些系統以及周邊的儀器進行人工維護。在對監測點地址進行選定時，應該綜合考慮交通、通訊以及自然環境對其可能的影響。通常情況下，我們會選擇污染源較為集中的上游或者下游作為監測站選址；在選址時盡可能不要破壞其周圍的自然環境，并且要便于管理；還有就是應該使進水口與監測站之間的距離越短越好。
3.4 系統取樣和過濾時要注意的問題
在這一自動系統運行中，其取樣過程與過濾過程有許多問題需要注意。在取樣時，我們要充分考慮該系統在長時間取樣的狀態下，有可能管道會因為泥沙、長菌等長時間堆積造成堵塞，這樣不但會造成取樣不暢，更重要的是會污染水樣。所以，我們應該在以下幾方面加強注意：第一，關于水樣采集系統。一般來說，水樣采集系統常采用雙泵取樣系統或者是雙過濾系統，在此基礎上，人們通常還會應用流量傳感器判斷管道是否堵塞或者判斷采樣泵是否發生故障，還可以通過采用管道自動清洗系統以及自動殺菌系統自動清洗污染物以及細菌的有機物，從而消除這些物質對水樣的污染；第二，通常影響進水的因素包含以下幾點：
（1）當河流處于豐水期或者枯水期兩個不同的時期時，造成的水位變化會嚴重影響進水取樣口的深度造成嚴重影響；
（2）由于河流中的不同水質，即正常水質或者異常誰知也會嚴重影響取樣；
（3）無法預期的暴雨也會嚴重影響進水口；
（4）假如進水口一旦堵塞，就會嚴重影響取樣。因此，這些問題在系統取樣以及過濾時要非常重視。
3.5 水質監測站點的管理、維護以及保養工作
建設這樣一個監測站其投資是非常高的，所以我們應該配置相關的管理人員對其時刻進行看護以及維修，并且應該對這些管理人員進行相應的技術培訓，保證其有能力勝任管理工作。通常來說，系統設備的保養工作主要涉及以下幾個方面：定期清洗和校正相關設備；及時、準確地判斷異常情況以及排除故障。
4 總結
隨著人們生活水平的不斷提高，人們對生活質量的要求越來越高，這些年來，已經建設的自動監測系統已經為相關部門提高了很多重要的數據，為國家的相關決策提供依據，所以我們必須將建設一個高效益的系統作為工作的重中之重，這次過程中我們也必須考慮到上述的相關問題。
參考文獻：
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關鍵詞： 無線傳感器網絡；水產養殖；水質監測；ZigBee
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）05-0263-03
Monitoring of Water Quality in Aquaculture Based Wireless Sensor Networks
ZHANG Lin-jiang，LIU Zhi-long，TANG Guo-pan
（Henan University of Animal Husbandry and Economy， Zhengzhou 450011，China）
Abstract：Water quality of aquaculture enterprises related to aquatic animals living environment， directly affect the economic efficiency of enterprises. Through wireless sensor networks， real-time monitoring of water quality in aquaculture. Sensor detection points each pond obtain pond water temperature， dissolved oxygen value， pH and other parameters； wireless sensor network each node sensor data collected by the route summary， through GPRS module remote in time to the monitoring center； water quality index system based on the data， thus develop appropriate water quality regulation measures or automatically start the appropriate equipment to regulate water quality， to achieve water quality monitoring homes pond.
Key words： Wireless sensor networks； aquaculture； water quality monitoring； ZigBee
長期以來，我國水產養殖企業多以追求產量、短期經濟效益為目標，保護養殖水質意識淡薄，養殖病害逐年加重，時有藥物濫用現象發生，養殖水域環境遭到不同程度的破壞，水產品質量安全得不到有效保障，解決水產養殖水質狀況已經成為水產養殖業持續健康發展的重要研究方向。水質良好程度對水產養殖（魚、蝦、螃蟹等）具有十分重要的作用。從水產養殖環境的角度出發，及時掌握水產養殖水質變化，有效規避養殖風險，提高養殖產量，建立成本合理、反饋實時性高的水質監測網絡才能有效保障養殖安全。
1 水產養殖水質監測現狀分析
目前，國內水產養殖業大多還是通過人工取樣、化學分析的檢測方式進行水質監測，耗時費力、實效性差，一些水質指標的檢測還需要有專業人員進行操作。由于市場上的水質監測儀器價格昂貴，各水產養殖公司、水產研究機構和水產院校除極少數配備了以外，一般單位不會采用這種監測儀器。隨著水產養殖業的信息化技術的發展，水產行業將發生經營手段的轉變，逐步選擇先進的、成本低廉的水質監測系統服務于養殖作業流程。
2 無線傳感器網絡水質監測技術
本研究基于無線傳感器網絡，通過ZigBee、GPRS、視頻監控等信息化技術手段，實現水產企業遠程水質環境信息監測，順應信息化時代的要求。
2.1 無線傳感器網絡
無線傳感器網絡主要包含有節點、網關和軟件。在無線傳感器網絡中，測量節點與傳感器連接，路由器就是一種測量節點，它能延長無線傳感器網絡的傳輸距離，并能增加可靠性。數目巨大的傳感器節點通過隨機或固定布撒的方式，布置在給定的監測區域，每個節點收集監測目標區域的信息，采集到的數據通過多跳的方式傳送到網關節點，稱為匯聚節點（sink節點）。匯聚節點將收集到的數據直接或通過互聯網和衛星上報給管理者。使用軟件平臺對數據進行采集、加工、分析和顯示。無線傳感器網絡如圖1所示。
2.2 ZigBee
本研究所采用的ZigBee技術是一種成本、功耗和速率都較低的雙向無線通訊技術。主要用于短距離、低功耗、傳輸速率要求不高的各種電子設備之間進行數據傳輸，可工作在2.14GHz、868MHz和915MHz3個頻段上，它的傳輸距離在10m至75m的范圍內。具有ZigBee功能的設備能非常容易的在一個小范圍內組成臨時專用網絡，方便地建立一種標準的無線連接，取代有線電纜進行數據傳輸。
2.3 傳感器
傳感器能按一定規律能將感受到被測量的信息轉換成為電信號，輸出其他所需形式的信息，滿足信息的傳輸處理和存儲等要求。傳感器的智能化讓物體有了人類一樣的觸覺、味覺、嗅覺等感應器官。使用環境監測傳感器采集池水溫度、PH值、溶氧值、亞硝酸鹽、氨氮、硫化氫、CO2濃度等衡量池塘水質好壞的環境信息，監控養殖場環境，確保養殖安全。
2.4 GPRS
GPRS（General Packet Radio Service），是一項基于GSM系統高速數據處理的無線分組交換技術，以"分組"的形式傳送資料到使用者，提供端到端與廣域的無線IP連接。本研究通過GPRS網絡實現了水質監測數據的遠程網絡監控。
2.5 B/S和移動終端
B/S（瀏覽器/服務器）的客戶端用戶界面是瀏覽器，服務器端由WEB和數據庫服務器進行數據交互的系統架構。水質監測系統采用B/S架構模式， 簡化了系統開發的流程，管理者可以隨時隨地在系統平臺監測水產養殖環境信息，使用和維護非常方便快捷。
2.6 視頻監控
在水產養殖場，實現對養殖環境全過程視頻監控，能夠及時發現由于極端天氣引起的養殖場水質快速變化和水產動物異常反應問題，并采取相應措施，在節約人力成本、提升安全管理水平方面起到明顯作用。項目采納了深圳福斯康姆智能科技有限公司的視頻監控方案，在養殖場安裝無線網絡視像頭，通過WIFI連接互聯網，基于百度云平臺實現了養殖場的視頻管理監控。同時，視頻監控實現了手機APP的在線瀏覽，管理者可以通過手機實現養殖場各種場景的實時視頻監控。
3 無線傳感器網絡水質監測系統設計研究
基于ZigBee技術，設計以由CC2530微處理器芯片和CC2591射頻前端組建的無線傳感器網絡硬件電路，構建由協調器、路由器、傳感器節點等組成的無線傳感器網絡系統。以無線傳感器網絡為主要研究對象，根據水產養殖水質環境監測的特點，采用ZigBee無線傳感器網絡技術建立了一個水產養殖水質監測系統。在該系統中，傳感器節點可對養殖水質環境信息進行采集，然后將采集到的信息通過無線網絡發送到協調器節點；協調器節點再通過串口將數據按照規定的格式發往數據管理中心，數據中心根據這些數據進行合理的決策和管理，從而實現了科學的水產養殖。基于無線傳感器網絡的水質監控系統由傳感器節點、數據采集匯聚節點、GPRS數據傳輸、智能控制系統（PC機或手機智能控制）四部分組成，如圖2所示。
3.1 傳感器節點
考慮到亞硝酸鹽傳感器、氨氮傳感器、硫化氫傳感器價格比較貴，實驗池塘監測代價可能太高，目前設計為三路傳感器，分別為水溫傳感器、PH 值傳感器、溶解氧傳感器，智能控制平臺預留檢測模塊，方便以后擴充檢測功能。傳感器環境節點負責對水質環境信息的采集、處理和發送。
3.2 數據采集匯聚節點
匯聚節點網關部分主要包括CC2530微處理器芯片和CC2591射頻前端，遵循RS232串口通信協議進行通信、數據傳輸，依據ZigBee協議進采集各個傳感器節點發送來的數據。該模塊放在一防護等級為 IP65 的防水盒中（可防止淋雨），主要實現對多路傳感器節點信號的路由、采集、放大、曲線校準、串口發送、告警等功能。數據通過 RS232 串口發送給GPRS數傳設備。
3.3 GPRS數據傳輸
采用GPRS無線網絡實現遠距離數據雙向透明傳輸的設備，無需搭建有線網，建設和維護成本低。在 GPRS 傳輸過程中數據按客戶數據幀傳輸，避免一幀用戶數據被多次打包發送，從而導致流量增大的情況；采用動態域名解析方式，節省服務器端固定IP 的使用費；自帶設備與 SIM 卡綁定功能，防止 SIM 卡被盜用替換；數據按幀發送，采用完備的防掉線機制，節省流量，保證數據終端永遠在線。
3.4 智能控制系統
傳感器采集存儲的養殖水環境的水溫、PH值、溶氧度（DO）等多個水質參數，可通過GPRS向數據監測中心發送采集的數據，并通過手機短信的方式向集約化水產養殖管理者發送水質DO預警信息。管理者除了可通過計算機或智能手機查看和控制，按照設定的時間采集水質狀況數據，將數據呈現在曲線圖上，根據實際水質狀況，系統自動或手動打開增氧機、噴灑水質調理劑等方式改善水質。
4 基于無線傳感器網絡的水質監測優勢
1）預防風險。基于無線傳感器網絡的水質監測系統操作簡單、數值輸出快而精確，實時的監控并快速采取相應措施，預防極端氣候造成水質指標超標引起的病害，規避水產養殖業的養殖風險。
2）安裝和擴展方便。本監測系統免布線、維護方便、擴展性好，ZigBee無線網絡可以獨立于具體的應用環境，對系統進行相應的修改就可很容易擴展到其他應用領域。
3）不間斷監測。可實時24小時連續的采集和記錄監測點位的水溫、溶氧、氨氮、PH值等各項參數情況，實時顯示和記錄存儲監測信息。
4）監控方便。不管在辦公室還是在家中，通過任何一臺接入互聯網的電腦或智能手機都可以訪問監控數據，在線查看監控點位的水質變化情況，實現遠程監測。
5）強大的數據處理能力。監測系統能繪制柱狀圖和餅圖，可隨時打印每時刻的水溫、溶氧，氨氮、PH值等數據及運行報告。
5 結束語
隨著我國農業信息化應用的迅速發展，水產集約化養殖采用新的網絡技術已逐漸成為養殖業的關注的熱點。研究設計基于ZigBee技術的無線傳感器網絡水質監測系統，對水產養殖各種水質環境因子的實時監測，并且為進一步降低養殖成本，規避風險，提高養殖收益，實現科學養殖提供一種可行的信息化技術手段。
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【關鍵詞】環境監測技術；應用現狀；發展
前言：
現代工業的快速發展以及城市建設工作的推進等人類活動對生態環境產生了極大的影響，造成了現代全球生態環境嚴重惡化的現狀。作為影響人類生存環境與生活質量的重要因素，生態環境保護工作已經成為世界各國密切關注的重點。在我國傳統發展活動中，生態環境也同樣發生了發達國家發展中的生態環境破壞問題。
1.我國環境監測技術歷史概述
我國環境監測工作的開展起步于上世紀七十年代。與發達國家環境監測工作一樣經歷了以典型污染事故調查為主、以污染源監督性監測為主以及以環境質量監測為主的三個階段。在“六五”和“七五”期間，我國環境監測站的建設有了跨越式的發展。至“八五”我國環境監測工作日趨成熟。借鑒國外先進經驗、結合我國實際情況制定了檢測工作的基本方針。我國環境監測技術在這一過程中也得到快速發展。由傳統實驗室檢測、自動化檢測以及現場快速檢測三方面組成主要技術。同時，針對現代環境監測需求將GPS遙感技術等應用于環境監測工作中，促進了環境監測目標的實現。
2.環境監測技術的應用現狀分析
2.1實驗室分析檢測技術現狀分析
在我國環境監測技術應用中，室外采樣、實驗室分析是較為常用監測方法。針對實驗室分析技術的應用需求。實驗室分析技術也從傳統的手工檢測方式向著全自動檢測方向發展。利用氣象色譜、液相色譜、紅外光譜等自動化儀器對環境監測采集樣品進行檢測分析，得出檢測結果后有專業監測人員對結果進行分析評價。在目前環境監測技術發展的今天，實驗室檢測分析技術主要應用于農藥殘留、高精度水源、空氣質量分析等領域。利用實驗室檢測技術以及專業人員的操作實現環境監測數據的高精度需求。
2.2自動化在線監測技術應用現狀分析
針對現代環境監測需求，自動監測系統得到了越來越多的關注。發達國家已經將成熟技術和產品運用到大氣、地面水、企業“三廢”檢測以及城市綜合污水監測等方面。我國目前也針對環境監測自動化需求開發了一系列產品。主要針對城市廢氣監測、工業園區污水監測等作為重點進行自動化在線監測。但是在檢測項目上存在很多的不足，而且自動化程度與降低故障率等方面仍有很多工作要做。目前，我國有限的幾個直轄市及省會城市建立了城市污水與空氣自動監測系統。設備來源主要依靠于進口。從使用效果來看，空氣自動監測系統能夠實現良好的運轉，但是水質監測系統運行故障率居高不下。其一方面與管理工作及資金投入因素有關，另一方面也與我國污水治理程度以及地面水實態有著很大的關系。針對這樣的情況，在我國污水與空氣自動檢測系統引進與運行管理中，應科學的進行實地調研工作，以此避免盲目引進造成的資金浪費。對于現代自來水監測需求，城市環境檢測部門可以采用國產水質自動監測系統對自來水進行水質監測。針對自來水水質較好、監測難度相對較低、公民關注度高的現狀優先考慮自來水水質自動監測系統的運用。同時，利用現代網絡系統對城市自來水水質監測進行公示，為提高城市形象、提高城市公信度奠定基礎。
為了促進我國自動化在線監測技術的發展，相關產品生產企業應加快對國外先進經驗和技術產品的關注。借鑒國外先進講演促進我國自動化環境監測技術的發展，為推廣這一技術的應用奠定堅實的基礎。以降低故障率、提高自動化程度、增加監測項目為主要發展方向，促進我國環保工作的開展。
2.3現場快速檢測技術的應用分析
現場快速檢測技術在環境監測工作中主要應用與突發性環境污染事故的檢測與研究。通過對突發性環境污染事件的現場快速檢測，為應急預案的提出與實施提供一手資料。同時，現場快速檢測技術還應用于鄉鎮等沒有監測能力的環保機構。以現場檢測為環境監測工作提供數據信息。針對現場快速檢測需求，快速檢測一起設備多為便攜式設備，沒有繁雜的手續與過程，通過人員的快速掌握、設備的自動化運行實現現場快速檢測目的。目前，現場快速檢測技術的應用主要集中在上文所述的突發性環境抗污染調查以及偏遠地區的環保工作中。在我國多年的環保工作以及環境監測開展中，現場快速檢測技術一直占有重要地位。針對近年來自動化檢測技術的不斷應用，快速檢測技術的應用方向以及需求也發生了變化。快速檢測技術正向著高精度、應急突發事件檢測的方向發展。針對這一需求，我國相關設備生產企業也加快了自身的研發進度。借鑒國外先進儀器設計思路、結合我國實際國情進行新型快速自動化檢測儀器的研發。這為我國現場快速檢測技術在環境監測工作的運用奠定了良好的基礎，也為我國環境監測技術的發展提供了良好的技術與設備支持。
3.環境監測技術的發展方向分析
通過上文的論述以及現代環境監測工作的需求可以看出，目前我國環境監測技術根據不同的需求也向著三個方向發展。高精度實驗室檢測、高精度自動化在線監測、快速現場檢測技術是環境監測技術發展的主要方向。在此基礎上，針對大范圍環境監測系統、氣象觀測系統、局域環境監測需求，遙感技術也正在與環境監測技術進行整合優化。通過遙感技術在環境監測技術的運用是環境監測工作能夠以更大范圍監測形成預警體系，為預防環境污染以及突發事件奠定基礎。
4.結論
綜上所述，我國可持續發展戰略需要環境監測工作作為基礎，需要環境監測技術的快速發展進行支持。本文以環境監測技術應用現狀及發展趨勢分析為我國環保工作的開展提供更多的分析資料，以對環境監測技術的需求分析促進我國環境監測設備的研發與應用。
參考文獻：
關鍵詞：環境質量；在線監控；指揮系統；管理
中圖分類號： X8 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）20-122-2
0 引言
環境監測技術是以環境為對象，在物理、化學和生物技術的支持之下，對染污物進行定性、定量的系統分析，它相較于傳統的環境監測技術而言，運用了電子信息輔助技術，可以構建環境質量管理在線監控指揮系統，在計算機通信技術的支持下，實時地傳遞監測數據，并對各個分散監測點的數據實施信息采集、分析、處理和共享，形成一套綜合性的環境質量管理在線監控指揮系統，實施有效的城市環境監測工作和污染控制。
1 環境質量管理在線監控指揮系統的概念及分類
環境質量管理在線監控指揮系統涵蓋了環境質量管理的多種要素，如污染源在線監測、主要水域水質在線監測、城市空氣質量在線監測、城市噪音質量監測等，在這個環境質量管理在線監控指揮系統下，可以實施自動采樣，對污染源實施有效的監督和管理。
環境質量管理在線監控指揮系統可以劃分為以下幾個類別：
①空氣質量在線監控管理系統。空氣質量在線監控管理要由統一的中心站實施控制，對分散的子站進行自動連接，監測空氣污染的因子的濃度與時間、空間之間的關系狀況，并且可以實施對同一區域內多點的同時連續監測，從而獲取準確的大氣污染信息。
②水質在線監控管理系統。對于水質的污染狀況的監控和管理較為困難，由于水環境中的污染物種類較為復雜，在監測時需要進行化學預處理，在采水設備、水質污染監測儀器和檢測儀器的應用之下，要運用電子信息技術進行監測數據的傳遞和管理。
③煙氣在線監控管理系統。煙氣在線監控管理系統主要以煙塵、二氧化硫、一氧化氮為監測對象，在線記錄煙氣中污染物的實時濃度，系統對于大氣污染源煙氣的排放量要進行自動采集、記錄和監控，實現對煙氣環境的數據傳輸與處理。
④環境在線監控和調度指揮中心系統。城市環境中存有各種污染源，這就需要各類在線監測系統數據的監測中心，進行集中統一的管理，要在電子通信技術之下，對前端監測點的實時監控數據進行傳輸，由監控中心系統對基礎數據進行實時的顯示，從而實現對環境在線監控和指揮的無縫對接。
2 環境質量管理在線監控指揮系統的總體要求及原則
2.1 先進性原則
環境質量管理在線監控指揮系統要利用先進而成熟的計算機軟硬件技術，采用B/S模式結構的中心軟件，在無線數據傳輸和數字擴頻微波傳輸方式的支持下，運用先進的信息備份技術、集中管理技術、災難恢復技術、超短波無線數據傳輸技術、GPRS/GSM通信技術等，提升系統的傳輸性能和抗干擾能力。
2.2 通用性原則
環境質量管理在線監控指揮系統要充分考慮其可擴充性和可維護性，用模塊化的構造和參數化的方式，對系統的硬件進行配置、刪減和擴充等，從而使系統具有良好的可移植性，并且在參數的定義和生成方式之下，使系統的功能具有普遍適應性，可以支持多種新的應用。
2.3 成熟性原則
環境質量管理在線監控指揮系統是基于無線數據傳輸之下的成熟技術，廣泛地應用于電力、供水、環保等領域，具有快速的傳輸速率以及安全可靠的性能。
3 環境質量管理在線監控指揮系統的軟硬件平臺建設
3.1 硬件平臺設計與建設
3.1.1 在線監測系統前端儀表
這主要有廢水排放在線監測系統和廢氣排放在線監測系統，其中：廢水排放在線監測系統采用先進的在線監測技術和設備，對污染源的排放狀態實施在線監測，主要監測參數有：化學耗氧量、流量、氨氮、pH值、重金屬等。廢氣排放在線監測系統重點監測煙氣中SO2、NOX、CO以及顆粒物的排放濃度，主要選用顆粒物測定儀設備，對廢氣排放濃度進行監測。
3.1.2 通信系統
在環境質量管理在線監控指揮系統中，電子通信技術系統主要采用無線、有線和IP網絡的方式，可以選擇多種傳輸方式，如GSM/GPRS、無線數據傳輸專網、數傳電臺、電話線等，這些電子通信技術各有其優劣勢，可以進行選擇式的使用。
3.1.3 指揮中心系統
這是環境質量管理在線監控指揮系統的核心和首腦，它對于污染源數據的功能在于分析和指揮全局，其硬件設備主要有中心數據通信機、數據采集工作站、投影設備、網絡交換機等，對于在線監測數據的處理具有快捷處理和存儲穩定的功能。
3.2 軟件平臺設計與建設
3.2.1 在線監測中心軟件系統的設計
①數據采集傳輸平臺。它是在線監測系統的基礎，它的功用在于實現監測數據和圖像的數據存儲，并提供控制功能和應用程序的平臺，實現對系統的遠程監測與控制。在這個平臺上，主要是采用TCP/IP的方式加以實現，具體運用GPRS和ADSL兩種不同的方式，從而保證系統平臺的實時、快速地響應。
②數據庫平臺。它是系統平臺的核心，對分散的各監測點的監測原始信息可以實現實時的監測、統計和分析，并生成圖表，用于數據顯示和數據查詢，需求者可以通過WEB瀏覽平臺，實現基本數據的應用與共享，在提供相應的數據格式接口的條件之下，采用XML的形式，整合各種業務數據資源，達到數據的統一存儲、備份和恢復的使用目標。
③應用程序平臺。在這個系統平臺之下，采用統一的用戶認證服務方式，實現監測數據瀏覽、管理與控制、信息配置管理的功能，在簡潔而便捷地應用程序平臺界面之下，對基礎數據進行統計、分析和處理。
④WEB瀏覽平臺。這個瀏覽平臺是一種便捷的體現方式，它在授權的安全認證方式之下，實現瀏覽功能，它集成了業務部門的基本，也添加了排污申報、排污收費、項目審批等模塊，生成了實時數據、實時曲線、匯總圖表等，最終實現信息資源共享的電子化工作模式。
⑤系統接口平臺。為了實現數據的同步傳輸，要轉發約定格式的數據，確保其同步、無誤上傳，由此可知，這個系統接口平臺的可擴展性和強大的靈敏性特點，在這個系統平臺上，可以通過特定部門的不同要求，自動生成特定格式的文件，并在網頁方式下實現傳送和添加功能。
3.2.2 不同子系統的設計與建設
①污染源在線監控子系統。在這個子系統之下，需要建構以下幾大模塊，即通信采集模塊、數據管理模塊、數據報表模塊、網頁瀏覽模式、GIS顯示平臺、視頻監控平臺，實現對污染數據的處理和分析、上報、數據補調等功能。
②空氣質量在線監控子系統。這是在集成系統之下，實現組網通信，構建智能化程度較高的空氣自動監測數據處理中心，從而提升和優化空氣自動監測的可持續發展能力。
③噪音在線監控子系統。這是在國家環境監測技術規范之下，對環境噪音進行監測、評價、，對噪聲數據進行自動采集、存儲和傳輸，最大程度地提高噪音監測的精度、頻度。
總之，環境質量管理在線監控指揮系統可以確保數據信息的原始性和可靠性，在科學先進而成熟的互聯網技術支持下，可以極大程度地減少人為誤差，實現不間斷的環境質量數據實時采集和傳輸，從而提高管理控制效能。
參 考 文 獻
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關鍵詞：物聯網；監管系統；水產養殖
中圖分類號：S951.2 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2013）08-0001-04
物聯網是物聯化、互聯化、智能化的網絡，能夠將信息的獲取延伸到池塘的每一個角落，并通過信息網絡實現更廣域的互聯互通[1]。農業物聯網是物聯網技術在農業生產、經營、管理和服務中的具體應用。物聯網技術正在逐步改變傳統水產養殖業親自到池塘邊進行觀察、采集、檢測獲取環境信息和現場管理的模式。傳統模式不但耗時長，還會造成生產措施的延后，造成一定的經濟損失。本文提出并構建了水產養殖生產過程中的4個系統：水產養殖環境監控系統、水產品健康養殖智能化管理系統、水產養殖對象個體行為視頻監測系統、“氣象預報式”信息服務系統。其中，水產養殖環境監控系統是對養殖環境的測控；水產品健康養殖智能化管理系統可以進行精細投喂和水產品的疾病診斷；水產養殖對象個體行為視頻監測系統可以對水產品個體行為進行遠程測控，進行動物行為診斷；“氣象預報式”信息服務系統可以為水產養殖進行天氣預報式的預測和采取防范措施。水產物聯網可以有效解決傳統水產養殖在養殖業中的不足，實現降低養殖風險、提高水產質量和水質的目標。
1我國水產養殖現狀與對物聯網技術的需求
我國是水產養殖大國，同時又是一個水產弱國。水產養殖業主要沿用消耗大量資源和粗放式經營的傳統方式[2]。水產養殖產量占到了全世界的73%。養殖過程中不合理投喂和用藥極大地惡化了水質環境，影響水產品質量，加劇水產病害的發生，使得水產品質量安全、水環境污染、養殖風險等問題非常嚴重[3]。同時，缺少水產養殖規范，雖然農業部制定了一批無公害水產養殖的規范，但是由于我國水產養殖的現狀無法確切地執行，導致養殖過程中無法按照標準規程實行喂養、漁藥等[4]。
當前在水產養殖過程中對物聯網技術的需求突出表現在以下4個方面：①水產品養殖場缺乏有效信息監測技術和手段，水質在線監測和控制水平低，實現對水質和環境信息的實時在線監測、水質異常報警與預警等是迫切需求；②國內水產養殖相關傳感器應用較多，但存在穩定性差、準確性低、維護成本較高的問題；③水產品病害發生情況嚴重，相關技術人員缺乏，實現水產品精細喂養與疾病預測、建設水產品健康養殖智能化管理系統將在一定程度上解決這個問題；④目前盡管有農業網站、農林電視節目等資源，但沒有將信息充分整合到一起，養殖戶也缺乏“天氣預報式”的服務。
2水產養殖物聯網系統總體架構（圖1）
針對水產品養殖場缺乏有效信息監測技術和手段，水質在線監測和控制水平低等問題，采用智能水質傳感器、無線傳感網、3G、IPV6、智能控制等技術，建設水產養殖環境監控系統，實現對水質和環境信息的實時在線監測、水質異常報警與預警，通過無線傳感網、互聯網、通信網等信息傳輸通道，以計算機、手機等不同的終端設備，將水質異常報警信息及水質預警信息及時通知養殖管理人員和專業技術人員。同時根據水質監測結果，實時調整控制措施，自動啟動增氧機等控制設備，保持水質穩定，為水產品創造健康的水質環境，確保水產品養殖的環境安全。
2.1水產養殖環境監控系統
主要包括以下幾個方面的建設內容：
2.1.1基于智能感知技術的水質及環境信息智能感知技術采用具有自識別、自標定、自校正、自動補償功能的智能傳感器，對水質和環境信息進行實時采集，全面感知養殖環境的實際情況。
2.1.2基于無線傳感器網絡的水質及環境信息無線傳輸技術當前無線傳感網絡對環境的監控基本處于成熟階段[5，6]，可運用無線通信技術、嵌入式測控技術和計算機技術，實現短距離通訊和無線通信；研制系列無線采集節點、無線控制節點和無線監控中心，開發無線網絡管理軟件，構建適合集約化水產養殖應用的水質及環境信息無線傳輸系統，將有效解決水產養殖領域應用覆蓋范圍大、能耗約束強、環境惡劣和維護能力差等條件下信息的可靠傳輸難題。
2.1.3水質管理決策模型建設水質好壞影響水產品的生長速度和健康水平，最終影響水產品的質量，嚴重的會導致水產養殖的重大損失。養殖環境信息、水質信息、養殖措施和養殖生物量間的定量關系描述是水產養殖數字化、精細化管理的前提和難題。本系統將根據氣溫對水溫的影響，餌料及水產品的代謝物對養殖水體pH值的影響，養殖密度對日增重量、日生長量和成活率的影響，水體增氧對養殖水體中溶氧量和氨氮的影響，氨氮、亞硝態氮對化學需氧量（COD）的影響，氨氮、亞硝態氮對葡萄糖吸收能力的影響，殘餌、糞便對水質的影響等，建立水質參數預測、生物增長等系列定量關系動力學模型，解決水質動態預測問題，為水質預警控制、飼料投喂和疾病預防預警提供數據支持。
2.1.4基于智能控制技術的環境設備控制技術針對現有養殖設備（如增氧機）工作效率低、能耗高、難以用精確數學模型描述等問題，通過分析研究控制措施與參數動態變化規律，動態調整環境控制措施，實現養殖設備的智能控制，以降低能量消耗，節約成本。
2.2水產品健康養殖智能化管理系統
整合水產品精細喂養與疾病預測、診斷決策等子系統，建設水產品健康養殖智能化管理系統，形成一套包括硬件裝置和軟件系統的集約化水產養殖場健康養殖數字化平臺，實現水產養殖全過程可視化、自動化、科學化管理。主要建設內容包括：
2.2.1水產品精細投喂智能決策系統依水產品在各養殖階段營養成分需求，根據各養殖品種長度與重量的關系，光照度、水溫、溶氧量、養殖密度等因素與魚餌料營養成分的吸收能力、餌料攝取量的關系，借助養殖專家經驗建立不同養殖品種的生長階段與投喂率、投喂量間定量關系模型。利用數據庫建庫技術，對水產品精細飼養相關的環境、群體信息進行管理，建立適合不同水產品的精細投喂決策系統，解決喂什么、喂多少、喂幾次等精細喂養問題，精細投喂系統也可以為水產品質量追溯提供基礎數據。
2.2.2自動化投飼系統利用監控軟件和網絡技術，通過局域網、手機等工具，實現遠程異地監控。在人員不在養殖現場的情況下，能實時掌握投料情況、養殖產品的進食情況。利用遠程控制系統，進行定時定量精準投喂控制，實現自動化定時精準投料養殖，減少飼料損耗。在相對集中的養殖場所建立監控平臺，在零星養殖場所可通過手機進行監控。
2.2.3水產品疾病診治系統水產品用藥很多，要對癥下藥才可以[7]。從水產品疾病早預防、早診治的角度出發，在對氣候環境、水環境和病源與水產品疾病發生關系研究的基礎上，確定各類病因預警指標及其對疾病發生影響的可能程度，建立水產品預警指標體系，根據預警指標的等級和疾病的危害程度，建立水產品疾病預警模型；建立疾病診斷推理網絡關系模型，建立水產品典型病蟲害圖像特征數據庫，實現水產品疾病的早預防、及時預警和精確診治。
2.3水產養殖對象個體行為視頻監測系統
養殖場視頻監控系統主要實現對水產品養殖環境的遠程監測管理。現代水產養殖場采用全封閉管理方式，有利于水產品的安全生產，可有效杜絕外界環境對水產品的不利影響，為了方便外界人員觀看水產品養殖加工的實時情況，在水產養殖及加工場地內設置可移動的監控設備，利用視頻攝像頭的動態可視化特點，將水產養殖及生產加工環節予以實時監控。主要建設內容包括：
①水產環境視頻采集系統，實現現場環境的采集功能；②傳輸系統；③遠程監測系統；④移動終端，通過手機等移動終端可以異地監測水產養殖場的情況。
2.4“氣象預報式”信息服務系統
整合當地熱線、農業信息網站資源等的水產養殖技術、水產養殖行業新聞及市場動態信息，利用網格技術、數據庫異構分布技術、中間件技術、云計算技術、人工智能等技術充分融合現有的水產信息資源，采用三網融合技術，為養殖企業和養殖戶提供水產養殖信息服務，解決生產管理、養殖技術推廣、市場信息服務等問題。采用手機報、惠農短信、農林電視節目等信息技術手段，為養殖戶提供適時的水質環境預測預報、應急防范、技術咨詢服務。
3物聯網技術在水產養殖方面的應用前景
雖然當前物聯網在水產養殖中還未廣泛應用，僅處于試驗階段，但江蘇無錫市山區鵝湖鎮物聯網智能養魚、蘇州昆山陽澄湖漁業產業園、金壇長蕩湖漁業科技示范園[8]、無錫宜興物聯網養螃蟹[9]等實驗區均取得了可喜的成果，說明物聯網在水產養殖方面發展潛力巨大，通過物聯網技術支持，水產養殖會發展得更快。物聯網是我國未來幾年的重點發展產業，得到了政府的大力支持[10]，物聯網技術也將在“十二五”期間快速發展，技術體系會更加完善，相關的政策會更加健全。
“十二五”規劃中對水產養殖業、增殖漁業、捕撈業、加工業和休閑漁業五大產業體系做出了詳細規定。其中，水產養殖在產業中所占比重被再度要求加重[11]。這就要求水產養殖向高密度、集約化發展，這就需要水產物聯網技術的支持，在保持水環境質量的基礎上，實行標準化養殖，對水產養殖的過程進行全程監控，保證水產養殖的規范化、標準化。水產養殖在物聯網技術的支持下將會得到更快的發展。
4結語
建立水產養殖物聯網系統是現代水產養殖的必然趨勢。該系統可以對水產養殖過程進行測控，成為水產養殖的“管家”[12]；還可以對水產環境變化、水質狀況進行監測，并準確投喂，及時增氧，對可能出現的水產疾病進行預報，及時采取措施；還可完善水產養殖生產技術，保證養殖生態系統的良性循環，進一步提高水產品質量，應對勞動力成本上升，最終可獲得更好的社會效益、經濟效益和生態效益。
參考文獻：
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關鍵詞：地表水環境方法監測發展方向發展對策
中圖分類號：X83文獻標識碼： A 文章編號：
我國的水環境監測，整體是起步較晚，發展速度較快，但是與國外的發展還有一定的差距，其發展仍然是任重道遠。今后的發展方向，就是要在提高監測質量的基礎上，對優先監測給予重視，特別是要重視有機污染物的監測。在做好常規監測的同時，逐步推進水環境監測的現代化，有計劃的實現水質自動監測網絡，借鑒并引進國外先進的監測技術，并將遙感及地理信息系統等高新技術與水環境監測結合起來。
一、地表水環境監測概況
1、水環境監測方法
我國水環境監測方法可以歸為三類: ①自動監測。執行國家環保局、美國EPA 和EU 認可的儀器分析方法, 并按照國家環境保護局批準的水質自動監測技術規范進行；②常規監測。執行GB 3838 ——2002《地表水環境質量標準》 中規定的標準分析方法；③應急監測。凡有國家認可標準方法的項目, 必須采用標準方法。沒有標準方法的項目, 采用等效方法進行測定。
在水環境監測領域, 針對不同流域和管理需要,一般采取常規監測和水質自動監測有機地結合的方式。早在20 世紀70 年代初期, 美國等發達國家就對河流、湖泊等地表水開展了水文水質同步連續自動監測及污染源水質連續監測, 日本則有以流域為主和以污染源為主的兩類水質自動監測系統, 其特點是只測水質參數而不測水文參數。20 世紀80 年代末, 我國開始從國外引進水環境監測系統, 水環境實時動態監測系統的研發逐漸受到重視。自1998年以來, 水質自動監測站有了較快的發展。
2、水環境監測站網
目前, 我國地表水監測網絡由260 個重點監測站組成, 監測250 條河流、18 個湖泊和10 個水庫, 監測斷面759 個; 全國省控以上站網監測1 868 條河流、182 個湖泊和440 個水庫, 共設置監測斷面9000多個。另外, 國家已經建成82 個水質自動監測站,地方投資建設的有79 個。水利系統已建成由水利部、流域、省及其地( 市) 水環境監測中心、分中心共251 個監測機構組成的四級水質監測體系; 已有水質監測站點3 240 處, 基本覆蓋了全國主要江河湖庫; 有51 家水環境監測中心的實驗室通過了國家級計量認證, 占水利系統質檢中心的61.4%。環保系統共有國家、省、地、縣四級環境監測站2 268 個, 絕大多數環境監測站也從事著水環境監測及其相關環境監測的工作; 已有80%~ 85%的市級站、56%的縣級站正常開展地面水的常規監測。
全國的監測站網主要是以常規監測為主, 還未形成水質自動監測網，與發達國家相比有一定差距。美國1975 年在各州共有13 000 個監測站組成水質自動監測網, 分為國家水質監測網和州及地區水質監測網, 前者主要分布于美國的18 條主要河流流域中, 后者按照《清潔水法》中規定的目標設立。我國的水質自動監測系統僅限于一些重點流域, 數量較少, 與水污染現狀相背離。
3、水環境監測項目
常規監測項目包括必測項目、選測項目和特定項目, 根據不同水體有不同的要求。自動監測項目包括必測項目有7 種和選測項目14 種。我國水污染以有機物污染為主的現狀使水環境優先監測提上了日程。1992 年, 國家環保局公布水中優先控制的污染物黑名單, 共68 種, 其中有毒有機污染物58種。它代表我國的水環境污染狀況, 標志著我國水環境監測從宏觀走向微觀、從監測重金屬和綜合性指標轉向以監測有毒有機物為主的監測技術路線。
國外許多國家很早就注意到這個問題, 并開始了水環境優先控制污染物的監測。美國是最早開展水中優先監測的國家, 已建立了一套完整的法規、標準和監測體系。1976 年美國公布了《清潔水法》,受控的水中優先控制污染物129 種, 其中114 種為有毒有機污染物, 建立起了EPA 標準物質庫和配套的600 系列監測分析方法, 制定了嚴格的QA/ QC 措施; 前蘇聯繼1975 年公布了496 種有毒有機污染物在水中的最高允許濃度之后, 又在1984 年公布了水中561 種有毒有機物的衛生標準。我國1996 年7月頒布了GB 8978 —— 96《污水綜合排放標準》, 除了對原來的GB 8978 ——88 內容作了部分修改外, 主要還增加了約30 余項有毒有機物的排放標準, 標志著我國水環境監測轉向以無機和有機污染物的全面控制。與此同時,HJ/T91——2002《水和廢水監測技術規范》也做了適當的修訂, 與污水綜合排放標準相協調, 增加了一些有毒有機物監測項目。
4、水環境質量標準
水環境質量標準是開展水環境監測的依據, 沒有標準也就無法判斷水質的優劣及污染物的超標情況。我國水環境質量標準有: GB 3838—— 2002《地表水環境質量標準》、GB 3097 —— 1997《海水水質標準》、GB 11607 —— 89《生活飲用水衛生規范、漁業水質標準》、GB 5084——92《農田灌溉用水水質標準》。在排放標準方面, 頒布了GB 8987——96《污水綜合排放標準》和近20 多個行業的污水排放標準。
近年來, 世界各國為適應發展變化的水資源管理和監測形勢, 不斷修訂和實施水環境質量標準, 對水質監測更加重視。我國最新的GB 3838——2002《地表水環境質量標準》在1999 年標準的基礎上又增加了五氯酚、丙烯腈、氯乙烯、苯、甲苯等苯系物及三溴甲烷等揮發性鹵代烴類的監測標準, 項目總數達40余項, 重視了有毒有機污染物的監測, 可以更有效的控制水污染現狀。
美國沒有全國統一的水質標準。美國環保局只是負責建立各類水質基準, 各州根據聯邦環保局提供的水質基準并結合水體具體功能制定各州和流域的水質標準, 即水環境質量標準。我國的水環境標準是國家統一的, 主要是根據全國的情況制定的,針對共性問題。我國幅員遼闊, 各地水文和氣候條件差異較大, “一刀切”模式的標準存在弊端, 因此各地方要根據地區的經濟、環境狀況和管理水平制定地方標準, 解決環境的個性問題, 地方標準應更嚴于國家標準。
二、地表水環境監測進展
1、水環境監測發展方向
隨著科學技術的不斷進步和發展, 各種新的技術也不斷地應用于環境監測的實際工作中。水環境監測規范鼓勵各級水環境監測中心在水環境監測工作中積極采用新技術、新方法、新材料、新設備等。但應注意所采用的新技術、新方法要經過驗證, 證明行之有效方可使用。水環境監測應基于實驗室儀器設備的現狀對分析方法進行選擇, 積極鼓勵采用新的先進技術（ 如等效或參照采用有關國際標準等）, 以提高水環境監測技術水平。
隨著科技的發展及自動化程度的提高, 對水環境的監測應實行水污染的動態監測。水污染動態監測是在常規水質監測的基礎上發展起來的, 是針對水污染特點, 在時間或水質水量方面進行動態的同步監測。在監測項目、時間、頻率以及監測范圍方面, 是根據各河道污染的主要水質指標, 分河段按不同水情和污染狀況, 采取不同監測頻率, 對河道水污染進行跟蹤性或監視性監測, 以確定污染的影響范圍與程度, 便于管理部門及時采取對策。同時, 動態監測能及時掌握河道水量水質變化。水污染動態監測信息傳遞, 要做到迅速、準確，以提高監測資料的時效性。
目前, 我國要積極發展在線監測, 提高監督監測能力。雖然我國目前對廢水的在線監測尚屬試驗推廣階段, 但隨著技術條件的成熟, 已在全國很多地方陸續開展。
隨著遙感技術的進步, 遙感監測在水環境等領域的應用引起了環境保護部門較廣泛的重視。國內外通過各方面的努力實踐認為, 各種水體污染在遙感圖像上除有的不清晰外, 都有不同程度的反映。目前, 遙感已成為我們用以監測的依據, 其在環境監測中的應用是一先進的技術途徑。遙感監測能有效解決水環境監測的大范圍性、連續性、動態性以及高效性等技術問題。
2、水環境監測發展對策
積極發展在線監測, 提高監督監測能力。經過不斷實踐, 在取得豐富的在線監測技術基礎上, 廢水CEMS將會在全國各地全面鋪開。建立有效的生態監測機制, 全面真實地反映環境質量變化狀況。生態監測克服了理化監測的缺陷, 它有理化監測所不能替代的作用和所不具備的一些特點,在環境監測中占有特殊的地位, 它的優點主要表現在以下4個方面：① 能綜合地反映環境質量狀況；②具有連續監測的功能；③具有多功能性；④監測靈敏度高。
建立監督監理快速反映隊伍, 為監理執法撐硬腰桿。合理利用水資源、切實改善水環境, 努力做好水環境監測工作, 確保人民群眾的用水安全。積極應用遙感技術監測水環境。遙感能進行大范圍、連續、動態、有效的監測預報, 為水環境的各種污染的治理工作提供依據。
綜上所述, 在中國現階段杜絕污染事故的發生還非常困難, 水污染事故的發生呈突然的、隨機的特點, 然而由于缺乏危險源信息, 缺乏先進的實時監測系統, 無法實現重點流域和重點污染源的實時監控,環保部門的現場監察、監測能力十分薄弱, 所以突發環境事件時難以形成統一、高效的指揮體系。當事故發生后, 現有監測能力和技術難以為應急搜索工作提供技術保障, 對流域事故污染源進行動態管理體系, 已成為中國環境管理工作的當務之急。
參考文獻：
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