梁莉

（河北省水利水電工程監(jiān)理中心，河北 石家莊 050011）

1 前言

20世紀(jì)中期以來，隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)、遙感技術(shù)和全球衛(wèi)星定位技術(shù)等3S技術(shù)的迅速發(fā)展，人們開始探索這些監(jiān)控技術(shù)在地表水質(zhì)自動監(jiān)測中的應(yīng)用。

2 實現(xiàn)地表水質(zhì)自動監(jiān)測目標(biāo)的關(guān)鍵

隨著我國地表水質(zhì)自動監(jiān)測規(guī)劃的實施，要實現(xiàn)地表水質(zhì)自動監(jiān)測的目標(biāo)，就必須采用先進(jìn)的水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)作為保障，對水質(zhì)站網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化配置和合理布局。在地表水質(zhì)自動監(jiān)測實施過程中，應(yīng)該充分考慮我國的國情，從實際出發(fā)，實事求是，建立既能滿足當(dāng)前地表水質(zhì)自動監(jiān)測工作要求，又留有超前發(fā)展冗余的地表水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3 國外現(xiàn)代化地表水質(zhì)自動監(jiān)測體系現(xiàn)狀

地表水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的，在美國、英國、日本、荷蘭等國已有相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用，并被納入網(wǎng)絡(luò)化的“環(huán)境評價體系”和“自然災(zāi)害防御體系”。一則可為綜合評價水功能區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，二則可迅速發(fā)現(xiàn)突發(fā)性水質(zhì)污染事故或天災(zāi)，將水域異常水質(zhì)情況、污染傳播源及影響規(guī)模通過系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)傳至控制中心，為決策部門把握災(zāi)害的性質(zhì)狀態(tài)，從而制定災(zāi)害的防治對策提供依據(jù)。

4 先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)要與先進(jìn)的信息管理技術(shù)相結(jié)合

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，地表水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)迅速發(fā)展，儀器分析、計算機(jī)控制等現(xiàn)代化手段在地表水質(zhì)自動監(jiān)測中得到了廣泛應(yīng)用。分析方法從手動和半自動實驗方法和儀器也正逐步被計算機(jī)控制的自動監(jiān)測、遙測裝置所代替。地表水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是以在線自動分析儀器為核心，運用現(xiàn)代傳感器技術(shù)，自動測量技術(shù)，自動控制技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的一個綜合性的在線自動監(jiān)測體系，目前地表水質(zhì)自動監(jiān)測軟件系統(tǒng)由自動站監(jiān)控軟件和中心站監(jiān)控軟件兩個基本部分組成,下面做分別介紹。

4.1 自動站監(jiān)控軟件

軟件用于在現(xiàn)場控制各個儀器的工作狀態(tài),它運行在 Windows2000以上的操作系統(tǒng),采用工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)的 MODBUS/RTU協(xié)議與控制器進(jìn)行通訊。

●以動畫的形式實時顯示系統(tǒng)工作狀態(tài),其中包括儀器的采水,配水,管路清洗等單元以及儀器的校準(zhǔn),管路的工作和輸出情況,并可根據(jù)需要進(jìn)行控制參數(shù)的修改和設(shè)定；

●顯示各種儀器儀表和傳感器的輸出數(shù)值(16路 4~20mA),系統(tǒng)的控制輸出(DO)狀態(tài)；

●通過 RS-485通訊口,系統(tǒng)能夠與支持MODBUS/RTU通訊協(xié)議的智能儀器進(jìn)行通訊,顯示或設(shè)定其工作狀態(tài),最多可連接 32個智能儀器；

●可以實時記錄和顯示各種儀器儀表和傳感器的輸出曲線；

●可以觀察歷史和實時的超標(biāo)和報警事件等狀態(tài),并向中心站發(fā)送警報；

●可在現(xiàn)場或遠(yuǎn)程對系統(tǒng)設(shè)置連續(xù)或間歇的運行模式；

●能夠在水質(zhì)超標(biāo)事件發(fā)生時觸發(fā)自動采樣儀的采樣；

●具有監(jiān)測項目超標(biāo)及子站狀態(tài)信號顯示、報警功能；

●必須采用具有校驗功能的通訊協(xié)議,能夠及時糾正傳輸錯誤的數(shù)據(jù)包。通訊協(xié)議推薦采用國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；能夠支持有線通訊并可以擴(kuò)展無線方式的通訊(GSM-SMS/CSD/GPRS,無線電臺,衛(wèi)星通訊等)；

●具有 24小時自動數(shù)據(jù)存儲,并可保存三個月以上的數(shù)據(jù)；

●具有有效的 ID授權(quán)控制，能防止非法使用和控制；

●具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，能夠通過網(wǎng)絡(luò)路由器來實現(xiàn)與局域或廣域網(wǎng)的連接；

●用戶可使用其開放的環(huán)境對以上功能進(jìn)行修改，使它更能接近用戶的實際要求；

●現(xiàn)場的工控機(jī)和監(jiān)控軟件的運行與否不會影響控制器的功能.控制器和工控機(jī)相當(dāng)于兩套數(shù)據(jù)采集和存儲系統(tǒng)。

4.2 中心站軟件

●可修改和設(shè)置自動站的ID序列號；

●同時支持自動/人工撥號，收集現(xiàn)場的儀器狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)并保存；

●中心單元采集精度為 16bit，采集頻率為 10Hz/通道，數(shù)據(jù)采集正確率≥99%；

●停電保護(hù)、保存系統(tǒng)參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，來電自動恢復(fù)功能；配置相應(yīng)的后備電源系統(tǒng)，保證系統(tǒng)斷電后通訊部分仍維持運行 8小時，來完成異常事件的上傳和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)下載；

●由于現(xiàn)場采用 MODBUS總線結(jié)構(gòu)(可以連接 32臺智能設(shè)備)，所以中心站可以遠(yuǎn)程訪問現(xiàn)場的任意一臺智能設(shè)備 (由 MODBUS地址區(qū)分)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置和診斷；

●可以在工業(yè)組態(tài)軟件上以動畫的形式顯示現(xiàn)場的儀器工作狀態(tài)和采水配水控制的狀態(tài)；

●開放的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫 (SQL Server，Orcal等)，應(yīng)具有足夠的數(shù)據(jù)庫容量和網(wǎng)絡(luò)共享功能，良好的可擴(kuò)充性和快速的檢索。便于維護(hù)、備份和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)；系統(tǒng)軟件應(yīng)具有原始數(shù)據(jù)的保護(hù)功能；可實現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的自動剔除，超標(biāo)數(shù)據(jù)的列表，有效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計等功能；

●隨時取得實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計、處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，可打印輸出日、周、月、季、年平均數(shù)據(jù)以及日、周、月、季、年最大值、最小值等各種監(jiān)測、統(tǒng)計報告及圖表(棒狀圖、曲線圖、多軌跡圖、對比圖等)，并可輸入中心數(shù)據(jù)庫或上網(wǎng)；

●收集并可長期存儲指定的監(jiān)測數(shù)據(jù)及各種運行資料、環(huán)境資料以備檢索；

●所有歷史數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換為 TXT、EXCEL、DBF文件格式保存，并能夠滿足國家環(huán)境監(jiān)測總站數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對本數(shù)據(jù)的共享、調(diào)用數(shù)據(jù)傳遞以及操作；

●數(shù)據(jù)查詢功能，按需要進(jìn)行各種方式的數(shù)據(jù)查詢；

●維護(hù)檢修狀態(tài)測試，便于例行維修和應(yīng)急故障處理等功能。

5 發(fā)展趨勢

5.1 目前通訊技術(shù)的發(fā)展采用 GPRS及更為先進(jìn)的第三代無線通訊技術(shù)是今后主流的發(fā)展方向。通過地表水質(zhì)自動站安裝 GPRS數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，經(jīng)無線通訊網(wǎng)將自動站產(chǎn)生的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到上級環(huán)境監(jiān)測站(無固定 IP)；

5.2 系統(tǒng)設(shè)計要求符合相關(guān)通訊協(xié)議的要求，技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、可靠性高，具有一定的開放性、較高的多系統(tǒng)適應(yīng)性和良好的二次開發(fā)能力；

5.3 與上級地表水質(zhì)監(jiān)控站數(shù)據(jù)庫能完全兼容，數(shù)據(jù)導(dǎo)入能夠自動完成；

5.4 系統(tǒng)既能組成獨立系統(tǒng)，又能通過開發(fā)的一系列的插件無縫嵌入到中心平臺上，實現(xiàn)界面和數(shù)據(jù)流的統(tǒng)一，具有很強(qiáng)的靈活性和可靠性；

5.5 針對河流的面積廣大、地形復(fù)雜采用無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，在系統(tǒng)中可以很方便地實現(xiàn)報警、遠(yuǎn)程控制等功能。無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合了視頻編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、流媒體技術(shù)和嵌入式技術(shù)的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的管理和配置等功能由視頻監(jiān)控管理平臺軟件實現(xiàn)。軟件與監(jiān)測軟件兼容，可嵌入各個系統(tǒng)平臺軟件。這種視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種全數(shù)字化、全網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)，可以同現(xiàn)有的多媒體系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)集成整合，方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息資料的共享。

6 結(jié)束語

現(xiàn)代化、信息化、系統(tǒng)化的地表水質(zhì)自動監(jiān)測體系建設(shè)日益提上議事日程，我們認(rèn)為在現(xiàn)有的地表水質(zhì)自動監(jiān)測體系下，以提高水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化以及管理制度化的水平為目標(biāo)，并統(tǒng)一在國家監(jiān)控中心之下，才得以有效全面的解決我國可持續(xù)發(fā)展過程中所面臨的地表水質(zhì)自動監(jiān)測問題。

[1]向運榮，黃輝.地表水水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)及其建設(shè)中的若干問題 [J].中國環(huán)境監(jiān)測，2001，17（06）：5-8.

[2]地表水自動監(jiān)測系統(tǒng)培訓(xùn)教材[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2006.

[3]HJ/T 91-2032.地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].