高春芳

（廈門斯坦道科學儀器股份有限公司，福建 廈門 361000）

地表水水質自動監(jiān)測系統(tǒng)是以在線自動分析儀器為核心，運用現代傳感器技術，結合自動控制技術、物聯(lián)網技術、計算機應用技術以及通訊傳輸技術組成的綜合性自動化在線監(jiān)測體系。與傳統(tǒng)手工監(jiān)測相比，水質自動監(jiān)測能夠連續(xù)、準確、實時反映水質的動態(tài)，便于預防和預警水環(huán)境污染事故的發(fā)生[1]。

我國從1988年起步建立第一個水質自動監(jiān)測站，20世紀90年代陸續(xù)在松花江、長江、黃河、淮河流域等重點斷面建設了數個自動監(jiān)測站。進入21世紀后，隨著傳感器技術、計算機技術、物聯(lián)網技術、軟件平臺開發(fā)及管理技術的快速發(fā)展，我國地表水自動監(jiān)測站的建設管理也隨之加快建設步伐。

經過“十二五”“十三五”兩個五年規(guī)劃的系統(tǒng)推進，我國生態(tài)環(huán)境質量監(jiān)測體系逐步建立，基礎監(jiān)測能力、站點運轉效能明顯提高。2018年，國家斥資16.8億建成地表水國控站點2050個，覆蓋全國十大流域1366條河流和139座重要湖庫，并委托第三方進行運維管理，實現了重要斷面的水質自動化連續(xù)監(jiān)測。

水質自動監(jiān)測站的正常運行與監(jiān)測設備的質量、運行管理機制、運維工作人員的專業(yè)化程度、經費投入等因素密切相關[2]。水質自動監(jiān)測站大部分建在野外，環(huán)境惡劣，系統(tǒng)電路、水路、分析儀器等運行管理較復雜，在無人值守的情況下長期運行，隨時可能出現故障，造成監(jiān)測數據異常、中斷或者偽數據等，甚至發(fā)生少量已建自動站由于管理不當而停止運行的現象［3］。我國幅員遼闊，流域眾多，國家和各級地方政府、生態(tài)環(huán)境監(jiān)管部門為實現科學分析水環(huán)境問題，需要大量監(jiān)測和輔助數據，以及統(tǒng)一的信息平臺來輔助管理決策。

為了規(guī)范保證地表水自動監(jiān)測站數據的真實性和準確性，逐步提高地表水自動監(jiān)測的數據質量，減少人為干預造成的數據質量問題，本研究開發(fā)設計了一套信息化、智能化管理平臺，可實現所有水質自動化監(jiān)測站數據和人員的標準化管理，為環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)管理人員提供實時、可靠的監(jiān)測分析結果，保障河流、湖泊（水庫）水質實時可控，全面支持河流、湖泊（水庫）水質污染防控、管理決策，降低管理成本，實現水環(huán)境管理的綜合管控[4]。

1 信息化水質監(jiān)測平臺的設計

本智能化水質監(jiān)測與運維管理平臺的設計，基于物聯(lián)網、云計算等技術手段，平臺設計采用分布式微服務架構，基于跨平臺語言java開發(fā)，采用統(tǒng)一的國標認證協(xié)議，手機app、電腦web終端采用統(tǒng)一的接口管控平臺，支持第三方業(yè)務對接，便于對接不同廠商、不同參數類型的自動化監(jiān)測設備，具有兼容性和可擴展性，為站點數量和功能增加預留了拓展空間。

平臺框架設計由設備-人員-平臺三者構成一個信息化的閉環(huán)，實現方式為：（1）站點負責人通過平臺參數設置實現所有類型水質監(jiān)測站點（固定站、浮船站、簡易站、浮標站等）自動運行，（2）環(huán)保監(jiān)管人員、數據審核人員、運維管理人員、運維工程師，通過平臺告警以及視頻監(jiān)控發(fā)現問題和解決問題（3）通過水站運行監(jiān)測和運維過程產生的數據進行應用展示功能，展示內容包含站點監(jiān)測信息，水質分析評價等。

2 智能化水質監(jiān)測及運維管理平臺功能

本平臺設計了數據可視化、實時地圖與監(jiān)控、數據管理與應用、告警管理、站點控制、運維管理、基礎配置幾個功能模塊。

（1）數據可視化展示：通過數據可視化圖表，管理者可以從宏觀上了解管理區(qū)域內的水站信息，包括整個管理區(qū)域的站點聯(lián)網情況、實時數據、數據質量、水質等級，主要污染指標，河流上下游水質變化，以及水質同比、環(huán)比情況。可視化展示便于實時了解流域水質變化情況，實現污染總量控制，入河排污口監(jiān)管的目標。此外，平臺可根據各地情況內置污染擴散模型并進行展示，便于及時預警預報重大污染事故。

（2）實時地圖與監(jiān)控：通過實時地圖與監(jiān)控，監(jiān)管及維護人員可以查看站點的實時定位信息、站點運行模式、在線和離線情況、設備故障情況、數據超標情況、當前水質等級和目標等級，還可從平臺實時調取采水端、站房等位置的現場視頻監(jiān)控情況。

（3）數據管理與應用：數據管理模塊實現監(jiān)測數據的采集、查詢、審核、補錄功能。數據應用包含質控數據的展示（包括日質控，周質控和月質控數據），數據圖表與報表的自動生成和分析（包含日報、周報、月報），以及站點數據同比/環(huán)比查詢、超標率查詢等。

（4）運維管理：運維管理模塊包含與包括運維任務發(fā)布、任務執(zhí)行、任務統(tǒng)計分析、運維人員（公司）評價幾個功能模塊。

（5）告警管理：告警管理模塊包括實時告警、歷史告警、告警設置模塊，用以及時發(fā)現站點數據的異常，通知相關運維人員及時處理問題。告警推送支持app、短信和郵箱多種形式。

（6）站點控制：站點遠程控制功能，包含設備控制，以及視頻監(jiān)控的控制。設備控制包括監(jiān)測模式設置，通過站點控制可以實現常規(guī)監(jiān)測模式、質控監(jiān)測模式，以及應急模式間的切換，以滿足不同的監(jiān)測目標要求。

（7）遠程儀器控制：隨時調取每臺設備狀態(tài)和運行日志，并可以進行遠程控制操作。

3 運維管理系統(tǒng)

為了讓生態(tài)環(huán)境監(jiān)管單位、站點運維責任單位能夠對運維工作進行高效的信息化管理，智能化平臺提供了一套完整的管理流程，并與監(jiān)測數據形成關聯(lián)，配合手機app形成任務流程閉環(huán)，做到現場問題及時有效地發(fā)現、響應和處理，實現監(jiān)測單位與運營單位的信息實時互通，方便通過統(tǒng)一標準來考評不同設備供應商、運維管理公司以及運維人員。

3.1 運維管理工作流程

運維管理系統(tǒng)可以根據站點分配情況、質控要求以及數據異常情況自動下發(fā)運維任務。運維人員通過手機app接收任務，并根據遠程巡檢結果準備現場維護所需物品。人員抵達現場后根據app內容提示進行運維工作，并將相應過程數據錄入app。運維任務完成后，由上級主管審核是否通過，通過后可自動生成運維記錄表，運維臺賬。

運維任務分為常規(guī)和異常任務，常規(guī)任務包含站點巡檢、試劑更換、設備校準等。異常任務是指由于設備故障或者數據異常觸發(fā)的任務類型。常規(guī)任務可通過站點運行周期設置和人員安排進行自動發(fā)布，異常任務可通過設置數據異常類型的告警配置進行自動觸發(fā)，也可由運維主管或者現場運維人員手動發(fā)起。任務跟蹤任務發(fā)布后，監(jiān)管部門、運維管理、現場人員可以實時查看并跟蹤任務情況，包含任務內容、完成情況、執(zhí)行時間節(jié)點等。

3.2 運維管理系統(tǒng)功能

運維管理系統(tǒng)作為信息化智能水質管理平臺的重要組成部分，是保障水質自動監(jiān)測站能夠正常運行的前提。

運維管理系統(tǒng)主要包含運維任務、質控計劃、運維地圖、運維統(tǒng)計、運維評價幾個功能模塊。

（1）運維任務：包含運維任務的跟蹤、運維報表查詢和下載，以及依據運維任務生成的站點運維臺賬，具體包括站點/項目/人員運維記錄臺賬、試劑更換臺賬、站點校準臺賬、備品備件更換臺賬、站點故障臺賬、停站記錄臺賬等，并可根據需要擴充。

（2）質控計劃：根據站點質控要求，在平臺設置站點的質控內容、相應質控周期，系統(tǒng)將根據設定結果進行運維計劃提前推送。

（3）運維地圖：工作任務執(zhí)行過程中環(huán)保監(jiān)管人員、運維主管可以查看運維人員的實時定位和狀態(tài)，跟蹤人員是否及時到達現場完成運維工作。任務執(zhí)行過程中的狀態(tài)記錄將生成相應的軌跡圖，方便監(jiān)管，避免造假形成的維護任務。

（4）運維統(tǒng)計：平臺從運維總次數、異常運維次數、故障類型、人員運維次數、人員響應時間多個維度進行分析統(tǒng)計，間接對站點、設備、人員等進行分析評價，為人員考核以及設備的性能評價提供有力的參考依據。

（5）運維評價：可以從人員、站點、項目/流域、公司幾個維度可進行評價和排名，可根據需求靈活篩選考核維度。

4 結論

通過本研究設計的智能化水質自動監(jiān)測系統(tǒng)及運維管理平臺，生態(tài)環(huán)境管理部門可以綜合查看所有類型監(jiān)測站點聯(lián)網、監(jiān)測數據情況，根據不同斷面性質、站點類型、流域管理目標，評價考核周期內的水質變化，分析評價各個運維單位的響應及維護情況。通過標準化的量化分析，方便篩選性能可靠、運行穩(wěn)定的設備供應商，以及高效、及時的運營服務商，確保監(jiān)測數據的真、準、全，最終實現及時、準確預警突發(fā)環(huán)境事件，實現水體污染控制的目標。