太湖蓝藻监测系统概要设计方案1[1].0

太湖蓝藻监测预警系统概要设计方案编制单位：中科怡海高新技术发展江苏股份公司2010年01月目录1 概述 (1)1.1项目背景 (1)1.2设计依据 (3)1.3设计原则 (4)2 建设目标与任务 (5)2.1建设目标 (5)2.2建设任务 (5)2.3建设原则 (5)3 需求分析 (7)3.1现状描述 (7)3.2需求分析 (8)3.2.1 功能需求 (8)2.2.2 性能需求 (9)2.2.3 安全需求 (10)2.3设计边界条件 (11)4 系统总体设计 (12)4.1设计思路 (12)4.2总体框架 (12)4.3系统划分 (14)4.4安全体系 (16)1 概述1.1 项目背景太湖水环境关系太湖流域和长江三角洲地区经济社会发展全局，关系人民群众切身利益。

水是人们生产、生活的重要环境要素，随着无锡太湖区域的城市发展、人口膨胀以及工农业的发展，太湖的水利水文状态得到了国家、省市政府和人们的极大关注。

无锡太湖的蓝藻是太湖水环境关注的重点，对太湖的水环境具有标志性意义。

水华（water blooms），是淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，是水体富营养化的一种特征，主要由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的水进入水体后，蓝藻、绿藻、硅藻等藻类成为水体中的优势种群，大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。

太湖水华主要是蓝藻产生的，蓝藻水华引起的一系列生态、环境和灾害问题正受到全国乃至全世界的高度重视。

太湖的蓝藻水华问题从上世纪八十年代就开始凸现。

尽管多次得到国家、省市各层面上的关注，其发生面积、程度依然比较严重。

蓝藻水华的控制远非一朝一夕能够解决的。

蓝藻水华的潜在生态、社会灾害性风险将长期存在。

太湖蓝藻水华问题形成经历了30多年污染的连续积累。

根据国外湖泊的治理经验，问题的解决至少需要几十年持续不断的努力。

因此，在加紧污染治理工作的同时，有关蓝藻水华的监测、预警、打捞及综合化利用已经成为国家和地方政府部门的日常性工作。

太湖蓝藻水华监测、预警、打捞及综合化利用技术的强烈需求来源于近年来不断出现的饮用水安全问题的需求。

在江苏无锡市、江苏沭阳市、河北秦皇岛市先后发生了饮用水水源地的污染突发事件。

其中江苏无锡市和秦皇岛市的饮用水危机都是由于富营养化导致蓝藻污染所至，且影响巨大。

这些突发性环境事件造成的水污染，已成为饮用水源安全保障的最突出问题，都严重威胁到居民饮用水安全，对当地百姓民生生活产生巨大的影响。

不断发生的水危机事件，说明经过20多年的经济高速发展，我国开始进入突发生态灾难和环境污染事件的高发期，对于现阶段来讲，迫切需要针对这类问题进行以监测、预警技术为基础，自动化高效的打捞、综合利用为支撑的技术研发。

本项目以传感网技术为切入点，将先进的、成熟稳定的物联网感知技术引入到系统中，通过独有的网络传输机制和智能分析判断能力，为无锡的水利水文和太湖治理奠定坚实的基础信息平台。

具有智能感知、智能调度和智能管理能力的一体化综合管理及服务系统是目前无锡市环保领域提升信息化管理水平的迫切需要：智能感知——构建基于物联网技术的先进感知系统感知水文：对太湖饮用水源地、调水沿线、主要入湖河道的水质、水量等水文指标实施实时监测；感知蓝藻湖泛：实时感知蓝藻、湖泛的发生、规模和程度；感知蓝藻打捞处理：进行打捞、处置和利用全过程的定位、跟踪和监控。

智能调度——构建双向可控的车、船和站点等资源的网络化信息交互与调度系统蓝藻打捞船的智能调度；蓝藻运输车、船和蓝藻处置、利用站点的智能调度；水利管理人员与智慧水利信息中心之间的实时双向信息交互。

智能管理——将物联网技术与现有信息中心资源进行整合，进行智能化管理功能升级基于物联网信息共享与发布平台的蓝藻打捞、运输、处理、再利用过程的数据集中管理和决策；结合地理信息系统的可视化动态用户界面，提高管理效率和指挥效能；通过智能化的设备及人力资源的科学联动管理，提高蓝藻湖泛的应急处置能力；1.2 设计依据《太湖流域水环境综合治理总体方案》国函〔2008〕45号《全国水利信息化“十一五”发展规划》（报批稿）2006年9月《水利信息系统初步设计报告编制规定》SL/Z332－2005《太湖流域片水质监测规划》《水文设备管理规定》《太湖流域水文事业发展规划》《太湖流域片水质监测规划》1.3 设计原则1、实用先进系统设计从需求出发，立足于应用。

采用业界先进且成熟的技术，充分考虑所选产品升级时的平滑度，预计未来发展的需求和吸收新技术的可能性，保证所选的软硬件具有较长的生命周期，确保整个系统的先进性。

2、可靠稳定根据应用需要，合理确定系统平均无故障运行时间和可靠性等级，确定系统部件平均故障修复时间，选择相应的软硬件，保障系统的可靠性和稳定性。

3、标准规范设计遵循国家标准和行业内的标准，保障系统建设的标准化和规范化。

4、维护方便，确保安全应用现代软件工程方法，确保系统的开放性、可扩充性和可维护性，有效降低系统运行与维护的难度与代价。

遵循系统安全、保密的有关要求，在便于资源共享的前提下，处理好数据资源共享与数据安全保密的关系。

2 建设目标与任务2.1 建设目标计划用10个月左右的时间完成太湖蓝藻监测预警系统的建设，实现对太湖重点区域蓝藻和水质的实时在线监测、监视和预警；提高蓝藻调查的工作能力和效率，扩展太湖水质、蓝藻监测站网；实现蓝藻打捞车、船的智能调度；藻水分离站、资源化利用基地的统一管理；蓝藻监测、打捞、处理、资源化利用的智能化管理；进一步完善太湖流域水资源水环境监测体系，为保障流域重要饮用水水源地安全，流域水资源管理与保护，提供现代化的基础设施和管理手段。

2.2 建设任务（1）在无锡市水利局建设1套卫星遥感影像数据接收系统；（2）在环太湖周边建设36个蓝藻监测点；（3）在太湖湖面建设10个蓝藻综合监测点；（4）为120条打捞车船安装智能终端；（5）为7个藻水分离站、3个资源化利用基地部署相应管理系统；（6）建设一个综合信息中心，实现蓝藻智能感知、智能调度、智能管理能力。

2.3 建设原则（1）统一性原则本项目由多个分项目组成，按照统一性原则把各部分的信息整合在一个应用平台，实现信息统一应用和共享。

（2）先进性和成熟性原则按照“先进实用、高效可靠”的原则，采用现有成熟技术和产品，充分利用现有公用通讯网络，使系统具有先进性和较长生命周期。

（3）兼容性原则应充分考虑与其他系统兼容性，设计与太湖流域水环境综合治理信息共享平台等已建系统的接口，确保信息共享。

（4）稳定可靠原则系统以无故障运行为目标，从系统结构、技术措施和维护响应能力等方面综合考虑，确保系统具有良好的稳定性、安全性和扩展性。

标准化原则系统采用国家标准和水利行业标准，保证系统的开放性、兼容性和经济性。

3 需求分析3.1 现状描述近年来，随着太湖水体富营养化不断加剧，太湖蓝藻水华频繁发生，蓝藻暴发直接导致了2007年无锡供水危机，严重威胁着流域水源地供水安全。

自2008年以来，无锡市在太湖水环境治理方面投入了大量的人力物力，除引江济太、生态清淤等工程外，还加大了蓝藻、湖泛巡查监测力度，全市“围剿”蓝藻的模式也从人工作业转向机械化操作，配备了百余艘专门的打捞处理船只从事打捞作业；从发动群众的人海战术转向专业化打捞，除市直属打捞队外，各区也相继成立专业打捞队伍，使打捞的效果和效率都有了很大的提高；而对于蓝藻的处理，也由以前的堆场集中堆放为主向资源化利用、无害化处理转变，大大提高了蓝藻的利用效率。

随着流域经济社会的快速发展，流域水资源、水环境在监测范围、监测时效性、监测指标等方面已不适应现状，难以满足流域水资源管理、保护和调度的需求，难以满足流域水环境综合治理所需要的基本信息。

存在的主要问题是：1）监测手段单一、落后、应急监测能力不够，时效性差；2）监测项目少，覆盖范围不够，预警能力不强；3）保障流域供水安全、实施水资源统一管理和实时调度缺乏相应的手段。

3.2 需求分析3.2.1 功能需求太湖蓝藻监测预警系统主要由智能感知监测站、车船定位与智能调度系统、通讯网络系统、藻水分离站信息管理系统、资源化利用基地信息管理系统、卫星信息接收系统、综合信息中心等部分组成。

各部分功能需求如下：（1）智能感知监测站应具有实时监视无锡太湖周边蓝藻易发区域和重要取水口水面信息的功能，实时采集的湖面图像信息并对蓝藻的爆发情况进行分析，自动对蓝藻及湖泛的爆发情况发出预警，在重要水功能区实现水温、溶解氧、电导率、pH值、氨氮、硝酸盐、风速、风向、气温、气压等指标监测，定时发送到中心站，发送频度可以设置；（2）车船定位与智能调度系统可以对车船定位，并由系统实现车船轨迹跟踪，可根据蓝藻爆发指数自动接收调度命令前往打捞运输站点，可与信息中心双向通信，报告工作进度等。

（3）通信网络通信网络是实现水质监测站、蓝藻自动监视站、蓝藻打捞及运输的相关船只和车辆等的数据和图像实时传送到综合信息中心，再经专线网络传送到水利局数据中心。

本项目选用的通信传输设备应能满足太湖湖区范围内的信息传输的要求，同时要完全满足水质监测站、蓝藻自动监视站、蓝藻打捞运输车船等数据图像传输的带宽要求。

（4）藻水分离站信息管理系统藻水分离站的信息管理系统分藻水分离站实时生产数据自动上报系统和生产统计数据人工上报系统。

（5）资源再利用基地信息管理系统系统提供了生产统计数据上报、查询、修改等功能，并且根据用户的需求对数据以曲线、表格等方式产生报表，提供打印等日常办公功能。

根据调度算法和人工指挥的命令，展现与本站点相关的车船调度结果；同时提供资源化再利用基地生产信息和用户信息管理等功能。

（6）卫星信息接收系统应具备卫星信息接收、极轨数据预处理、极轨数据应用、Modis 数据处理、Modis数据应用等功能。

（7）综合信息中心综合信息中心是整个系统的控制中心，负责连接湖面蓝藻综合智能监测站，沿岸蓝藻智能监测站，接收卫星遥感信息并进行分析，负责蓝藻打捞及运输的相关船只和车辆的调度指挥，藻水分离站、资源化利用基地生产信息的管理及生产能力的评估。

2.2.2 性能需求（1）准确性在线监测的数据必须符合国家、行业相关标准，解析结果和计算成果必须符合有关规范。

（2）可靠性监测站必须满足在正常条件下长期稳定运行的需要；各类配套设备符合国家相关标准的要求；系统应具备较强的容错能力。

（3）全面性监测站点和作业船只的部署达到一定数量和密度，能够全面反映无锡太湖蓝藻爆发情况，满足蓝藻预警和打捞的智能化管理需求；（4）兼容性和可扩展性系统支持多种输入、输出形式；能适应用户操作方式变化；能适应操作系统环境变化。

系统具备规模的可扩展性，能适应用户业务量的扩展；自动监测站具备水质监测参数的可扩展性，能适应水质自动监测项目的扩展需求；系统具备功能的可扩展性，能适应用户对系统需求的变化。