分析水环境实时自动监测系统的设计与实现

分析水环境实时自动监测系统的设计与实现

【摘要】：随着科学技术的快速发展，人类的生产生活对自然环境产生了巨大的影响，水环境污染问题逐渐受到人们的重视；对水环境的监测与治理已成为当今环境治理的重点方向。国家也对水环境问题做出了一系列的投资，其中水环境自动监测系统开始在我国各个重要的水区域建设起来。这个系统的核心是自动分析仪器，运用传感技术、自动检测技术和计算机自动控制技术以及其他相关的分析软件组成的一个强大的水环境自动监测系统，这被称为水环境自动监测系统（简称WEMIS）。这套系统可以对水资源质量实行自动监测以及自动污水处理系统等多项功能。希望这套系统在后期的水环境治理过程中发挥重大作用。本文对该系统的方案设计和设计原则做了着重介绍。

【关键词】：水环境；地表水；地下水；水环境自动监测系统

1.系统概述

“水环境实时自动监测系统”以下简称WEMIS系统，该系统是针对于水质、污染物的总量进行分析和检测的综合监测系统。它是以检测水体环境和质量为目的，以自动分析仪器为系统核心配合先进计算机技术建成的一个综合性的水环境自动监测系统。

WEMIS系统主要由信息采集系统、传输系统、管理系统和服务系统四部分组成。中心站无线网络等通讯方式实现对各子站的实时监视以及远程控制。该系统可及时发现水质的异常，为防止水质污染扩散迅速做出预警，并能准确追踪水质污染物，从而使技术人员及时作出正确的处理决策。水环境实时自动监测系统，利用标准的Modbus/TCP协议来读取现场设备的实时数据，通过远程通讯来进行数据传输，待监测站软件接收到这些数据之后，再对数据进行处理。

2.水环境监测的准备工作

水环境监测方案的制定要充分考虑到当地的气候情况和社会情况，为了保证对水环境监测的质量，必须根据实际情况来布设监测点，并且要对当地的情况进行调查，以保证监测系统工作时检测传输数据的准确性。必须要选择有代表性和可操作性的监测点。监测的前期准备工作一定要做到位。首先，要做好工作人员的保护工作，以保证在水环境监测时不会造成人身危险；其次，监测时使用到的设备和试剂要提前准备好；再次，要注意监测时所用到的设备可能会被水中的有害物质腐蚀，所以要对监测设备及时进行检查和保养，确保设备能正常使用；最后，对仪器设备也要进行不定期的检查，要根据实际的使用的次数和使用的范围而定。

3.两种水环境监测

3.1 地表水环境监测

在监测的过程中我们把水质因子分成三种类型进行调查分析。首先是调查常规水因子，通过它可以很直观的了解水环境质量状况；其次是调查污染因子，它可以反映所在地区具体的水质情况和污染情况；除了这两种因子还存在着一些其他的因子，因为在进行监测取样的过程中，会受到当地的特殊地理环境因素影响，例如：当地的水生生物，以及水域的评价级别等等都会影响水质监测水平。因此在我们进行监测的时候，提前要对水质和当地环境状况进行调查再做出决定。对地表水在枯水期、平水期、丰水期分别进行监测取样，同时，还要在天气晴朗以及流量稳定时进行调查一次，连续调查三天。对于湖泊及水库也要因规模和级别在不同时期调查一次，连续调查三天。在河口处同样也要因上述原因每期调查一次，分为大潮和小潮。在海湾每期调查一次，一次持续三天到四天。

3.2 地下水环境监测

要了解地下水的水质情况，我们主要是通过监测典型性地区的水井，但有的时候也会出现一些特殊情况，导致该区域内的水井不能满足我们的需要，这就要求我们布设特殊的监测井来进行取样。我们对监测项目的选取要根据具体情况而定，监测项目包括水的酸碱性、水的硬度，微生物、微量元素和细菌总数等的测定，同时还要对这个水井的地质特征进行了解，并且全面了解水位，水温等情况。对于地下水的监测同样也要采用三天连测式方法，在选取好监测点后连续三天都要进行监测。

4.系统设计原则

本系统是由性能可靠的硬件设备、成熟的软件技术建立的。系统功能完善、运行可靠、操作灵活，并且整个系统具有很好的扩展性，易于升级和二次开发。

本系统的设计需要遵循以下原则：

（1）实用性原则：本系统紧紧围绕水质监测任务，满足环境保护行业各个部门业务的工作特点和工作要求，满足环保行业的实用性要求。立足实际的环保工作，注重监测成果的实用性，并充分使用软件对历史数据的继承，做到了数据查询方便，操作简便，界面美观等。

（2）先进性原则：系统的功能设计追求完整先进，在做到性价比的同时使系统具有先进性。在软硬件的选用上采用国内外最先进的技术，这样设计可以避免系统容易淘汰的缺点，实现了先进性与实用性的统一。

（3）规范化原则：各系统的设计与实施严格遵循国家环保局和中国环境监测办法的有关标准和规定。系统的操作符合环保行业的标准。

（4）可扩充性原则：系统的数据结构和功能体系能满足省级监测站的需求，与此同时还能达到下级站的需求；考虑到将来的发展需要，系统还具有了易于扩充性的优点，可以与国家信息化进程同步发展。

（5）兼容性原则：本系统集成的各个功能模块，使用户在同一个接口下能够尽可能实现多项功能的操作；要保持数据库格式与现行的数据库格式兼容。

（6）安全性原则：要采用多种安全技术，以保证系统的各项安全性，要遵循系统安全性、保密性和共享性的原则。系统要对软、硬件平台和应用系统等多方面制定安全策略，以保证系统运行的安全性与稳定性。还要具有防雷、电磁干扰等防护措施。

（7）稳定性原则：经过专业人员测试，采用多种方式评定。系统要经过应用实践证明能够支持连续长时间的稳态运行。硬件设备单元平均无故障运行时间要大于两千小时。5.系统层次结构

系统分为现场数据采集、通信网路、监控中心三个层次。数据采集作为系统最基本的部分，在各水质监测点现场安装，包括现场采集仪器、现场数据通讯设备等。通信网络层是将采集到的数据通过数据通信网络传输到监控中心。监控中心作为整个水环境自动监控系统的控制和管理中心收集所有监测点的监测数据，监督或控制设备的运行状况并对数据响应予以处置之后向各监测点发布指令。来控制设备的运行状况。

6.系统功能

（1）子站可通过电话线、网线、无线网络等通讯方式进行传输数据。

（2）数据的采集与数据传输应完整、准确，采集值与测量值误差要小于等于百分之一。

（3）通过数字通讯接口采集实时数据并存储，之后数据以不同的通讯方式进行传输进入市水环境监测中心站。

（4）现场显示系统的实时数据，实时状态，并可对异常做出报警。

（5）可以远程显示现场工作状态、设备故障自动报警、数据异常自动报警功能，并能将报警信号自动发送至监控中心。

（6）具有实时状态的查询功能，按需要进行各种状态的数据查询。

（7）子站能储存三个月以上的数据，同时保存发生过的有关校准及其他事件的记录。

（8）主体设备平均无故障时间大于两千小时，信号的输入和输出具有可扩展性。

（9）断电后可继续工作时间要高于十二个小时。

7.系统数据库的设计

监控系统采用了ORACLE数据库，对水中的传感器进行了处理，实现了数据耦合特点，