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，就必須采用先進的水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)作為保障，對水質(zhì)站網(wǎng)進行優(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70年代發(fā)展起來的，在美國、英國、日本、荷蘭等國已有相當規(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 先進的監(jiān)測技術(shù)要與先進的信息管理技術(shù)相結(jié)合

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，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)控制標準的 MODBUS/RTU協(xié)議與控制器進行通訊。

●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,管路的工作和輸出情況,并可根據(jù)需要進行控制參數(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)議推薦采用國際標準協(xié)議；能夠支持有線通訊并可以擴展無線方式的通訊(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)境對以上功能進行修改，使它更能接近用戶的實際要求；

●現(xiàn)場的工控機和監(jiān)控軟件的運行與否不會影響控制器的功能.控制器和工控機相當于兩套數(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、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)；

●開放的標準關(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，良好的可擴充性和快速的檢索。便于維護、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)的保護功能；可實現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的自動剔除，超標數(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，按需要進行各種方式的數(shù)據(jù)查詢；

●維護檢修狀態(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、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)進行監(jiān)控，在系統(tǒng)中可以很方便地實現(xiàn)報警、遠程控制等功能。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、標準化以及管理制度化的水平為目標，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].