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(lái)，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(dòng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

2 實(shí)現(xiàn)地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的關(guān)鍵

隨著我國(guó)地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)規(guī)劃的實(shí)施，要實(shí)現(xiàn)地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)，就必須采用先進(jìn)的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)作為保障，對(duì)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(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)施過程中，應(yīng)該充分考慮我國(guó)的國(guó)情，從實(shí)際出發(fā)，實(shí)事求是，建立既能滿足當(dāng)前地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作要求，又留有超前發(fā)展冗余的地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3 國(guó)外現(xiàn)代化地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系現(xiàn)狀

地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的，在美國(guó)、英國(guó)、日本、荷蘭等國(guó)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(píng)價(jià)體系”和“自然災(zāi)害防御體系”。一則可為綜合評(píng)價(jià)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(duì)策提供依據(jù)。

4 先進(jìn)的監(jiān)測(cè)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(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展，儀器分析、計(jì)算機(jī)控制等現(xiàn)代化手段在地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。分析方法從手動(dòng)和半自動(dòng)實(shí)驗(yàn)方法和儀器也正逐步被計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、遙測(cè)裝置所代替。地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以在線自動(dòng)分析儀器為核心，運(yùn)用現(xiàn)代傳感器技術(shù)，自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)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(gè)綜合性的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系，目前地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)由自動(dòng)站監(jiān)控軟件和中心站監(jiān)控軟件兩個(gè)基本部分組成,下面做分別介紹。

4.1 自動(dòng)站監(jiān)控軟件

軟件用于在現(xiàn)場(chǎng)控制各個(gè)儀器的工作狀態(tài),它運(yùn)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(dòng)畫的形式實(shí)時(shí)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(gè)智能儀器；

●可以實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)的超標(biāo)和報(bào)警事件等狀態(tài),并向中心站發(fā)送警報(bào)；

●可在現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程對(duì)系統(tǒng)設(shè)置連續(xù)或間歇的運(yùn)行模式；

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

●具有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目超標(biāo)及子站狀態(tài)信號(hào)顯示、報(bào)警功能；

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

●具有 24小時(shí)自動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并可保存三個(gè)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(lái)實(shí)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(duì)以上功能進(jìn)行修改，使它更能接近用戶的實(shí)際要求；

●現(xiàn)場(chǎng)的工控機(jī)和監(jiān)控軟件的運(yùn)行與否不會(huì)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(chǔ)系統(tǒng)。

4.2 中心站軟件

●可修改和設(shè)置自動(dòng)站的ID序列號(hào)；

●同時(shí)支持自動(dòng)/人工撥號(hào)，收集現(xiàn)場(chǎng)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(lái)電自動(dòng)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(yùn)行 8小時(shí)，來(lái)完成異常事件的上傳和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)下載；

●由于現(xiàn)場(chǎng)采用 MODBUS總線結(jié)構(gòu)(可以連接 32臺(tái)智能設(shè)備)，所以中心站可以遠(yuǎn)程訪問現(xiàn)場(chǎng)的任意一臺(tái)智能設(shè)備 (由 MODBUS地址區(qū)分)，實(shí)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(dòng)畫的形式顯示現(xiàn)場(chǎng)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(kù) (SQL Server，Orcal等)，應(yīng)具有足夠的數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的自動(dòng)剔除，超標(biāo)數(shù)據(jù)的列表，有效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)等功能；

●隨時(shí)取得實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)、處理監(jiān)測(cè)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(cè)、統(tǒng)計(jì)報(bào)告及圖表(棒狀圖、曲線圖、多軌跡圖、對(duì)比圖等)，并可輸入中心數(shù)據(jù)庫(kù)或上網(wǎng)；

●收集并可長(zhǎng)期存儲(chǔ)指定的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及各種運(yùn)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(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)總站數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)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(cè)試，便于例行維修和應(yīng)急故障處理等功能。

5 發(fā)展趨勢(shì)

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(wú)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(dòng)站安裝 GPRS數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，經(jīng)無(wú)線通訊網(wǎng)將自動(dòng)站產(chǎn)生的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到上級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)站(無(wú)固定 IP)；

5.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jiǎn)單、運(yùn)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(jí)地表水質(zhì)監(jiān)控站數(shù)據(jù)庫(kù)能完全兼容，數(shù)據(jù)導(dǎo)入能夠自動(dòng)完成；

5.4 系統(tǒng)既能組成獨(dú)立系統(tǒng)，又能通過開發(fā)的一系列的插件無(wú)縫嵌入到中心平臺(tái)上，實(shí)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(duì)河流的面積廣大、地形復(fù)雜采用無(wú)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(shí)現(xiàn)報(bào)警、遠(yuǎn)程控制等功能。無(wú)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(kù)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(gè)系統(tǒng)的管理和配置等功能由視頻監(jiān)控管理平臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)。軟件與監(jiān)測(cè)軟件兼容，可嵌入各個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息資料的共享。

6 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代化、信息化、系統(tǒng)化的地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(dòng)監(jiān)測(cè)體系下，以提高水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(guó)家監(jiān)控中心之下，才得以有效全面的解決我國(guó)可持續(xù)發(fā)展過程中所面臨的地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)問題。

[1]向運(yùn)榮，黃輝.地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其建設(shè)中的若干問題 [J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2001，17（06）：5-8.

[2]地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)培訓(xùn)教材[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2006.

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