萬 黎,劉 玉,賈 坤,吳 笛

(1.山東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,山東濟(jì)南250012;2.濟(jì)南市環(huán)境監(jiān)測(cè)站,山東濟(jì)南250014)

地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)自動(dòng)審核的創(chuàng)新與實(shí)踐

萬 黎1,劉 玉1,賈 坤1,吳 笛2

(1.山東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,山東濟(jì)南250012;2.濟(jì)南市環(huán)境監(jiān)測(cè)站,山東濟(jì)南250014)

在地表水質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量保證管理中,山東省省、市兩級(jí)監(jiān)控中心使用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)審核系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和質(zhì)量控制,創(chuàng)新地實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性的自動(dòng)判別、監(jiān)測(cè)網(wǎng)的運(yùn)行情況自動(dòng)評(píng)價(jià)等自動(dòng)化質(zhì)控措施。

地表水;自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng);運(yùn)行狀態(tài);數(shù)據(jù)審核;質(zhì)量控制

山東省地表水質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)由59個(gè)河流斷面、24個(gè)水庫飲用水監(jiān)測(cè)子站組成,河流斷面共監(jiān)測(cè)7個(gè)項(xiàng)目(飲用水加測(cè)葉綠素):COD(CODCr或CODMn)、氨氮、電導(dǎo)率、溶解氧、溫度、濁度和p H值。網(wǎng)絡(luò)信息量大,對(duì)象復(fù)雜,所以要盡量確保網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量,使其完整、準(zhǔn)確、可比、公正,為管理者提供真實(shí)的決策依據(jù)。采取多項(xiàng)質(zhì)量管理和質(zhì)量控制措施,最重要的是在監(jiān)控中心使用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)審核軟件代替大部分人工審核,將不合理的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)剔除或修正。實(shí)踐證明,這是確保監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不可缺少的質(zhì)量控制措施。

1 總體設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)審核主要為實(shí)時(shí)監(jiān)控和質(zhì)量控制,流程簡(jiǎn)介見圖1。監(jiān)控中心的控制軟件定時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程在線診斷與狀態(tài)監(jiān)控,內(nèi)容包括兩個(gè)方面:一是調(diào)取分析儀的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析判斷,不可采用數(shù)據(jù)做無效標(biāo)記。二是定時(shí)自動(dòng)遠(yuǎn)程校準(zhǔn),了解、掌控儀器的準(zhǔn)確度等信息;監(jiān)控中心的專家審核,結(jié)合儀器巡檢情況進(jìn)行異常數(shù)據(jù)標(biāo)記;數(shù)據(jù)審核軟件自動(dòng)對(duì)標(biāo)記數(shù)據(jù)及異常情況做出判斷,有無效標(biāo)記的不參加所有統(tǒng)計(jì),需調(diào)整的進(jìn)行合理修正,數(shù)據(jù)缺失的進(jìn)行替代填補(bǔ),結(jié)合每旬現(xiàn)場(chǎng)抽查監(jiān)測(cè)結(jié)果,最終統(tǒng)計(jì)生成合理、準(zhǔn)確的地表水水質(zhì)質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖1 地表水?dāng)?shù)據(jù)審核流程圖

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控

山東省地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)采樣頻次目前為4 h,監(jiān)控人員的日常審核界面如圖2所示,分為項(xiàng)目選擇、點(diǎn)位及曲線選擇、數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)曲線顯示4個(gè)區(qū)域。

項(xiàng)目選擇區(qū)域主要對(duì)審核時(shí)間段、曲線顯示項(xiàng)目(COD、氨氮、溶解氧、葉綠素等)、數(shù)據(jù)來源等進(jìn)行選擇。點(diǎn)位及曲線選擇區(qū)域可具體選擇要在數(shù)據(jù)表格區(qū)域中顯示的一個(gè)斷面數(shù)據(jù)詳情、曲線數(shù)據(jù)審核的顯示模式。

2.1 數(shù)據(jù)表格審核子站詳情

數(shù)據(jù)表格區(qū)域顯示所選點(diǎn)位、時(shí)段的數(shù)據(jù)詳情。主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目COD、氨氮等分別列出其原始值、審核值、數(shù)據(jù)來源和儀器狀況,由審核軟件每4 h自動(dòng)填寫更新。數(shù)據(jù)來源列內(nèi)容分為原始值(√)、每旬現(xiàn)場(chǎng)抽查對(duì)接值(監(jiān)督檢查)、缺失替代值(自動(dòng)修約);分析儀狀態(tài)內(nèi)容為定時(shí)自動(dòng)調(diào)取系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)(見3.1)的判斷結(jié)果或管理人員根據(jù)巡檢報(bào)告在信息交流模塊中進(jìn)行的標(biāo)注;審核值缺省為原始值,若原始數(shù)據(jù)缺失或分析儀狀態(tài)列標(biāo)明該儀器故障,則由系統(tǒng)視為缺失數(shù)據(jù)自動(dòng)填補(bǔ)(見 2.3),所有的統(tǒng)計(jì)報(bào)告數(shù)據(jù)來源于審核值。

圖2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)審核界面

2.2 曲線數(shù)據(jù)審核

通過觀察數(shù)據(jù)變化折線圖審核數(shù)據(jù)快捷、直觀,便于掌握地表水質(zhì)量變化趨勢(shì)、上下游情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)。

可分別查看原始數(shù)據(jù)或?qū)徍撕髷?shù)據(jù)曲線,按在一個(gè)圖形中數(shù)據(jù)源的不同分三種顯示模式。按城市,數(shù)據(jù)源為同一城市的斷面數(shù)據(jù);按流域,數(shù)據(jù)源為同一流域分類斷面數(shù)據(jù),這些河流具有同樣的水質(zhì)目標(biāo),數(shù)據(jù)超標(biāo)點(diǎn)及異常情況一目了然,以便重點(diǎn)觀測(cè),及時(shí)通報(bào);按上下游,數(shù)據(jù)源為有上下游關(guān)系的斷面數(shù)據(jù),可及時(shí)掌握水質(zhì)變化趨勢(shì),為管理提供預(yù)警信息。

2.3 數(shù)據(jù)缺失的修補(bǔ)

數(shù)據(jù)缺失和數(shù)據(jù)無效時(shí),審核值暫由審核軟件按照國(guó)家技術(shù)規(guī)范要求[2]自動(dòng)填補(bǔ)替代值,數(shù)據(jù)來源為“自動(dòng)修約”。每旬?dāng)?shù)據(jù)對(duì)接時(shí)(見3.4),若有該斷面的同期監(jiān)督抽查或巡查比對(duì)的人工采樣數(shù)據(jù),則采用抽查數(shù)據(jù)取代自動(dòng)填補(bǔ)替代值,數(shù)據(jù)來源改為“監(jiān)督檢查”。

3 質(zhì)量保證與質(zhì)量控制

3.1 儀器運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程調(diào)取及應(yīng)用

儀器運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程調(diào)取的主要目的為:遠(yuǎn)程判斷子站系統(tǒng)運(yùn)行是否正常(是否有系統(tǒng)一 、二、三級(jí)報(bào)警和斷電報(bào)警),查看分析儀運(yùn)行情況 (如工作狀態(tài)、量程、校正曲線斜率、氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液A和B的濃度及電壓值、試劑余量、綜合報(bào)警等),從而判別監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否可靠。以采用的廈門W TW工控機(jī)所采集的狀態(tài)為例:如系統(tǒng)報(bào)警中有一級(jí)報(bào)警顯示,審核系統(tǒng)將該測(cè)量周期數(shù)據(jù)作無效標(biāo)記,因?yàn)樵搱?bào)警是管路壓力過大或煙霧報(bào)警,現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)停止,所有閥門,水泵處于關(guān)閉狀態(tài)(待機(jī)),下一個(gè)周期不啟動(dòng)測(cè)量;而若系統(tǒng)出現(xiàn)三級(jí)報(bào)警,數(shù)據(jù)只作供參考標(biāo)記,因?yàn)樵搱?bào)警表明源水泵工作10min(管路進(jìn)樣時(shí)間上限)系統(tǒng)未收到沉砂池液位開關(guān)信號(hào);蠕動(dòng)泵工作10min(分析進(jìn)樣時(shí)間上限)系統(tǒng)未收到樣水杯液位開關(guān)信號(hào),出現(xiàn)的原因可能是采樣水泵或蠕動(dòng)泵故障,或者水淺或液位計(jì)故障,前者數(shù)據(jù)應(yīng)作無效處理,后者若是液位計(jì)故障數(shù)據(jù)可以采用。

子站每5min上傳一次系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),審核軟件自動(dòng)判斷后將故障信息填報(bào)到審核界面(圖2)及生成系統(tǒng)故障單,供管理人員掌握情況調(diào)度維護(hù)。圖3為系統(tǒng)運(yùn)行存在實(shí)時(shí)故障的子站列表和點(diǎn)擊故障站點(diǎn)顯示的該子站運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)遠(yuǎn)程反控

系統(tǒng)遠(yuǎn)程反控是監(jiān)督子站運(yùn)行、確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠準(zhǔn)確的必不可少的質(zhì)量控制措施。在多項(xiàng)反控措施中最常用的有遠(yuǎn)程定時(shí)校準(zhǔn)、控制留樣和修改子站系統(tǒng)時(shí)間。

系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)進(jìn)行遠(yuǎn)程校準(zhǔn),定期多點(diǎn)校準(zhǔn),了解、掌控儀器的精確度,產(chǎn)生校準(zhǔn)結(jié)果報(bào)告表,審核軟件自動(dòng)進(jìn)行分析處理:根據(jù)技術(shù)規(guī)范[4～6]的要求,對(duì)不滿足性能指標(biāo)的儀器數(shù)據(jù)判斷為無效,同時(shí)通知運(yùn)營(yíng)管理人員盡快進(jìn)行維修,極大地提高了工作效率。

遠(yuǎn)程指令留取樣品,除子站數(shù)據(jù)超標(biāo)時(shí)自動(dòng)留取樣品外,還可以根據(jù)需要遠(yuǎn)程發(fā)出指令要求子站留取瞬時(shí)樣品。

3.3 自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行評(píng)價(jià)體系

山東省地表水河流自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)模式管理,該模式有利于加強(qiáng)監(jiān)督管理力度,減輕城市監(jiān)測(cè)站的壓力,減少人為干擾數(shù)據(jù)質(zhì)量的狀況,是保證自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)高質(zhì)量運(yùn)行的有力措施。

市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)模式管理能否成功的關(guān)鍵是能否嚴(yán)格、科學(xué)地對(duì)運(yùn)營(yíng)公司進(jìn)行監(jiān)督管理。為提高日常監(jiān)管力度,山東省制定了詳盡的打分標(biāo)準(zhǔn),而執(zhí)行的主要依據(jù)來源于每一子站的系統(tǒng)運(yùn)行率、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率及系統(tǒng)運(yùn)行情況詳情。

系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出監(jiān)測(cè)網(wǎng)中每一個(gè)子站的運(yùn)行率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率(圖4)及系統(tǒng)運(yùn)行異常情況分類詳情單(圖5)。以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)評(píng)價(jià)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況,力求公正、全面,提高了運(yùn)營(yíng)方的積極性,保證了系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的運(yùn)行。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率的統(tǒng)計(jì)是根據(jù)日常數(shù)據(jù)審核常見異常值情況的總結(jié)。除運(yùn)行率和準(zhǔn)確率外,表中每列數(shù)據(jù)均為所對(duì)應(yīng)情況出現(xiàn)的天數(shù),而“旬對(duì)接超出允許范圍”指每旬人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)誤差超出國(guó)家技術(shù)規(guī)范[4～6]允許范圍的天數(shù)。

3.4 旬?dāng)?shù)據(jù)對(duì)接

山東省環(huán)保廳要求全省環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理要堅(jiān)持“四統(tǒng)一”原則,即統(tǒng)一監(jiān)測(cè)指標(biāo)、統(tǒng)一監(jiān)測(cè)設(shè)備調(diào)試和校正標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方式和統(tǒng)一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確認(rèn),確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可比性、共識(shí)性。要求每旬由省環(huán)境監(jiān)測(cè)站對(duì)地表水進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽查采樣監(jiān)測(cè),自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每旬與現(xiàn)場(chǎng)抽查數(shù)據(jù)進(jìn)行一次比對(duì),凡是誤差符合國(guó)家技術(shù)規(guī)范[3～4]允許范圍的,采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);凡是誤差超過允許范圍的采用抽查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,由省監(jiān)控中心組織對(duì)相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)備重新進(jìn)行調(diào)試校正。

圖3 運(yùn)行故障子站清單及子站運(yùn)行狀態(tài)

圖4 河流斷面子站運(yùn)行率、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率統(tǒng)計(jì)

3.5 異常情況快速反應(yīng)

當(dāng)數(shù)據(jù)超出設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn),除子站自動(dòng)留取樣本外,審核軟件自動(dòng)短信通知當(dāng)?shù)丨h(huán)境監(jiān)測(cè)部門和距離最近的維護(hù)人員,查找原因,及時(shí)處理,起到了預(yù)警預(yù)報(bào)水質(zhì)污染事故的作用。當(dāng)審核系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)子站運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí),自動(dòng)短信通知距離最近的維護(hù)人員盡快解決。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)已在山東省、市監(jiān)控中心得以成功應(yīng)用,其獨(dú)創(chuàng)的對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性的自動(dòng)判別、監(jiān)測(cè)網(wǎng)的運(yùn)行情況自動(dòng)評(píng)價(jià)體系等自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的質(zhì)控措施,為確保監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性提供了切實(shí)有效的技術(shù)保障。

圖5 水站運(yùn)行異常情況分類統(tǒng)計(jì)

[1]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T 91—2002地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京:國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局,2002.

[2]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T 356—2007水污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)有效性判別技術(shù)規(guī)范[S].北京:國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局,2007.

[3]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T 354—2007水污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范[S].北京:國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局,2007.

[4]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T 100—2003高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動(dòng)分析儀技術(shù)要求[S].北京:國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局,2003.

[5]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T 377—2007化學(xué)需氧量(CODCr)水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀技術(shù)要求[S].北京:國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局,2007.

[6]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T 101—2003氨氮水質(zhì)自動(dòng)分析儀技術(shù)要求[S].北京:國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局,2003.

Innovation and Practice on Data Automatic Auditing of Automatic Monitoring Network for Surface Water

Wan Li1,Liu Yu1,Jia Kun1,Wu Di2
(1.Shandong Provincial Environmental Monitoring Center,Jinan Shandong 250012;2.Jinan Environmental Monitoring Station,Jinan Shandong 250014)

In quality assurance management of the surface water quality automatic monitoring network,computer data auditing system w as used by Shandong provincial and municipal monitoring center to monitor the data and control the quality.It realized creatively the automatic identification of data validation,automatic evaluation of running conditions of monitoring network,and some other automatic quality control measures.

surface water;automatic monitoring network;running condition;data auditing;quality control

X832

A

1008-813(2010)06-0059-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.06.017

2010-10-11

萬黎(1958—),女,山東蓬萊人,畢業(yè)于解放軍洛陽外國(guó)語學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè),高級(jí)工程師,主要從事環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)及綜合評(píng)價(jià)方面的工作。