深圳市寶安區(qū)水務(wù)局 李育基，江煒煒，唐繼平

目前，水污染治理存在污水監(jiān)測(cè)與預(yù)警不及時(shí)、應(yīng)急手段不科學(xué)等問(wèn)題，而水污染監(jiān)測(cè)預(yù)警及智能控制裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用可以很好地解決以上問(wèn)題，不僅可以及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)和處理污水變化情況以及超標(biāo)情況，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)、完善的應(yīng)急處理方案的靈活運(yùn)用，為保證水污染監(jiān)控的動(dòng)態(tài)性和隨時(shí)性打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，如何科學(xué)地設(shè)計(jì)和應(yīng)用水污染監(jiān)測(cè)預(yù)警及智能控制裝置是技術(shù)人員必須思考和解決的問(wèn)題。

一、裝置總體設(shè)計(jì)

（一）多級(jí)聯(lián)動(dòng)框架

水污染監(jiān)測(cè)預(yù)警及智能控制裝置設(shè)計(jì)目標(biāo)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）通過(guò)制定系統(tǒng)、完善的水質(zhì)監(jiān)測(cè)與應(yīng)急服務(wù)方案，可以促進(jìn)水源地水質(zhì)監(jiān)控工作的有效開展，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水污染事故的高效化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化處理。

（2）為水污染處理部門提供相應(yīng)的決策支持，此時(shí)，裝置會(huì)自動(dòng)生成相應(yīng)的水污染處理方案。

（3）不斷地提高水污染監(jiān)控水平，確保日常監(jiān)控、無(wú)人值守等相關(guān)工作落實(shí)到位，確保系統(tǒng)自動(dòng)啟用報(bào)警功能，使得水污染安全管理水平得以顯著提升。為了完成以上設(shè)計(jì)目標(biāo)，技術(shù)人員需要利用Java編程語(yǔ)言，對(duì)三級(jí)聯(lián)動(dòng)水質(zhì)污染預(yù)警響應(yīng)平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)建，并根據(jù)所設(shè)置好的響應(yīng)級(jí)別，完成對(duì)裝置的設(shè)計(jì)和開發(fā)，以保證三級(jí)監(jiān)控模塊、一級(jí)決策預(yù)警模塊和二級(jí)確認(rèn)模塊的實(shí)現(xiàn)效果。

該裝置主要由以幾個(gè)子系統(tǒng)組成：

（1）決策系統(tǒng)。該子系統(tǒng)所服務(wù)的對(duì)象主要以“一級(jí)決策單位”為主，通過(guò)利用該子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整編和預(yù)警數(shù)據(jù)的精確化、完整化接收，同時(shí)，還要利用平臺(tái)構(gòu)建思想，加強(qiáng)對(duì)預(yù)案管理知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上，從全局?jǐn)?shù)據(jù)入手，對(duì)相關(guān)規(guī)劃平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)籌，規(guī)劃平臺(tái)通常對(duì)城市水源預(yù)警系統(tǒng)提供了較大的支持，為提高水污染監(jiān)測(cè)效率和效果創(chuàng)造良好的條件。

（2）確認(rèn)系統(tǒng)。確認(rèn)系統(tǒng)所服務(wù)對(duì)象主要以“水務(wù)監(jiān)管部門”為主，這些部門主要包含以下兩類，一類是自來(lái)水集團(tuán)，另一類是水文總站。二級(jí)單位在實(shí)際的管理和經(jīng)營(yíng)中，所獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要包含水文數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，然后，針對(duì)水污染事故出現(xiàn)情況，完成對(duì)邊界條件的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，還要對(duì)水污染事故所引發(fā)的生態(tài)環(huán)境損失進(jìn)行科學(xué)評(píng)估和計(jì)算，然后，嚴(yán)格按照水環(huán)境保護(hù)相關(guān)法律法規(guī)，制定出一系列行之有效的應(yīng)急處理方案，為實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境的有效保護(hù)提供重要的依據(jù)和參考。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)所服務(wù)對(duì)象以“水源地監(jiān)控責(zé)任單位”為主，通過(guò)利用該子系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息的高效化、完整化獲得，便于工作人員更好地了解和把握設(shè)備當(dāng)前所面臨的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，還能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)備故障問(wèn)題，為確保該子系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行創(chuàng)造良好的條件。由此可見，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行性能是否良好，直接影響了整個(gè)裝置的運(yùn)行效果。

（二）業(yè)務(wù)流程需求分析

該裝置在具體的設(shè)計(jì)中，需要在充分結(jié)合水質(zhì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將預(yù)警識(shí)別工作落實(shí)到位，然后，全面評(píng)估和計(jì)算污染事故所對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失情況，最后，將最終評(píng)估和計(jì)算結(jié)果安全、可靠地上傳到一級(jí)決策系統(tǒng)中，由一級(jí)決策系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警信息，啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，以起到支持決策的作用。該裝置在具體的運(yùn)用中，所承擔(dān)的主要工作內(nèi)容如下：

（1）采用整編計(jì)算的方式，完成對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的全方位整理和統(tǒng)計(jì)。

（2）采用人工校核的方式，按照所設(shè)置好的標(biāo)準(zhǔn)，完成對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)和綜合評(píng)價(jià)的科學(xué)分類和統(tǒng)計(jì)，并將最終的分類結(jié)果安全、可靠地存儲(chǔ)于成果數(shù)據(jù)庫(kù)中。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)管理員要嚴(yán)格按照系統(tǒng)所設(shè)置好的時(shí)間范圍，向局中心系統(tǒng)上報(bào)最終整編成果。

另外，該裝置針對(duì)當(dāng)前水質(zhì)污染狀態(tài)，根據(jù)所設(shè)置好的判定條件，對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)、判斷和計(jì)算，然后，選出滿足預(yù)警條件的數(shù)據(jù)，并對(duì)其指標(biāo)進(jìn)行全方面檢測(cè)和分析，同時(shí)，利用監(jiān)控系統(tǒng)，采用取樣檢測(cè)的方式，對(duì)水質(zhì)污染區(qū)進(jìn)行處理，當(dāng)預(yù)警信息得到確認(rèn)后，需要由確認(rèn)單位，根據(jù)污染物情況，制定相應(yīng)的處理方案，并將制作好的處理方案上傳到?jīng)Q策單位，由決策單位對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一確認(rèn)，當(dāng)處理方案得到確認(rèn)后，需要將其上傳到三級(jí)管理單位，由三級(jí)管理單位對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)處理，最后，將最終確認(rèn)結(jié)果傳輸?shù)揭患?jí)系統(tǒng)、二級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)。

（三）裝置結(jié)構(gòu)介紹

該裝置在具體的設(shè)計(jì)中，主要利用J2EE構(gòu)架，以完成對(duì)Web程序的有效開發(fā)。另外，該裝置技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

圖1 裝置技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖

從圖1中可以看出，該裝置主要包含以下三個(gè)層次：

（1）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層主要由以下幾個(gè)部分組成，分別是系統(tǒng)軟硬件、文件存放系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等，通過(guò)運(yùn)用數(shù)據(jù)層，可以確保整個(gè)裝置能夠可靠、穩(wěn)定、安全運(yùn)行[1]，從而保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性和可靠性。

（2）業(yè)務(wù)層。業(yè)務(wù)層主要用于對(duì)監(jiān)控信息和預(yù)警信息的實(shí)時(shí)化處理，確保水質(zhì)預(yù)警識(shí)別任務(wù)得以有效開展，以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)化、精確化監(jiān)測(cè)和查詢。

（3）表現(xiàn)層。表示層作為一種連接層，可以有效地連接裝置與終端用戶，為用戶提供便利、整潔、友好的界面，確保用戶借助瀏覽器可以對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行直接操作[2]。

二、裝置功能設(shè)計(jì)

（一）數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸功能

數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸功能在具體的設(shè)計(jì)中，首先，要根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站智能化監(jiān)測(cè)需求，根據(jù)所設(shè)置好的頻率，完成對(duì)水樣的精確采集，同時(shí)，還要在充分結(jié)合水質(zhì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用終端通信設(shè)備，向IP應(yīng)用程序服務(wù)器上傳輸相應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)[3]，然后，利用服務(wù)器內(nèi)各種數(shù)據(jù)監(jiān)控程序，全方位監(jiān)控和分析水質(zhì)數(shù)據(jù)接收情況，同時(shí)，還要根據(jù)監(jiān)控設(shè)備所顯示的電壓信息情況，分析和判斷當(dāng)前遙測(cè)終端設(shè)備是否處于正常、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

（二）數(shù)據(jù)整編功能

水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有一定的時(shí)效性，在實(shí)際的工作中，需要以“天”為單位，全面分析和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，所以，數(shù)據(jù)整編功能在具體的設(shè)計(jì)期間，要根據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)整編需求，對(duì)日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)相關(guān)計(jì)算程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和整理。同時(shí)，該裝置針對(duì)日常所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，通過(guò)采用幾何平均法，對(duì)日數(shù)據(jù)和月數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)[4]，然后，采用人工檢查的方式，對(duì)其進(jìn)行校正和核實(shí)，確保這些數(shù)據(jù)安全、可靠地存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中。另外，該裝置為管理員提供多種簡(jiǎn)潔、友好的界面功能，管理員擁有強(qiáng)大的操作權(quán)限功能，負(fù)責(zé)對(duì)整編數(shù)據(jù)的增刪改查處理，同時(shí)，還能根據(jù)自身的實(shí)際工作需求，對(duì)日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)進(jìn)行全面測(cè)驗(yàn)和處理，使得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和安全性得以全面提升，為后期水質(zhì)預(yù)警工作的開展提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐。

（三）水質(zhì)預(yù)警界限設(shè)定功能

水質(zhì)預(yù)警界限設(shè)定功能在具體的設(shè)計(jì)中，要針對(duì)所制定好的水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)，完成對(duì)有機(jī)物、PH值、電導(dǎo)率等預(yù)警背景值的科學(xué)設(shè)置，然后，根據(jù)系統(tǒng)所設(shè)定的預(yù)警級(jí)別，對(duì)各個(gè)檢測(cè)值進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，并確定出他們之間的計(jì)算關(guān)系。另外，該裝置還要利用數(shù)據(jù)輸入相關(guān)計(jì)算公式，將數(shù)據(jù)分析工作落實(shí)到位，并將最終的分析結(jié)果安全、可靠地保存于指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

（四）水質(zhì)預(yù)警流程

水質(zhì)預(yù)警流程主要包含以下幾個(gè)操作步驟：

（1）初預(yù)警。該裝置針對(duì)所設(shè)置好的預(yù)警邊界條件，采用對(duì)水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算，并確定出可能出現(xiàn)的污染因子，并對(duì)這些污染因子所對(duì)應(yīng)的級(jí)別進(jìn)行劃分，然后，參照所設(shè)置好的預(yù)警邊界條件，采用預(yù)警判斷的方式，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)，一旦所監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)滿足預(yù)警條件，則該裝置會(huì)自動(dòng)顯示不同站點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位置，并發(fā)出閃爍報(bào)警聲，以起到聲音警示的作用。

（2）人工確認(rèn)。一旦出現(xiàn)初預(yù)警事件，該裝置會(huì)自動(dòng)向用戶提供相應(yīng)的輔助信息，然后，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行全方位檢測(cè)和確認(rèn)，當(dāng)檢測(cè)確認(rèn)操作結(jié)束后，管理員會(huì)利用計(jì)算機(jī)錄入相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)論編輯結(jié)果，如果初預(yù)警出現(xiàn)誤判情況，一旦垃圾堵塞出現(xiàn)相應(yīng)感應(yīng)口，需要將初預(yù)警設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)，并對(duì)關(guān)閉說(shuō)明書相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行填寫，如果初預(yù)警為確認(rèn)狀態(tài)，該裝置會(huì)自動(dòng)啟用警情處理功能。

（3）警情處理。警情處理所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)主要包含以下三種，分別是未處理狀態(tài)、處理中狀態(tài)、已完成狀態(tài)。最后，根據(jù)這三種狀態(tài)，操作人員要完成相關(guān)表格的填寫，并對(duì)警情事件所對(duì)應(yīng)的信息進(jìn)行全方位記錄和保存，警情處理流程如圖2所示。一旦出現(xiàn)預(yù)警事件，該裝置會(huì)向值班人員發(fā)送相應(yīng)的短信，如果值班人員沒有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)及時(shí)接收到相應(yīng)的預(yù)警短信，那么該短信會(huì)自動(dòng)發(fā)送至各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)。

圖2 警情處理流程

三、裝置應(yīng)用效果

為了更好地檢驗(yàn)水污染監(jiān)測(cè)預(yù)警及智能控制裝置的可靠性和有效性，現(xiàn)將該裝置科學(xué)地應(yīng)用于某學(xué)院空間信息技術(shù)研究所中，并取得了良好的應(yīng)用效果，有效地提高區(qū)域污染應(yīng)急指揮工作的開展效果。通過(guò)應(yīng)用該裝置，可以全面地了解和掌握各個(gè)測(cè)站所包含的綜合指標(biāo)信息，如綜合水質(zhì)級(jí)別，當(dāng)對(duì)某測(cè)站進(jìn)行點(diǎn)擊后，在頁(yè)面的右下角會(huì)出現(xiàn)測(cè)站水質(zhì)指標(biāo)，便于工作人員全面地了解和掌握這些水質(zhì)指標(biāo)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)列表頁(yè)面主要用于對(duì)單個(gè)測(cè)站查詢狀態(tài)的形象化展示，在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的全面化、詳細(xì)化監(jiān)測(cè)。預(yù)警處理模塊作為該裝置的主要功能，具有強(qiáng)大的警情上報(bào)功能、預(yù)案查詢功能、應(yīng)急監(jiān)測(cè)服務(wù)功能等，其中，警情上報(bào)功能主要包含以下兩種情境模式[10]，一種是水源預(yù)警模式，另一種是突發(fā)預(yù)警模式。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在水質(zhì)傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用背景下，水污染監(jiān)測(cè)預(yù)警及智能控制裝置得以科學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用，該裝置主要采用了多級(jí)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)方式，具有強(qiáng)大的水質(zhì)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能、無(wú)線傳輸功能、短信提醒功能等各種功能，通過(guò)利用該裝置，可以在最短時(shí)間內(nèi)快速地獲取和整理水污染事件信息?？傊?，通過(guò)設(shè)計(jì)和構(gòu)建該裝置，不僅可以最大限度地提高城市水污染事件監(jiān)測(cè)的實(shí)效性和針對(duì)性，促進(jìn)水質(zhì)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)信息管理向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、一體化發(fā)展，還使得水質(zhì)污染預(yù)警變得更加高效性，為相關(guān)部門制定水污染治理方案提供重要的依據(jù)和參考，為保證人們生活用水的安全性和有效性，促進(jìn)水利事業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展提供有力的保障。