时间：2022-08-26 18:17:19
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇水质在线监测系统，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
中图分类号：F49 文献标识码：A 文章编号：16723198（2013）11017202
工业锅炉作为一种有效的供热压力设备被广泛应用于输油行业中。水质不良是影响锅炉安全、经济运行的重要因素之一。没有经过净化的水质进入锅炉以及锅炉的水汽系统，在经过一段时间的运行之后，就会在锅炉受热面生成水垢。另外，锅炉在高温下与水不断接触会产生严重的腐蚀。金属腐蚀产物融入水中，使锅水的含盐量增加，进一步促进了水垢的形成。水质的恶性循环不仅会缩短锅炉的使用周期，而且给锅炉附属设备的正常运行造成不良影响。因此，要时刻加强对锅炉水质的监测和控制。
目前，企业内部锅炉操作人员每两小时对锅炉水质进行检测，以保证锅炉的安全运行。但是传统的人工化验在实际操作中表现出种种弊端，比如：人为误差的存在，易受环境变化的影响，稳定性和准确性差等特点，最重要的是人工化验不能实时监测水质状况，适应不了自动化生产的需要。而引入水质在线监测系统可以实时的在线监测，测量精度高，在一定程度上减小了环境因素对测量结果的影响，同时节省了人力、物力。因此，锅炉水质在线监测系统得到了广泛的应用。
1 洪湖站水系统概况
洪湖输油站锅炉额定蒸发量为20t/h，蒸汽压力为125MPa，属于锅外水处理的低压自然循环蒸汽锅炉。洪湖输油站锅炉原水为王洲村水厂来水，站内锅炉水处理工艺流程（见图1）：王洲村水厂来水依次进入消防水罐、原水罐、稳压水箱、活性炭过滤器、精密过滤器、高压泵、反渗透装置，经钠离子交换器软化后，进入软化水罐，再经除氧水泵加压进入低位解析除氧器，除氧水经除氧水箱密闭储存后经补水泵加压流入冷凝水罐，通过冷凝水余热加热进一步除氧后由给水泵上水进入锅炉。
图1 洪湖输油站锅炉水处理工艺流程示意图2 水质在线监测系统组成
根据工业锅炉水质国家标准GB/T 1576-2008，对于额定蒸汽压力在1.0-1.6MPa之间的蒸汽锅炉，为保证锅炉的安全运行，给水中的硬度、PH值、溶解氧、油含量、全铁、电导率，以及锅水中碱度、PH值、溶解固形物、磷酸根、亚硫酸根、相对碱度必须保持在一定的范围内。另外，洪湖输油站锅炉给水采用的是低位解析除氧原理，并未使用亚硫酸盐除氧剂，因此不对亚硫酸根进行监测。同时，站内锅炉为全焊接结构锅炉，不对相对碱度进行监测。
2.1 监测点设置
锅炉给水和锅水不同水质参数监测点位置的确定关系到整个在线水质监测系统的平稳运行。合理的监测位置的设定不仅能反馈当前位置的水质状态，还能间接反映出系统中各种附属设备的运行情况，方便操作人员辨识锅炉运行中所遇到的安全隐患。
锅水水质的监测点一般设置在锅水取样点处，便于集中管理，如图1监测点1号位置，监测项目有碱度、PH值、溶解固形物、磷酸根。
给水水质监测点的位置比较复杂，具体情况如下：
监测点2号位置（即软化水罐之后）监测浊度和硬度。目的是为了考察锅炉给水浊度和硬度是否达标。如果浊度超标，可能是站内活性炭过滤器、精密过滤器没有清洗，或者是反渗透系统的RO膜没有定时更换；如果硬度超标，可能是钠离子交换树脂“中毒”，交换剂层高度不够或运行速度太快，钠盐浓度太大，反洗阀门或盐水阀门泄漏。
3号位置为溶解氧监测点。溶解氧控制值适用于经过除氧装置处理后的给水，此外除氧水箱为在线溶解氧测试仪提供一定的稳压环境，因此，将溶解氧监测点定在除氧水箱之后。
4号位置为电导率、PH和含铁监测点。这三个参数点设置在锅炉给水线上，是为了更直接地了解锅炉给水的品质。
5号位置为含油监测点，处于冷凝水罐的回水线上。主要考虑锅炉换热器的冷凝水中是否带有含油杂质。
2.2 水质在线监测系统组成
2.2.1 系统硬件配置
水质在线监测系统由监测层、传输层、监控层三层配置组成，其配置结构如图2所示。监测层设备主要为11台在线水质分析仪，分别为工业浊度计、水硬度在线监测仪、工业PH计（2台）、工业溶氧仪、含油分析仪、在线铁离子检测仪、工业电导率、工业碱浓度计、总固体溶解控制测定仪、工业在线磷酸根分析仪。这些仪表均采用高精度AD转换和单片机微处理技术，能完成测量、量程自动转换、仪表自检等多种功能。电流输出采用光电耦合隔离技术，抗干扰能力强，实现远传。具有良好的电磁兼容性。仪表采用RS485通讯接口，方便联入计算机进行监测和通讯。
图2 水质在线监测系统的配置系统配置图由于本监控系统采集数据种类较多，为实现系统稳定、安全、高效运行，传输层设备主要为由两台计算机控制的冗余以太局域网，实现各个PLC站、上位机之间数据的传输。计算机通讯网络采用开放式10/100M标准以太网TCP/IP通信服务。物理接口为10BASE-T/100BASE-TX （RJ45），传输介质为双绞线或光纤。
监控层设备主要为2台工作站（Windows以上版本操作系统）采用CPU冗余配置的法国施耐德公司Modicon Unity Quantum 140 CPU 671 60可编程逻辑控制器（PLC），Modicon Quantum系列I/O模块以及与之配套的8口以太网交换机，完成现场参数的采集、转换与控制功能。Unity Quantum CPU使用可擦写存储器技术，支持控制器的执行存储和指令集。Modicon Quantum系列I/O模块与11台在线水质监测设备的接口相匹配。所有I/O模块均可通过Unity Pro、Concept或ProWORX进行完全配置。系统选用了Modicon Unity Quantum 140 AVI 04000型号模拟量输入模块，输入电流线性测量范围为4-20 mA。输出模块为Modicon Unity Quantum 140 DDO 84300型号数字量输出模块。系统所涉及的11台在线水质监测设备、电磁阀、变送器等设备电缆均接到PLC机柜内，实现数据的集中采集和控制功能。另外，还有1台报警打印机、1台报表打印机等附属设备。
2.2.2 系统软件配置
控制系统软件由上位机监控组态软件和PLC编程软件组成。上位机监控组态软件主要控制系统的操作和监控，上位机可以对PLC数据的读写进行监控，实现生产区工况数据的采集、传送以及调度的自动化和信息化。
上位机监控软件为基于Windows 2000操作系统的InTouch 10.0 HMI组态软件。可用于可视化和工业过程控制。通过使用Wonderware智能符号使用户可以快速创建并部署客户化的应用程序，连接并传递实时信息。InTouch应用程序可以从移动设备、瘦客户端、计算机节点、以及通过Internet进行访问，从而在很大程度上提高运行和工程的生产率。
PLC编程软件为法国施耐德公司开发的Unity Pro4.0软件，用于Modicon Premium、Quantum以及Atrium PLC。编程语言有5种标准的IEC 61131-3以及C++。同时与Concept和PL7程序兼容。Unity Pro4.0软件嵌入了开放的XML技术，利于数据交换和定制。以下为PLC控制系统主程序流程图见图3。
图3 PLC控制系统主程序流程图现场监测仪表内部的变送器将化学信号或电化学信号转化为4-20 mA的电流信号，I/O模块将电流信号转化为PLC所需的数字信号，PLC与通信设施实现向上一级提供工艺流程图、动态数据画面、历史曲线、报表显示、数据存储、设备状态监控与报警提示、远程操作等多种功能。每种水质参数都显示在对应的组态控制界面上。如果水质参数符合要求，报警指示灯显示为绿色，复位按键不能点击；若水质参数超过报警值，组态界面的报警指示灯显示红色，复位按键可点击。从界面上可直观地判断锅炉给水和锅水的水质不合格状况，从而快速采取解决措施，提高工作效率。
3 结束语
通过采用先进的软硬件配置实现锅炉给水和锅水水质的在线监测，有效地提高了劳动生产率，实现了水质的自动化管理，节省了人力、物力；通过对采集到的水质数据进行分析，能够准确掌握锅炉的运行情况，为锅炉的节能降耗提供理论依据。
参考文献
[1]赵振荣.锅炉的水质分析与控制[J].水处理技术，2003，（5）：4546.
【 关键词 】 物联网；南美白对虾养殖；在线水质监测；在线水质监测系统
Research and Implementation of online Water Quality Monitoring System of
Penaeus Vannamei farming based on IOT
Yu Bei-yu
（Institute of Information Guang Dong Ocean University GuangDongZhanjiang 524088）
【 Abstract 】 For the current backward water monitoring method of Penaeus Vannamei farming， and based on online water quality monitoring system， it can realize multiparameter， real-time， online， energy-saving， and environmental， reliable， and remote monitoring functions of Penaeus Vannamei farming water. Thereby researchers are able to master water quality effectively and instantly， control the deterioration of water quality in the nascent stage， reduce the faming risk of Penaeus Vannamei farming， and promote sustainable development of Penaeus Vannamei farming in subtropical South America.
【 Keywords 】 iot； the farming of penaeus vannamei； online water quality monitoring； online water quality monitoring system
1 引言
世界各国，特别是许多亚热带气候国家都在大力发展南美白对虾养殖业，广东省南美白对虾养殖业已成为农民发家致富的一条重要途径。南美白对虾生长快，肉质佳和产量高，深受消费者的欢迎。但在养殖过程中，南美白对虾经常由于养殖水质问题而会发生多种病害，特别是桃拉病毒的流行病，使养虾业受到巨大的损失。
目前亚热带南美白对虾养殖产业仍是靠天、靠经验、粗放式的传统养殖模式，在养殖过程中水质监控及管理手段落后，水质及环境信息实时监测水平低、投饵、施药、施肥不科学不合理，极大地恶化了南美白对虾的生存和生长环境，极易造成对虾疾病的爆发，给养殖企业及个人带来巨额经济损失。上述等突出问题已成为制约水产养殖业发展的重要技术瓶颈，因此对南美白对虾养殖水质参数进行有效监控，降低养殖风险，促进亚热带南美白对虾养殖产业可持续发展具有重要的科学意义和应用价值。
2 对传统南美白对虾养殖水质监测的分析
目前常用的水质自动监测是以在线式自动分析仪器为核心，运用传感器技术、自动测量技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一套在线监测体系。与常规方式相比，水质自动监测技术及装置有很多优点，但仍存在很多问题。
（1）在热带亚热带地区暴晒高温、潮湿、水环境腐蚀严重的室外对虾养殖池塘环境下，水质自动监测系统适应恶劣环境的能力差、设备故障率高、运行稳定性差、或者建设费用过高导致不宜大范围安装应用。
（2）设备自动化程度低，系统组网技术单一，监测的参数少、实时性差，难以实现远距离的数据传输，不能有效对水质状况进行全天候在线监控。虽然国外的一些发达国家有一部分先进的无线传感器网络监控系统，但由于南美白对虾养殖环境、设备和技术成本等原因，并不适用于我国的实际情况。
（3）传统的水质监测系统无法和新型南美白对虾养殖技术相匹配，高位池地膜技术、海水提纯技术等新型养殖技术的出现对于传统监测技术来说是一场挑战，只有不断地更新水质监测技术才能跟上养殖技术的发展。
3 基于物联网的南美白对虾养殖在线监测系统的优越性
物联网是新一代信息技术的重要组成部分。所述的物联网是指通过信息智能感知设备、按约定的协议，把物体与互联网相连，进行信息可靠交换和传输，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控与管理的一种泛在网络。
和传统的互联网相比，物联网有其显著特征，首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型的智能感知设备，智能感知设备能够按一定的频率和周期实时采集环境信息，不断更新数据。其次，它是以互联网作为重要基础与核心，建立和发展起来的一种泛在网络。此外，物联网不仅提供人与物体的连接功能，还具有智能信息处理能力，能够对物体实施智能控制，在具体应用中比互联网具有较大优势。
4 基于物联网的南美白对虾养殖在线监测系统的实现
基于物联网的南美对虾养殖在线监测系统提供一种节能环保、性能可靠，可实现南美白对虾养殖领域水质多参数的实时、在线和远程监测的基于物联网的南美白对虾养殖水质在线监测系统。基于物联网的南美白对虾养殖水质在线监测系统包括几方面。
数据采集节点。选用北京联创与中国农大开发的具有测温和温度补偿功能的PH10、TS10、WL10、DO10 四类智能传感器来对水的PH值、浊度、水位、溶氧量、温度等五项参数进行监测，并对所采集信号进行放大和A/D转换等数据处理后传送至路由中继节点。
路由中继节点。接收所述数据采集节点传送的数据，并将其转发至现场控制中心。
现场控制中心。接收所述路由中继节点转发的数据，并对所接收的数据进行实时显示、查询、存储和下载，并将其传送至远程监控云服务平台。
远程监控云服务平台。接收所述现场控制中心传送的数据，并运用智能计算方法对所接收的数据进行实时分析和处理，并把处理的结果至现场养殖技术人员的计算机或手机上，为调控水质提供决策支持。
1.集节点；2.路由中继节点；3.现场控制中心；4.远程监控云服务平台；5.计算机PC；6.手机。
（1） 如图2所示，数据采集结点包括：太阳能板，安装在圆柱形壳体的顶端，负责向充电电池充电，充电电池向智能传感器组、电路板和ZigBee模块提供电源，圆柱形壳体通过位于浮漂上端的圆柱型接口与浮漂连接，充电电池、电路板和ZigBee模块设置在圆柱形壳体内，智能传感器组的信号线通过小孔和信号线接口与电路板连接。
（2）智能传感器组包括：采用异步串行接口且具有自识别、自标定、自校准、自补偿和自诊断功能的智能溶解氧传感器、智能酸碱度传感器、智能浊度传感器、智能电导率传感器和智能水温传感器。数据采集装置可同时连接多个水质智能传感器，不受任何限制，可根据水域，气候，养殖特点等诸多因素因地制宜地进行相对的调整，从而达到全面在线掌控水质监测的目的。
（3）现场控制中心包括：无线传感网模块分别通过异步串行端口与GPRS模块和现场TPC模块相连接，对所述路由中继节点转发的数据进行实时显示、存储和下载；GPRS模块将所述无线传感网模块接收的数据传送至远程监控云服务平台。
（4）远程监控云服务平台分别通过互联网或3G信道与所述计算机和所述手机进行交互；远程监控云服务平台运用智能计算方法对所接收的数据进行实时分析和处理，并把处理的结果至现场养殖技术人员的计算机或手机上，为调控水质提供决策支持。
5 基于物联网的南美白对虾养殖在线监测系统的有益效果
（1）系统采用低功耗设计，太阳能供电，环保经济和可靠性高。
（2）系统可实现对多种水质参数连续在线监测，能实现水质的长时间在线测量，至少每隔半个小时自动对这些水质参数测量记录一次。对养殖水环境的溶解氧、酸碱度、浊度、电导率器和水温等多项基本参数的监测，另外可根据养殖户的需求，可增加实现远程视频监控，以便及时了解水环境参数。
（3）采用的水质智能传感与变送器，附有自识别、自标定、自校准、自补偿和自诊断算法，从而保证了数据的精确性。
（4）数据处理服务器对水质数据进行实时分析与处理，在线监测数据分析和统计：监测数据能够及时上报存储到服务器，并可在养殖户家用电脑或平板电脑、手机等物联网信息终端上远程访问，具有自主设定水质标准，在监测参数超标时及时告警或启动反馈控制设备进行调节，还可以建立南美白对虾在各个生长阶段的养殖水环境生长模型，系统可根据生长模型自动调节数据警报的上下限，能够为用户调控水质提供决策支持，从而将水质恶化事件控制在萌芽阶段，减少南美白对虾养殖风险。
参考文献
[1] 周娜，祝艳涛.传感器在水质监测中的应用探讨[J].环境科学导刊，2009（28）：119-123.
[2] 李国刚，李旭文，温香彩.物联网技术发展与环境自动监控系统建设[J].中国环境监测，2011，27（1）：5-10.
[3] 陈琦，韩冰，秦伟俊 等. 基于Zigbee/GPRS 物联网网关系统的设计与实现[J].计算机研究与发展，2011（48）：367-372.
[4] 张红燕，袁永明，贺艳辉，等. 水产养殖专家系统的设计与实现[J].中国农学通报，2011（27）：436-440.
关键词：烟气在线监测；水质在线监测；管理制度；达标排放
中图分类号：X84 文献标识码：A
近年来，随着我国经济的快速增长，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，对工业锅炉SO2、O2及废水COD排放总量指标的测定计量及控制已成为迫切需要。唐山矿业公司作为主力生产矿井，既要为集团公司各项指标的完成提供支撑掩护作用，又要实现自身科学发展。作为全国唯一的坐落在市区的生产矿井，对各种污染物的排放控制就显得很重要。
1 公司简介。我公司是开滦（集团）所属大型专业化矿井之一，其前身是开滦矿务局唐山矿，始建于1878年，是中国大陆近代采煤工业的源头。现有三大工业遗迹：一是唐山矿一号井，于1879年2月开凿；二是中国第一条标准轨铁路，1881年8月，该矿正式出煤，当年产煤3613吨，同年底，唐山到胥各庄的铁路修筑完成，此铁路是我国建成的第一条标准铁路；三是百年达道，1899年在一号井至西北井开凿了这条南北走向的隧道式桥洞，称为"达道"。至今三大工业遗迹仍在服役，因此唐山矿获得"中国第一佳矿"的美誉。虽然历经130多年的嬗变、发展，至今仍充满勃勃生机。
2 以公司废气、废水排放现状为依据，建立并完善在线监测系统。目前，我公司地面污染物主要包括废气和废水两类，其中废气主要有中央锅炉房、十号井锅炉房中锅炉燃烧过程产生的SO2等污染物，年排放量约为112吨；废水主要是由井下抽排到地面的矿井水，主要污染物为COD，平均浓度为80mg/L。
为将我公司各个排污口实现科学化、信息化管理，适时掌握污染物的处理数据，我公司在三个位置安装了在线监测设备。其中，中央锅炉房及风井锅炉房分别安装一台烟气在线监测设备，用来监测烟气达标情况，中央锅炉房的在线监测设备与市环保局进行了联网；洗煤厂污水处理厂安装一台COD在线监测设备，用来监测污水达标情况，并与集团公司进行了联网管理。
3 以在线监测系统监测数据为基础，保证污染物达标排放
（一） 烟气在线监测系统。根据我公司烟气排放情况，我公司选用目前技术领先、维护简便的SCS-900C型CEMS在线自动监测系统。该设备的监测原理和性能符合《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》。该系统对固体污染源颗粒物浓度和气态污染物浓度以及污染物排放总量进行连续自动监测，运用直接抽取加热法对锅炉中SO2、O2进行分析。并对监测数据和信息传送到环保主管部门，以确保排污企业污染物浓度和排放总量达标。同时，各种相关的环保设备如脱硫、除尘等装置，也依靠烟气在线监测的数据进行监控和管理，以提高环保设施的效率。公司锅炉房安装烟气在线监测监控系统之后，我部门可通过网络随时掌握废气污染物排放的准确数据，依照在线监测系统每日储存的数据定期比对，可以有效的控制我公司污染物排放，减少污染物排放总量。
（二） 水质在线监测系统。根据我公司水质情况，我公司选用广州市怡文科技有限公司生产的EST-2001B型CODcr在线自动监测仪。该自动监测系统采用仪器模块化、模块智能化、系统网络化的设计思想，并按照国家标准方法测定水样中COD浓度，采用重铬酸钾消解+硫酸亚铁铵滴定法对污水中COD进行监测。为使陡河水质还清、使外排矿井水达到国家标准，我公司按照唐山市环保局要求，在污水处理厂安装了水质在线监测系统，用来监测我公司矿井水中COD浓度。联网之后，该监测设备在故障、断电、试剂存量不足、无试样、无洗净水、数值超标异常等情况下都会有自动报警功能，使我公司能够及时采取预防和应急措施，确保了公司污染物达标排放。
4 以健全完善制度为核心，促进公司节能环保工作稳步推进
（一） 完善制度。根据《唐山市重点污染源在线监测监控系统安装运营管理办法》的文件精神，为明确我公司在线监测监控系统使用相关单位的责任，我部门制定了《在线监测设备管理制度》及《在线监测设备考核制度》，进一步完善公司在线监测管理。为保障在线监测系统能够长期稳定运行，我公司同绿创环保公司签订《B区十号井锅炉房烟气在线监测设备维护维修合同》、《COD在线监测设备维护维修合同》、《COD在线自动监测仪委托管理合同》等一系列维护管理合同。确保了我公司锅炉中颗粒污染物排放达到国家标准及外排水中COD浓度达到国家标准。
我公司严格执行唐山市环保局统一要求，为使第三方运营全面实现，我公司同唐山市绿创环保有限公司签订了《中央锅炉房烟气在线监测设备设施进行第三方运营》合同，依据签订合同内容，该公司按照技术要求和规范及时会对我公司在线监测设施进行维护和运行管理，确保我公司在线监测设施稳定可靠运行，正确向唐山市环保局传输污染物正确数据。
（二） 日常管理。为了保证监测设备的正常运行，我部门制定了每日巡检制度并建立巡检台帐，按照《现场巡查安排》每日会有一组人到各个现场查看设备设施运行情况及污水烟气达标排放情况，将巡检情况汇总到台帐中，如有特殊情况及时向领导汇报，保证现场发现问题能够及时予以解决，确保公司污染物达标排放。
5 项目实施效果。今年以来，由于污染物在线监测系统的运行，我公司的废水废气排放各项指标始终保持较低水平，在环保局、城管局、集团公司环保办等上级部门的各类检查中获得好评。推进污染源自动监测系统，不仅仅是为了我们方便地获得相关污染物数据，更重要的是能利用这项先进管理技术对我公司污染物进行实时监控，及时采取预防和应急措施，从而确保我公司污染物达标排放，从环境保护角度树立良好的企业形象。
参考文献
[1]VANTE Wallin，黄兆开，范海华. DOAS方法在连续排放污染源及过程气体在线监测中的实现[J]. 环境工程技术学报，2011（01）.
【关键词】水质污染；突发性事件；应急监测；对策建议
饮用水安全及保障直接关系广大人民群众身体健康和生命安全。随着澄城经济的快速发展，人民生活和经济建设密切依赖于城市供水，近几年来，我县供水水源、净水厂、供水管网的建设和改造取得较大进展，污染源治理和饮用水监督管理力度不断加大。但是饮用水安全问题仍然存在，县城水源地水质不合格、污染和水量不足问题比较突出，供水管网建设落后，导致二次污染，水质监测和检测能力不足，应急监测能力较低。水源和供水系统的污染直接危及公共安全。建立完善的水质预防监测体系，以应对突发性环境污染，迫在眉睫，是十分必要的。
一、我县水源水质预防监测体系的发展现状
在水资源的管理上，中国过去一直有“九龙治水”的说法，在我县同样如此。水保局作为水资源管理的职能部门，虽然建立了自己的水质检测中心，但仅限于常规简单项目的分析，随着新的《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006的颁布实施，水质指标由35项增加至106项，增加了71项，给水质检测带来挑战和一定的难度。目前，我县水保局正在筹建新的检测中心，购置设备，培训人员，提升检测能力。
澄城县环境保护局同样负担者全县水资源污染的统一监督管理职能，其下属的环境保护监测站经过近20多年的发展，该站的实验环境、仪器设备、管理水平在渭南市同行业实验室中处于领先水平，目前具备国家地表水和饮用水标准的检测能力近40余项。
我县历来重视水源水质的监督监测工作，目前，县环保局依据国家地表水环境质量标准（GB3838-2002）和地下水环境质量标准，对我县主要饮用水源五一水库和温泉，进行每季一次的水质监督监测，并定期向社会公布水质状况。我县还建立了县城供水水质月报制度，依据国家生活饮用水卫生标准（GB5749-2006），由县水保局、卫生局对自来水公司的进厂原水、出厂水和管网水实施每月一次的监督检查，并将检测结果在重要媒体进行公示。目前，县水保局正在承担建立全县范围内的多个管网水质在线监测点的论证工作，准备对余氯、浑浊度、pH三项水质参数和压力进行在线监测。
总体来说，近几年来，我县的水源水质预防监测体系得到了良好的发展，取得了令人瞩目的成绩。
二、我县水源水质预防监测体系应对突发水污染事件的欠缺和不足
作为一个经济高速发展的现代化城市，我们应该看到，我县水源水质预防监测体系在应对突发水污染事件方面还存在欠缺与不足。
首先，从实验室检测能力来讲，我们的常规实验室检测手段和工作程序不能适应突发性污染应急检测的需要。从工作程序上来说，完成一套常规的实验室工作程序，包括采样、下达任务、实验室检测、数据汇总与分析，需要至少几天的周期，越是复杂性污染，需要分析的项目越多，所花的周期越长，很难适应应急监测的需要。其次，实验室检测能力和设备主要根据国家相关水质标准设置，而突发性污染应急检测注重的是快速检测能力、毒性物质的快速判断能力，包括机动监测设备，这方面的配备还有较大的欠缺。
其次，我县五一水库，是县城供水保障的生命线。然而，我县水源目前还主要依靠人工定期采样进行检测，检测周期较长，检验结果相对滞后，不能对突发水质污染作出及时反应。
城市供水和供水管网是一个非常复杂的系统，是安全供水中的关键环节。供水水质督查和月报促进了我县城县供水综合合格率的不断提高，但其手段仍然是传统的人工巡检和实验室监测，这种定时采样方法数据量小，且不连续，每月一次的检测频率不足以反映水质连续变化。目前我县供水水质在线监测系统还未建设，对水厂的管网水进行实时监测，可以补充了原有水质督查体系的不足，然而，如何将其整合到供水水质督查体系中高效运行，还需要一段时间的摸索和完善。
另外，目前的数据库和水质信息网络建设还相对滞后，每年的水质监测数据的共享和扩展性不强，导致水质信息利用的时效性较差，不同部门的实验室数据难以得到统一、高效的利用。
我县目前整体的水源水质污染应急预案尚不完善，这样会影响对急性污染的快速反应效率。应该尽快完善科学的水质管理平台，确立应急指挥调度系统，健全统筹运行机制，设置安全预警与防范系统，才能满足水污染突发事件的应急监测与高效处置的需要。
三、对策和建议
为了保障我县的供水安全，有必要对我县的水源水质预防监测体系从以下几个方面进行完善，构建反应敏捷、机动灵活、机制科学的水质预防、应急监测系统。
1.建立健全从水源地到供水末端全过程的饮用水安全监测体系，制定和完善应急供水预案。落实供水监测检测值班制度，扩大监测范围，增加重点监测断面和监测频次，建立定期会商机制。强化水厂处理措施，改善安全供水条件，防患于未然。
2.提高水质实验室的快速监测能力
应对突发性污染需要水质实验室建立特定的污染应急检测工作程序，根据不同的污染类型，如有机、无机、农药、石油类污染，制定针对的检测方案，包括现场勘查、采样程序、实验室检测项目的组合设置、检测结果反馈途径等，一旦污染发生则快速启动工作程序，做到应对突发污染高效、判断准确、跟踪及时。
另外，必须调整实验室能力结构，补充应急检测仪器。一方面，发展质谱等有机物、重金属污染的快速定性技术，另一方面，发展生物毒性监测技术、分子基因探测技术、ELISA等微生物快速鉴别技术，以便迅速确定污染物范围和种类。
3.加快在线监测系统的建设
针对水源和供水水质污染的应急监测要求，水质在线自动监测系统能连续、及时、准确地监测目标水域的水质变化，是突发性水质污染的有效监测手段。
对我县水源重点部位实行24小时连续监控是非常重要的，可以先选择五一水库取水口为试点，进行实验运行，获得背景参数，建立运行规程。其后，采取分批、分期的建设形式，推广应用于我县其他水源和取水口，设立覆盖全县的水源水质在线监测网络。
在线监测系统应首先选择体现水质污染的特征参数，例如，应用综合生物毒性在线分析技术，能直接、迅速地体现水样对生物体的综合毒性；应用水生生物预警系统效果直观而成本较低，可与水源在线水质参数监测配合预警水质污染。建议首先配备关键在线监测参数，并于在线监测仪器机柜预留足够的扩充空间和接口，以便后续逐步扩大监测指标范围。水质在线监测管理系统可以弥补传统人工巡检方式在即时性、全局性、连续性等方面的不足，做到对供水和管网水质的24 小时连续监测，提供早期报警信息，对管网水质变化作出迅速、正确的反应。目前我县的信息化水质监测有了一定的发展，但范围较小、基础还比较薄弱，为充分发挥该系统的作用，应加强监管，完善供水水质在线监测系统监管工作程序。同时，对监测参数进一步加强和扩展，以适应城市建设的发展和国家新的水质标准的要求。
4.提高水质监测的机动能力
突发性水质污染检测要求水质监测部门具有机动能力，移动监测车可以根据污染事故的监测需要，机动灵活地在野外现场完成水质采样、处理和分析、污染物的追查溯源、影响范围确定等，是应急监测的必要手段。配合应急反应监测的需要，水质监测车要注重车载应急监测仪器的配备，在面对微生物、重金属、有机物等不同的污染类型时，充分发挥其快速鉴别能力。同时，利用车载移动信息传输系统，将现场情况及时反馈中枢指挥部，实现应急监测的效率最大化。
实施水质自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，达到及掌握主要流域重点断面水体的水质状况、预警预报重大或流域性水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况、排放达标情况等目的。
2、水质自动监测技术
2.1水质自动监测系统的构成
在水质自动监测系统网络中，中心站通过卫星和电话拨叼两种通讯方式实现对各子站的实时监视、远程控制及数据传输功能， 托管站也可以通过电话拨号方式实现对所托管子站的实时监视、远程控制及数据传输功能，其他经授权的相关部门可通过电话拨号方式产现对相关子站的实时监视和数据传输或能。
每个子站是一个独立完整的水质自动监测系统，一般由6个主要子系统构成，包括：采样系统、预处理系统、监测仪器系统、PLC控制系统、数据采集、处理与传输子系统及远程数据管理中心、监测站房或监测小屋。目前，水质自动监测系统中的子系统及远程数据管理中心、监测站房或监测小屋。目前，水质自动监测系统中的子站的构成方式大致有三种：
（1）由一台或多台小型的多参数水质自动分析仪（如：YS1公司和HYDROLAB公司的常规五参数分析仪）组成的子站（多台组合可用于测量不同水深的水质）。其特点是仪器可直接放于水中测量，系统构成灵活方便。
（2）固定式子站：为较传统的系统组成方式。其特点是监测项目的选择范围宽。
（3）流动式子站：一种为固定式子站仪器设备全部装于一辆拖车（监测小屋）上，可根据需要迁移场所，也可认为是半固定式子站。其特点是组成成本较高。
各单元通过水样输送管路系统、信号传输系统、压缩空气输送管路系统、纯水输送管路系统实现相互联系。
一个可*性很高的水质自动监测系统， 必须同时具备4个要素，即（1）高质量的系统设备；（2）完备的系统设计；（3）严格的施工管理；（4）负责的运行管理。
2.2水质自动监测的技术关键
2.2.1采水单元
包括水泵、管路、供电及安装结构部分。在设计上必须对各种气候、地形、水位变化及水中泥沙等提出相应解决措施，能够自动连续地与整个系统同步工作，向系统提供可*、有效水样。
2.2.2配水单元
包括水样预处理装置、自动清洗装置及辅助部分。配水单元直接向自动监测仪器供水，具有在线除泥沙和在线过滤，手动和自动管道反冲洗和除藻装置；其水质、水压和水量应满足自动监测仪器的需要。
2.2.3分析单元
由一系列水质自动分析和测量仪器组成， 包括：水温、PH、溶解氧（DO）、电导率、浊度、氨氮、化学需氧量、高锰酸盐指数、总有机碳（TOC）、总氮、总磷、硝酸盐、磷酸盐、氰化物、氟化物、氯化物、酚类、油类、金属离子、水位计、流量/流量/流向计及自动采样器等组成。各主要在线自动分析仪器的发展现状将地第3节详述。
2.2.4控制单元
包括：（1）系统控制柜和系统控制软件；（2）数据采集、处理与存储及其应用软件；（3）有线通讯和卫星通讯设备。
2.2.5子站站房及配套设施
包括：（1）站房主体；（2）配套设施
3、在线自动分析仪器的发展
3.1概述
水质自动监测仪器仍在发展之中，欧、美、日本、澳大利亚等国均有一些专业厂商生产。目前，经较成熟的常规项目有：水温、PH、溶解氧（DO）、电导率、浊度、氧化还原电位（ORP）、流速和水位等。常用的监测项目有：COD、高锰酸盐指数、TOC、氨氮、总氮、总磷。其他还有：氟化物、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、氰化物、硫酸盐、磷酸盐、活性氯、TOD、BOD、UV、油类、酚、叶绿素、金属离子（如六价铬）等。
目前的自动分析仪一般具有如下功能：自动量程转换，遥控、标准输出接口和数字显示，自动清洗（在清洗时具有数据锁定功能）、状态自检和报警功能（如：液体泄漏、管路堵塞、超出量程、仪器内部温度过高、试剂用尺、高/低浓度、断电等），干运转和断电保护，来电自动恢复，COD、氨氮、TOC、总磷、总氮等仪器具有自动标定校正功能。
3.2常规五参数分析仪
常规五参数分析仪经常采用流通式多传感器测量池结构，无零点漂移，无需基线校正，具有一体化生物清洗及压缩空气清洗装置。如：英国ABB公司生产的EIL7976型多参数分析仪、法国Polymetron公司生产的常规五参数分析仪、澳大利亚GREENSPAN公司生产的Aqualab型多参数分析仪（包括常规五参数、氨氮、磷酸盐）。另一种类型（“4+1”型）常规五参数自动分析仪的代表是法国SERES公司生产的MP2000型多参数在线不质分析仪，其特点是仪器结构紧凑。
常规五参数的测量原理分别为： 水温为温度传感器法（PlatinumRTD）、PH为玻璃或锑电极法、DO为金-银膜电极法（Galvanic）、电导率为电极法（交流阻抗法）、浊度为光学法（透射原理或红外散射原理）。
3.3化学需氧量（COD）分析仪
COD在线自动分析仪的主要技术原理有六种：（1）重铬酸钾消解-光度测量法；（2）重铬酸钾消解-库仑滴定法；（3）重铬酸钾消解-氧化还原滴定法；（4）UV计（254nm）；（5）氢氧基及臭氧（混和氧化剂）氧化-电化学测量法；（6）臭氧氧化-电化学测量法。
从原理上讲，方法（3）更接近国标方法，方法（2）也是推荐的统一方法。方法（1）在快速COD测定仪器上已经采用。方法（5）和方法（6）虽然不属于国标或推荐方法，但鉴于其所具有的运行可等特点，在实际应用中，只需将其分析结果与国标方法进行比对试验并进行适当的校正后，即可予以认可。但方法（4）用于表片水质COD，虽然在日本已得到较广泛的应用，但欧美各国尚未应用（未得到行政主客部门的认可），在我国尚需开展相关的研究。
从分析性能上讲，在线COD仪的测量范围一般在10（或30）~2000mg/l，因此，目前的在线COD仪仅能满足污染源在线自动监测的需要，难以应用于地表水的自动监测。另外，与采用电化学原理的仪器相比，采用消解-氧化还原滴定法、消解-光度法的仪器的分周期一般更长一些（10min~2h），前者一般为2~8min.
从仪器结构上讲， 采用电化学原理或UV计的在线COD仪的一般比采用消解-氧化还原滴定法、消解-光度法的仪器结构简单，并且由于前者的进样及试剂加入系统简便（泵、管更少），所以不仅在操作上更方便，而且其运行可*性也更好。
从维护的难易程度上讲， 由于消解-氧化还原滴定法、消解-光度法所采用的试剂种类较多，泵管系统较复杂，因此在试剂的更换以及泵管的更换维护方面较烦琐，维护周期比采用电化学原理的仪器要短，维护工作量大。
从对环境的影响方面讲，重铬酸钾消解-氧化还原滴定法（或光度法、或库仑滴定法）均有铬、汞的二次污染问题，废液需要特别的处理。而UV计法和电化学法（不包括库仑滴定法）则不存在此类问题。
3.4高锰酸盐指数分析仪
高锰酸盐指数在线自动分析仪的主要技术原理有三种：（1）高锰酸盐氧化-化学测量法；（2）高锰酸盐氧化-电流/电位滴定法；（3）UV计法（与在线COD仪类似）。
从原理上讲，方法（1）和方法（2）并无本质的区别（只是终点指示方式的差异而已），在欧美和日本等国是法定方法，与我国的标准方法也是一致的。将方法（3）用于表征水质高锰酸盐指数的方法，在日本已得到较广泛的应用，但在我国尚未推广应用，也未得到行政主客部门的认可。
从分析性能上讲，目前的高锰酸盐指数在线自动分析仪已能够满足地表水在线自动监测的需要。另外，与彩和化学方法的仪器相比，采用氧化还原滴定法的仪器的分析周期一般更长一些（2h），前者一般为15~60min.
从仪器结构上讲，两种仪器的结构均比较复杂。
3.5总有机碳（TOC）分析仪
TOC自动分析仪在欧美、日本和澳大利亚等国的应用较广泛，其主要技术原理有四种：（1）（催化）燃烧氧化-非分散红外光度法（NDIR法）；（2）UV催化-过硫酸盐氧化-NDIR法；（3）UV-过硫酸盐氧化-离子选择电极法（ISE）法；（4）加热-过硫酸盐氧化-NDIR法；（5）UV-TOC分析计法。
从原理上讲，方示（1）更接近国标方法，但方法（2）~方法（4）在欧美等国也是法定方法。将方法（5）用于表征水质TOC，虽然在日本已得到较广泛的应用，但在欧美各国尚未得到行政主管部门的认可。
从分析性能上讲，目前的在线TOC仪完全能够满足污染源在线自动监测的需要，并且由于其检测限较低，应用于地表水的自动监测也是可行的。另外，在线TOC仪的分析周期一般较短（3~10min）。
从仪器结构上讲，除了增加无机碳去除单元外，各类在线TOC仪的结构一般比在线COD仪简单一些。
3.6氨氮和总氮分析仪
氨氮在线自动分析仪的技术原理主要有三种：（1）氨气敏电极电位法（PH电极法）；（2）分光光度法；（3）傅立叶变换光谱法。在线氨氮仪等需要连续和间断测量方式，在经过在线过滤装置后，水样测定值相对偏差较大。
总氮在线自动分仪的主要技术原理有两种：（1）过硫酸盐消解-光度法；（2）密闭燃烧氧化-化学发光分析法。
3.7磷酸盐和总磷分析仪
（反应性）磷酸盐自动分析仪主要的技术原理为光度法。总磷在线自动分析仪的主要技术原理有：（1）过硫酸盐消解-光度法；（2）紫外线照射-钼催化加热消解，FLA-光度法。
从原理上讲，过硫酸盐消解-光度法是在线总氮和总磷仪的主选方法，也是各国的法定方法。基于密闭燃烧氧化-化学发光分析法的在线总氮仪以及基于紫外线照射-钼催化加热消解，FIA-光度法的在线总磷仪主要局限于日本。前者是日本工业规格协会（JIS）认可的方法之一。
从分析性能上讲，目前的在线总氮、总磷仪已能满足污染源和地表水自动监测的需要，但灵敏度尚难以满足评价一类、二类地表水（标准值分别为0.04mg/l和0.02mg/l）水质的需要。另外，采用化学发光法、FIA-光度法的仪器的分析周期一般更短一些（10~30min），前者一般为30~60min.
从仪器结构上讲，采用化不发光法或FIA-光度法的在线总氮、总磷仪的结构更简单一些。
3.8其他在线分析仪器
TOD自动分析仪：技术原理一般为燃烧氧化-电极法。
油类自动分析仪：技术原理一般为荧光光度法。
酚类自动分析仪：技术原理一般为比色法。
UV自动分析仪：技术原理为比色法（254nm）。具有简单、快捷、价格低的特点。不适于地表水的自动在线监测，国外一般是用于污染源的自动监测，并经常经换算表示成COD、TOC值。应用的前提条件是水质较稳定，在UV吸收信号与COD或TOC值之间有较确定的线性相关关系。
关键词：地表水；STM32单片机；水质传感器；智能监测
中图分类号：S273.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）16-4283-04
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.16.054
中国是人均淡水资源贫国，水资源可用量、人均和单位面积的水资源数量极为有限[1]。随着社会经济的快速发展，工厂废弃物直接排放到河流中，导致水质污染日益严重，因此保护水环境迫在眉睫，浙江省政府为确保水质安全推出“五水共治”的政策[2]，该政策主要为了治理自来水、江水、河水等的污染问题。而水质监测就是对水环境中的污染物及污染因素进行监测，其目的是评价污染物产生的原因及污染途径为防治污染提供技术支持[3]。因此监测水质的必要性不言而喻，依靠水质监测手段可以确定水环境控制目标及改善水环境质量状况的效果[4]。
目前，水质监测方法主要有两种方式：人工采集[5]和水质自动监测站。人工方式劳动强度大，检测周期长，不能实现在线实时自动监测，难以全面准确反映水质参数的动态变化。水质自动监测站建设周期长投资成本高，覆盖水域有限，实时监测范围小，不能同时对多点进行实时监测[6]。若出现极端突况，水质受到严重污染，如工业废水倾倒，甚至受到二次污染，则传统的水质监测方法难以实现实时在线反映水质动态情况。因此，本研究设计了表水水质智能监测系统，该测系统可以实现自动在线实时监测。
1 总体方案设计
根据国家水质监测标准[7]，包括温度、pH、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、总磷（以P计）等项目。主要对地表水物理特性进行监测，确定将温度、酸碱度、溶解氧、浊度和电导率5个参数作为监测对象，实现5个参数实时在线监测，在LCD显示屏上实时显示采集的水质参数数据，同时本地存储数据，并通过GPRS通讯模块上传到远程监控中心。
根据上述功能要求，系统主要由单片机主控模块、传感器模块、数据存储模块、液晶显示模块和通讯模块组成，系统框架如图1所示。
2 系统硬件设计
本设计水质监测系统主要由主控模块、传感器检测模块、存储模块和显示模块以及其他模块组成。水质检测系统通过传感器模块采集水质参数，由主控模块处理采集到的水质参数，将数据存储于存储模块中，并且把结果实时显示在LCD显示屏上，实现实时在线监测水质参数。
2.1 最小系统
最小系统包括单片机及电源、时钟、复位等部分组成[8]，其中单片机为整个系统控制中心。该系统采用STM32系列闪存微控制器作为主控模块，该模块采用ARM公司最新的Cortex-M3内核架构，具有高性能、低功耗、性价比高的特性[9]，最小系统电路如图2所示。
2.2 数据采样模块
数据采样模块是水质监测系统的一个重要部分[10]，按照系统设计要求，该系统需实时采集pH、温度、溶解氧、浊度、电导率5个参数。系统采用的水质传感器型号分别为ZA-TU-A101型浊度传感器、ZA-CDT-A101-485型电导率传感器、ZA-DO-A101-485溶解氧传感器的型号是、ZA-PH-A101-485型酸碱度传感器。
除浊度传感器采用12位的A/D转换器与单片机进行通讯外，其余传感器均采用MODBUS协议，通过RS485接口与单片机进行通讯。传感器接口电路见图3～图7。
2.3 存储模块
存储模块是采集器的关键模块，要求存储可靠，写入速度快、容量大，实现本地备份防止数据无故丢失[11]。系统采用SD卡（Secure digital memory card）作为存储模块[12]。每小时发送N组数据，每组数据有5个参数，每个参数大小为8 bit，则一天发送的数据为N×24×5×8 bit。当N=3时，采用128 Mb的SD卡，那么SD卡约能存储一年的数据，体现了系统的可调行。
SD卡与单片机通讯模式可分为SD卡模式与SPI模式[13]，系统采用SD卡模式，该模式需要4条数据总线实现高速数据传输，各个引脚功能如表1所示，存储模块的硬件电路如图8所示。
2.4 液晶显示模块
LCD液晶显示模块主要是为了实时显示水质参数数据、采集时间、采集点，系统采用ILI9341型号液晶屏[14]。为了提高显示图片速度和图像质量，该系统采用16 bit并行接口与单片机通讯，接口电路如图9所示。
3 系统软件设计
3.1 软件开发环境
STM32软件的开发基于IAR embedded workbench开发平台[15]，整个软件开发、调试和仿真都在Window7操作系统下完成。
3.2 系统主程序流程
系统工作时首先要进行初始化，需要初始化的模块包括USART、GPGS、DS1302、KEY、GPIO、LCD等。系该统主要包括3个模块，分别为MODBUS协议模块、按键模块、GPRS模块，系统主程序流程图如图10所示。
3.3 系统主要模块
按键模块，按下键同时调节参数，根据按键功能不同操作进入数据界面。模块中包含以下功能键：选择、确认、加和减。开始进入IP地址调试，通过选择、确认、加和减的功能键调试，然后对时间点及测试点进行确认。
MODBUS协议模块，主机发送数据，通过RS485将数据发送给传感器，然后置于接收状态，传感器接到主机发送的数据，并把数据返回给主机，最后将数据传到液晶的数据口并显示。
GPRS模块经过IP和端口数据读取后，进行串口初始化，发送，等待接受。GPRS模块首先配置APN进入TCP功能，打开一条TCP连接，每隔1 h发1次，每次发3组数据到TCP终端，直至1 h后关闭GPRS。
3.4 远程监控中心模块
远程监控中心的地址为http：//60.190.216.49：8002。
4 系统的实现
4.1 试验准备及过程
系统试验测试地点分别选取浙江农林大学东湖、临安苕溪河、临安东湖水库。时间分别于2015年1月27-29日、1月30日、2月2日对3个地点进行水质监测。系统实物如图11所示。
上电开机并完成设备初始化后，设备每隔1 min定时采集传感器数据并通过LCD液晶屏实时显示数据，将数据打包封装后通过GPRS模块上传至远程监测中心。为了系统备份的需要，采集的数据同时存储于本地SD卡中。根据远程监测中心获得的数据用Excel软件进行分析处理后可得表2。
4.2 数据分析与讨论
本试验主要对水质的浊度、酸碱度、温度、溶解氧、电导率5个指标进行监测。根据地表水环境质量标准基本项目标准限值以及地表水水域环境功能和保护目标可知[16]。由表3可知，浙江农林大学东湖水质符合Ⅰ类水标准，临安东湖村水库和临安苕溪河水质符合Ⅱ类水标准。同时，根据临安苕溪河浊度大于东湖水库的浊度。结果表明，浙江农林大学东湖的水质优于东湖村水库、临安苕溪河。
5 结语
本研究开发了一种能检测水质温度、酸碱度、溶解氧、浊度、电导率5个水质参数的监测系统。该监测系统能在液晶显示屏上实时显示数据，本地存储数据通过GPRS模块发送至远程监测中心。通过对浙江农林大学东湖、临安东湖村水库、临安苕溪河3个地点的河流水质实时监测，处理水质数据，表明浙江农林大学东湖的水质优于东湖村水库、临安苕溪河。该系统试验过程中运行稳定，具有低功耗、低成本、配置灵活、应用范围广、环境适应力强等特点。
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【关键词】水质自动监测；系统；问题
引言
通过利用现代计算机应用技术、传感技术、自动测量技术、通信技术以及自动控制的相关技术，建设一套综合性的水质自动监测系统，其主要核心是水质自动分析仪器。随着我国不断出台相关环境管理政策以及众多要求，对于水质的实时监测就显得越来越重要，及时建设地表水质自动监测系统成为了目前必须实施的一项重大项目。但是由于我们在这方面仍然处于刚起步阶段，所以建设过程中有众多问题都需要研究分析，最后给出相应的解决方案。
1 水质自动监测系统的构成
一般来说，水质自动监测系统（on-line Water Quality Monitoring System）主要由以下几个部分构成：分析测量单元、采水单元、预处理单元、辅助单元、数据采集和传输单元、过程逻辑控制（PLC）单元、远程数据管理中心等，并且各个单元之间相互联系，实时通信，它们之间主要依靠水样输送系统、信号传输系统、纯水输送系统、压缩空气出送系统等一系列处理系统进行相互联系通信。该系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用自动测量技术、计算机应用技术、现代传感器技术以及相关的通讯网络和专用分析软件所组成的自动检测系统。该系统集采样、预处理过滤、数据采集、仪器分析及存储的综合功能于一体，实现了水质的在线自动检测，并具系统具备扩展工程，可根据需要增加检测项目和软件升级。（期系统结构见图1，虚线部分为自动站组成部分）
2 水质自动检测系统的功能特点
（1）系统高度集成，仪器、管道-体化，机电、防腐蚀，防堵塞，防雷电，抗电磁干扰。
（2）系统采用开放式屏架结构，操作方便，自由组合，实时性强，动态范围广，组网灵活。
（3）该系统具有检测项目超标和一起状态信号显示、报警工程；并运用通讯和分析软件采集统计和处理在线自动检测数据，可生成年、季、月、周、日的平均数据以及各种监测、图表（棒状图、对比图、曲线图多轨迹图等）。
（4）系统可以自动运行、停电保护、维护检测状态测试、来电自动恢复功能，便于维修和应急故障处理等功能。
3 在地表水水质自动监测系统建设过程中应注意的若干问题
3.1 水质监测系统的稳定性
我们在建设监测系统的过程中，首先要考察研究所有可能影响系统稳定性的因素，即就是要在建设初期进行相关调研，分析来自检测仪器以外都存在那些干扰因素，并且通过对这些干扰的研究做出相应的排除干扰的方案。例如：检测过程中水体的流动快慢对溶解氧带来的干扰；矿物质以及长菌污染对系统监测的干扰；水体中酸碱度受到水体中氯离子的干扰等等。
3.2 系统建设过程中要充分考虑水体的特性和功能
在监测系统的建设过程中，我们有很多的外部因素需要考虑。比如：假如我们要将监测系统建设在河流旁边，我们就必须考虑到以下几个方面：第一，要考虑到河水的流量；第二，要考虑到河流的深度；第三，要考虑到河水水流速度；第四，还要考虑到河流的涨落潮等一系列的人文因素，与此同时，我们还要考虑到河流的使用功能，比如航运等。我们可以依靠河流中的悬浮物以及矿物质所含比重，并且参考其他相关监测指标，在河流旁边选择较为合适的监测点进行监测任务，通过对这些特殊监测点的实时监测，我们就可以根据数据分析分析出这一地域在每一时期的水质情况，为相应的工作作为实验数据参考。
3.3 在系统建设过程中要充分考虑外部环境因素的影响
在建设水质自动监测系统过程中，我们应当充分考虑外部环境因素对系统的影响。首先，我们在建设系统时，水质监测站的主体结构通常采用的都是以混凝土为主要的原料，处于防护考虑，应该在监测站的周围设置响应范围的防护措施，以防止遭到人为的破坏；其次，我们还应该考虑到自然因素可能带来的影响。主要需要考虑的包括以下几点：粉尘以及腐蚀性气体对相关仪器设备的腐蚀程度；系统的温度是否需要借助空调等制冷设备进行调节；监测站地区的湿度以及降水量对相关设备的影响程度。一般的水质监测系统的内部配置都会包含以下系统：照明以及电源控制系统、数据的传输系统以及水样的排水系统、检测取样以及仪器的系统等。所以，在建设规划过程中，在站点内部要配置足够大的面积来放置这些系统，并且可以对这些系统以及周边的仪器进行人工维护。在对监测点地址进行选定时，应该综合考虑交通、通讯以及自然环境对其可能的影响。通常情况下，我们会选择污染源较为集中的上游或者下游作为监测站选址；在选址时尽可能不要破坏其周围的自然环境，并且要便于管理；还有就是应该使进水口与监测站之间的距离越短越好。
3.4 系统取样和过滤时要注意的问题
在这一自动系统运行中，其取样过程与过滤过程有许多问题需要注意。在取样时，我们要充分考虑该系统在长时间取样的状态下，有可能管道会因为泥沙、长菌等长时间堆积造成堵塞，这样不但会造成取样不畅，更重要的是会污染水样。所以，我们应该在以下几方面加强注意：第一，关于水样采集系统。一般来说，水样采集系统常采用双泵取样系统或者是双过滤系统，在此基础上，人们通常还会应用流量传感器判断管道是否堵塞或者判断采样泵是否发生故障，还可以通过采用管道自动清洗系统以及自动杀菌系统自动清洗污染物以及细菌的有机物，从而消除这些物质对水样的污染；第二，通常影响进水的因素包含以下几点：
（1）当河流处于丰水期或者枯水期两个不同的时期时，造成的水位变化会严重影响进水取样口的深度造成严重影响；
（2）由于河流中的不同水质，即正常水质或者异常谁知也会严重影响取样；
（3）无法预期的暴雨也会严重影响进水口；
（4）假如进水口一旦堵塞，就会严重影响取样。因此，这些问题在系统取样以及过滤时要非常重视。
3.5 水质监测站点的管理、维护以及保养工作
建设这样一个监测站其投资是非常高的，所以我们应该配置相关的管理人员对其时刻进行看护以及维修，并且应该对这些管理人员进行相应的技术培训，保证其有能力胜任管理工作。通常来说，系统设备的保养工作主要涉及以下几个方面：定期清洗和校正相关设备；及时、准确地判断异常情况以及排除故障。
4 总结
随着人们生活水平的不断提高，人们对生活质量的要求越来越高，这些年来，已经建设的自动监测系统已经为相关部门提高了很多重要的数据，为国家的相关决策提供依据，所以我们必须将建设一个高效益的系统作为工作的重中之重，这次过程中我们也必须考虑到上述的相关问题。
参考文献：
[1]杨峰.水质自动监测系统建设[J].科教文汇（理工科研），2008（9）.
关键词： 无线传感器网络；水产养殖；水质监测；ZigBee
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）05-0263-03
Monitoring of Water Quality in Aquaculture Based Wireless Sensor Networks
ZHANG Lin-jiang，LIU Zhi-long，TANG Guo-pan
（Henan University of Animal Husbandry and Economy， Zhengzhou 450011，China）
Abstract：Water quality of aquaculture enterprises related to aquatic animals living environment， directly affect the economic efficiency of enterprises. Through wireless sensor networks， real-time monitoring of water quality in aquaculture. Sensor detection points each pond obtain pond water temperature， dissolved oxygen value， pH and other parameters； wireless sensor network each node sensor data collected by the route summary， through GPRS module remote in time to the monitoring center； water quality index system based on the data， thus develop appropriate water quality regulation measures or automatically start the appropriate equipment to regulate water quality， to achieve water quality monitoring homes pond.
Key words： Wireless sensor networks； aquaculture； water quality monitoring； ZigBee
长期以来，我国水产养殖企业多以追求产量、短期经济效益为目标，保护养殖水质意识淡薄，养殖病害逐年加重，时有药物滥用现象发生，养殖水域环境遭到不同程度的破坏，水产品质量安全得不到有效保障，解决水产养殖水质状况已经成为水产养殖业持续健康发展的重要研究方向。水质良好程度对水产养殖（鱼、虾、螃蟹等）具有十分重要的作用。从水产养殖环境的角度出发，及时掌握水产养殖水质变化，有效规避养殖风险，提高养殖产量，建立成本合理、反馈实时性高的水质监测网络才能有效保障养殖安全。
1 水产养殖水质监测现状分析
目前，国内水产养殖业大多还是通过人工取样、化学分析的检测方式进行水质监测，耗时费力、实效性差，一些水质指标的检测还需要有专业人员进行操作。由于市场上的水质监测仪器价格昂贵，各水产养殖公司、水产研究机构和水产院校除极少数配备了以外，一般单位不会采用这种监测仪器。随着水产养殖业的信息化技术的发展，水产行业将发生经营手段的转变，逐步选择先进的、成本低廉的水质监测系统服务于养殖作业流程。
2 无线传感器网络水质监测技术
本研究基于无线传感器网络，通过ZigBee、GPRS、视频监控等信息化技术手段，实现水产企业远程水质环境信息监测，顺应信息化时代的要求。
2.1 无线传感器网络
无线传感器网络主要包含有节点、网关和软件。在无线传感器网络中，测量节点与传感器连接，路由器就是一种测量节点，它能延长无线传感器网络的传输距离，并能增加可靠性。数目巨大的传感器节点通过随机或固定布撒的方式，布置在给定的监测区域，每个节点收集监测目标区域的信息，采集到的数据通过多跳的方式传送到网关节点，称为汇聚节点（sink节点）。汇聚节点将收集到的数据直接或通过互联网和卫星上报给管理者。使用软件平台对数据进行采集、加工、分析和显示。无线传感器网络如图1所示。
2.2 ZigBee
本研究所采用的ZigBee技术是一种成本、功耗和速率都较低的双向无线通讯技术。主要用于短距离、低功耗、传输速率要求不高的各种电子设备之间进行数据传输，可工作在2.14GHz、868MHz和915MHz3个频段上，它的传输距离在10m至75m的范围内。具有ZigBee功能的设备能非常容易的在一个小范围内组成临时专用网络，方便地建立一种标准的无线连接，取代有线电缆进行数据传输。
2.3 传感器
传感器能按一定规律能将感受到被测量的信息转换成为电信号，输出其他所需形式的信息，满足信息的传输处理和存储等要求。传感器的智能化让物体有了人类一样的触觉、味觉、嗅觉等感应器官。使用环境监测传感器采集池水温度、PH值、溶氧值、亚硝酸盐、氨氮、硫化氢、CO2浓度等衡量池塘水质好坏的环境信息，监控养殖场环境，确保养殖安全。
2.4 GPRS
GPRS（General Packet Radio Service），是一项基于GSM系统高速数据处理的无线分组交换技术，以"分组"的形式传送资料到使用者，提供端到端与广域的无线IP连接。本研究通过GPRS网络实现了水质监测数据的远程网络监控。
2.5 B/S和移动终端
B/S（浏览器/服务器）的客户端用户界面是浏览器，服务器端由WEB和数据库服务器进行数据交互的系统架构。水质监测系统采用B/S架构模式， 简化了系统开发的流程，管理者可以随时随地在系统平台监测水产养殖环境信息，使用和维护非常方便快捷。
2.6 视频监控
在水产养殖场，实现对养殖环境全过程视频监控，能够及时发现由于极端天气引起的养殖场水质快速变化和水产动物异常反应问题，并采取相应措施，在节约人力成本、提升安全管理水平方面起到明显作用。项目采纳了深圳福斯康姆智能科技有限公司的视频监控方案，在养殖场安装无线网络视像头，通过WIFI连接互联网，基于百度云平台实现了养殖场的视频管理监控。同时，视频监控实现了手机APP的在线浏览，管理者可以通过手机实现养殖场各种场景的实时视频监控。
3 无线传感器网络水质监测系统设计研究
基于ZigBee技术，设计以由CC2530微处理器芯片和CC2591射频前端组建的无线传感器网络硬件电路，构建由协调器、路由器、传感器节点等组成的无线传感器网络系统。以无线传感器网络为主要研究对象，根据水产养殖水质环境监测的特点，采用ZigBee无线传感器网络技术建立了一个水产养殖水质监测系统。在该系统中，传感器节点可对养殖水质环境信息进行采集，然后将采集到的信息通过无线网络发送到协调器节点；协调器节点再通过串口将数据按照规定的格式发往数据管理中心，数据中心根据这些数据进行合理的决策和管理，从而实现了科学的水产养殖。基于无线传感器网络的水质监控系统由传感器节点、数据采集汇聚节点、GPRS数据传输、智能控制系统（PC机或手机智能控制）四部分组成，如图2所示。
3.1 传感器节点
考虑到亚硝酸盐传感器、氨氮传感器、硫化氢传感器价格比较贵，实验池塘监测代价可能太高，目前设计为三路传感器，分别为水温传感器、PH 值传感器、溶解氧传感器，智能控制平台预留检测模块，方便以后扩充检测功能。传感器环境节点负责对水质环境信息的采集、处理和发送。
3.2 数据采集汇聚节点
汇聚节点网关部分主要包括CC2530微处理器芯片和CC2591射频前端，遵循RS232串口通信协议进行通信、数据传输，依据ZigBee协议进采集各个传感器节点发送来的数据。该模块放在一防护等级为 IP65 的防水盒中（可防止淋雨），主要实现对多路传感器节点信号的路由、采集、放大、曲线校准、串口发送、告警等功能。数据通过 RS232 串口发送给GPRS数传设备。
3.3 GPRS数据传输
采用GPRS无线网络实现远距离数据双向透明传输的设备，无需搭建有线网，建设和维护成本低。在 GPRS 传输过程中数据按客户数据帧传输，避免一帧用户数据被多次打包发送，从而导致流量增大的情况；采用动态域名解析方式，节省服务器端固定IP 的使用费；自带设备与 SIM 卡绑定功能，防止 SIM 卡被盗用替换；数据按帧发送，采用完备的防掉线机制，节省流量，保证数据终端永远在线。
3.4 智能控制系统
传感器采集存储的养殖水环境的水温、PH值、溶氧度（DO）等多个水质参数，可通过GPRS向数据监测中心发送采集的数据，并通过手机短信的方式向集约化水产养殖管理者发送水质DO预警信息。管理者除了可通过计算机或智能手机查看和控制，按照设定的时间采集水质状况数据，将数据呈现在曲线图上，根据实际水质状况，系统自动或手动打开增氧机、喷洒水质调理剂等方式改善水质。
4 基于无线传感器网络的水质监测优势
1）预防风险。基于无线传感器网络的水质监测系统操作简单、数值输出快而精确，实时的监控并快速采取相应措施，预防极端气候造成水质指标超标引起的病害，规避水产养殖业的养殖风险。
2）安装和扩展方便。本监测系统免布线、维护方便、扩展性好，ZigBee无线网络可以独立于具体的应用环境，对系统进行相应的修改就可很容易扩展到其他应用领域。
3）不间断监测。可实时24小时连续的采集和记录监测点位的水温、溶氧、氨氮、PH值等各项参数情况，实时显示和记录存储监测信息。
4）监控方便。不管在办公室还是在家中，通过任何一台接入互联网的电脑或智能手机都可以访问监控数据，在线查看监控点位的水质变化情况，实现远程监测。
5）强大的数据处理能力。监测系统能绘制柱状图和饼图，可随时打印每时刻的水温、溶氧，氨氮、PH值等数据及运行报告。
5 结束语
随着我国农业信息化应用的迅速发展，水产集约化养殖采用新的网络技术已逐渐成为养殖业的关注的热点。研究设计基于ZigBee技术的无线传感器网络水质监测系统，对水产养殖各种水质环境因子的实时监测，并且为进一步降低养殖成本，规避风险，提高养殖收益，实现科学养殖提供一种可行的信息化技术手段。
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【关键词】环境监测技术；应用现状；发展
前言：
现代工业的快速发展以及城市建设工作的推进等人类活动对生态环境产生了极大的影响，造成了现代全球生态环境严重恶化的现状。作为影响人类生存环境与生活质量的重要因素，生态环境保护工作已经成为世界各国密切关注的重点。在我国传统发展活动中，生态环境也同样发生了发达国家发展中的生态环境破坏问题。
1.我国环境监测技术历史概述
我国环境监测工作的开展起步于上世纪七十年代。与发达国家环境监测工作一样经历了以典型污染事故调查为主、以污染源监督性监测为主以及以环境质量监测为主的三个阶段。在“六五”和“七五”期间，我国环境监测站的建设有了跨越式的发展。至“八五”我国环境监测工作日趋成熟。借鉴国外先进经验、结合我国实际情况制定了检测工作的基本方针。我国环境监测技术在这一过程中也得到快速发展。由传统实验室检测、自动化检测以及现场快速检测三方面组成主要技术。同时，针对现代环境监测需求将GPS遥感技术等应用于环境监测工作中，促进了环境监测目标的实现。
2.环境监测技术的应用现状分析
2.1实验室分析检测技术现状分析
在我国环境监测技术应用中，室外采样、实验室分析是较为常用监测方法。针对实验室分析技术的应用需求。实验室分析技术也从传统的手工检测方式向着全自动检测方向发展。利用气象色谱、液相色谱、红外光谱等自动化仪器对环境监测采集样品进行检测分析，得出检测结果后有专业监测人员对结果进行分析评价。在目前环境监测技术发展的今天，实验室检测分析技术主要应用于农药残留、高精度水源、空气质量分析等领域。利用实验室检测技术以及专业人员的操作实现环境监测数据的高精度需求。
2.2自动化在线监测技术应用现状分析
针对现代环境监测需求，自动监测系统得到了越来越多的关注。发达国家已经将成熟技术和产品运用到大气、地面水、企业“三废”检测以及城市综合污水监测等方面。我国目前也针对环境监测自动化需求开发了一系列产品。主要针对城市废气监测、工业园区污水监测等作为重点进行自动化在线监测。但是在检测项目上存在很多的不足，而且自动化程度与降低故障率等方面仍有很多工作要做。目前，我国有限的几个直辖市及省会城市建立了城市污水与空气自动监测系统。设备来源主要依靠于进口。从使用效果来看，空气自动监测系统能够实现良好的运转，但是水质监测系统运行故障率居高不下。其一方面与管理工作及资金投入因素有关，另一方面也与我国污水治理程度以及地面水实态有着很大的关系。针对这样的情况，在我国污水与空气自动检测系统引进与运行管理中，应科学的进行实地调研工作，以此避免盲目引进造成的资金浪费。对于现代自来水监测需求，城市环境检测部门可以采用国产水质自动监测系统对自来水进行水质监测。针对自来水水质较好、监测难度相对较低、公民关注度高的现状优先考虑自来水水质自动监测系统的运用。同时，利用现代网络系统对城市自来水水质监测进行公示，为提高城市形象、提高城市公信度奠定基础。
为了促进我国自动化在线监测技术的发展，相关产品生产企业应加快对国外先进经验和技术产品的关注。借鉴国外先进讲演促进我国自动化环境监测技术的发展，为推广这一技术的应用奠定坚实的基础。以降低故障率、提高自动化程度、增加监测项目为主要发展方向，促进我国环保工作的开展。
2.3现场快速检测技术的应用分析
现场快速检测技术在环境监测工作中主要应用与突发性环境污染事故的检测与研究。通过对突发性环境污染事件的现场快速检测，为应急预案的提出与实施提供一手资料。同时，现场快速检测技术还应用于乡镇等没有监测能力的环保机构。以现场检测为环境监测工作提供数据信息。针对现场快速检测需求，快速检测一起设备多为便携式设备，没有繁杂的手续与过程，通过人员的快速掌握、设备的自动化运行实现现场快速检测目的。目前，现场快速检测技术的应用主要集中在上文所述的突发性环境抗污染调查以及偏远地区的环保工作中。在我国多年的环保工作以及环境监测开展中，现场快速检测技术一直占有重要地位。针对近年来自动化检测技术的不断应用，快速检测技术的应用方向以及需求也发生了变化。快速检测技术正向着高精度、应急突发事件检测的方向发展。针对这一需求，我国相关设备生产企业也加快了自身的研发进度。借鉴国外先进仪器设计思路、结合我国实际国情进行新型快速自动化检测仪器的研发。这为我国现场快速检测技术在环境监测工作的运用奠定了良好的基础，也为我国环境监测技术的发展提供了良好的技术与设备支持。
3.环境监测技术的发展方向分析
通过上文的论述以及现代环境监测工作的需求可以看出，目前我国环境监测技术根据不同的需求也向着三个方向发展。高精度实验室检测、高精度自动化在线监测、快速现场检测技术是环境监测技术发展的主要方向。在此基础上，针对大范围环境监测系统、气象观测系统、局域环境监测需求，遥感技术也正在与环境监测技术进行整合优化。通过遥感技术在环境监测技术的运用是环境监测工作能够以更大范围监测形成预警体系，为预防环境污染以及突发事件奠定基础。
4.结论
综上所述，我国可持续发展战略需要环境监测工作作为基础，需要环境监测技术的快速发展进行支持。本文以环境监测技术应用现状及发展趋势分析为我国环保工作的开展提供更多的分析资料，以对环境监测技术的需求分析促进我国环境监测设备的研发与应用。
参考文献：
关键词：环境质量；在线监控；指挥系统；管理
中图分类号： X8 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-122-2
0 引言
环境监测技术是以环境为对象，在物理、化学和生物技术的支持之下，对染污物进行定性、定量的系统分析，它相较于传统的环境监测技术而言，运用了电子信息辅助技术，可以构建环境质量管理在线监控指挥系统，在计算机通信技术的支持下，实时地传递监测数据，并对各个分散监测点的数据实施信息采集、分析、处理和共享，形成一套综合性的环境质量管理在线监控指挥系统，实施有效的城市环境监测工作和污染控制。
1 环境质量管理在线监控指挥系统的概念及分类
环境质量管理在线监控指挥系统涵盖了环境质量管理的多种要素，如污染源在线监测、主要水域水质在线监测、城市空气质量在线监测、城市噪音质量监测等，在这个环境质量管理在线监控指挥系统下，可以实施自动采样，对污染源实施有效的监督和管理。
环境质量管理在线监控指挥系统可以划分为以下几个类别：
①空气质量在线监控管理系统。空气质量在线监控管理要由统一的中心站实施控制，对分散的子站进行自动连接，监测空气污染的因子的浓度与时间、空间之间的关系状况，并且可以实施对同一区域内多点的同时连续监测，从而获取准确的大气污染信息。
②水质在线监控管理系统。对于水质的污染状况的监控和管理较为困难，由于水环境中的污染物种类较为复杂，在监测时需要进行化学预处理，在采水设备、水质污染监测仪器和检测仪器的应用之下，要运用电子信息技术进行监测数据的传递和管理。
③烟气在线监控管理系统。烟气在线监控管理系统主要以烟尘、二氧化硫、一氧化氮为监测对象，在线记录烟气中污染物的实时浓度，系统对于大气污染源烟气的排放量要进行自动采集、记录和监控，实现对烟气环境的数据传输与处理。
④环境在线监控和调度指挥中心系统。城市环境中存有各种污染源，这就需要各类在线监测系统数据的监测中心，进行集中统一的管理，要在电子通信技术之下，对前端监测点的实时监控数据进行传输，由监控中心系统对基础数据进行实时的显示，从而实现对环境在线监控和指挥的无缝对接。
2 环境质量管理在线监控指挥系统的总体要求及原则
2.1 先进性原则
环境质量管理在线监控指挥系统要利用先进而成熟的计算机软硬件技术，采用B/S模式结构的中心软件，在无线数据传输和数字扩频微波传输方式的支持下，运用先进的信息备份技术、集中管理技术、灾难恢复技术、超短波无线数据传输技术、GPRS/GSM通信技术等，提升系统的传输性能和抗干扰能力。
2.2 通用性原则
环境质量管理在线监控指挥系统要充分考虑其可扩充性和可维护性，用模块化的构造和参数化的方式，对系统的硬件进行配置、删减和扩充等，从而使系统具有良好的可移植性，并且在参数的定义和生成方式之下，使系统的功能具有普遍适应性，可以支持多种新的应用。
2.3 成熟性原则
环境质量管理在线监控指挥系统是基于无线数据传输之下的成熟技术，广泛地应用于电力、供水、环保等领域，具有快速的传输速率以及安全可靠的性能。
3 环境质量管理在线监控指挥系统的软硬件平台建设
3.1 硬件平台设计与建设
3.1.1 在线监测系统前端仪表
这主要有废水排放在线监测系统和废气排放在线监测系统，其中：废水排放在线监测系统采用先进的在线监测技术和设备，对污染源的排放状态实施在线监测，主要监测参数有：化学耗氧量、流量、氨氮、pH值、重金属等。废气排放在线监测系统重点监测烟气中SO2、NOX、CO以及颗粒物的排放浓度，主要选用颗粒物测定仪设备，对废气排放浓度进行监测。
3.1.2 通信系统
在环境质量管理在线监控指挥系统中，电子通信技术系统主要采用无线、有线和IP网络的方式，可以选择多种传输方式，如GSM/GPRS、无线数据传输专网、数传电台、电话线等，这些电子通信技术各有其优劣势，可以进行选择式的使用。
3.1.3 指挥中心系统
这是环境质量管理在线监控指挥系统的核心和首脑，它对于污染源数据的功能在于分析和指挥全局，其硬件设备主要有中心数据通信机、数据采集工作站、投影设备、网络交换机等，对于在线监测数据的处理具有快捷处理和存储稳定的功能。
3.2 软件平台设计与建设
3.2.1 在线监测中心软件系统的设计
①数据采集传输平台。它是在线监测系统的基础，它的功用在于实现监测数据和图像的数据存储，并提供控制功能和应用程序的平台，实现对系统的远程监测与控制。在这个平台上，主要是采用TCP/IP的方式加以实现，具体运用GPRS和ADSL两种不同的方式，从而保证系统平台的实时、快速地响应。
②数据库平台。它是系统平台的核心，对分散的各监测点的监测原始信息可以实现实时的监测、统计和分析，并生成图表，用于数据显示和数据查询，需求者可以通过WEB浏览平台，实现基本数据的应用与共享，在提供相应的数据格式接口的条件之下，采用XML的形式，整合各种业务数据资源，达到数据的统一存储、备份和恢复的使用目标。
③应用程序平台。在这个系统平台之下，采用统一的用户认证服务方式，实现监测数据浏览、管理与控制、信息配置管理的功能，在简洁而便捷地应用程序平台界面之下，对基础数据进行统计、分析和处理。
④WEB浏览平台。这个浏览平台是一种便捷的体现方式，它在授权的安全认证方式之下，实现浏览功能，它集成了业务部门的基本，也添加了排污申报、排污收费、项目审批等模块，生成了实时数据、实时曲线、汇总图表等，最终实现信息资源共享的电子化工作模式。
⑤系统接口平台。为了实现数据的同步传输，要转发约定格式的数据，确保其同步、无误上传，由此可知，这个系统接口平台的可扩展性和强大的灵敏性特点，在这个系统平台上，可以通过特定部门的不同要求，自动生成特定格式的文件，并在网页方式下实现传送和添加功能。
3.2.2 不同子系统的设计与建设
①污染源在线监控子系统。在这个子系统之下，需要建构以下几大模块，即通信采集模块、数据管理模块、数据报表模块、网页浏览模式、GIS显示平台、视频监控平台，实现对污染数据的处理和分析、上报、数据补调等功能。
②空气质量在线监控子系统。这是在集成系统之下，实现组网通信，构建智能化程度较高的空气自动监测数据处理中心，从而提升和优化空气自动监测的可持续发展能力。
③噪音在线监控子系统。这是在国家环境监测技术规范之下，对环境噪音进行监测、评价、，对噪声数据进行自动采集、存储和传输，最大程度地提高噪音监测的精度、频度。
总之，环境质量管理在线监控指挥系统可以确保数据信息的原始性和可靠性，在科学先进而成熟的互联网技术支持下，可以极大程度地减少人为误差，实现不间断的环境质量数据实时采集和传输，从而提高管理控制效能。
参 考 文 献
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关键词：物联网；监管系统；水产养殖
中图分类号：S951.2 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2013）08-0001-04
物联网是物联化、互联化、智能化的网络，能够将信息的获取延伸到池塘的每一个角落，并通过信息网络实现更广域的互联互通[1]。农业物联网是物联网技术在农业生产、经营、管理和服务中的具体应用。物联网技术正在逐步改变传统水产养殖业亲自到池塘边进行观察、采集、检测获取环境信息和现场管理的模式。传统模式不但耗时长，还会造成生产措施的延后，造成一定的经济损失。本文提出并构建了水产养殖生产过程中的4个系统：水产养殖环境监控系统、水产品健康养殖智能化管理系统、水产养殖对象个体行为视频监测系统、“气象预报式”信息服务系统。其中，水产养殖环境监控系统是对养殖环境的测控；水产品健康养殖智能化管理系统可以进行精细投喂和水产品的疾病诊断；水产养殖对象个体行为视频监测系统可以对水产品个体行为进行远程测控，进行动物行为诊断；“气象预报式”信息服务系统可以为水产养殖进行天气预报式的预测和采取防范措施。水产物联网可以有效解决传统水产养殖在养殖业中的不足，实现降低养殖风险、提高水产质量和水质的目标。
1我国水产养殖现状与对物联网技术的需求
我国是水产养殖大国，同时又是一个水产弱国。水产养殖业主要沿用消耗大量资源和粗放式经营的传统方式[2]。水产养殖产量占到了全世界的73%。养殖过程中不合理投喂和用药极大地恶化了水质环境，影响水产品质量，加剧水产病害的发生，使得水产品质量安全、水环境污染、养殖风险等问题非常严重[3]。同时，缺少水产养殖规范，虽然农业部制定了一批无公害水产养殖的规范，但是由于我国水产养殖的现状无法确切地执行，导致养殖过程中无法按照标准规程实行喂养、渔药等[4]。
当前在水产养殖过程中对物联网技术的需求突出表现在以下4个方面：①水产品养殖场缺乏有效信息监测技术和手段，水质在线监测和控制水平低，实现对水质和环境信息的实时在线监测、水质异常报警与预警等是迫切需求；②国内水产养殖相关传感器应用较多，但存在稳定性差、准确性低、维护成本较高的问题；③水产品病害发生情况严重，相关技术人员缺乏，实现水产品精细喂养与疾病预测、建设水产品健康养殖智能化管理系统将在一定程度上解决这个问题；④目前尽管有农业网站、农林电视节目等资源，但没有将信息充分整合到一起，养殖户也缺乏“天气预报式”的服务。
2水产养殖物联网系统总体架构（图1）
针对水产品养殖场缺乏有效信息监测技术和手段，水质在线监测和控制水平低等问题，采用智能水质传感器、无线传感网、3G、IPV6、智能控制等技术，建设水产养殖环境监控系统，实现对水质和环境信息的实时在线监测、水质异常报警与预警，通过无线传感网、互联网、通信网等信息传输通道，以计算机、手机等不同的终端设备，将水质异常报警信息及水质预警信息及时通知养殖管理人员和专业技术人员。同时根据水质监测结果，实时调整控制措施，自动启动增氧机等控制设备，保持水质稳定，为水产品创造健康的水质环境，确保水产品养殖的环境安全。
2.1水产养殖环境监控系统
主要包括以下几个方面的建设内容：
2.1.1基于智能感知技术的水质及环境信息智能感知技术采用具有自识别、自标定、自校正、自动补偿功能的智能传感器，对水质和环境信息进行实时采集，全面感知养殖环境的实际情况。
2.1.2基于无线传感器网络的水质及环境信息无线传输技术当前无线传感网络对环境的监控基本处于成熟阶段[5，6]，可运用无线通信技术、嵌入式测控技术和计算机技术，实现短距离通讯和无线通信；研制系列无线采集节点、无线控制节点和无线监控中心，开发无线网络管理软件，构建适合集约化水产养殖应用的水质及环境信息无线传输系统，将有效解决水产养殖领域应用覆盖范围大、能耗约束强、环境恶劣和维护能力差等条件下信息的可靠传输难题。
2.1.3水质管理决策模型建设水质好坏影响水产品的生长速度和健康水平，最终影响水产品的质量，严重的会导致水产养殖的重大损失。养殖环境信息、水质信息、养殖措施和养殖生物量间的定量关系描述是水产养殖数字化、精细化管理的前提和难题。本系统将根据气温对水温的影响，饵料及水产品的代谢物对养殖水体pH值的影响，养殖密度对日增重量、日生长量和成活率的影响，水体增氧对养殖水体中溶氧量和氨氮的影响，氨氮、亚硝态氮对化学需氧量（COD）的影响，氨氮、亚硝态氮对葡萄糖吸收能力的影响，残饵、粪便对水质的影响等，建立水质参数预测、生物增长等系列定量关系动力学模型，解决水质动态预测问题，为水质预警控制、饲料投喂和疾病预防预警提供数据支持。
2.1.4基于智能控制技术的环境设备控制技术针对现有养殖设备（如增氧机）工作效率低、能耗高、难以用精确数学模型描述等问题，通过分析研究控制措施与参数动态变化规律，动态调整环境控制措施，实现养殖设备的智能控制，以降低能量消耗，节约成本。
2.2水产品健康养殖智能化管理系统
整合水产品精细喂养与疾病预测、诊断决策等子系统，建设水产品健康养殖智能化管理系统，形成一套包括硬件装置和软件系统的集约化水产养殖场健康养殖数字化平台，实现水产养殖全过程可视化、自动化、科学化管理。主要建设内容包括：
2.2.1水产品精细投喂智能决策系统依水产品在各养殖阶段营养成分需求，根据各养殖品种长度与重量的关系，光照度、水温、溶氧量、养殖密度等因素与鱼饵料营养成分的吸收能力、饵料摄取量的关系，借助养殖专家经验建立不同养殖品种的生长阶段与投喂率、投喂量间定量关系模型。利用数据库建库技术，对水产品精细饲养相关的环境、群体信息进行管理，建立适合不同水产品的精细投喂决策系统，解决喂什么、喂多少、喂几次等精细喂养问题，精细投喂系统也可以为水产品质量追溯提供基础数据。
2.2.2自动化投饲系统利用监控软件和网络技术，通过局域网、手机等工具，实现远程异地监控。在人员不在养殖现场的情况下，能实时掌握投料情况、养殖产品的进食情况。利用远程控制系统，进行定时定量精准投喂控制，实现自动化定时精准投料养殖，减少饲料损耗。在相对集中的养殖场所建立监控平台，在零星养殖场所可通过手机进行监控。
2.2.3水产品疾病诊治系统水产品用药很多，要对症下药才可以[7]。从水产品疾病早预防、早诊治的角度出发，在对气候环境、水环境和病源与水产品疾病发生关系研究的基础上，确定各类病因预警指标及其对疾病发生影响的可能程度，建立水产品预警指标体系，根据预警指标的等级和疾病的危害程度，建立水产品疾病预警模型；建立疾病诊断推理网络关系模型，建立水产品典型病虫害图像特征数据库，实现水产品疾病的早预防、及时预警和精确诊治。
2.3水产养殖对象个体行为视频监测系统
养殖场视频监控系统主要实现对水产品养殖环境的远程监测管理。现代水产养殖场采用全封闭管理方式，有利于水产品的安全生产，可有效杜绝外界环境对水产品的不利影响，为了方便外界人员观看水产品养殖加工的实时情况，在水产养殖及加工场地内设置可移动的监控设备，利用视频摄像头的动态可视化特点，将水产养殖及生产加工环节予以实时监控。主要建设内容包括：
①水产环境视频采集系统，实现现场环境的采集功能；②传输系统；③远程监测系统；④移动终端，通过手机等移动终端可以异地监测水产养殖场的情况。
2.4“气象预报式”信息服务系统
整合当地热线、农业信息网站资源等的水产养殖技术、水产养殖行业新闻及市场动态信息，利用网格技术、数据库异构分布技术、中间件技术、云计算技术、人工智能等技术充分融合现有的水产信息资源，采用三网融合技术，为养殖企业和养殖户提供水产养殖信息服务，解决生产管理、养殖技术推广、市场信息服务等问题。采用手机报、惠农短信、农林电视节目等信息技术手段，为养殖户提供适时的水质环境预测预报、应急防范、技术咨询服务。
3物联网技术在水产养殖方面的应用前景
虽然当前物联网在水产养殖中还未广泛应用，仅处于试验阶段，但江苏无锡市山区鹅湖镇物联网智能养鱼、苏州昆山阳澄湖渔业产业园、金坛长荡湖渔业科技示范园[8]、无锡宜兴物联网养螃蟹[9]等实验区均取得了可喜的成果，说明物联网在水产养殖方面发展潜力巨大，通过物联网技术支持，水产养殖会发展得更快。物联网是我国未来几年的重点发展产业，得到了政府的大力支持[10]，物联网技术也将在“十二五”期间快速发展，技术体系会更加完善，相关的政策会更加健全。
“十二五”规划中对水产养殖业、增殖渔业、捕捞业、加工业和休闲渔业五大产业体系做出了详细规定。其中，水产养殖在产业中所占比重被再度要求加重[11]。这就要求水产养殖向高密度、集约化发展，这就需要水产物联网技术的支持，在保持水环境质量的基础上，实行标准化养殖，对水产养殖的过程进行全程监控，保证水产养殖的规范化、标准化。水产养殖在物联网技术的支持下将会得到更快的发展。
4结语
建立水产养殖物联网系统是现代水产养殖的必然趋势。该系统可以对水产养殖过程进行测控，成为水产养殖的“管家”[12]；还可以对水产环境变化、水质状况进行监测，并准确投喂，及时增氧，对可能出现的水产疾病进行预报，及时采取措施；还可完善水产养殖生产技术，保证养殖生态系统的良性循环，进一步提高水产品质量，应对劳动力成本上升，最终可获得更好的社会效益、经济效益和生态效益。
参考文献：
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关键词：地表水环境方法监测发展方向发展对策
中图分类号：X83文献标识码： A 文章编号：
我国的水环境监测，整体是起步较晚，发展速度较快，但是与国外的发展还有一定的差距，其发展仍然是任重道远。今后的发展方向，就是要在提高监测质量的基础上，对优先监测给予重视，特别是要重视有机污染物的监测。在做好常规监测的同时，逐步推进水环境监测的现代化，有计划的实现水质自动监测网络，借鉴并引进国外先进的监测技术，并将遥感及地理信息系统等高新技术与水环境监测结合起来。
一、地表水环境监测概况
1、水环境监测方法
我国水环境监测方法可以归为三类: ①自动监测。执行国家环保局、美国EPA 和EU 认可的仪器分析方法, 并按照国家环境保护局批准的水质自动监测技术规范进行；②常规监测。执行GB 3838 ——2002《地表水环境质量标准》 中规定的标准分析方法；③应急监测。凡有国家认可标准方法的项目, 必须采用标准方法。没有标准方法的项目, 采用等效方法进行测定。
在水环境监测领域, 针对不同流域和管理需要,一般采取常规监测和水质自动监测有机地结合的方式。早在20 世纪70 年代初期, 美国等发达国家就对河流、湖泊等地表水开展了水文水质同步连续自动监测及污染源水质连续监测, 日本则有以流域为主和以污染源为主的两类水质自动监测系统, 其特点是只测水质参数而不测水文参数。20 世纪80 年代末, 我国开始从国外引进水环境监测系统, 水环境实时动态监测系统的研发逐渐受到重视。自1998年以来, 水质自动监测站有了较快的发展。
2、水环境监测站网
目前, 我国地表水监测网络由260 个重点监测站组成, 监测250 条河流、18 个湖泊和10 个水库, 监测断面759 个; 全国省控以上站网监测1 868 条河流、182 个湖泊和440 个水库, 共设置监测断面9000多个。另外, 国家已经建成82 个水质自动监测站,地方投资建设的有79 个。水利系统已建成由水利部、流域、省及其地( 市) 水环境监测中心、分中心共251 个监测机构组成的四级水质监测体系; 已有水质监测站点3 240 处, 基本覆盖了全国主要江河湖库; 有51 家水环境监测中心的实验室通过了国家级计量认证, 占水利系统质检中心的61.4%。环保系统共有国家、省、地、县四级环境监测站2 268 个, 绝大多数环境监测站也从事着水环境监测及其相关环境监测的工作; 已有80%~ 85%的市级站、56%的县级站正常开展地面水的常规监测。
全国的监测站网主要是以常规监测为主, 还未形成水质自动监测网，与发达国家相比有一定差距。美国1975 年在各州共有13 000 个监测站组成水质自动监测网, 分为国家水质监测网和州及地区水质监测网, 前者主要分布于美国的18 条主要河流流域中, 后者按照《清洁水法》中规定的目标设立。我国的水质自动监测系统仅限于一些重点流域, 数量较少, 与水污染现状相背离。
3、水环境监测项目
常规监测项目包括必测项目、选测项目和特定项目, 根据不同水体有不同的要求。自动监测项目包括必测项目有7 种和选测项目14 种。我国水污染以有机物污染为主的现状使水环境优先监测提上了日程。1992 年, 国家环保局公布水中优先控制的污染物黑名单, 共68 种, 其中有毒有机污染物58种。它代表我国的水环境污染状况, 标志着我国水环境监测从宏观走向微观、从监测重金属和综合性指标转向以监测有毒有机物为主的监测技术路线。
国外许多国家很早就注意到这个问题, 并开始了水环境优先控制污染物的监测。美国是最早开展水中优先监测的国家, 已建立了一套完整的法规、标准和监测体系。1976 年美国公布了《清洁水法》,受控的水中优先控制污染物129 种, 其中114 种为有毒有机污染物, 建立起了EPA 标准物质库和配套的600 系列监测分析方法, 制定了严格的QA/ QC 措施; 前苏联继1975 年公布了496 种有毒有机污染物在水中的最高允许浓度之后, 又在1984 年公布了水中561 种有毒有机物的卫生标准。我国1996 年7月颁布了GB 8978 —— 96《污水综合排放标准》, 除了对原来的GB 8978 ——88 内容作了部分修改外, 主要还增加了约30 余项有毒有机物的排放标准, 标志着我国水环境监测转向以无机和有机污染物的全面控制。与此同时,HJ/T91——2002《水和废水监测技术规范》也做了适当的修订, 与污水综合排放标准相协调, 增加了一些有毒有机物监测项目。
4、水环境质量标准
水环境质量标准是开展水环境监测的依据, 没有标准也就无法判断水质的优劣及污染物的超标情况。我国水环境质量标准有: GB 3838—— 2002《地表水环境质量标准》、GB 3097 —— 1997《海水水质标准》、GB 11607 —— 89《生活饮用水卫生规范、渔业水质标准》、GB 5084——92《农田灌溉用水水质标准》。在排放标准方面, 颁布了GB 8987——96《污水综合排放标准》和近20 多个行业的污水排放标准。
近年来, 世界各国为适应发展变化的水资源管理和监测形势, 不断修订和实施水环境质量标准, 对水质监测更加重视。我国最新的GB 3838——2002《地表水环境质量标准》在1999 年标准的基础上又增加了五氯酚、丙烯腈、氯乙烯、苯、甲苯等苯系物及三溴甲烷等挥发性卤代烃类的监测标准, 项目总数达40余项, 重视了有毒有机污染物的监测, 可以更有效的控制水污染现状。
美国没有全国统一的水质标准。美国环保局只是负责建立各类水质基准, 各州根据联邦环保局提供的水质基准并结合水体具体功能制定各州和流域的水质标准, 即水环境质量标准。我国的水环境标准是国家统一的, 主要是根据全国的情况制定的,针对共性问题。我国幅员辽阔, 各地水文和气候条件差异较大, “一刀切”模式的标准存在弊端, 因此各地方要根据地区的经济、环境状况和管理水平制定地方标准, 解决环境的个性问题, 地方标准应更严于国家标准。
二、地表水环境监测进展
1、水环境监测发展方向
随着科学技术的不断进步和发展, 各种新的技术也不断地应用于环境监测的实际工作中。水环境监测规范鼓励各级水环境监测中心在水环境监测工作中积极采用新技术、新方法、新材料、新设备等。但应注意所采用的新技术、新方法要经过验证, 证明行之有效方可使用。水环境监测应基于实验室仪器设备的现状对分析方法进行选择, 积极鼓励采用新的先进技术（ 如等效或参照采用有关国际标准等）, 以提高水环境监测技术水平。
随着科技的发展及自动化程度的提高, 对水环境的监测应实行水污染的动态监测。水污染动态监测是在常规水质监测的基础上发展起来的, 是针对水污染特点, 在时间或水质水量方面进行动态的同步监测。在监测项目、时间、频率以及监测范围方面, 是根据各河道污染的主要水质指标, 分河段按不同水情和污染状况, 采取不同监测频率, 对河道水污染进行跟踪性或监视性监测, 以确定污染的影响范围与程度, 便于管理部门及时采取对策。同时, 动态监测能及时掌握河道水量水质变化。水污染动态监测信息传递, 要做到迅速、准确，以提高监测资料的时效性。
目前, 我国要积极发展在线监测, 提高监督监测能力。虽然我国目前对废水的在线监测尚属试验推广阶段, 但随着技术条件的成熟, 已在全国很多地方陆续开展。
随着遥感技术的进步, 遥感监测在水环境等领域的应用引起了环境保护部门较广泛的重视。国内外通过各方面的努力实践认为, 各种水体污染在遥感图像上除有的不清晰外, 都有不同程度的反映。目前, 遥感已成为我们用以监测的依据, 其在环境监测中的应用是一先进的技术途径。遥感监测能有效解决水环境监测的大范围性、连续性、动态性以及高效性等技术问题。
2、水环境监测发展对策
积极发展在线监测, 提高监督监测能力。经过不断实践, 在取得丰富的在线监测技术基础上, 废水CEMS将会在全国各地全面铺开。建立有效的生态监测机制, 全面真实地反映环境质量变化状况。生态监测克服了理化监测的缺陷, 它有理化监测所不能替代的作用和所不具备的一些特点,在环境监测中占有特殊的地位, 它的优点主要表现在以下4个方面：① 能综合地反映环境质量状况；②具有连续监测的功能；③具有多功能性；④监测灵敏度高。
建立监督监理快速反映队伍, 为监理执法撑硬腰杆。合理利用水资源、切实改善水环境, 努力做好水环境监测工作, 确保人民群众的用水安全。积极应用遥感技术监测水环境。遥感能进行大范围、连续、动态、有效的监测预报, 为水环境的各种污染的治理工作提供依据。
综上所述, 在中国现阶段杜绝污染事故的发生还非常困难, 水污染事故的发生呈突然的、随机的特点, 然而由于缺乏危险源信息, 缺乏先进的实时监测系统, 无法实现重点流域和重点污染源的实时监控,环保部门的现场监察、监测能力十分薄弱, 所以突发环境事件时难以形成统一、高效的指挥体系。当事故发生后, 现有监测能力和技术难以为应急搜索工作提供技术保障, 对流域事故污染源进行动态管理体系, 已成为中国环境管理工作的当务之急。
参考文献：
[1] 蒋树艳.实验室水质监测的质量控制和质量保证[J]. 中国资源综合利用. 2010(07)
