地表水质自动监测技术及监控软件的发展

梁莉

（河北省水利水电工程监理中心，河北 石家庄 050011）

1 前言

20世纪中期以来，随着地理信息系统技术、遥感技术和全球卫星定位技术等3S技术的迅速发展，人们开始探索这些监控技术在地表水质自动监测中的应用。

2 实现地表水质自动监测目标的关键

随着我国地表水质自动监测规划的实施，要实现地表水质自动监测的目标，就必须采用先进的水质自动监测技术作为保障，对水质站网进行优化配置和合理布局。在地表水质自动监测实施过程中，应该充分考虑我国的国情，从实际出发，实事求是，建立既能满足当前地表水质自动监测工作要求，又留有超前发展冗余的地表水质自动监测系统结构。

3 国外现代化地表水质自动监测体系现状

地表水质自动监测系统是20世纪70年代发展起来的，在美国、英国、日本、荷兰等国已有相当规模的应用，并被纳入网络化的“环境评价体系”和“自然灾害防御体系”。一则可为综合评价水功能区的水环境质量提供基础性数据，二则可迅速发现突发性水质污染事故或天灾，将水域异常水质情况、污染传播源及影响规模通过系统的通信网络传至控制中心，为决策部门把握灾害的性质状态，从而制定灾害的防治对策提供依据。

4 先进的监测技术要与先进的信息管理技术相结合

随着科学技术的进步，地表水质自动监测技术迅速发展，仪器分析、计算机控制等现代化手段在地表水质自动监测中得到了广泛应用。分析方法从手动和半自动实验方法和仪器也正逐步被计算机控制的自动监测、遥测装置所代替。地表水质自动监测系统是以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术，自动测量技术，自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测体系，目前地表水质自动监测软件系统由自动站监控软件和中心站监控软件两个基本部分组成,下面做分别介绍。

4.1 自动站监控软件

软件用于在现场控制各个仪器的工作状态,它运行在 Windows2000以上的操作系统,采用工业控制标准的 MODBUS/RTU协议与控制器进行通讯。

●以动画的形式实时显示系统工作状态,其中包括仪器的采水,配水,管路清洗等单元以及仪器的校准,管路的工作和输出情况,并可根据需要进行控制参数的修改和设定；

●显示各种仪器仪表和传感器的输出数值(16路 4~20mA),系统的控制输出(DO)状态；

●通过 RS-485通讯口,系统能够与支持MODBUS/RTU通讯协议的智能仪器进行通讯,显示或设定其工作状态,最多可连接 32个智能仪器；

●可以实时记录和显示各种仪器仪表和传感器的输出曲线；

●可以观察历史和实时的超标和报警事件等状态,并向中心站发送警报；

●可在现场或远程对系统设置连续或间歇的运行模式；

●能够在水质超标事件发生时触发自动采样仪的采样；

●具有监测项目超标及子站状态信号显示、报警功能；

●必须采用具有校验功能的通讯协议,能够及时纠正传输错误的数据包。通讯协议推荐采用国际标准协议；能够支持有线通讯并可以扩展无线方式的通讯(GSM-SMS/CSD/GPRS,无线电台,卫星通讯等)；

●具有 24小时自动数据存储,并可保存三个月以上的数据；

●具有有效的 ID授权控制，能防止非法使用和控制；

●具有强大的网络功能，能够通过网络路由器来实现与局域或广域网的连接；

●用户可使用其开放的环境对以上功能进行修改，使它更能接近用户的实际要求；

●现场的工控机和监控软件的运行与否不会影响控制器的功能.控制器和工控机相当于两套数据采集和存储系统。

4.2 中心站软件

●可修改和设置自动站的ID序列号；

●同时支持自动/人工拨号，收集现场的仪器状态和历史数据并保存；

●中心单元采集精度为 16bit，采集频率为 10Hz/通道，数据采集正确率≥99%；

●停电保护、保存系统参数和历史数据，来电自动恢复功能；配置相应的后备电源系统，保证系统断电后通讯部分仍维持运行 8小时，来完成异常事件的上传和远程数据下载；

●由于现场采用 MODBUS总线结构(可以连接 32台智能设备)，所以中心站可以远程访问现场的任意一台智能设备 (由 MODBUS地址区分)，实现远程参数设置和诊断；

●可以在工业组态软件上以动画的形式显示现场的仪器工作状态和采水配水控制的状态；

●开放的标准关系数据库 (SQL Server，Orcal等)，应具有足够的数据库容量和网络共享功能，良好的可扩充性和快速的检索。便于维护、备份和数据库应用开发；系统软件应具有原始数据的保护功能；可实现异常数据的自动剔除，超标数据的列表，有效数据的统计等功能；

●随时取得实时监测数据，统计、处理监测数据，可打印输出日、周、月、季、年平均数据以及日、周、月、季、年最大值、最小值等各种监测、统计报告及图表(棒状图、曲线图、多轨迹图、对比图等)，并可输入中心数据库或上网；

●收集并可长期存储指定的监测数据及各种运行资料、环境资料以备检索；

●所有历史数据可转换为 TXT、EXCEL、DBF文件格式保存，并能够满足国家环境监测总站数据库系统对本数据的共享、调用数据传递以及操作；

●数据查询功能，按需要进行各种方式的数据查询；

●维护检修状态测试，便于例行维修和应急故障处理等功能。

5 发展趋势

5.1 目前通讯技术的发展采用 GPRS及更为先进的第三代无线通讯技术是今后主流的发展方向。通过地表水质自动站安装 GPRS数据通讯设备，经无线通讯网将自动站产生的在线监测数据发送到上级环境监测站(无固定 IP)；

5.2 系统设计要求符合相关通讯协议的要求，技术先进、结构简单、运行稳定、可靠性高，具有一定的开放性、较高的多系统适应性和良好的二次开发能力；

5.3 与上级地表水质监控站数据库能完全兼容，数据导入能够自动完成；

5.4 系统既能组成独立系统，又能通过开发的一系列的插件无缝嵌入到中心平台上，实现界面和数据流的统一，具有很强的灵活性和可靠性；

5.5 针对河流的面积广大、地形复杂采用无线网络视频监控系统进行监控，在系统中可以很方便地实现报警、远程控制等功能。无线网络视频监控系统融合了视频编码技术、网络传输技术、数据库技术、流媒体技术和嵌入式技术的综合应用系统。整个系统的管理和配置等功能由视频监控管理平台软件实现。软件与监测软件兼容，可嵌入各个系统平台软件。这种视频监控系统是一种全数字化、全网络化的系统，可以同现有的多媒体系统、控制系统和信息系统集成整合，方便地实现数据和信息资料的共享。

6 结束语

现代化、信息化、系统化的地表水质自动监测体系建设日益提上议事日程，我们认为在现有的地表水质自动监测体系下，以提高水质自动监测技术的现代化、标准化以及管理制度化的水平为目标，并统一在国家监控中心之下，才得以有效全面的解决我国可持续发展过程中所面临的地表水质自动监测问题。

[1]向运荣，黄辉.地表水水质自动监测系统及其建设中的若干问题 [J].中国环境监测，2001，17（06）：5-8.

[2]地表水自动监测系统培训教材[M].北京：中国环境科学出版社，2006.

[3]HJ/T 91-2032.地表水和污水监测技术规范[S].