基于物联网技术的水质监测系统

贺强 杨璐 蔚晨月 赵素萍

摘要

我国现行的水环境监测主要以各大水质监测实验为主，但由于此种检测方式的人力消耗量大，响应时间长、自动化程度低，不能实现对水质进行实时监测和预测。随着第三次信息化浪潮的到来，物联网技术在许多领域都表现出突出的作用。基于物联网技术的水质监测系统利用物联网技术，搭载物联网卡，动态探测多种污染物，自动检测识别水面污染源并发出警报结合水环境参数，也可以对突发性的污染事件进行预警。

【关键词】物联网 水质监测 自动控制

水质监测有覆盖区域大、监测指标多、设备折旧快的特点，本系统在原有的水质监测设备系统上融合物联网技术，水质监测设备的功能将从单一的数据采集向多元化发展。拥有水样采集、数据采集、数据分析、方案决策、快速响应、信息支持等多功能的智能水质自动监测系统，从而有效改善我国水质监测不足的现状。

1 系统介绍

基于物联网技术的水质监测系统是在现有水质监测系统硬件基础上，利用物联网技术构建的水质监测控制软件，实行对现场的监测系统进行自动化监测、控制和管理，從而能够对水质数据进行实时采集、智能分析，及时对水质做出评价，并将监测结果及时反馈到中心站，从而提高水质监测管理水平。

2 系统特点

2.1 智能化

该系统是一套智能化、实时、在线监测的水质监控系统，能自动实现相关连接物联网设备的数据采集、数据处理分析、设备控制、故障报警、断电保护、无线通信、自动打印报表等多项功能，能够在无人看守的环境下长期可靠运行。

2.2 标准化

软件设计驱动、接口等均按照现有的标准，与无线通信均采用国标标准通信协议，能过无线网络与远程终端建立连接，通过互联网传输标准协议进行实时双向数据传输;对于数据的通讯格式、参数等，均按照水利监管等相关部门的标准定义。

3 系统主要功能

3.1 在线监测

在线监测的主要功能是实时在线掌握监测水质参数动态变化。系统7×24小时不间断地监测出水质各种参数，同时监测整个系统的运行状态。监测参数有：PH值、电导率、DO、NH4+-N、ORP、COD、浊度等。

3.2 设备控制

系统可以控制所有的水质监测仪器，主要包括手动控制和自动控制。手动控制时，系统发送控制命令，对相应的仪器进行操作。自动控制时，只有满足相应的条件时，比如反冲、清洗等维护过程按照预设参数自动定期完成。

3.3 报警功能

报警功能主要有监测水质参数超标报警功能、仪器设备异常状态报警功能。当监测水域发生环境污染事故时，系统会立即显示水质参数指标异常，同时采取相应措施。首先系统会通过无线通信网络发送SMS指标异常信息到水质监测人员，以便相关人员能够采取及时有效的措施;其次系统会记录报警的仪器具体情况，为进一步排查故障，并查询分析提供有效的相关水质信息数据。当水质监测系统相关仪器发生故障时，系统会立即进行仪器设备异常状态报警，同时也会通过无线通信网络发送故障信息到水质检测人员，让其进行设备检修和排查。触发报警的参数有：监测点水位过低或过高;水质参数超标;进口压力过小;自动站泵、电子阀发生故障;火警、防盗报警;发生停电事件等。

3.4 数据存储和查询

系统通过在线监测得到的水质数据信息，得出某时刻监测水域的水质状况。对于上级环境保护部门要求一段时间内的平均数据。因此，水质监测需要还需要五分钟数据、小时数据和天数据。

水质数据信息查询分析功能可以根据系统监测到的水质参数实时数据描绘出水质参数的某个期内的变化及趋势，可以进行多个参数的对比分析，并可以进行相关性分析。

历史水质信息数据对比分析可以对保存在数据库中的水质历史数据进行查询分析，以及多个参数的对比分析。

报警数据查询可以查询所有时间内的发生超限的参数数据，及发生超限报警时其他环境参数的信息。

日志数据查询是查询水质监控系统的运行信息的数据，主要包括：记录监测站点对各泵、阀等部件的操作;系统参数和故障报警参数设置;校准时间;远程中控中心对现场监测站的各种远程查询、控制和参数设置等;查询PLC工控机与设备的通讯过程;查询PLC工控机发送SMS的情况;仪器设备清洗次数。

事件数据查询要记录下系统软件运行时出现的一些故障状况，比如：烟雾防盗报警、系现场掉电、通信故障、统发生故障。

3.5 参数设置

参数设置主要有：测量开始时间、结束时间的设置、设备测量周期;采样起始时间、采样量设置、工作方式;设备初始状态设置;故障报警参数设置等。

3.6 报表分析

水质监测报表按时间分为日表报、月报表、周报表和年报表。各个报表内容包括各个水质参数在某个时间段内的最大值、最小值、平均值，同时还提供根据这些水质指标做出水质质量评价，判断首要污染物有哪些。

3.7 和中控室通信功能

中控室对其管辖范围内的一个和多个现场站有直接远程管理的权限。现场站与现场站间能够进行数据通讯，主要功能是：实时监测数据的传输;仪器状态信息的传输;历史数据的传输;FTP主动上传数据;Socket通信等功能。

3.8 掉电保护

系统在复杂环境中长期工作时，需要考虑到现场的停电情况。如果系统在突然停电时不做好掉电保护，会对系统造成非常严重的破坏。系统通过安装不间断供电设备，可以有效解决此问题。当发生停电情况，系统能够监测到不间断供电设备发出的信号，系统可以自动进行相应的安全保护操作。

4 结束语

基于物联网技术的水质监测系统具有智能化和标准化的特点，能够在无人看守的环境下长期可靠运行;同时软件设计驱动、接口等均按照现有的国内、国际标准，方便数据接口的对接与网络的连接。该系统具有实时监测、预警报警、数据压缩和保存、报表生成、仪器控制、参数设置等功能。系统通过无线进行远程数据传输与控制，保证了数据质量和可溯源性，为实现水质监测提供了技术支撑。