水质在线监测系统的设计
引言
在线 CODcr[1]水样自动采集系统，对断面具较强的适应性，COD 自动测定仪，测量方法是重铬酸钾消解光度测量法。在线监测系统包括在线监测仪器、数据传输网络、数据处理、应用设施和业务信息系统，是集环境保护科学、在线监测和数据通信、现代网络和信息系统为一体的新技术 [1~5]。
当前，多数水质在线监测系统存在功能单一、通用性差、传输方式单一等问题。传统的水质在线监测系统仅适用在线测系统。而本系统可与美国的、法国的 Alert、日本的岛津国际主流水质在线监测仪器生产厂家和国内的河北先河、武汉天虹及普析通用电子等仪器生产厂家现场检测仪表的数据格式和协兼容，并将其采集的数据显示在统一的通用平台上。
水质连续监测系统主要是由控制单元、反应单元、测量单元、试剂单元和进样单元组成。其结构简单，安装方便，适用于实验室环境和野外环境。
1 COD自动监测仪
1.1 COD 原理及技术指标（重铬酸钾法）在强酸溶液中，一定量的重铬酸钾氧化水样中还原性物质，在一定的温度下（150℃）六价铬被水中还原性物质还原为三价铬，在 590nm 波长下，分光光度计连续测定三价铬的吸光度，其吸光度与试样还原物质成正比，进行定量分析。技术指标 ：测量范围， 5~500mg/L、 10~1000mg/L、 测量准确度： ±10%，测量重复性 ：5%，响应时间： <30min，试剂更换周期 ：<14 天。
1.2 采样系统原则及技术指标
本采样系统以 ISO5667 提供的采样技术指标为标准。适用于取得必要的数据进行质量控制，水质特征分析、水污染监测。在开阔河流采样，应注意采集品地点的条件必须确保具有代表性，湍流地点是河水充分混合的地点。潜水泵与封闭管连接采集水面以下 30cm 处的水样，输送至水质连续监测系统中的采样单元以 1.3 ～ 8.0mL/min 流量将水样送入监测单元。采样系统的材质对试样不能有吸附和溶出，要求密封性能好并符合中华人民共和国专业标准（zrB350-85） ，技术指标： （1）一级采样泵 ≤ 2.4m 以上； （2）二级采样泵≤ 4m； （3）仪器必须安装在室内，单台仪器面积不小于 6m2 ，高度不小于2.5m。
1.3 系统原理
系统由现场设备（水质现场检测仪表） 、智能数据采集传输装置、计算机和水质在线监测系统软件组成，基本工作原理如下：现场设备（水质现场检测仪表）输出的采样信号通过 RS232/485 或 1~5V/0~5V、1~20V、4~20mA 等形式传输到现场处理终端内，现场处理终端根据各类检测仪表的数据传输格式和协议对数据进行解析，转换，对数据进行分类存储，按照设定的传输方式采用 PSTN/ LAN/GSM/GPRS中的任一种或多种方式将数据传送到上位处理终端，为防止数据的丢失或泄密，对数据进行加密和特征码编写，计算机接收端上位处理终端发过来的数据进行处理并将数据输入到在线监测系统软件的数据库中，并由控制软件进行管理和控制。计算机可通过数字接口经上位处理终端— 现场处理终端进行远程设定采样项目、采样时间、采样频率等参数。
2 系统结构
软件设计基于先进的 J2EF 架构。是目前流行且成熟的架构技术，能够解决企业级的多种 WEB 应用问题。 数据库方面选用成熟的关系数据库技术，能够管理海量的监测数据。软件采用浏览器 / 服务器（B/S）结构，方便客户端的安装和使用。软件内含地理信息系统模块，既能直观的管理和控制监测点信息，又能对多点位的监测数据进行区域分析和时空分析，挖掘其内在联系和变化规律。
水质在线监测系统软件以监测点为主线，以业务功能划分模块，形成一套既涵盖在线监测管理的绝大多数业务，又能根据实际业务进行功能重组的实用软件。按照业务流程和管理的需求，将业务模块划分为如下层次。
2.1 系统特点
应用地理信息管理子系统可进行以下管理和分析 ： （1）图层信息管理 ：对各类的图层进行分类管理 ； （2）流域环境质量分析： 对各个不同流域的环境监测进行对比，得出质量分析结论。分析流域的环境质量随水文条件变化情况等分析功能； （3）点源流域影响分析 ：分析流域的环境质量随污染源的排放情况的分析功能。
软件基于 JZEE 架构、B/S 结构、关系数据库结合地理信息系统。当前多数水质在线监测系统软件均运行于微软视窗操作系统平台之上，跨操作系统平台能力欠缺，也缺乏对监测点、监测数据的区域和时空分析能力。本控制软件基于先进且成熟的 JZEE 架构设计，解决跨操作系统平台运行的问题，符合国家自主知识产权的操作系统建设和普及要求。软件采用 B/S结构， 降低对客户端的配置要求。通过自主开发的地理信息系统模块，可直观、方便的管理监测点位信息和调度日常工作，管理海量监测数据，在此基础上进行深入分析，挖掘监测数据间的内在联系和变化规律 ；对多监测点位和监测数据进行区域分析和时空分析，对监测点位进行调度指挥等，为水质监测数据管理和控制以及水资源管理提供完整可靠的解决方案。第一代 C/S 结构的软件己经取得著作权，著作号为 2003SR9306。
2.2 监控中心软件的应用
监控中心软件可对监测项目、采样时间、采集频率远程设定，可远程监视现场仪器工作状况、诊断故障。
现有的水质监测系统软件仅具有采集数据接收和设备故障报警功能，而本系统的控制软件能够根据监测数据的波动、数值大小等实际情况进行智能综合判断，并发出相应控制指令进行远程设定和控制。可自动激活仪器，对仪器的各种参数如仪器的采样时间、采集频率等进行自动调整或远程设置，对现场仪器工作状况及故障进行诊断。
本系统采用智能数据采集传输装置，装置中内置各类现场检测仪表的数据格式和协议，更换仪器后通过控制软件做简单的参数调整即能与现场仪器协同工作，适用范围广泛灵活。系统可根据协议生成的控制序列码，在计算机和设备联通的状态，传输控制序列码，设置设备属性，对采样项目、采样频率、采样时间进行远程设定。
2.3 系统具有良好的兼容性
本系统通过兼容当前应用的国内外现场仪器的数据格式和传输协议，实现与多种现场设备的对接和协同工作。
由于当前现场仪器的数据格式和协议多种多样，现有的多数水质监测系统软件仅仅适用于某一现场仪器或监测项目，难以实现对不同仪器的兼容。本企业通过细致的分析，基本掌握当前应用的国内外现场仪器输出信号的数据格式和协议，并将这些数据格式和协议存储于智能数据采集传输装置的现场处理终端内部存储空间中，从而实现与多种现场设备的对接和协同工作。同时，根据当前应用的国内外现场仪器信号输出的实际情况，可兼容 RS232/485、4~20mA、1~5V/0~5V、1~20V电压等多种方式。 现场处理终端内部还存储系统特征参数，更换仪器后通过控制软件做简单的参数调整即能与现场仪器协同工作，适用范围广泛灵活。
3 结论与讨论
传统的水质在线监测系统仅适用于单一污染物的检测，本系统克服传统软件的局限性，内部嵌入多种污染物等水质监测项目， 只要对参数略加调整，即可完成原来复杂的系列工作。
传统的水质在线监测系统只具有显示数据的功能，本系统将国家地表水质标准和监测水体的功能区标准输入到系统的标准手册中，可自动判定并显示水体类别，提供超标和异常数据的报警功能。系统管理员可对标准手册中变更的标准或新标准进行修改或不成加。
传统的水质在线监测系统往往与传统方式一一对应，本系统把各种传输方式集成于一体，用户可根据需要灵活选择传输与储存方式。
传统的水质在线监测系统往往仅与有关部门的环境管理的电脑终端相连，而缺乏与各种终端兼容的功能，本系统不仅与环境管理部门与用户的电脑终端相连，而且可与政务公开的电子显示牌、政务公开网站和环境指挥沙盘直接连接，各种参数可实时直观的显示于各种传播载体上。
目前传统的水质在线监测的开发皆基于微软的视窗系统，与目前各级政府要求的自主知识产权的跨平台的操作系统的差距较大，本系统采用 Java 语言开发，可轻松在包括 Linux/unix 等各个平台之间转换。控制软件基于先进且成熟的 J2EF 架构设计，解决软件跨操作系统平台运行的问题，结合 B/S 结构，降低对客户端的配置要求，提高系统的安全性和可靠性，为水质监测数据管理和控制提供完整的解决方案，也有助于水质在线监测系统的进一步推广应用。
参考文献
1 刘杨真，张金阳.广东省水质自动监测的现状及发展规划 [J]，城市环境与城市生态，2002,15(3):35~36
2 曹喆， 秦保平， 徐立敏 . 我国污染在线监测现状及建议 [J]，中国环境监测，2002,18(2):1~3
3 陈刚，杨慧巾，周治平 . 工业烟气在线监测系统的设计，中南工业大学学报，2003,34(2):252~255
4 孟庆张，吴大维，林毅 . 探讨城市污水在线监测系统的应用，中国给水排水，2004,20(7):34~36
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