基于實時監測系統的水環境運維管理平臺架構探究★

徐 燕 姜 嵐 馬寅晨 錢小聰 吳忠華

(中冶華天南京工程技術有限公司，江蘇 南京 210019)

1 建設必要性

自1993年有環境統計數據表明，我國發生近3萬起突發環境事件，已經進入環境污染事故高發期，水環境事故頻發，造成了重大經濟損失，破壞了生態環境[1]。近年來，我國水環境治理類項目逐步進入運營階段，但缺乏可借鑒和參考的運營管理實踐經驗[2]。水環境運營管理過程中涉及人員、設施設備、建構筑物等豐富資源，水質數據、水文數據等信息，各類工作流程、工單，水環境運營管理面臨著數據標準不統一，信息流轉效率低下；信息共享困難等考驗，因此，開展水環境運營管理的技術研究與智慧運營管理平臺研發，基于科學的策略和工作機制，高效、智慧地管理和調度這些資源、數據信息，對于科學持續地保護水環境具有重要意義。

水質自動監測站、水文自動監測站、GIS、設備自檢裝置、數據傳輸等技術的進步與廣泛應用[3]，為采用信息化技術智慧地運營管理水環境治理類項目奠定了基礎。

2 擬解決的關鍵問題

1)當前大量水環境治理類項目進入運營階段，而我國缺乏可借鑒和參考的水環境運營管理實踐經驗。

2)水環境運營管理過程中涉及人員、設施設備、建構筑物等豐富數據資源，水質數據、水文數據等信息，各類工作流程、工單，水環境運營管理面臨著數據標準不統一，信息流轉效率低下的問題。

3)城市水環境系統設施預警的及時性和有效性較差，缺乏精度可靠的水污染突發事件水質預警預報模型[4]。

4)城市水環境監控指標的針對性與可靠性不高。水環境具有一定區域特征和復雜性，目前，缺乏對不同特征水體和不同類型污染水體的針對性監測。

5)缺乏具有操作性強的城市水質突發事件應急預案。盡管我國大城市均有水系突發事故應急預案，但其預案的及時性和有效性未被重視，快速反應機制成效有限。

6)城市水環境系統設施運行信息的監測工作不完善[5]。目前已建成的設備設施的運轉狀態多樣，運轉率和正常運轉率得不到保證，需要對建成的設施設備的運行信息進行監測管理，保證設施設備的正常運行。

3 總體架構

3.1 物聯網架構

基于實時監測系統的水環境運維管理平臺總體架構遵循物聯網架構，包括物理感知層、網絡層和應用層。感知層利用IP攝像頭、監測儀器、傳感器、控制設備等技術設備，實時采集監測水環境運維管理所需的水質數據、水文數據、影像數據以及設備狀態等各類數據；網絡層負責監測數據的傳輸，將感知到的數據無障礙、高可靠性、高安全性地進行傳輸，需融合傳感器網絡與移動通信技術、互聯網技術；應用層完成水環境運維管理的業務實現，含應用支撐平臺層和應用服務層，其中應用支撐平臺層應用于支撐跨行業、

跨應用、跨系統之間的信息協同、共享、互通的功能。

其中，實時監測系統包括水質、水文監測系統，系統裝備不消耗任何化學試劑，在水環境項目運維管理工作過程中環保無二次污染，可實時在線監測pH、溫度、溶解氧、電導率、ORP、濁度等水質參數，以及水位、流速等水文參數。

3.2 平臺架構

為了便于平臺的可復用性和可擴展性，平臺采用分布式多層架構，自下而上分為基礎設施層、數據層、支撐層、應用層和用戶層，各層相互獨立，通過服務接口實現連接和信息交換。平臺多層架構圖如圖1所示。

4 平臺功能實現

平臺應用SOA服務總體框架技術，采用Java技術進行開發，采取MySql數據庫與GeoDatabase相結合的存儲策略對基礎地理信息數據、水環境運維業務數據等進行存儲和管理?；谒h境基礎數據信息，集成水環境運維中各種業務流程及信息的共享發布策略,采用B/S模式實現平臺開發建設。根據水環境項目運維管理的需求，基于模塊內部獨立性要求，采取內聚度高、模塊間的耦合度低的原則[6]，顧及相關運維人員的操作習慣，將系統功能分為GIS水務一張圖模塊、運營駕駛艙模塊、水質監測模塊、河道巡查管理模塊、視頻監控管理模塊、異常排污分析模塊、管網設施運維管理模塊、設備管理模塊、物資管理模塊、報表報告管理模塊、水環境健康風險評價與預警模塊、應急管理模塊、人員管理模塊、知識庫模塊以及系統配置模塊等功能模塊。

平臺功能體系的設計內容囊括了水環境日常運維管理、事故前預防、事故中處置、事故后總結分析等水環境運維管理全流程內容。

5 結語

針對當前水環境運維管理亟待解決的關鍵問題，對水環境治理項目中的實時監測系統以及運維管理平臺架構展開了研究，研究設計了平臺的總體架構、多層平臺架構及功能體系。

推廣應用智能化多參數在線實時監測系統結合水環境運維管理平臺，以自動在線監測設備、全面綜合智能化的監測體系、綜合評價預警分析模型等系統為基礎，支撐水域水環境管理和決策，對預防水環境污染事故、保障區域環境、區域經濟以及社會的協調可持續發展和穩定，具有十分重要的意義。