天津生態(tài)城水環(huán)境系統(tǒng)智能化管理平臺的研究與實(shí)現(xiàn)

秦忠強(qiáng)　林翊　杜浩為　蘇曉　季洋

摘 要：水體環(huán)境的保護(hù)與治理是我們國家面臨的一個(gè)重大問題，為此，國家在“十二五”規(guī)劃中設(shè)立了若干水環(huán)境專項(xiàng)課題，中新天津生態(tài)城是水專項(xiàng)課題的參與者與示范地。本論文研究內(nèi)容包括“天津生態(tài)城水環(huán)境系統(tǒng)智能化管理平臺”的分析、設(shè)計(jì)與建設(shè)，旨在通過對系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)、技術(shù)路線、建設(shè)思路、建設(shè)依據(jù)、建設(shè)內(nèi)容與方法的研究，為該系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用提供參考和依據(jù)。論文對關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)軟件、硬件及數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與建設(shè)進(jìn)行了詳盡描述，同時(shí)進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與效益分析。通過論文的研究與編寫，進(jìn)一步證實(shí)了系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和建設(shè)方法的科學(xué)性與可行性，同時(shí)驗(yàn)證了系統(tǒng)應(yīng)用效果與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：生態(tài)城；水環(huán)境系統(tǒng)智能化管理平臺；水質(zhì)數(shù)據(jù)；監(jiān)測

1 概述

1.1 研究背景

為實(shí)現(xiàn)天津生態(tài)城2020年水系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)目標(biāo)（非常規(guī)水源利用率≥50%、地表水達(dá)到IV類水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)）積累成功經(jīng)驗(yàn)，天津生態(tài)城投資開發(fā)有限公司進(jìn)了國家“十二五”水專項(xiàng)“中新生態(tài)城新型水系統(tǒng)實(shí)施保障及智能化管理系統(tǒng)示范研究”的課題研究工作。為實(shí)現(xiàn)課題技術(shù)研究與示范工程建設(shè)相結(jié)合的目標(biāo)，進(jìn)行了“天津生態(tài)城水環(huán)境系統(tǒng)智能化管理平臺”的研究與實(shí)施工作。

1.2 研究目標(biāo)

天津生態(tài)城區(qū)域水環(huán)境系統(tǒng)智能化管理平臺是國家“十二五”水環(huán)境專項(xiàng)課題研究的重要組成部分、是構(gòu)建生態(tài)城新型水環(huán)境系統(tǒng)的信息基礎(chǔ)，為完成課題任務(wù)，我們從以下方面進(jìn)行了平臺層面的研究：

（1）水質(zhì)數(shù)據(jù)采集研究。

（2）平臺傳輸網(wǎng)絡(luò)研究。

（3）水質(zhì)信息動(dòng)態(tài)管理與應(yīng)用研究。

（4）水質(zhì)安全自動(dòng)報(bào)警研究。

（5）水質(zhì)事件智能化處置與聯(lián)合調(diào)配研究。

（6）水環(huán)境系統(tǒng)資源的整合與應(yīng)用研究。

2 平臺架構(gòu)研究

水環(huán)境智能化管理平臺，是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)工程，在建設(shè)架構(gòu)層面，包括實(shí)現(xiàn)水質(zhì)信息采集與傳輸?shù)母兄獙优c網(wǎng)絡(luò)層，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與應(yīng)用的數(shù)據(jù)層，以及進(jìn)行智能化應(yīng)用與決策的業(yè)務(wù)層與應(yīng)用層。

3 平臺功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在建設(shè)內(nèi)容層面，系統(tǒng)包括首頁、基礎(chǔ)信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)、報(bào)警信息、應(yīng)急預(yù)案、視頻監(jiān)控和系統(tǒng)設(shè)置7個(gè)模塊（如圖2所示）。

4 水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)研究與實(shí)現(xiàn)

4.1 監(jiān)測設(shè)備選型

水質(zhì)在線監(jiān)測設(shè)備包括COD、氨氮、總磷、總氮等污染物指標(biāo)在線監(jiān)測設(shè)備，綜合考慮價(jià)格與性能，選用設(shè)備如表1。

4.2 監(jiān)測站點(diǎn)布局研究

生態(tài)城暫時(shí)計(jì)劃在清凈湖與薊運(yùn)河故道布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)3個(gè)，在薊運(yùn)河與薊運(yùn)河故道交界處、薊運(yùn)河故道與清凈湖交接處、慧風(fēng)溪流入故道處分別進(jìn)行在線監(jiān)測站點(diǎn)布設(shè)。

監(jiān)測站點(diǎn)分布狀況如圖3。

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)及傳輸研究

5.1 水質(zhì)數(shù)據(jù)采集

綜合性指標(biāo)數(shù)據(jù)：水溫、pH、電導(dǎo)、溶解氧（DO）、濁度、懸浮物（SS）、氧化還原電位等。

水污染指標(biāo)數(shù)據(jù)：生化耗氧量（BOD）、化學(xué)耗氧量（COD）、總需氧量（TOD）、總有機(jī)碳（TOC）、紫外吸收（UV）等；金屬及類金屬污染物、三氮（硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮）、磷、氰化物、氯化物、氟、酚類化合物、礦物油等。

生物指標(biāo)數(shù)據(jù)：大腸桿菌群數(shù)、細(xì)菌總數(shù)等。

5.2 水質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸

水質(zhì)數(shù)據(jù)由在線監(jiān)測設(shè)備采集后，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)分析模型根據(jù)預(yù)設(shè)算法與規(guī)則，將監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)區(qū)分與歸類，分別存入對應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)表中。

通過特定代碼運(yùn)算與參數(shù)配置，系統(tǒng)可以訪問不同監(jiān)測數(shù)據(jù)表中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用與管理。

6 平臺功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)包括首頁、基礎(chǔ)信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)、報(bào)警信息、應(yīng)急預(yù)案、視頻監(jiān)控和系統(tǒng)設(shè)置7個(gè)模塊，各模塊具體功能如下：

6.1 首頁

首頁以地圖和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表的形式對監(jiān)測站點(diǎn)和監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)時(shí)空結(jié)合的管理與應(yīng)用展示。

6.2 基礎(chǔ)信息

基礎(chǔ)信息實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)管理和指標(biāo)設(shè)置，包括監(jiān)測指標(biāo)設(shè)置、報(bào)警指標(biāo)設(shè)置、水質(zhì)站點(diǎn)管理和水量站點(diǎn)管理等功能。

6.3 監(jiān)測分析

監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、管理與分析，包括水質(zhì)數(shù)據(jù)分析、水量數(shù)據(jù)分析等功能。

6.4 報(bào)警信息

報(bào)警信息實(shí)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)報(bào)警與報(bào)警信息管理，根據(jù)監(jiān)測指標(biāo)不同，分為COD報(bào)警、總磷報(bào)警、氨氮報(bào)警、硝酸鹽氮報(bào)警與葉綠素a報(bào)警等。

6.5 應(yīng)急預(yù)案

應(yīng)急預(yù)案實(shí)現(xiàn)不同級別水環(huán)境事件的應(yīng)急處置，根據(jù)預(yù)案級別不同，啟動(dòng)相對應(yīng)的應(yīng)急處置流程，流程中各相關(guān)單位和干系人按照預(yù)案規(guī)定的順序與標(biāo)準(zhǔn)完成各自職責(zé)范圍內(nèi)的工作，協(xié)同配合，快速高效。

6.6 視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控接入水體和泵站的視頻信息，以可視化的信息支撐配合水環(huán)境管理，從而提高安全性與可靠性。

7 結(jié)束語

本平臺的研究集成了先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備與建設(shè)方法，并結(jié)合天津生態(tài)城水體環(huán)境的實(shí)際狀況，通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中的探索與實(shí)踐，證明我們所采用的技術(shù)路線和建設(shè)方法是行之有效的，同時(shí)，通過系統(tǒng)應(yīng)用表明系統(tǒng)具有客觀的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

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