基于物聯網技術的水質監測系統

賀強 楊璐 蔚晨月 趙素萍

摘要

我國現行的水環境監測主要以各大水質監測實驗為主，但由于此種檢測方式的人力消耗量大，響應時間長、自動化程度低，不能實現對水質進行實時監測和預測。隨著第三次信息化浪潮的到來，物聯網技術在許多領域都表現出突出的作用。基于物聯網技術的水質監測系統利用物聯網技術，搭載物聯網卡，動態探測多種污染物，自動檢測識別水面污染源并發出警報結合水環境參數，也可以對突發性的污染事件進行預警。

【關鍵詞】物聯網 水質監測 自動控制

水質監測有覆蓋區域大、監測指標多、設備折舊快的特點，本系統在原有的水質監測設備系統上融合物聯網技術，水質監測設備的功能將從單一的數據采集向多元化發展。擁有水樣采集、數據采集、數據分析、方案決策、快速響應、信息支持等多功能的智能水質自動監測系統，從而有效改善我國水質監測不足的現狀。

1 系統介紹

基于物聯網技術的水質監測系統是在現有水質監測系統硬件基礎上，利用物聯網技術構建的水質監測控制軟件，實行對現場的監測系統進行自動化監測、控制和管理，從而能夠對水質數據進行實時采集、智能分析，及時對水質做出評價，并將監測結果及時反饋到中心站，從而提高水質監測管理水平。

2 系統特點

2.1 智能化

該系統是一套智能化、實時、在線監測的水質監控系統，能自動實現相關連接物聯網設備的數據采集、數據處理分析、設備控制、故障報警、斷電保護、無線通信、自動打印報表等多項功能，能夠在無人看守的環境下長期可靠運行。

2.2 標準化

軟件設計驅動、接口等均按照現有的標準，與無線通信均采用國標標準通信協議，能過無線網絡與遠程終端建立連接，通過互聯網傳輸標準協議進行實時雙向數據傳輸;對于數據的通訊格式、參數等，均按照水利監管等相關部門的標準定義。

3 系統主要功能

3.1 在線監測

在線監測的主要功能是實時在線掌握監測水質參數動態變化。系統7×24小時不間斷地監測出水質各種參數，同時監測整個系統的運行狀態。監測參數有：PH值、電導率、DO、NH4+-N、ORP、COD、濁度等。

3.2 設備控制

系統可以控制所有的水質監測儀器，主要包括手動控制和自動控制。手動控制時，系統發送控制命令，對相應的儀器進行操作。自動控制時，只有滿足相應的條件時，比如反沖、清洗等維護過程按照預設參數自動定期完成。

3.3 報警功能

報警功能主要有監測水質參數超標報警功能、儀器設備異常狀態報警功能。當監測水域發生環境污染事故時，系統會立即顯示水質參數指標異常，同時采取相應措施。首先系統會通過無線通信網絡發送SMS指標異常信息到水質監測人員，以便相關人員能夠采取及時有效的措施;其次系統會記錄報警的儀器具體情況，為進一步排查故障，并查詢分析提供有效的相關水質信息數據。當水質監測系統相關儀器發生故障時，系統會立即進行儀器設備異常狀態報警，同時也會通過無線通信網絡發送故障信息到水質檢測人員，讓其進行設備檢修和排查。觸發報警的參數有：監測點水位過低或過高;水質參數超標;進口壓力過小;自動站泵、電子閥發生故障;火警、防盜報警;發生停電事件等。

3.4 數據存儲和查詢

系統通過在線監測得到的水質數據信息，得出某時刻監測水域的水質狀況。對于上級環境保護部門要求一段時間內的平均數據。因此，水質監測需要還需要五分鐘數據、小時數據和天數據。

水質數據信息查詢分析功能可以根據系統監測到的水質參數實時數據描繪出水質參數的某個期內的變化及趨勢，可以進行多個參數的對比分析，并可以進行相關性分析。

歷史水質信息數據對比分析可以對保存在數據庫中的水質歷史數據進行查詢分析，以及多個參數的對比分析。

報警數據查詢可以查詢所有時間內的發生超限的參數數據，及發生超限報警時其他環境參數的信息。

日志數據查詢是查詢水質監控系統的運行信息的數據，主要包括：記錄監測站點對各泵、閥等部件的操作;系統參數和故障報警參數設置;校準時間;遠程中控中心對現場監測站的各種遠程查詢、控制和參數設置等;查詢PLC工控機與設備的通訊過程;查詢PLC工控機發送SMS的情況;儀器設備清洗次數。

事件數據查詢要記錄下系統軟件運行時出現的一些故障狀況，比如：煙霧防盜報警、系現場掉電、通信故障、統發生故障。

3.5 參數設置

參數設置主要有：測量開始時間、結束時間的設置、設備測量周期;采樣起始時間、采樣量設置、工作方式;設備初始狀態設置;故障報警參數設置等。

3.6 報表分析

水質監測報表按時間分為日表報、月報表、周報表和年報表。各個報表內容包括各個水質參數在某個時間段內的最大值、最小值、平均值，同時還提供根據這些水質指標做出水質質量評價，判斷首要污染物有哪些。

3.7 和中控室通信功能

中控室對其管轄范圍內的一個和多個現場站有直接遠程管理的權限。現場站與現場站間能夠進行數據通訊，主要功能是：實時監測數據的傳輸;儀器狀態信息的傳輸;歷史數據的傳輸;FTP主動上傳數據;Socket通信等功能。

3.8 掉電保護

系統在復雜環境中長期工作時，需要考慮到現場的停電情況。如果系統在突然停電時不做好掉電保護，會對系統造成非常嚴重的破壞。系統通過安裝不間斷供電設備，可以有效解決此問題。當發生停電情況，系統能夠監測到不間斷供電設備發出的信號，系統可以自動進行相應的安全保護操作。

4 結束語

基于物聯網技術的水質監測系統具有智能化和標準化的特點，能夠在無人看守的環境下長期可靠運行;同時軟件設計驅動、接口等均按照現有的國內、國際標準，方便數據接口的對接與網絡的連接。該系統具有實時監測、預警報警、數據壓縮和保存、報表生成、儀器控制、參數設置等功能。系統通過無線進行遠程數據傳輸與控制，保證了數據質量和可溯源性，為實現水質監測提供了技術支撐。