水環境監測系統的設計

崔 倩

(忻州市生態環境保護綜合行政執法隊忻府分隊，山西 忻州 034000)

引 言

21世紀以來，我國的水污染逐漸加劇，水資源呈現人均占有量低、分布不均和污染嚴重的問題[1]，水資源的防治成為重要的研究內容，而水體環境的監測是一種有效的解決方案，國內外在水環境監測系統方面開展了大量的研究，如國內的水環境監測可分為自動監測、常規監測和應急監測三種方式，其中自動監測一般是由實驗人員在某一時間采集某一河流的水質，然后在實驗室根據相應的國家水質監測準則進行分析[2]，但是這種方式樣品采集時間、分析時間和數據傳輸時間都較長，無法實現水體的實時、精確監測[3]。我國上海雷磁儀表廠設計出能在線監測水體pH、溫度和濁度的監測系統[4]，貴州通儀表生產的溶解氧檢測儀，均顯著提高了監視采集儀的性能和工藝，但是監測系統配套的軟件仍然采用了傳統的C++或VB等編程語言，這種通訊方式無法提供實時預警和快速響應，不能廣泛地推行；而國外的水環境研究早于國內，尤其是水質分析儀器方面取得了重大了進展，如從傳統的實驗室監測發展為在線實時監測，美國的俄氦俄州水質監測系統以OPSANCO控制系統為核心，通過建立的色譜監測站對河流的各入口進行多參數監測，將采集數據實時傳輸至中央服務器進行數據處理，這種系統能針對水質的有機物污染實時預警，但是這種監測系統仍然存在成本高、覆蓋面低、監測參數有限的問題。本文針對國內外水質監測系統的共同問題-即重硬件輕軟件，深入研究了我國水環境監測的需求，提出了基于B/S模式的在線實時水環境監測系統模型，并實驗驗證了該模型的正確性、有效性和可靠性，實現了水環境的實時、穩定和準確監測。

1 水環境監測系統架構與設計

如第214頁圖1所示，為水質在線監測系統總體結構圖，水環境監測系統總體架構由權限管理系統、水環境監測系統和水環境接收處理服務系統組成。其中權限管理系統主要負責管理系統的登錄控制，如用戶管理、權限管理、資源管理、訪問策略控制等功能，此外權限管理系統還包括硬件采集系統，如采集探頭、采集器和電源等，不同類型的采集探頭可實現溶解氧、電導率、濁度等水質參數的實時采集；水環境監測系統是進行數據存儲、分析以及異常報警的核心子系統，將不同設備采集的水質數據進行驗證、處理和存儲，同時完成處理和分析，若數據異常，立馬引發報警程序；水質接收服務系統是整體的通信系統，負責軟硬件的通信處理，一般將采集的水質數據準確及時地傳輸至遠程服務器上。整體控制采取S/B模式和WEB可視化界面，三大系統之間共享資源并實現交互。

圖1 水質在線監測系統總體結構圖

水環境監測系統的軟件開發是在NET開發平臺完成的，系統采取B/S模式，以C#語言編寫利用IIS進行系統發布運行，后臺采取SQL Server進行數據組織與管理。節以水環境監測系統的預警管理模塊為例，詳細闡述了其設計過程。預警管理是水環境監測系統的重要組成部分，當采集的水質數據出現異常時，系統通過電子郵件、短信和門戶內容三種方式預警，使得用戶及時掌握水環境動態。

如圖2所示，為預警處理流程圖，整個功能模塊可分為預警實時監聽服務、預警策略分析和預警處理服務，當預警實時監聽服務采集到異常水質數據后，立即觸發預警接收控制策略；預警接收控制策略以設置的預警服務、預警控制參數、預警條件等為依據，經過系統控制策略分析，啟動預警處理服務，形成預警信息數據，以不同方式進行預警提示，其中電子郵件預警采用有效可靠的簡單郵件傳輸協議(SMTP協議)，郵件預警需與預警監聽服務相互配合，當監聽服務監測到預警信息后，由郵件預警服務進行郵件信息格式化處理，生成預警郵件信息，最后借助SMTP協議發送預警電子郵件；短信預警需與短信監聽功能單元配合，同樣先由監聽單元判斷預警信息是否存在，一旦預警信息生成，立即調用短信格式封裝處理操作，按照短信網關要求生成短信預警信息。

圖2 預警處理流程圖

2 水環境監測系統的測試

水環境監測系統搭建完成后，為檢驗系統是否滿足需求，采用黑盒測試法對系統的各部件、功能模塊及模塊間的邏輯性能進行了測試，其中部件測試主要對人機界面模板中的用戶界面進行了測試，驗證了在不同電腦系統下的窗體切換、元素布局、鼠標和鍵盤操作等性能；功能模塊進行了預警管理、實時走勢分析和異常數據分析三方面的驗證，預警管理考察了監測系統是否能對異常數據進行有效處理并預警，是否能提供正常、可靠和穩定的郵件或短信預警，實時走勢分析測試了不同采集點的各種水質參數能否在一定周期內實時顯示圖形走勢，而數據分析考察了異常數據能否正常顯示以及繪制多參數對比曲線。表1為水質測試結果匯總。根據測試結果可知本文設計的水環境監測系統運行穩定，能夠滿足高效水質監測的需求。

表1 水質系統測試結果

3 總結

隨著水環境污染的加劇，建立實時、準確、穩定、可靠的水環境監測系統成為水污染防治的重要措施。本文基于我國江河流域水環境監測的需求，提出了基于B/S模式的在線實時水環境監測系統模型，該系統采用子系統架構策略，設置了權限管理、水環境監測和水環境監測服務三個子系統，三者彼此獨立，通過Web Service中間件技術進行通信；同時運用ASP.NET編程軟件和SQL Server 2008數據庫管理系統進行數據庫管理，實現了水質數據的實時接收、快速處理、異常報警和圖形化分析。同時對系統的人機界面和功能模塊進行了測試，測試結果符合水環境監測要求，為我國水環境管理和防治奠定了基礎。