引言

在線 CODcr[1]水樣自動采集系統(tǒng)，對斷面具較強(qiáng)的適應(yīng)性，COD 自動測定儀，測量方法是重鉻酸鉀消解光度測量法。在線監(jiān)測系統(tǒng)包括在線監(jiān)測儀器、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理、應(yīng)用設(shè)施和業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，是集環(huán)境保護(hù)科學(xué)、在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)通信、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)為一體的新技術(shù) [1~5]。

當(dāng)前，多數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)存在功能單一、通用性差、傳輸方式單一等問題。傳統(tǒng)的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)僅適用在線測系統(tǒng)。而本系統(tǒng)可與美國的、法國的 Alert、日本的島津國際主流水質(zhì)在線監(jiān)測儀器生產(chǎn)廠家和國內(nèi)的河北先河、武漢天虹及普析通用電子等儀器生產(chǎn)廠家現(xiàn)場檢測儀表的數(shù)據(jù)格式和協(xié)兼容，并將其采集的數(shù)據(jù)顯示在統(tǒng)一的通用平臺上。

水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)主要是由控制單元、反應(yīng)單元、測量單元、試劑單元和進(jìn)樣單元組成。其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和野外環(huán)境。

1 COD自動監(jiān)測儀

1.1 COD 原理及技術(shù)指標(biāo)（重鉻酸鉀法）在強(qiáng)酸溶液中，一定量的重鉻酸鉀氧化水樣中還原性物質(zhì)，在一定的溫度下（150℃）六價鉻被水中還原性物質(zhì)還原為三價鉻，在 590nm 波長下，分光光度計(jì)連續(xù)測定三價鉻的吸光度，其吸光度與試樣還原物質(zhì)成正比，進(jìn)行定量分析。技術(shù)指標(biāo) ：測量范圍， 5~500mg/L、 10~1000mg/L、 測量準(zhǔn)確度： ±10%，測量重復(fù)性 ：5%，響應(yīng)時間： <30min，試劑更換周期 ：<14 天。

1.2 采樣系統(tǒng)原則及技術(shù)指標(biāo)

本采樣系統(tǒng)以 ISO5667 提供的采樣技術(shù)指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)。適用于取得必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，水質(zhì)特征分析、水污染監(jiān)測。在開闊河流采樣，應(yīng)注意采集品地點(diǎn)的條件必須確保具有代表性，湍流地點(diǎn)是河水充分混合的地點(diǎn)。潛水泵與封閉管連接采集水面以下 30cm 處的水樣，輸送至水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)中的采樣單元以 1.3 ～ 8.0mL/min 流量將水樣送入監(jiān)測單元。采樣系統(tǒng)的材質(zhì)對試樣不能有吸附和溶出，要求密封性能好并符合中華人民共和國專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（zrB350-85） ，技術(shù)指標(biāo)： （1）一級采樣泵 ≤ 2.4m 以上； （2）二級采樣泵≤ 4m； （3）儀器必須安裝在室內(nèi)，單臺儀器面積不小于 6m2 ，高度不小于2.5m。

1.3 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備（水質(zhì)現(xiàn)場檢測儀表） 、智能數(shù)據(jù)采集傳輸裝置、計(jì)算機(jī)和水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件組成，基本工作原理如下：現(xiàn)場設(shè)備（水質(zhì)現(xiàn)場檢測儀表）輸出的采樣信號通過 RS232/485 或 1~5V/0~5V、1~20V、4~20mA 等形式傳輸?shù)浆F(xiàn)場處理終端內(nèi)，現(xiàn)場處理終端根據(jù)各類檢測儀表的數(shù)據(jù)傳輸格式和協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，轉(zhuǎn)換，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲，按照設(shè)定的傳輸方式采用 PSTN/ LAN/GSM/GPRS中的任一種或多種方式將數(shù)據(jù)傳送到上位處理終端，為防止數(shù)據(jù)的丟失或泄密，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和特征碼編寫，計(jì)算機(jī)接收端上位處理終端發(fā)過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將數(shù)據(jù)輸入到在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)庫中，并由控制軟件進(jìn)行管理和控制。計(jì)算機(jī)可通過數(shù)字接口經(jīng)上位處理終端— 現(xiàn)場處理終端進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定采樣項(xiàng)目、采樣時間、采樣頻率等參數(shù)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

軟件設(shè)計(jì)基于先進(jìn)的 J2EF 架構(gòu)。是目前流行且成熟的架構(gòu)技術(shù)，能夠解決企業(yè)級的多種 WEB 應(yīng)用問題。 數(shù)據(jù)庫方面選用成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)，能夠管理海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)。軟件采用瀏覽器 / 服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu)，方便客戶端的安裝和使用。軟件內(nèi)含地理信息系統(tǒng)模塊，既能直觀的管理和控制監(jiān)測點(diǎn)信息，又能對多點(diǎn)位的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域分析和時空分析，挖掘其內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律。

水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件以監(jiān)測點(diǎn)為主線，以業(yè)務(wù)功能劃分模塊，形成一套既涵蓋在線監(jiān)測管理的絕大多數(shù)業(yè)務(wù)，又能根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)進(jìn)行功能重組的實(shí)用軟件。按照業(yè)務(wù)流程和管理的需求，將業(yè)務(wù)模塊劃分為如下層次。

2.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

應(yīng)用地理信息管理子系統(tǒng)可進(jìn)行以下管理和分析 ： （1）圖層信息管理 ：對各類的圖層進(jìn)行分類管理 ； （2）流域環(huán)境質(zhì)量分析： 對各個不同流域的環(huán)境監(jiān)測進(jìn)行對比，得出質(zhì)量分析結(jié)論。分析流域的環(huán)境質(zhì)量隨水文條件變化情況等分析功能； （3）點(diǎn)源流域影響分析 ：分析流域的環(huán)境質(zhì)量隨污染源的排放情況的分析功能。

軟件基于 JZEE 架構(gòu)、B/S 結(jié)構(gòu)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫結(jié)合地理信息系統(tǒng)。當(dāng)前多數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件均運(yùn)行于微軟視窗操作系統(tǒng)平臺之上，跨操作系統(tǒng)平臺能力欠缺，也缺乏對監(jiān)測點(diǎn)、監(jiān)測數(shù)據(jù)的區(qū)域和時空分析能力。本控制軟件基于先進(jìn)且成熟的 JZEE 架構(gòu)設(shè)計(jì)，解決跨操作系統(tǒng)平臺運(yùn)行的問題，符合國家自主知識產(chǎn)權(quán)的操作系統(tǒng)建設(shè)和普及要求。軟件采用 B/S結(jié)構(gòu)， 降低對客戶端的配置要求。通過自主開發(fā)的地理信息系統(tǒng)模塊，可直觀、方便的管理監(jiān)測點(diǎn)位信息和調(diào)度日常工作，管理海量監(jiān)測數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深入分析，挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律 ；對多監(jiān)測點(diǎn)位和監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域分析和時空分析，對監(jiān)測點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)度指揮等，為水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)管理和控制以及水資源管理提供完整可靠的解決方案。第一代 C/S 結(jié)構(gòu)的軟件己經(jīng)取得著作權(quán)，著作號為 2003SR9306。

2.2 監(jiān)控中心軟件的應(yīng)用

監(jiān)控中心軟件可對監(jiān)測項(xiàng)目、采樣時間、采集頻率遠(yuǎn)程設(shè)定，可遠(yuǎn)程監(jiān)視現(xiàn)場儀器工作狀況、診斷故障。

現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)軟件僅具有采集數(shù)據(jù)接收和設(shè)備故障報警功能，而本系統(tǒng)的控制軟件能夠根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的波動、數(shù)值大小等實(shí)際情況進(jìn)行智能綜合判斷，并發(fā)出相應(yīng)控制指令進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定和控制�？勺詣蛹せ顑x器，對儀器的各種參數(shù)如儀器的采樣時間、采集頻率等進(jìn)行自動調(diào)整或遠(yuǎn)程設(shè)置，對現(xiàn)場儀器工作狀況及故障進(jìn)行診斷。

本系統(tǒng)采用智能數(shù)據(jù)采集傳輸裝置，裝置中內(nèi)置各類現(xiàn)場檢測儀表的數(shù)據(jù)格式和協(xié)議，更換儀器后通過控制軟件做簡單的參數(shù)調(diào)整即能與現(xiàn)場儀器協(xié)同工作，適用范圍廣泛靈活。系統(tǒng)可根據(jù)協(xié)議生成的控制序列碼，在計(jì)算機(jī)和設(shè)備聯(lián)通的狀態(tài)，傳輸控制序列碼，設(shè)置設(shè)備屬性，對采樣項(xiàng)目、采樣頻率、采樣時間進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定。

2.3 系統(tǒng)具有良好的兼容性

本系統(tǒng)通過兼容當(dāng)前應(yīng)用的國內(nèi)外現(xiàn)場儀器的數(shù)據(jù)格式和傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與多種現(xiàn)場設(shè)備的對接和協(xié)同工作。

由于當(dāng)前現(xiàn)場儀器的數(shù)據(jù)格式和協(xié)議多種多樣，現(xiàn)有的多數(shù)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)軟件僅僅適用于某一現(xiàn)場儀器或監(jiān)測項(xiàng)目，難以實(shí)現(xiàn)對不同儀器的兼容。本企業(yè)通過細(xì)致的分析，基本掌握當(dāng)前應(yīng)用的國內(nèi)外現(xiàn)場儀器輸出信號的數(shù)據(jù)格式和協(xié)議，并將這些數(shù)據(jù)格式和協(xié)議存儲于智能數(shù)據(jù)采集傳輸裝置的現(xiàn)場處理終端內(nèi)部存儲空間中，從而實(shí)現(xiàn)與多種現(xiàn)場設(shè)備的對接和協(xié)同工作。同時，根據(jù)當(dāng)前應(yīng)用的國內(nèi)外現(xiàn)場儀器信號輸出的實(shí)際情況，可兼容 RS232/485、4~20mA、1~5V/0~5V、1~20V電壓等多種方式。 現(xiàn)場處理終端內(nèi)部還存儲系統(tǒng)特征參數(shù)，更換儀器后通過控制軟件做簡單的參數(shù)調(diào)整即能與現(xiàn)場儀器協(xié)同工作，適用范圍廣泛靈活。

3 結(jié)論與討論

傳統(tǒng)的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)僅適用于單一污染物的檢測，本系統(tǒng)克服傳統(tǒng)軟件的局限性，內(nèi)部嵌入多種污染物等水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目， 只要對參數(shù)略加調(diào)整，即可完成原來復(fù)雜的系列工作。

傳統(tǒng)的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)只具有顯示數(shù)據(jù)的功能，本系統(tǒng)將國家地表水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測水體的功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)輸入到系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)手冊中，可自動判定并顯示水體類別，提供超標(biāo)和異常數(shù)據(jù)的報警功能。系統(tǒng)管理員可對標(biāo)準(zhǔn)手冊中變更的標(biāo)準(zhǔn)或新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改或不成加。

傳統(tǒng)的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)往往與傳統(tǒng)方式一一對應(yīng)，本系統(tǒng)把各種傳輸方式集成于一體，用戶可根據(jù)需要靈活選擇傳輸與儲存方式。

傳統(tǒng)的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)往往僅與有關(guān)部門的環(huán)境管理的電腦終端相連，而缺乏與各種終端兼容的功能，本系統(tǒng)不僅與環(huán)境管理部門與用戶的電腦終端相連，而且可與政務(wù)公開的電子顯示牌、政務(wù)公開網(wǎng)站和環(huán)境指揮沙盤直接連接，各種參數(shù)可實(shí)時直觀的顯示于各種傳播載體上。

目前傳統(tǒng)的水質(zhì)在線監(jiān)測的開發(fā)皆基于微軟的視窗系統(tǒng)，與目前各級政府要求的自主知識產(chǎn)權(quán)的跨平臺的操作系統(tǒng)的差距較大，本系統(tǒng)采用 Java 語言開發(fā)，可輕松在包括 Linux/unix 等各個平臺之間轉(zhuǎn)換�？刂栖浖谙冗M(jìn)且成熟的 J2EF 架構(gòu)設(shè)計(jì)，解決軟件跨操作系統(tǒng)平臺運(yùn)行的問題，結(jié)合 B/S 結(jié)構(gòu)，降低對客戶端的配置要求，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，為水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)管理和控制提供完整的解決方案，也有助于水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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