多参数水质在线监测系统

1. 项目概述

1. 建设背景

随着经济的发展和城市化进程的加快，环境污染也成为了一个越来越严重的问题。水资源是人类生存和发展的基础资源之一，但是在城市化和工业化的进程中，水污染问题逐渐凸显出来，给人们的健康、生产和环境造成了巨大的影响。为了解决这个问题，水质监测系统应运而生。

水质监测系统是一种用于监测自来水、工业废水、排污水等水源质量的技术手段。它通过实时监测、自动报警和数据处理等方式，实现对水质状况的自动化、数字化、智能化监测。不仅可以大大提高水质监测的效率，还能够及时预警水质问题，提高水质的管理水平。

在中国，水质监测系统的建设尤为重要。中国是一个发展中国家，人口众多、水资源短缺和水污染问题严重，且水质监测工作还存在以下问题：

第一，目前大多数水质监测是采样后离线分析，操作繁琐、周期长、信息不及时。而在线监测可以即时监测水质变化并进行自动化处理，大大提高了监测效率和准确性。

第二，水质监测的标准化程度不高，各地监测规范和标准不一致。在线监测系统可以根据不同的监测目的和要求进行配置，实现监测的标准化和统一。

第三，现有水质监测设备大多为国外品牌，不仅价格昂贵，而且难以进行售后服务和维修。国内开发的水质在线监测系统可以以更低的价格提供更好的服务和技术支持。

基于以上问题和需求，水质在线监测系统项目应运而生。该项目旨在建设一套覆盖全国的水质在线监测系统，以实现水质监测的自动化、数字化、智能化监测，提高水质的管理水平。

具体的建设目标包括：

第一，建立全国范围的水质监测网络，按照国家标准规范进行监测和数据归档。

第二，选用国内高性价比的在线监测设备，定期进行检测和维护，确保数据的准确性和稳定性。

第三，实现水质监测的自动化管理，通过数据处理和预警机制，提高监测效率和管理水平。

第四，建立专业的水质数据平台，为决策者、科研人员和公众提供数据支撑和服务。

总而言之，水质在线监测系统项目是一项重要的公共服务项目，对于水资源的保护和管理、对于生态环境的保护和改善，具有重大的意义和价值。

2. 建设依据

《中华人民共和国水污染防治法》

《国家环境保护标准水质自动站》

《国家环境监测质量控制技术规范》

《城市供水水质标准》

《环境保护法》

《国家环境保护标准》

《城市污水处理厂污染物排放标准》

《大气污染物排放标准》

《海洋污染防治法》

《水环境质量标准》

《地下水污染物排放标准》

《水资源保护条例》

《污染源在线监测技术要求》

《水污染防治技术政策》

《水环境质量监测技术规范》

《水污染防治工程技术规范》

《水质自动监测系统技术规范》

《水污染防治行动计划》

《水利工程管理条例》

《水污染防治管理办法》

《环境影响评价法》

《水污染防治宣传教育规定》

《水利管理条例》

《水文监测数据通信规约（SL651-2014）》

《特殊区域水文、水资源数据安全采集系统RTU追加测试》

《计算机软件开发规范》GB8566-88

《信息技术开放系统互连网络层安全协议》（GB/T 17963）

《降水量观测规范》（SL21-90）

《水文基础设施建设及技术装备标准》（SL276-2002）

《水文自动测报系统技术规范》（SL61-2003）

《水文情报预报规范》（SL250-2000）

《基础水文数据库表结构与标识符标准》（SL324-2005）

《中华人民共和国行政区代码》（GB/T 2250-1995）

《中国河流名称代码》（SL249-1999）

《中国水库名称代码》（SL259-2000）

《水文仪器总技术条件》（GB9359—88）

《水利系统通信业务导则》 (SL 292-2004)

在上述国家政策和标准规范中，优先采用中华人民共和国标准及排水行业标准，若有国内标准规范缺项或不完善时，可选用相应的国际标准规范，国家政策和标准规范应按最新颁布的执行。

3. 设计原则

本着“实用、可靠、开放、兼容、先进、成熟、可扩展与可定制”的原则，充分利用现有资源，结合当前技术发展状况及趋势，考虑项目建设和日后运行的成本以及水质在线监测系统的特殊性，在系统的研发设计、生产制造、测试运行的过程中应严格遵循以下原则：

• 准确性

采集数据的准确性直接关系到防汛决策，所以系统在水位、水质数据自动采集、传输、处理、存储、资料整编等数据处理环节上应该充分考虑到数据误差控制以及误差处理，从而保证整个数据是准确无误的。

• 可靠性

（1）系统设备应选用主流产品，保证系统的高质量和高稳定性，能够适应野外恶劣环境工作，同时采取有效的防雷、接地、稳压等措施；

（2）系统最大限度集成业界稳定且先进的技术及组件，采用成熟技术以降低系统的不稳定因素；

（3）对系统如硬件、操作系统、网络、数据库设计尽可能详尽的故障处理方案，以保证系统的快速恢复性；

（4）通信系统采用GPRS，3G/4G、GSM、CDMA、北斗卫星通信等无线通信方式，为报汛通信提供可靠的保障。系统将采用数据接收确认、重发、校验等机制确保数据传输的可靠性。

• 实用性

（1）充分利用成熟的先进技术，采用性能/价格比较高的产品；

（2）体系结构、软硬件选型，既保证实用成熟，又能够适应未来的业务发展和技术的更新要求。

（3）系统应该考虑水情采集、报汛通信环境恶劣的因素，所以系统采用的技术、设备要充分考虑现场环境的特殊性，力求尽可能将观测、传输、处理等工作环节自动化，确保应用上的实用性和可操作性。

• 开放性

系统的技术方案和设备具有良好的互联、互操作能力及升级能力，遵循最新的国际标准、国家标准和行业标准，具有良好的开放性。

• 先进性

（1）系统的网络平台、硬件平台、系统软件平台技术代表了当今计算机技术发展的方向，应符合当今计算机科学的发展潮流。

（2）系统各平台提供二次开发接口，保证各项技术可以不断的更新和升级以维持系统的先进性。

• 兼容性

系统采用标准协议，以保证各个系统实现无缝接入和相互协作。

• 可扩展性

在系统软硬件上的设计和选型上，应充分考虑其可扩展性，接口开放性，系统结构易于扩充，以适应今后可能出现的更大任务负载。硬件平台具有可升级性，当需要时可以增加新的计算机设备同原有计算机设备一起工作以提高系统的处理能力，保证原有资源的充分利用。

• 安全性

有抵抗恶性攻击、抵抗任何侵入系统的企图和抵抗企图从系统中获取敏感数据和信息的能力，具有一定的防暴力破坏和防窃取信息的能力。保证数据和照片的安全性、保密性、完整性、一致性和相容性。

• 易维护性

（1）系统平台应符合业内通用规范，易于维护。

（2）系统各类应用软件界面友好，安装、使用、维护应简单便捷。

（3）业务流程清晰，符合常规业务处理习惯。

（4）系统数据维护方便，备份及数据恢复快速简单。

（5）系统软件配置简单方便，尽量避免复杂的系统配置文件。

4. 建设意义

多参数水质监测项目是对水环境质量进行监测的一种新方式，通过对水体指标的实时监测，可以及时掌握水环境的变化趋势，为实现水环境质量长期稳定管理提供科学依据。

保障水质安全

水质监测可以检查水质的污染程度，评估水质的安全性和卫生状况。多参数水质监测项目不仅能够监测水体中污染物质，更可以监测水体中的各项指标，包括溶解氧、pH值、电导率、温度、总磷、总氮等等。这些指标能够提供水体污染源的信息，对污染源的追踪和排查具有重要价值，在保障水质安全和环境健康方面发挥着不可替代的作用。

优化水质管理

水质监测能够监测水体中各种化学物质的含量，为水质管理提供关键数据，帮助环保部门更好地了解水体的污染情况。在监测过程中，若发现水体中存在污染，相关部门可以及时制定整改措施并纠正污染源，优化水质管理，保障人民的健康和安全。

提高环保工作效率

传统的水质监测需要人员手动取样，送回实验室进行分析，耗时耗力。而多参数水质监测项目使用的是在线实时监测仪器，可以实现实时远程监测和数据传输，从而实现高效快捷的监测，极大提高环保工作效率。

优化环保数据处理

多参数水质监测项目的数据准确性高，具有很高的科学性和可靠性，数据采集质量与实验结果几乎一致。这样，监测数据就可以作为环保工作的科学依据，使政府的决策更加准确，减少了不必要的误差，提高了数据的精度。

优化水资源管理

水资源是人类生产和生活的基础资源，优化水资源管理对于保障生态环境和人类生命健康至关重要。多参数水质监测项目不仅可以监测水体中污染物质，更可以监测水体中的各项指标，这些指标信息对水资源管理具有非常重要的意义。通过对水资源进行综合监测和分析，可以更好地制定和实施水资源保护措施，保护水资源并有效地防止水污染。

总之，多参数水质监测项目是一种高效、精确、方便的监测方式，具有很高的实用价值和推广价值。它可以帮助我们更好地了解水质情况，及时发现问题并对其进行处理，从而优化水质管理和环保工作，维护水环境的安全和可持续发展。

2. 建设方案

1. 总体架构

信息化管理平台主要分为省、市、县三级，系统整体从水质监测、水文监测、视频监控、无线传输、太阳能供电、智能运维和信息化管理平台7个方面组成。

整体框架图

本方案主要侧重从智慧物联感知层面介绍，水质在线监测系统一般由以下几个方面组成：

1、水质传感器：包括PH、温度、浊度、溶解氧、电导率、COD、氨氮等可选。

2、图像视频：用于拍摄排口或者是传感器安装处的视频图像，通过4G网络将数据传输至服务器远端可以查看，根据实际情况可以安装工业相机拍摄图片或者安装网络摄像头上传视频图片。

3、供电系统：用于给整套系统进行供电、根据现场环境可以选择太阳能供电或者市电供电。

4、通信设备：可以通过遥测终端机将采集到的传感器数据通过GPRS发送至云端。

5、数据查看：数据可以通过遥测终端机发送至数据服务器、用户可以通过云平台或者手机浏览器远程查看数据，数据也可以发送至相应监管部门的服务器。

2. 多参数水质监测系统

1. 系统概述

水质是水环境防治的最主要指标之一，当前，水质的数据采集大多数需要人工采集河水，到实验室化验，出具水质监测数据报告，这种手段在数据的准确性和权威性上具有很大的优势，但是在缺乏实时性和实效性，当问题出现的时候具有一定的滞后性，所以本方案采用在细分区域进行水质实时在线采集方式，作为河湖库水质治理方案中的重要辅助手段，为严重污染问题的出现提供预警手段。

2. 系统构成

水质监测站典型结构组成如下图所示：

如上图所示，前端多水质传感器主要有电导率传感器、PH值传感器、一体式溶解氧传感器（荧光法）、浊度传感器、浊度传感器、氨氮传感器、COD传感器等。传感器以总线形式接入到遥测终端机，遥测终端机通过有线或者无线的形式接入到专网中，将水质监测数据上传到平台，形成对水质的实时监测和预警。同时，可选配安装一台高清球机，对设备安全及周边环境进行监视。

水质监测站主要由水质传感器、太阳能供电系统、遥测终端机、安装支架（可拆卸）等设备组件构成。该监测站可有效进行数据采集，可以将采集到的数据无线传输至管理平台，管理中心控制人员可以根据采集到的水质数据进行其他业务性预判操作。

3. 设备清单

水质监测站单个站点所包含的主要设备如下表所示：

表1水质监测站设备清单（单站点）

4. 主要功能

1. 监测数据叠加

本方案通过遥测终端机，实现将水质监测数据叠加到实时视频画面、录像画面上，以保证监测数据完全一致性，防止数据被篡改，保障数据的真实性。

2. 污染阈值报警

本方案配置的遥测终端机，能够设定前端传感器的报警阈值，当监测数据超过设定的阈值时，前端将会产生报警，并可以联动前端进行现场抓图、录像、弹窗提醒等。

3. 无线传输

遥测终端机及高清球机支持移动4G、电信4G、联通3G/4G无线数据传输，支持抓图上报节省流量。

5. 技术参数

1. 遥测终端机（CK-RTU-360B）

（注：锂电池遥测终端将遥测终端机与锂电池集成封装在一起，此处单独描述遥测终端机，二者型号不一样。）

CK-RTU-360B系列RTU是一款集数据采集与4G数据传输功能于一体，实现数据采集、存储、控制、报警及传输等综合功能的水利、环保、市政遥测终端机。同时提供翻斗式雨量计接口、RS232、RS485、模拟量输入、开关量输入和开关量输出、格雷码（预留）接口，锂电池（预留），内置高精度三轴陀螺仪。可满足各种不同水文/水资源及其它应用需求。该产品可广泛应用于各种水利信息化建设领域，如水文、水资源、水环境、水污染、山洪灾害、水库安全、大坝安全的远程测控领域。

产品图片：

1. 产品接口设计

• 2个翻斗式雨量计接口、2路脉冲接口；

• 2个RS232接口、2个RS485接口；

• 8路模拟量输入接口（16位AD、支持4-20mA电流或0-5V电压信号）；

• 8路开关量输入接口、2路开关量输出接口；

• 8路继电器输出(标配2路)、1个12位格雷码接口（预留）；

• 兼容各种类型的流量计、水位计、水质分析仪、雨量计、气象要素传感器、工业串口摄像机等仪器；

• 可支持市电或太阳能供电。

2. 协议及多中心设计

• 支持国家《水文监测数据通信规约》（ASCII和HEX全项）、《水资源监测数据传输规约》《HJ 212-2017污染物在线监控（监测）系统数据传输标准》、《HJ 212-2005污染物在线监控（监测）系统数据传输标准》和其它省市特殊规约；

• 可选支持省级专业监测预警平台专业监测数据标准；

• 可选支持国家地质灾害监测通讯协议；

• 可选提供通信中心入库的方式接入第三方平台或定制第三方协议；

• 支持国内主流组态软件：组态王、三维力控、易控等组态厂家；

• 多中心设计，监控数据可同时上报省、市、县级水文管理平台；

• 支持MODBUS RTU传感器快速使用，无需更改设备软件。

通信方式设计：

• 采集和传输一体化设计，通信稳定，节省成本,集成数据采集和4G遥测终端机功能；

• 支持GPRS/4G无线蜂窝网络、短信、RS232/RS485，可选NB-IOT、北斗等通信方式。

3. 产品特点

① 多路采集数据存储空间自定义

支持多路采集数据存储空间自定义配置，每个采集数据的存储空间均支持自定义配置。

② 传感器定制简单可配可选

Modbus RTU传感器不用软件定制可以兼容。

③ 低功耗、大存储设计，历史数据不丢失

多级休眠和唤醒模式，功耗远低业界同类产品；海量空间，可在本机循环存储监测数据，掉电不丢失。

④ 高标准工业级设计、坚固耐用、品质可靠

采用Freescale汽车电子级处理器方案，工业级通信模块搭载高速处理器，高EMC电磁兼容，耐高低温材料（-35℃至75℃），宽压（5V-35V），超强的防潮、防雷、防电磁干扰能力适应各种恶劣环境。

⑤ 多层保护技术，传输稳定不丢包

多重检测机制，运行故障自修复；三级看门狗检测机制，智能软件唤醒和硬件断电重启机制，设备自动复位；采用PPP层心跳、KeepAlive、TCP心跳链路检测机制、网络故障自动恢复、掉线重连确保设备永久在线。

⑥ 轻松实现远程管理，节省人力物力

设备故障告警，提升偏远地区设备在线率；支持远程参数配置（同时支持平台配置方式和短信配置方式）；支持定时采集与上报中心平台；支持远程实时数据、历史数据查询及本地导出历史数据。

⑦支持内置高精度三轴陀螺仪

输出内容：时间、加速度、角速度、角度、磁场、端口状态等姿态测量稳定度：001°；姿态测量精度静态 005 度，动态 01 度。

⑧内置3000mAh锂电池。

4. 其他功能

• 本地存储数据存储；

• 定时采集与上报中心平台；

• 远程查询实时数据；

• 远程查询历史数据；

• 本地导出历史数据；

• 设备采用超低功耗设计，适用于野外无人值守太阳能供电应用；

• 支持电池电压等状态上报功能；

• 支持图片抓拍功能（可以接最多4个摄像头）；

• 低功耗设计：支持多种工作模式（包括自报式、查询式、兼容式等），最大限度降低功耗；

• 支持串口配置方式、远程配置等多种配置方式；

• 远程管理功能：支持远程参数配置（同时支持平台配置方式和短信配置方式）、远程程序升级，提供功能强大的中心管理软件，方便设备管理（可选）；

◆ 可选配功能：可选通过手机APP对设备进行本地配置和调试。