水环境监测系统的设计

崔 倩

(忻州市生态环境保护综合行政执法队忻府分队，山西 忻州 034000)

引 言

21世纪以来，我国的水污染逐渐加剧，水资源呈现人均占有量低、分布不均和污染严重的问题[1]，水资源的防治成为重要的研究内容，而水体环境的监测是一种有效的解决方案，国内外在水环境监测系统方面开展了大量的研究，如国内的水环境监测可分为自动监测、常规监测和应急监测三种方式，其中自动监测一般是由实验人员在某一时间采集某一河流的水质，然后在实验室根据相应的国家水质监测准则进行分析[2]，但是这种方式样品采集时间、分析时间和数据传输时间都较长，无法实现水体的实时、精确监测[3]。我国上海雷磁仪表厂设计出能在线监测水体pH、温度和浊度的监测系统[4]，贵州通仪表生产的溶解氧检测仪，均显著提高了监视采集仪的性能和工艺，但是监测系统配套的软件仍然采用了传统的C++或VB等编程语言，这种通讯方式无法提供实时预警和快速响应，不能广泛地推行；而国外的水环境研究早于国内，尤其是水质分析仪器方面取得了重大了进展，如从传统的实验室监测发展为在线实时监测，美国的俄氦俄州水质监测系统以OPSANCO控制系统为核心，通过建立的色谱监测站对河流的各入口进行多参数监测，将采集数据实时传输至中央服务器进行数据处理，这种系统能针对水质的有机物污染实时预警，但是这种监测系统仍然存在成本高、覆盖面低、监测参数有限的问题。本文针对国内外水质监测系统的共同问题-即重硬件轻软件，深入研究了我国水环境监测的需求，提出了基于B/S模式的在线实时水环境监测系统模型，并实验验证了该模型的正确性、有效性和可靠性，实现了水环境的实时、稳定和准确监测。

1 水环境监测系统架构与设计

如第214页图1所示，为水质在线监测系统总体结构图，水环境监测系统总体架构由权限管理系统、水环境监测系统和水环境接收处理服务系统组成。其中权限管理系统主要负责管理系统的登录控制，如用户管理、权限管理、资源管理、访问策略控制等功能，此外权限管理系统还包括硬件采集系统，如采集探头、采集器和电源等，不同类型的采集探头可实现溶解氧、电导率、浊度等水质参数的实时采集；水环境监测系统是进行数据存储、分析以及异常报警的核心子系统，将不同设备采集的水质数据进行验证、处理和存储，同时完成处理和分析，若数据异常，立马引发报警程序；水质接收服务系统是整体的通信系统，负责软硬件的通信处理，一般将采集的水质数据准确及时地传输至远程服务器上。整体控制采取S/B模式和WEB可视化界面，三大系统之间共享资源并实现交互。

图1 水质在线监测系统总体结构图

水环境监测系统的软件开发是在NET开发平台完成的，系统采取B/S模式，以C#语言编写利用IIS进行系统发布运行，后台采取SQL Server进行数据组织与管理。节以水环境监测系统的预警管理模块为例，详细阐述了其设计过程。预警管理是水环境监测系统的重要组成部分，当采集的水质数据出现异常时，系统通过电子邮件、短信和门户内容三种方式预警，使得用户及时掌握水环境动态。

如图2所示，为预警处理流程图，整个功能模块可分为预警实时监听服务、预警策略分析和预警处理服务，当预警实时监听服务采集到异常水质数据后，立即触发预警接收控制策略；预警接收控制策略以设置的预警服务、预警控制参数、预警条件等为依据，经过系统控制策略分析，启动预警处理服务，形成预警信息数据，以不同方式进行预警提示，其中电子邮件预警采用有效可靠的简单邮件传输协议(SMTP协议)，邮件预警需与预警监听服务相互配合，当监听服务监测到预警信息后，由邮件预警服务进行邮件信息格式化处理，生成预警邮件信息，最后借助SMTP协议发送预警电子邮件；短信预警需与短信监听功能单元配合，同样先由监听单元判断预警信息是否存在，一旦预警信息生成，立即调用短信格式封装处理操作，按照短信网关要求生成短信预警信息。

图2 预警处理流程图

2 水环境监测系统的测试

水环境监测系统搭建完成后，为检验系统是否满足需求，采用黑盒测试法对系统的各部件、功能模块及模块间的逻辑性能进行了测试，其中部件测试主要对人机界面模板中的用户界面进行了测试，验证了在不同电脑系统下的窗体切换、元素布局、鼠标和键盘操作等性能；功能模块进行了预警管理、实时走势分析和异常数据分析三方面的验证，预警管理考察了监测系统是否能对异常数据进行有效处理并预警，是否能提供正常、可靠和稳定的邮件或短信预警，实时走势分析测试了不同采集点的各种水质参数能否在一定周期内实时显示图形走势，而数据分析考察了异常数据能否正常显示以及绘制多参数对比曲线。表1为水质测试结果汇总。根据测试结果可知本文设计的水环境监测系统运行稳定，能够满足高效水质监测的需求。

表1 水质系统测试结果

3 总结

随着水环境污染的加剧，建立实时、准确、稳定、可靠的水环境监测系统成为水污染防治的重要措施。本文基于我国江河流域水环境监测的需求，提出了基于B/S模式的在线实时水环境监测系统模型，该系统采用子系统架构策略，设置了权限管理、水环境监测和水环境监测服务三个子系统，三者彼此独立，通过Web Service中间件技术进行通信；同时运用ASP.NET编程软件和SQL Server 2008数据库管理系统进行数据库管理，实现了水质数据的实时接收、快速处理、异常报警和图形化分析。同时对系统的人机界面和功能模块进行了测试，测试结果符合水环境监测要求，为我国水环境管理和防治奠定了基础。