水质自动监测方案

总体结构设计
        GPRS水质在线远程监测系统，由三个层次构成。即现场监测层、网络通讯层、中心管理层。现场监测层是在选定的监测点用数据采集传输单元生动采集水质和其他参数；网络通讯层主要基于移动公司的GPRS网络平台和有线网络，实现监测数据的传输；中心管理层由软件、数据库和服务器的组成的管理平台。


1．1现场监测层
1）传感器部分
2）数据采集传输器部分

1．1、 传感器部分

㈠美国HADROLAB多参数水质监测仪－－-DS5

DS5：
七个内置式扩展端口
可以测量多达15种参数
可以配置Hydrolab所有的15个传感器
适合于连续在线和现场调查应用
选用这种型号适合于水质变化调查和定点监测应用，并使用内置电池组和内存作为长期监测工作。
选用的参数如下
参数 范围 精度 分辨率 备注
溶解氧 0 - 50mg/L ±0.2 mg/L < 20mg/L
±0.6 mg/L > 20mg/L 0.01mg/L
电导率 0 - 100 mS/cm ±0.5%
±0.001mS/cm 4 位数 可选
pH 0 - 14units ±0.2 units 0.01 units
自清洗浊度 0 - 3000 NTU ±1% 100NTU
±3% 100-400NTU
±5% 400-3000NTU 0.1 NTU
0—400NTU
1NTU
＞400NTU
叶绿素A 自动动态范围
低灵敏度:0.03 -500μg/l
中灵敏度:0.03 -50μg/l
高灵敏度:0.03 -5μg/l ±3% 0.01μg/l
蓝绿藻 自动动态范围
低灵敏度:100-2,000,000cell/mL
中灵敏度:100 -200,000cell/mL
高灵敏度:100 -20,000cell/mL ±3% 20cell/mL 外接
深度 0—10米 ±0.003m 0.001m
氨氮 0－100mg/L ±5% 或 ±2 mg/L 0.01 mg/L
温度 -5°- 50°C ±0.10℃ 0.01℃

规格：
主机：
尺寸：DataSonde5：直径8.9厘米，长度58.4厘米
重量：DataSonde5：3.35公斤
电池：DataSonde5：8个 “C”电池
计算机接口：RS-232，SDI-12，RS485
内存：120,000个 测量结果
操作温度：-5℃ 到 50℃
最大深度：225米


Surveyor显示记录仪：
无需笔记本电脑就可显示或存储数据
坚固的防水外壳可以承受一定强度的摔打
带背景灯的超大屏幕可以在任何环境下观看数据

㈡气象传感器
①风速风向传感器

技术参数：
风速：范围：0-57 m/s　　　分辨率：>0.1 mph　　精度：± 1 mph
启动下限：0.8 mph　　时间量：2秒
风向：范围：0-360°　　　分辨率：> 1%　　精度：± 3%　
启动下限：200-WS-02E: 1.2 mph　　200-WS-05E: 0.5 mph

②雨量传感器
分辨率：0.01"/tip
精度：± 4% up to 3"/小时
最大值：无上限




③大气压传感器
范围：28.25 - 30.75 英寸汞柱
测量跨度：2.50英寸汞柱 (85 hPa)
分辨率：± 0.01英寸汞柱 或 ± 0.3 hPa
海拔偏移：0 到 +10,000英尺，可调节
绝对精度：0.05英寸汞柱

④太阳辐射传感器
光谱范围：0.4 到 1.1 微米
灵敏度：约80mV / 1000Wm2
精度：± 5%

⑤温、湿度传感器
温度：范围-40度—60度
精度：±0.5度
湿度：范围：0-100% RH
精度：± 3% (10-90%)

1．2、数据采集传输部分
①数据采集模块
多参数水质监测仪，风速风向等气象传感器，流速流向传感器都通过数据线接到数据采集模块上。
电源：10.2-16V直流；
功耗：≤80uA (自报工作体制值守时)，
≤100mA（工作状态，不含通信设备）；
工作环境：温度-40℃～+55℃，
湿度100%无凝结；
时钟精度：1.53分钟/月(无温补情况下)，并可完成与中心时钟同步（或GPS时钟）；
固态存储内存：4M，历史和当前数据现场读取或远程读取。

②无线通讯模块
数据采集模块通过通讯线缆和无线模块连接
数据传输系统采用的无线数据终端系统来完成。该设备主要完成现场数据的网络接入。该设备基于现在普遍支持的GPRS/GSM无线网络系统进行数据传输，最高速率可达192KB，在现有网络条件下平均速率可到33.5KB，传输稳定可靠。

③供电模式
采用蓄电池+太阳能方法
太阳能容量 20W
蓄电池容量 65AH
设计原则：连续阴天20天，可以保证正常供电

2、中心处理软件
（1）实现功能：
① 实时显示各监测站各项监测指标的当前值，并根据地表水水质标准分析测站实时显示各监测站监测设备的当前状态
② 实时显示各监测站监测设备的当前状态
③ 实现水质自动监测指标超标报警和监测设备故障报警
④ 实现水质自动监测数据的查询、编辑等功能
⑤ 完成水质自动监测数据的统计分析功能，包括统计报表、趋势曲线等
⑥ 完成对各自动监测站站点类型、设备类型、通讯方式、路由信息、监测指标、数据率定点等基本信息的编辑功能；
⑦ 由操作系统提供安全管理。在人机界面上设置口令，仅允许有权限的操作人员进行操作，记录操作人员的登录情况
⑧ 系统实时数据能自动写入水质监测数据库，可以将实时遥测数据通过计算机广域网让相关部门进行WEB浏览，实现数据共享
⑨ 系统具有可扩展性，可以方便地增减测站数量和传感器的数量。修改工作将通过密码控制由有关管理人员进行操作，实现系统数据库管理功能
⑩ 可将遥测数据写成LOG文件、实时数据库、历史数据库
（2）中心软件部分组成
水环境水质自动监控系统监控中心软件主要完成远程数据的接收、显示、存储和统计分析等功能，它由三部分组成，即：
系统通讯部分（无线模块和数据采集部分）；
后台数据库部分；
系统实时显示和统计分析部分。
（3）、后台数据库设计
本水质自动监测数据库采用的是大型关系型数据库管理系统SQL SERVER 2000，由它作为系统后台数据库的软件平台。
（4）系统实时显示和统计分析部分。
实时显示和统计分析部分是监控系统中心软件的人机界面，采用流行的B/S结构，使得系统的运行管理十分简便，中心站的Web服务器从遥测数据库中读取实时数据或历史数据，以图型或表格的方式展现。工作人员使用Web浏览器查询遥测系统数据。
（5）数据流程
水质监测站采用自报或自报—确认体制工作模式采集相关数据，水质监测站的监测参数具有独立的工作体制，传感器或分析仪测量被测参数，以4~20mA或0~5V信号输入到数据采集器的模拟量输入接口，根据事先配置的传感器类型，数据采集器对输入信号进行A/D转换得到传感器输出值，然后将测量结果（数据）通过无线模块终端以GPRS发给网管中心（中国移动），网管中心通过GPRS通讯方式将数据发送到中心，中心站数据监控软件通过通讯服务器软件对近来的数据进行解析，然后进入数据库软件中对数据进行存储、处理，由数据存储服务器程序将数据按水质数据格式和指定格式要求写入数据库的相应库表。工作人员可通过系统监控软件从数据库中调入数据处理，分析，打印报表，曲线图等。其他电脑可通过WAB浏览器浏览数据，系统数据流程见图

数据流程图
（6）客户端网络要求
准备一台专用计算机，放在机房，作为固定IP服务器，将数据库软件和系统监控软件装在里面，存贮水质数据，保证其24小时在线。
（7）数据安全性及系统可靠性
数据安全性
由于水质数据是水质评估的基础和关键，它的实时数据对系统运行和管理来说是非常宝贵的，因此该系统建立后确保数据的完整性非常重要。在我技术方案中主要采取了以下一些措施：
（1）数据备份
所有数据在水质监测站的数据采集终端中存储有实时数据和历史记录，可用于对通信故障期间数据的回复。
所有实时数据在中心服务器中存有数据备份，所有写入水质数据库的数据均有备份。
（2）数据发送确认机制
系统允许对重要数据或重要站点设定为自报确认工作模式，当水质监测站数据报给中心后会等待中心收到数据的确认，否则回进行数据的重发或更换通信介质，以保证中心接收到监测数据。
（3）操作身份识别
系统中心工作站软件有操作人员身份识别，以防止误操作和恶意侵入。
（4）日志记录
系统提供遥测系统原始数据日志记录和操作记录，以用于事故追踪和故障恢复。

Ⅱ系统可靠性
由于该系统所有监测站全部处于野外环境，对系统可靠型要求很高，本方案主要采取了以下几方面的措施：
（1）低功耗：由于水质监测站没有可靠交流电源保证，因此选用设备均采用低功耗设备。
（2）防潮：系统设备安装及保护方式要考虑当地空气湿度大，测站设备要求在高湿环境下保证系统正常运行。
（3）防雷击：由于该地部分地区处于湖面，雷电较多，提供的水质监测终端所有接口有雷电保护和防浪涌措施。
（8）数据分析
(1)数据统计分析及查寻
数据统计分析及查寻报表可根据实际需求开发。
常规的统计分析内容如下所述：
实时水质数据统计：统计所有水质监测站从一启始时间到当前水质数据。
时段水质统计：统计特定日期的某一时刻至另一时刻时段各水质监测站水质数据。
日水质统计：统计特定日各水质监测站水质。
畅通率统计：统计特定时间段各遥测站发送包次数、收到包次数、通信畅通率等。
设备状态表：统计当前所有遥测站设备所处状态（上电或掉电）、通信方式、蓄电池电压、自记内存剩余空间等。
(2)数据显示
以WEB网页方式显示遥测系统采集的数据，数据显示的方式和内容可根据业主的具体需求开发。
一般地有以下主要内容：
动态显示数据
在地区行政图形上，以开窗方式，以数字形式显示遥测数据的值、测量时间及数据变化情况。在遥测数据较多的情况下，可采用分区域或下拉方式显示。显示的遥测数据要与最新的遥测数据同步更新。
动态趋势图显示
将实时的遥测数据以动态趋势图的方式显示，可直观地看出遥测数据的动态变化过程，如：站点分布图、柱状图，过程线显示。