物联网在水质监测中的应用浅析

2015-01-27李军会

资源节约与环保 2015年7期

关键词：监测站联网水质

李军会

（山西省泽州县环境保护监测站山西泽州 048026）

物联网在水质监测中的应用浅析

李军会

（山西省泽州县环境保护监测站山西泽州 048026）

物联网已经成为环境保护的有力助推器。本文介绍了物联网在水质监测方面的应用，对水质监测物联网应用中的一些问题进行了分析，对其发展前景进行了探讨。

物联网；水质监测；环境保护；应用

我国是全球水污染最严重的国家之一，水质监测是治理水污染的基础，物联网应用于水质监测对减少污染物排放、控制和预防污染事故、提高监测水平、及时为环境管理提供决策依据都有重要意义。

1 水质监测现状

我国传统的水质监测主要以实验室监测为主，分析方法全面、检测参数全面、数据准确度高，但要人工定期或不定期地现场采样、化验、分析。现场采集样品时间跨度大、样品数量少、费时费力，受到地域和时间限制，检测频次低、自动化程度低，难以对水质作出整体有效评价，而物联网技术应用于水质监测，可以在很大程度上弥补这些不足。

2 水质监测物联网

物联网最早由比尔·盖茨在《未来之路》中提出，早期含义是把所有物品与互联网相连；我国2010年《政府工作报告》注释为“物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络”。环保物联网是在传统环保行业引入自动化和信息化的技术来实现环境保护科学化管理的系统网络，通过在介质中安装前端采集设备，再将数据通过传输系统上传至应用层进行处理，实时监控污染成分指标值，实现监测和报警。

水质监测物联网是环保物联网的重要组成部分，可分为三层即感知层、网络层、应用层。感知层主要是采样点现场端的感知，主要是现代化的信息传感设备、分析仪、智能仪表等，信息传感设备包括射频识别、红外感应器、二维码、GPS、摄像头、终端等，可对物进行识别；网络层主要作用是实现感知层数据的传输，包括有线传输和无线传输。无线传输是通过三网（互联网、广电网、通信网）或下一代网络，对感知层得到的信息实时采集、传输与计算；应用层采用了嵌入式系统技术和云计算技术等对数据进行处理计算和信息发布，其有两方面的含义：一是通过数据分析，得出相关结论支持管理决策，二是通过远程控制优化环保治理设计的工艺运行条件。

应用水质监测物联网监管部门可从监控中心清楚地看到通过视频监控设备传回的感知处的实际情况，如排污量、污染处理设施的运转情况、监测站房内设备运转的现场情况。从视频监控设备中，监管部门能够及时发现问题并远程协助，从而提高工作效率，降低工作成本，提高污染源监控设备的运行率及准确率。同时视频监控系统还可接入应急指挥系统，可以在排放超标情况下自动告警，一旦企业发生污染事件，便可及时进行远程调度指挥。

3 物联网在水质监测方面的应用

3.1 国控重点污染源自动监控系统

这是现在中国最大的物联网，包括了水质监测物联网系统，已构建了国家、省、市、重点企业的四级监控体系。本系统是在各单位污水排放口安装水质自动分析仪表和数据采集传输仪、各种传感器，包括流量（速）计、污染治理设施运行记录仪等，对排污单位排放的污水水质中的CODcr、BOD5、氨氮、pH值、色度、氯化物、流量等进行实时监控，并通过各种通讯信道（包括有线和无线）同步到排污单位、中央控制中心、环境执法人员的终端上，以便有效防止过度排放或重大污染事故的发生。

3.2 饮用水源地环境风险监测预警系统

这主要是在饮用水源地布置各种传感器、视频监视等传感设备，形成感知层，然后经过网络层将水源地基本情况、水质的PH值等指标数据传输至应用层，应用层根据传感器的位置、数据采集时间等信息综合分析监测数据组成监测体系，从而实现对于水质的实时监测和预警。

3.3 水环境质量自动监控系统

这主要是重要江河湖泊水功能区水环境质量自动监控系统，已形成国控、省控、市控三级为主的水环境监测网，并将在2015年左右，对80%的重要江河湖泊水功能区实现水质监测，对主要江河干流及一级支流省界断面实现水质监测全覆盖。

湖南力合公司已成功研制了基于物联网技术的智能水质自动监测系统。该系统采用仪器和系统模块化设计、智能化水质自动监测技术、海量数据分析和应用等创新性技术，克服了当前水质自动监测系统存在的监测参数可扩展性差、缺少在线质控手段、对异常数据智能化识别能力不足等瓶颈问题，可实现温度、色度、浊度、pH值、悬浮物、溶解氧、化学需氧量以及酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞等86项参数的在线自动监测。还可利用发光细菌法，对突发性污染事件进行预警。项目创建了完善的自动监测数据在线质量控制系统，保证了自动监测数据的质量和可溯源性。这一系统已在长江、闽江、东江等流域以及南水北调中线工程得到应用，在多起重大水污染事件中发挥了显著作用。

无锡采用物联网对太湖水环境质量进行实时监控，感知节点为设在环湖周围的86个水质自动监测站，其中浮动监测站15个，覆盖了主要出入湖断面、行政交界断面、重点监视河流断面、主要饮用水源地，浮动监测站设有水质监测仪，装有集成光学感知芯片、6个精密探头、360°摄像头，安装的智能传感器可快速测出湖水温度、电导率、溶解氧、pH值、浊度、叶绿素、蓝绿藻，浮标监测站还装有气象传感器，可测出风速、风向、气压、温度；浮标还带有GPS、雷达发射器等，可将连续24h实测的数据及时通过无线网传送至控制中心，如有异常，可自动报警，并及时给相关人员发送手机短信以及时处理。

4 存在问题和未来发展

4.1 水质监测物联网技术还有很多不足，主要是监测项目较少，有机物、重金属、生物项目少；传感器功能单一，速率低导致信息滞后，传感器灵敏度和稳定性还有待提高；技术标准规范尚未统一，影响系统稳定性；监测布点数量和监测区域少，覆盖面小；对重点污染源还未能进行生产的全过程监控；公众的认知度不高；产业链还未成熟，企业规模小，人才匮乏，技术研发力量不足。应用层的规模还太小，未扩展到其他相关部门和社会公众。

4.2 随着环保事业的发展，水质监测对物联网提出了更高的要求。建议制定中长期监控规划，逐步扩大水质自动监测范围，在重点水域、重要饮用水源地、国界河流和主要支流入河口不断增加水质自动监测点数量，增强水环境预测预警能力；国家对水质监测物联网进行统一系统规划，统一系统标准；要加大对环保物联网相关企业支持力度，培养专门人才，研发性能更加稳定可靠、参数多样、成本低廉、维护简单方便的各种传感器；要依托三大移动通信运营商基站，建成覆盖全国的水环境污染监控物联网国家级专网，将水环境污染源纳入实时监控系统中；要进行系统整合，制定政策和加强立法，对公众加强宣传，增加公众对环保物联网技术的关注和支持；要与水利、交通、工信等相关部门加强协调，实现信息共享，部门联动。