梅山水道沙滩浴场水质在线监测与评价研究

文/李璠 林忠洲

宁波梅山水道工程是梅山湾两岸统筹开发、建设滨海新城的一项智慧工程、利民工程。建成后，梅山湾海域正式与外海隔绝，形成了一个近10km2的闭合“清水区”，是波迄今最大的“蓝色海湾”整治项目，其中国家补助资金达2.5亿元。宁波滨海万人沙滩是宁波市北仑区梅山保税港区的景区，位于梅山水道南堤北侧，毗邻洋沙山及春晓明月湖，春晓大桥与梅山水道南堤之间，是与地方海洋经济发展和人民群众生活密切相关的海洋功能区，开展海水浴场监测和评价工作对于加强滨海旅游区环境管理，保障公众安全和健康，进而促进滨海旅游业的发展有着十分重要的意义。

浮标在线监测是唯一能够实时提供各类监测数据，并且传输稳定的方式，用浮标进行在线监测及预警不仅简单实用而且效率最高。我们将利用现有数据资源，并基于Datav数据可视化研究出一套具基于浮标的集在线监测、基础水质指标预警与水质评价一体的在线监测与水质监测与评价系统。

1 研究内容与技术路线

实现对浴场水环境开展实时在线监测，对浴场的实时水质参数进行播报,并结合水文、气象，生物等浴场环境评估要素定时对浴场水质进行评价，对浴场可能出现的异常环境进行预警，为今后沙滩浴场的环境管理和治理提供技术支持和数据理论依据，同时依托于datav数据可视化产品的手机端即时查看界面和短信及邮件联合发布和预警设置，为相关用户提供了方便快捷的用户体验。具体的实时在线监测的技术路线如下：

（1）通过后台软件以半小时一次的频率定时连接浮标服务器数据库并获取浮标远程发送到原始数据库对应数据接口的数据；

图1：后台数据接收、采集及存储流程

图2：后台报警及报告发送流程

图3：前端显示流程

（2）获取数据后按照预先设定的方式检测数据有效性，完整性，重复性，及判断接口稳定性以确定系统工作在正常状态及数据真实有效；

（3）解析并处理相关数据，此过程包括数据采集，数据提取，数据二次处理，数据耦合，数据更新和存储；

（4）根据需求选取对应的模板发送水质评价报告以及水质指标异常警报；

图4：短信/邮件警告界面

图5：水质评测邮件发送

（5）利用阿里云DataV数据可视化平台，结合sql语言，设计相应的在线监测显示平台，并在手机端实时查看，此过程主要的模块设计包括滚动播放，实时播放，网络爬虫，历史数据呈现，超阈值警告。

2 系统设计流程

该系统由软件和硬件两大部分组成，硬件即远程浮标以及浮标服务器（用于接收浮标数据并存储到原始数据库，此处不做介绍）；软件部分由后台执行设定功能的Java和Python程序代码。

2.1 基于windows7+IntelliJ IDEA的后端开发

主要采用java，python语言编程，涉及到数据处理，数据库的通用开发和基本的前端html显示。

图6：手机端实时监测界面

图7：赤潮关键因子历史变化图

（1）后台软件实现数据接收，数据采集，及数据存储的设计流程（如图1）。

（2）后台实现水质指标预警和报告发送的设计流程（如图2所示）。

2.2 基于阿里云DataV数据可视化产品的前端显示界面开发

前端显示实现的设计流程（如图3所示）。

3 软件功能展示与应用介绍

程序将以半小时一次的频率访问浮标原始数据库接口，同时将运行日志信息保存到相应的路径，以便回溯查看。程序运行之后用户就可以随时随地的在手机前端实时的看到浮标相关信息，也能通过邮件获取最新的水质评价报告，当水质出现问题时也能及时收到和水质相关的预警信息。

3.1 短信/邮件警告界面

短信/邮件警告包含数据重复警告，浮标数据不正常警告，以及水质指标超阈值预警警告三类（如图4所示）。

3.2 水质评测报告发送

为实现定期水质评测，远程业务数据库允许特定实验人员在人工采集水样后，在实验窒分析各种理化指标，完成水质测样试验后将相关数据按照格式上传，例如各种菌群，营养盐等参数；程序端检测到更新后则自动获取相应的数据，并根据海水浴场评测方法对相关指标进行评测分类，然后选择相应的报告模板将结果更新到模板中（如图5所示），最后生成报告发送到相关人员邮箱中。

3.3 手机端监测显示

DataV组件是由阿里巴巴数据平台与产品部主导开发的开源数据可视化组件库，目的是致力于推动数据可视化方法在产品中的落地使用。此处DataV通过调用sql脚本访问远程数据库来实现页面展示。用户直接点击短信或邮件中的链接即可进入阿里云datav产品界面，通过定时访问远程业务数据库来实时更新页面数据，即可实现在手机端实时查看当前水质情况及相关指标的历史变化曲线图（如图6所示）。

界面共分为上下两部分，以中间蓝色分隔条分割。上半部主要滚动播放相关信息，黄色滚动条滚动播放当前最新时刻的浮标数据，中间三个动态滚动表是按照浮标传感器的类型分为水、其他，水文气象、三类，分别滚动播放最新6小时内的的各类传感器数据。下半部分包括静态展示当前浮标数据信息，以及通过python爬虫从气象网站爬取的天气信息，实时跟进天气每时每刻的变化；还包括对影响赤潮爆发的关键因子进行短期或长期的变化曲线的展示，以供直观的进行趋势分析和水质情况判断，同时对相关指标进行健康等级划分，实时显示指标健康状态（如图7）。

图7展示了水质恶劣，藻类爆发时间段的pH/盐度短时和长时变化，可以看出当前pH值显示为红色危险状态，且pH在周期时间内一直处于超阈值状态，可能是赤潮爆发期，需要密切关注。

4 总结

浮标在线监测系统，界面简洁，代码精简，使用便捷，对浮标以及海洋相关数据的抽取，整合，处理，存储以及开发具有一定的借鉴性；同时能推动水质和环保工作人员及时进行水质观测，水质分析，提早预防可能发生的水质问题，减少财物损失。