梅山水道沙灘浴場(chǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)研究

文/李璠 林忠洲

寧波梅山水道工程是梅山灣兩岸統(tǒng)籌開發(fā)、建設(shè)濱海新城的一項(xiàng)智慧工程、利民工程。建成后，梅山灣海域正式與外海隔絕，形成了一個(gè)近10km2的閉合“清水區(qū)”，是波迄今最大的“藍(lán)色海灣”整治項(xiàng)目，其中國家補(bǔ)助資金達(dá)2.5億元。寧波濱海萬人沙灘是寧波市北侖區(qū)梅山保稅港區(qū)的景區(qū)，位于梅山水道南堤北側(cè)，毗鄰洋沙山及春曉明月湖，春曉大橋與梅山水道南堤之間，是與地方海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾生活密切相關(guān)的海洋功能區(qū)，開展海水浴場(chǎng)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)工作對(duì)于加強(qiáng)濱海旅游區(qū)環(huán)境管理，保障公眾安全和健康，進(jìn)而促進(jìn)濱海旅游業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義。

浮標(biāo)在線監(jiān)測(cè)是唯一能夠?qū)崟r(shí)提供各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并且傳輸穩(wěn)定的方式，用浮標(biāo)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)及預(yù)警不僅簡單實(shí)用而且效率最高。我們將利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，并基于Datav數(shù)據(jù)可視化研究出一套具基于浮標(biāo)的集在線監(jiān)測(cè)、基礎(chǔ)水質(zhì)指標(biāo)預(yù)警與水質(zhì)評(píng)價(jià)一體的在線監(jiān)測(cè)與水質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

1 研究內(nèi)容與技術(shù)路線

實(shí)現(xiàn)對(duì)浴場(chǎng)水環(huán)境開展實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，對(duì)浴場(chǎng)的實(shí)時(shí)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行播報(bào),并結(jié)合水文、氣象，生物等浴場(chǎng)環(huán)境評(píng)估要素定時(shí)對(duì)浴場(chǎng)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)浴場(chǎng)可能出現(xiàn)的異常環(huán)境進(jìn)行預(yù)警，為今后沙灘浴場(chǎng)的環(huán)境管理和治理提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)理論依據(jù)，同時(shí)依托于datav數(shù)據(jù)可視化產(chǎn)品的手機(jī)端即時(shí)查看界面和短信及郵件聯(lián)合發(fā)布和預(yù)警設(shè)置，為相關(guān)用戶提供了方便快捷的用戶體驗(yàn)。具體的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)路線如下：

（1）通過后臺(tái)軟件以半小時(shí)一次的頻率定時(shí)連接浮標(biāo)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫并獲取浮標(biāo)遠(yuǎn)程發(fā)送到原始數(shù)據(jù)庫對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)；

圖1：后臺(tái)數(shù)據(jù)接收、采集及存儲(chǔ)流程

圖2：后臺(tái)報(bào)警及報(bào)告發(fā)送流程

圖3：前端顯示流程

（2）獲取數(shù)據(jù)后按照預(yù)先設(shè)定的方式檢測(cè)數(shù)據(jù)有效性，完整性，重復(fù)性，及判斷接口穩(wěn)定性以確定系統(tǒng)工作在正常狀態(tài)及數(shù)據(jù)真實(shí)有效；

（3）解析并處理相關(guān)數(shù)據(jù)，此過程包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)提取，數(shù)據(jù)二次處理，數(shù)據(jù)耦合，數(shù)據(jù)更新和存儲(chǔ)；

（4）根據(jù)需求選取對(duì)應(yīng)的模板發(fā)送水質(zhì)評(píng)價(jià)報(bào)告以及水質(zhì)指標(biāo)異常警報(bào)；

圖4：短信/郵件警告界面

圖5：水質(zhì)評(píng)測(cè)郵件發(fā)送

（5）利用阿里云DataV數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)，結(jié)合sql語言，設(shè)計(jì)相應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)顯示平臺(tái)，并在手機(jī)端實(shí)時(shí)查看，此過程主要的模塊設(shè)計(jì)包括滾動(dòng)播放，實(shí)時(shí)播放，網(wǎng)絡(luò)爬蟲，歷史數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，超閾值警告。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

該系統(tǒng)由軟件和硬件兩大部分組成，硬件即遠(yuǎn)程浮標(biāo)以及浮標(biāo)服務(wù)器（用于接收浮標(biāo)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到原始數(shù)據(jù)庫，此處不做介紹）；軟件部分由后臺(tái)執(zhí)行設(shè)定功能的Java和Python程序代碼。

2.1 基于windows7+IntelliJ IDEA的后端開發(fā)

主要采用java，python語言編程，涉及到數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)庫的通用開發(fā)和基本的前端html顯示。

圖6：手機(jī)端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面

圖7：赤潮關(guān)鍵因子歷史變化圖

（1）后臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)采集，及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)流程（如圖1）。

（2）后臺(tái)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)指標(biāo)預(yù)警和報(bào)告發(fā)送的設(shè)計(jì)流程（如圖2所示）。

2.2 基于阿里云DataV數(shù)據(jù)可視化產(chǎn)品的前端顯示界面開發(fā)

前端顯示實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)流程（如圖3所示）。

3 軟件功能展示與應(yīng)用介紹

程序?qū)⒁园胄r(shí)一次的頻率訪問浮標(biāo)原始數(shù)據(jù)庫接口，同時(shí)將運(yùn)行日志信息保存到相應(yīng)的路徑，以便回溯查看。程序運(yùn)行之后用戶就可以隨時(shí)隨地的在手機(jī)前端實(shí)時(shí)的看到浮標(biāo)相關(guān)信息，也能通過郵件獲取最新的水質(zhì)評(píng)價(jià)報(bào)告，當(dāng)水質(zhì)出現(xiàn)問題時(shí)也能及時(shí)收到和水質(zhì)相關(guān)的預(yù)警信息。

3.1 短信/郵件警告界面

短信/郵件警告包含數(shù)據(jù)重復(fù)警告，浮標(biāo)數(shù)據(jù)不正常警告，以及水質(zhì)指標(biāo)超閾值預(yù)警警告三類（如圖4所示）。

3.2 水質(zhì)評(píng)測(cè)報(bào)告發(fā)送

為實(shí)現(xiàn)定期水質(zhì)評(píng)測(cè)，遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫允許特定實(shí)驗(yàn)人員在人工采集水樣后，在實(shí)驗(yàn)窒分析各種理化指標(biāo)，完成水質(zhì)測(cè)樣試驗(yàn)后將相關(guān)數(shù)據(jù)按照格式上傳，例如各種菌群，營養(yǎng)鹽等參數(shù)；程序端檢測(cè)到更新后則自動(dòng)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并根據(jù)海水浴場(chǎng)評(píng)測(cè)方法對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)測(cè)分類，然后選擇相應(yīng)的報(bào)告模板將結(jié)果更新到模板中（如圖5所示），最后生成報(bào)告發(fā)送到相關(guān)人員郵箱中。

3.3 手機(jī)端監(jiān)測(cè)顯示

DataV組件是由阿里巴巴數(shù)據(jù)平臺(tái)與產(chǎn)品部主導(dǎo)開發(fā)的開源數(shù)據(jù)可視化組件庫，目的是致力于推動(dòng)數(shù)據(jù)可視化方法在產(chǎn)品中的落地使用。此處DataV通過調(diào)用sql腳本訪問遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)頁面展示。用戶直接點(diǎn)擊短信或郵件中的鏈接即可進(jìn)入阿里云datav產(chǎn)品界面，通過定時(shí)訪問遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫來實(shí)時(shí)更新頁面數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)在手機(jī)端實(shí)時(shí)查看當(dāng)前水質(zhì)情況及相關(guān)指標(biāo)的歷史變化曲線圖（如圖6所示）。

界面共分為上下兩部分，以中間藍(lán)色分隔條分割。上半部主要滾動(dòng)播放相關(guān)信息，黃色滾動(dòng)條滾動(dòng)播放當(dāng)前最新時(shí)刻的浮標(biāo)數(shù)據(jù)，中間三個(gè)動(dòng)態(tài)滾動(dòng)表是按照浮標(biāo)傳感器的類型分為水、其他，水文氣象、三類，分別滾動(dòng)播放最新6小時(shí)內(nèi)的的各類傳感器數(shù)據(jù)。下半部分包括靜態(tài)展示當(dāng)前浮標(biāo)數(shù)據(jù)信息，以及通過python爬蟲從氣象網(wǎng)站爬取的天氣信息，實(shí)時(shí)跟進(jìn)天氣每時(shí)每刻的變化；還包括對(duì)影響赤潮爆發(fā)的關(guān)鍵因子進(jìn)行短期或長期的變化曲線的展示，以供直觀的進(jìn)行趨勢(shì)分析和水質(zhì)情況判斷，同時(shí)對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行健康等級(jí)劃分，實(shí)時(shí)顯示指標(biāo)健康狀態(tài)（如圖7）。

圖7展示了水質(zhì)惡劣，藻類爆發(fā)時(shí)間段的pH/鹽度短時(shí)和長時(shí)變化，可以看出當(dāng)前pH值顯示為紅色危險(xiǎn)狀態(tài)，且pH在周期時(shí)間內(nèi)一直處于超閾值狀態(tài)，可能是赤潮爆發(fā)期，需要密切關(guān)注。

4 總結(jié)

浮標(biāo)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，界面簡潔，代碼精簡，使用便捷，對(duì)浮標(biāo)以及海洋相關(guān)數(shù)據(jù)的抽取，整合，處理，存儲(chǔ)以及開發(fā)具有一定的借鑒性；同時(shí)能推動(dòng)水質(zhì)和環(huán)保工作人員及時(shí)進(jìn)行水質(zhì)觀測(cè)，水質(zhì)分析，提早預(yù)防可能發(fā)生的水質(zhì)問題，減少財(cái)物損失。