水污染監(jiān)測預(yù)警及智能控制裝置應(yīng)用效果

深圳市寶安區(qū)水務(wù)局 李育基，江煒煒，唐繼平

目前，水污染治理存在污水監(jiān)測與預(yù)警不及時、應(yīng)急手段不科學(xué)等問題，而水污染監(jiān)測預(yù)警及智能控制裝置的設(shè)計和應(yīng)用可以很好地解決以上問題，不僅可以及時有效地發(fā)現(xiàn)和處理污水變化情況以及超標(biāo)情況，還能實現(xiàn)對系統(tǒng)、完善的應(yīng)急處理方案的靈活運用，為保證水污染監(jiān)控的動態(tài)性和隨時性打下堅實的基礎(chǔ)。因此，如何科學(xué)地設(shè)計和應(yīng)用水污染監(jiān)測預(yù)警及智能控制裝置是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

一、裝置總體設(shè)計

（一）多級聯(lián)動框架

水污染監(jiān)測預(yù)警及智能控制裝置設(shè)計目標(biāo)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）通過制定系統(tǒng)、完善的水質(zhì)監(jiān)測與應(yīng)急服務(wù)方案，可以促進(jìn)水源地水質(zhì)監(jiān)控工作的有效開展，從而實現(xiàn)對水污染事故的高效化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化處理。

（2）為水污染處理部門提供相應(yīng)的決策支持，此時，裝置會自動生成相應(yīng)的水污染處理方案。

（3）不斷地提高水污染監(jiān)控水平，確保日常監(jiān)控、無人值守等相關(guān)工作落實到位，確保系統(tǒng)自動啟用報警功能，使得水污染安全管理水平得以顯著提升。為了完成以上設(shè)計目標(biāo)，技術(shù)人員需要利用Java編程語言，對三級聯(lián)動水質(zhì)污染預(yù)警響應(yīng)平臺進(jìn)行構(gòu)建，并根據(jù)所設(shè)置好的響應(yīng)級別，完成對裝置的設(shè)計和開發(fā)，以保證三級監(jiān)控模塊、一級決策預(yù)警模塊和二級確認(rèn)模塊的實現(xiàn)效果。

該裝置主要由以幾個子系統(tǒng)組成：

（1）決策系統(tǒng)。該子系統(tǒng)所服務(wù)的對象主要以“一級決策單位”為主，通過利用該子系統(tǒng)可以實現(xiàn)對整編和預(yù)警數(shù)據(jù)的精確化、完整化接收，同時，還要利用平臺構(gòu)建思想，加強對預(yù)案管理知識庫的構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上，從全局?jǐn)?shù)據(jù)入手，對相關(guān)規(guī)劃平臺進(jìn)行統(tǒng)籌，規(guī)劃平臺通常對城市水源預(yù)警系統(tǒng)提供了較大的支持，為提高水污染監(jiān)測效率和效果創(chuàng)造良好的條件。

（2）確認(rèn)系統(tǒng)。確認(rèn)系統(tǒng)所服務(wù)對象主要以“水務(wù)監(jiān)管部門”為主，這些部門主要包含以下兩類，一類是自來水集團，另一類是水文總站。二級單位在實際的管理和經(jīng)營中，所獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包含水文數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等，然后，針對水污染事故出現(xiàn)情況，完成對邊界條件的設(shè)計，在此基礎(chǔ)上，還要對水污染事故所引發(fā)的生態(tài)環(huán)境損失進(jìn)行科學(xué)評估和計算，然后，嚴(yán)格按照水環(huán)境保護相關(guān)法律法規(guī)，制定出一系列行之有效的應(yīng)急處理方案，為實現(xiàn)對水環(huán)境的有效保護提供重要的依據(jù)和參考。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)所服務(wù)對象以“水源地監(jiān)控責(zé)任單位”為主，通過利用該子系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的高效化、完整化獲得，便于工作人員更好地了解和把握設(shè)備當(dāng)前所面臨的運行狀態(tài)，同時，還能及時地發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)備故障問題，為確保該子系統(tǒng)能夠可靠、穩(wěn)定、安全的運行創(chuàng)造良好的條件。由此可見，監(jiān)控系統(tǒng)運行性能是否良好，直接影響了整個裝置的運行效果。

（二）業(yè)務(wù)流程需求分析

該裝置在具體的設(shè)計中，需要在充分結(jié)合水質(zhì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將預(yù)警識別工作落實到位，然后，全面評估和計算污染事故所對應(yīng)的經(jīng)濟損失情況，最后，將最終評估和計算結(jié)果安全、可靠地上傳到一級決策系統(tǒng)中，由一級決策系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警信息，啟動相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，以起到支持決策的作用。該裝置在具體的運用中，所承擔(dān)的主要工作內(nèi)容如下：

（1）采用整編計算的方式，完成對監(jiān)測數(shù)據(jù)的全方位整理和統(tǒng)計。

（2）采用人工校核的方式，按照所設(shè)置好的標(biāo)準(zhǔn)，完成對單項指標(biāo)和綜合評價的科學(xué)分類和統(tǒng)計，并將最終的分類結(jié)果安全、可靠地存儲于成果數(shù)據(jù)庫中。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)管理員要嚴(yán)格按照系統(tǒng)所設(shè)置好的時間范圍，向局中心系統(tǒng)上報最終整編成果。

另外，該裝置針對當(dāng)前水質(zhì)污染狀態(tài)，根據(jù)所設(shè)置好的判定條件，對水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化統(tǒng)計、判斷和計算，然后，選出滿足預(yù)警條件的數(shù)據(jù)，并對其指標(biāo)進(jìn)行全方面檢測和分析，同時，利用監(jiān)控系統(tǒng)，采用取樣檢測的方式，對水質(zhì)污染區(qū)進(jìn)行處理，當(dāng)預(yù)警信息得到確認(rèn)后，需要由確認(rèn)單位，根據(jù)污染物情況，制定相應(yīng)的處理方案，并將制作好的處理方案上傳到?jīng)Q策單位，由決策單位對其進(jìn)行統(tǒng)一確認(rèn)，當(dāng)處理方案得到確認(rèn)后，需要將其上傳到三級管理單位，由三級管理單位對其進(jìn)行確認(rèn)處理，最后，將最終確認(rèn)結(jié)果傳輸?shù)揭患壪到y(tǒng)、二級系統(tǒng)進(jìn)行存儲。

（三）裝置結(jié)構(gòu)介紹

該裝置在具體的設(shè)計中，主要利用J2EE構(gòu)架，以完成對Web程序的有效開發(fā)。另外，該裝置技術(shù)架構(gòu)設(shè)計示意圖如圖1所示。

圖1 裝置技術(shù)架構(gòu)設(shè)計示意圖

從圖1中可以看出，該裝置主要包含以下三個層次：

（1）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層主要由以下幾個部分組成，分別是系統(tǒng)軟硬件、文件存放系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等，通過運用數(shù)據(jù)層，可以確保整個裝置能夠可靠、穩(wěn)定、安全運行[1]，從而保證數(shù)據(jù)存儲的安全性和可靠性。

（2）業(yè)務(wù)層。業(yè)務(wù)層主要用于對監(jiān)控信息和預(yù)警信息的實時化處理，確保水質(zhì)預(yù)警識別任務(wù)得以有效開展，以實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時化、精確化監(jiān)測和查詢。

（3）表現(xiàn)層。表示層作為一種連接層，可以有效地連接裝置與終端用戶，為用戶提供便利、整潔、友好的界面，確保用戶借助瀏覽器可以對整個裝置進(jìn)行直接操作[2]。

二、裝置功能設(shè)計

（一）數(shù)據(jù)無線傳輸功能

數(shù)據(jù)無線傳輸功能在具體的設(shè)計中，首先，要根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測站智能化監(jiān)測需求，根據(jù)所設(shè)置好的頻率，完成對水樣的精確采集，同時，還要在充分結(jié)合水質(zhì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用終端通信設(shè)備，向IP應(yīng)用程序服務(wù)器上傳輸相應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)[3]，然后，利用服務(wù)器內(nèi)各種數(shù)據(jù)監(jiān)控程序，全方位監(jiān)控和分析水質(zhì)數(shù)據(jù)接收情況，同時，還要根據(jù)監(jiān)控設(shè)備所顯示的電壓信息情況，分析和判斷當(dāng)前遙測終端設(shè)備是否處于正常、穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

（二）數(shù)據(jù)整編功能

水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)具有一定的時效性，在實際的工作中，需要以“天”為單位，全面分析和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，所以，數(shù)據(jù)整編功能在具體的設(shè)計期間，要根據(jù)數(shù)據(jù)實時整編需求，對日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)相關(guān)計算程序進(jìn)行統(tǒng)計和整理。同時，該裝置針對日常所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，通過采用幾何平均法，對日數(shù)據(jù)和月數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的計算和統(tǒng)計[4]，然后，采用人工檢查的方式，對其進(jìn)行校正和核實，確保這些數(shù)據(jù)安全、可靠地存儲于數(shù)據(jù)庫中。另外，該裝置為管理員提供多種簡潔、友好的界面功能，管理員擁有強大的操作權(quán)限功能，負(fù)責(zé)對整編數(shù)據(jù)的增刪改查處理，同時，還能根據(jù)自身的實際工作需求，對日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)進(jìn)行全面測驗和處理，使得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和安全性得以全面提升，為后期水質(zhì)預(yù)警工作的開展提供強大的數(shù)據(jù)支撐。

（三）水質(zhì)預(yù)警界限設(shè)定功能

水質(zhì)預(yù)警界限設(shè)定功能在具體的設(shè)計中，要針對所制定好的水質(zhì)檢測指標(biāo)，完成對有機物、PH值、電導(dǎo)率等預(yù)警背景值的科學(xué)設(shè)置，然后，根據(jù)系統(tǒng)所設(shè)定的預(yù)警級別，對各個檢測值進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，并確定出他們之間的計算關(guān)系。另外，該裝置還要利用數(shù)據(jù)輸入相關(guān)計算公式，將數(shù)據(jù)分析工作落實到位，并將最終的分析結(jié)果安全、可靠地保存于指定的數(shù)據(jù)庫中。

（四）水質(zhì)預(yù)警流程

水質(zhì)預(yù)警流程主要包含以下幾個操作步驟：

（1）初預(yù)警。該裝置針對所設(shè)置好的預(yù)警邊界條件，采用對水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計算，并確定出可能出現(xiàn)的污染因子，并對這些污染因子所對應(yīng)的級別進(jìn)行劃分，然后，參照所設(shè)置好的預(yù)警邊界條件，采用預(yù)警判斷的方式，對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和監(jiān)測，一旦所監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)滿足預(yù)警條件，則該裝置會自動顯示不同站點所對應(yīng)的位置，并發(fā)出閃爍報警聲，以起到聲音警示的作用。

（2）人工確認(rèn)。一旦出現(xiàn)初預(yù)警事件，該裝置會自動向用戶提供相應(yīng)的輔助信息，然后，對水質(zhì)進(jìn)行全方位檢測和確認(rèn)，當(dāng)檢測確認(rèn)操作結(jié)束后，管理員會利用計算機錄入相應(yīng)的檢測結(jié)論編輯結(jié)果，如果初預(yù)警出現(xiàn)誤判情況，一旦垃圾堵塞出現(xiàn)相應(yīng)感應(yīng)口，需要將初預(yù)警設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)，并對關(guān)閉說明書相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行填寫，如果初預(yù)警為確認(rèn)狀態(tài)，該裝置會自動啟用警情處理功能。

（3）警情處理。警情處理所對應(yīng)的狀態(tài)主要包含以下三種，分別是未處理狀態(tài)、處理中狀態(tài)、已完成狀態(tài)。最后，根據(jù)這三種狀態(tài)，操作人員要完成相關(guān)表格的填寫，并對警情事件所對應(yīng)的信息進(jìn)行全方位記錄和保存，警情處理流程如圖2所示。一旦出現(xiàn)預(yù)警事件，該裝置會向值班人員發(fā)送相應(yīng)的短信，如果值班人員沒有在規(guī)定的時間內(nèi)及時接收到相應(yīng)的預(yù)警短信，那么該短信會自動發(fā)送至各級領(lǐng)導(dǎo)。

圖2 警情處理流程

三、裝置應(yīng)用效果

為了更好地檢驗水污染監(jiān)測預(yù)警及智能控制裝置的可靠性和有效性，現(xiàn)將該裝置科學(xué)地應(yīng)用于某學(xué)院空間信息技術(shù)研究所中，并取得了良好的應(yīng)用效果，有效地提高區(qū)域污染應(yīng)急指揮工作的開展效果。通過應(yīng)用該裝置，可以全面地了解和掌握各個測站所包含的綜合指標(biāo)信息，如綜合水質(zhì)級別，當(dāng)對某測站進(jìn)行點擊后，在頁面的右下角會出現(xiàn)測站水質(zhì)指標(biāo)，便于工作人員全面地了解和掌握這些水質(zhì)指標(biāo)。監(jiān)測數(shù)據(jù)列表頁面主要用于對單個測站查詢狀態(tài)的形象化展示，在規(guī)定的時間范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的全面化、詳細(xì)化監(jiān)測。預(yù)警處理模塊作為該裝置的主要功能，具有強大的警情上報功能、預(yù)案查詢功能、應(yīng)急監(jiān)測服務(wù)功能等，其中，警情上報功能主要包含以下兩種情境模式[10]，一種是水源預(yù)警模式，另一種是突發(fā)預(yù)警模式。

四、結(jié)束語

綜上所述，在水質(zhì)傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、無線傳輸技術(shù)等各種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用背景下，水污染監(jiān)測預(yù)警及智能控制裝置得以科學(xué)設(shè)計和應(yīng)用，該裝置主要采用了多級聯(lián)動設(shè)計方式，具有強大的水質(zhì)數(shù)據(jù)自動采集功能、無線傳輸功能、短信提醒功能等各種功能，通過利用該裝置，可以在最短時間內(nèi)快速地獲取和整理水污染事件信息?？傊ㄟ^設(shè)計和構(gòu)建該裝置，不僅可以最大限度地提高城市水污染事件監(jiān)測的實效性和針對性，促進(jìn)水質(zhì)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)信息管理向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、一體化發(fā)展，還使得水質(zhì)污染預(yù)警變得更加高效性，為相關(guān)部門制定水污染治理方案提供重要的依據(jù)和參考，為保證人們生活用水的安全性和有效性，促進(jìn)水利事業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展提供有力的保障。