万 黎,刘 玉,贾 坤,吴 笛

(1.山东省环境监测中心站,山东济南250012;2.济南市环境监测站,山东济南250014)

地表水自动监测网数据自动审核的创新与实践

万 黎1,刘 玉1,贾 坤1,吴 笛2

(1.山东省环境监测中心站,山东济南250012;2.济南市环境监测站,山东济南250014)

在地表水质量自动监测网络的质量保证管理中,山东省省、市两级监控中心使用计算机数据审核系统对监测数据进行实时监控和质量控制,创新地实现了对监测数据有效性的自动判别、监测网的运行情况自动评价等自动化质控措施。

地表水;自动监测网;运行状态;数据审核;质量控制

山东省地表水质量监测网由59个河流断面、24个水库饮用水监测子站组成,河流断面共监测7个项目(饮用水加测叶绿素):COD(CODCr或CODMn)、氨氮、电导率、溶解氧、温度、浊度和p H值。网络信息量大,对象复杂,所以要尽量确保网络监测数据的质量,使其完整、准确、可比、公正,为管理者提供真实的决策依据。采取多项质量管理和质量控制措施,最重要的是在监控中心使用计算机数据审核软件代替大部分人工审核,将不合理的数据进行自动剔除或修正。实践证明,这是确保监测网数据准确性不可缺少的质量控制措施。

1 总体设计

数据审核主要为实时监控和质量控制,流程简介见图1。监控中心的控制软件定时进行远程在线诊断与状态监控,内容包括两个方面:一是调取分析仪的运行状态参数进行分析判断,不可采用数据做无效标记。二是定时自动远程校准,了解、掌控仪器的准确度等信息;监控中心的专家审核,结合仪器巡检情况进行异常数据标记;数据审核软件自动对标记数据及异常情况做出判断,有无效标记的不参加所有统计,需调整的进行合理修正,数据缺失的进行替代填补,结合每旬现场抽查监测结果,最终统计生成合理、准确的地表水水质质量评价结果。

图1 地表水数据审核流程图

2 监测数据的实时监控

山东省地表水自动监测采样频次目前为4 h,监控人员的日常审核界面如图2所示,分为项目选择、点位及曲线选择、数据表格、数据曲线显示4个区域。

项目选择区域主要对审核时间段、曲线显示项目(COD、氨氮、溶解氧、叶绿素等)、数据来源等进行选择。点位及曲线选择区域可具体选择要在数据表格区域中显示的一个断面数据详情、曲线数据审核的显示模式。

2.1 数据表格审核子站详情

数据表格区域显示所选点位、时段的数据详情。主要监测项目COD、氨氮等分别列出其原始值、审核值、数据来源和仪器状况,由审核软件每4 h自动填写更新。数据来源列内容分为原始值(√)、每旬现场抽查对接值(监督检查)、缺失替代值(自动修约);分析仪状态内容为定时自动调取系统运行状态(见3.1)的判断结果或管理人员根据巡检报告在信息交流模块中进行的标注;审核值缺省为原始值,若原始数据缺失或分析仪状态列标明该仪器故障,则由系统视为缺失数据自动填补(见 2.3),所有的统计报告数据来源于审核值。

图2 实时数据审核界面

2.2 曲线数据审核

通过观察数据变化折线图审核数据快捷、直观,便于掌握地表水质量变化趋势、上下游情况,及时发现异常数据。

可分别查看原始数据或审核后数据曲线,按在一个图形中数据源的不同分三种显示模式。按城市,数据源为同一城市的断面数据;按流域,数据源为同一流域分类断面数据,这些河流具有同样的水质目标,数据超标点及异常情况一目了然,以便重点观测,及时通报;按上下游,数据源为有上下游关系的断面数据,可及时掌握水质变化趋势,为管理提供预警信息。

2.3 数据缺失的修补

数据缺失和数据无效时,审核值暂由审核软件按照国家技术规范要求[2]自动填补替代值,数据来源为“自动修约”。每旬数据对接时(见3.4),若有该断面的同期监督抽查或巡查比对的人工采样数据,则采用抽查数据取代自动填补替代值,数据来源改为“监督检查”。

3 质量保证与质量控制

3.1 仪器运行状态的远程调取及应用

仪器运行状态远程调取的主要目的为:远程判断子站系统运行是否正常(是否有系统一 、二、三级报警和断电报警),查看分析仪运行情况 (如工作状态、量程、校正曲线斜率、氨氮标准溶液A和B的浓度及电压值、试剂余量、综合报警等),从而判别监测数据是否可靠。以采用的厦门W TW工控机所采集的状态为例:如系统报警中有一级报警显示,审核系统将该测量周期数据作无效标记,因为该报警是管路压力过大或烟雾报警,现场系统停止,所有阀门,水泵处于关闭状态(待机),下一个周期不启动测量;而若系统出现三级报警,数据只作供参考标记,因为该报警表明源水泵工作10min(管路进样时间上限)系统未收到沉砂池液位开关信号;蠕动泵工作10min(分析进样时间上限)系统未收到样水杯液位开关信号,出现的原因可能是采样水泵或蠕动泵故障,或者水浅或液位计故障,前者数据应作无效处理,后者若是液位计故障数据可以采用。

子站每5min上传一次系统运行状态,审核软件自动判断后将故障信息填报到审核界面(图2)及生成系统故障单,供管理人员掌握情况调度维护。图3为系统运行存在实时故障的子站列表和点击故障站点显示的该子站运行状态。

3.2 系统远程反控

系统远程反控是监督子站运行、确保监测数据可靠准确的必不可少的质量控制措施。在多项反控措施中最常用的有远程定时校准、控制留样和修改子站系统时间。

系统定时自动进行远程校准,定期多点校准,了解、掌控仪器的精确度,产生校准结果报告表,审核软件自动进行分析处理:根据技术规范[4～6]的要求,对不满足性能指标的仪器数据判断为无效,同时通知运营管理人员尽快进行维修,极大地提高了工作效率。

远程指令留取样品,除子站数据超标时自动留取样品外,还可以根据需要远程发出指令要求子站留取瞬时样品。

3.3 自动监测系统的运行评价体系

山东省地表水河流自动监测网采用市场化运营模式管理,该模式有利于加强监督管理力度,减轻城市监测站的压力,减少人为干扰数据质量的状况,是保证自动监测网高质量运行的有力措施。

市场化运营模式管理能否成功的关键是能否严格、科学地对运营公司进行监督管理。为提高日常监管力度,山东省制定了详尽的打分标准,而执行的主要依据来源于每一子站的系统运行率、数据准确率及系统运行情况详情。

系统自动统计出监测网中每一个子站的运行率和数据准确率(图4)及系统运行异常情况分类详情单(图5)。以严谨的数据评价自动监测系统的运行情况,力求公正、全面,提高了运营方的积极性,保证了系统高效、稳定的运行。

数据准确率的统计是根据日常数据审核常见异常值情况的总结。除运行率和准确率外,表中每列数据均为所对应情况出现的天数,而“旬对接超出允许范围”指每旬人工监测数据和自动监测数据的比对误差超出国家技术规范[4～6]允许范围的天数。

3.4 旬数据对接

山东省环保厅要求全省环境自动监测系统管理要坚持“四统一”原则,即统一监测指标、统一监测设备调试和校正标准、统一监测数据传输方式和统一监测数据确认,确保数据的准确性、可比性、共识性。要求每旬由省环境监测站对地表水进行现场抽查采样监测,自动监测数据每旬与现场抽查数据进行一次比对,凡是误差符合国家技术规范[3～4]允许范围的,采用自动监测数据;凡是误差超过允许范围的采用抽查监测数据,并对该数据进行记录,由省监控中心组织对相关监测设备重新进行调试校正。

图3 运行故障子站清单及子站运行状态

图4 河流断面子站运行率、数据准确率统计

3.5 异常情况快速反应

当数据超出设定的标准,除子站自动留取样本外,审核软件自动短信通知当地环境监测部门和距离最近的维护人员,查找原因,及时处理,起到了预警预报水质污染事故的作用。当审核系统发现子站运行出现故障时,自动短信通知距离最近的维护人员尽快解决。

4 结语

本系统已在山东省、市监控中心得以成功应用,其独创的对监测数据有效性的自动判别、监测网的运行情况自动评价体系等自动化实现的质控措施,为确保监测网络稳定运行、监测数据的完整性和准确性提供了切实有效的技术保障。

图5 水站运行异常情况分类统计

[1]国家环境保护总局.HJ/T 91—2002地表水和污水监测技术规范[S].北京:国家环境保护总局,2002.

[2]国家环境保护总局.HJ/T 356—2007水污染源在线监测系统数据有效性判别技术规范[S].北京:国家环境保护总局,2007.

[3]国家环境保护总局.HJ/T 354—2007水污染源在线监测系统验收技术规范[S].北京:国家环境保护总局,2007.

[4]国家环境保护总局.HJ/T 100—2003高锰酸盐指数水质自动分析仪技术要求[S].北京:国家环境保护总局,2003.

[5]国家环境保护总局.HJ/T 377—2007化学需氧量(CODCr)水质在线自动监测仪技术要求[S].北京:国家环境保护总局,2007.

[6]国家环境保护总局.HJ/T 101—2003氨氮水质自动分析仪技术要求[S].北京:国家环境保护总局,2003.

Innovation and Practice on Data Automatic Auditing of Automatic Monitoring Network for Surface Water

Wan Li1,Liu Yu1,Jia Kun1,Wu Di2
(1.Shandong Provincial Environmental Monitoring Center,Jinan Shandong 250012;2.Jinan Environmental Monitoring Station,Jinan Shandong 250014)

In quality assurance management of the surface water quality automatic monitoring network,computer data auditing system w as used by Shandong provincial and municipal monitoring center to monitor the data and control the quality.It realized creatively the automatic identification of data validation,automatic evaluation of running conditions of monitoring network,and some other automatic quality control measures.

surface water;automatic monitoring network;running condition;data auditing;quality control

X832

A

1008-813(2010)06-0059-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.06.017

2010-10-11

万黎(1958—),女,山东蓬莱人,毕业于解放军洛阳外国语学院应用数学专业,高级工程师,主要从事环境自动监测及综合评价方面的工作。