古正光

基于民众生活水平的持续提升，对饮用水的需求量呈现出逐年增高的态势，但是受到生活污染、工业生产等因素的影响，使得饮用水源水质受到不同程度的污染。纵观现阶段我国水源水质监测工作的开展，其中涉及诸多部门与环节，在水源水质监测过程中针对污染问题难以做到第一时间进行反馈和采取措施解决。并且我国近几年对水质监测系统的构建逐渐加大资金投入力度，但是其监测效果仍无法满足实际需求。究其成因，在于目前大部分监测站只能做到对常规参数的监测，如溶解氧、浊度、水温等，针对有机污染物的监测能力有待提升。对此，需依据对现阶段水源水质情况的分析，进行水源水质监测平台的创新，以期为水源监测工作的高质量开展打下基础。

一、功能需求分析

水源水质监测通常情况下可以具体分为生物毒性监测与理化监测，不同监测项目的优缺点不同。针对理化监测而言，其优势特点体现为指标监测重复性良好、指标监测客观性强，其劣势体现为存在较高漏报率、指标少等。针对生物毒性监测而言，其优势体现为综合性强、毒物作用的综合体现、光谱性强，其劣势体现为误报率高、抗干扰能力低等。对此，实现对水源水质的全面且客观的监测，可通过对生物毒性与理化监测的联合开展，以优势互补的形式来提升水源水质监测的全面性与准确性。

依据对现阶段水源水质监测开展现状的分析，确定本研究所构建的水源水质监测平台需要具备以下功能：

1.监测对象

进行监测对象的拓展，除常规的水温、pH值、浊度、电导率、溶解氧监测参数之外，进行蚤生物毒性、紫外线吸收、斑马鱼生物毒性指标监测的拓展，实现对水源水质监测对象的丰富。

2.监测时效性

以间断运行方式进行浮标运行的控制，将浮标运行与休眠时间比例控制在1:11，即在实际运行过程中，针对相关水质参数的采集以30min为间隔。

3.数据处理

针对不同水质参数的处理，服务器在接收水质数据时以GPRS无线通讯模块为载体，并通过云计算平台来实现对数据的融合、计算、分析。数据处理平台涉及对数据资源库的构建，并依据对采集数据的应用构建预测模型，运行期间以标准值为参照进行采集数据的比对与分析，在超出规定值后第一时间预警。同时，相关管理人员可利用移动终端进行水质参数信息的获取，通过观察水质变化曲线图来实现对水质参数变化的掌握，做到对水源水质变化情况的直观化分析。

二、监测系统框架构成

1.系统架构

针对水源水质监测系统的设计，其具体划分为感知层、网络层以及应用层。其中应用层囊括预测模型、预警模块、手机客户端模块以及数据库模块；网络层囊括服务器、无线通讯模块、云计算平台，云计算平台可支持对采集数据的融合、分析以及计算；感知层则主要是依托于传感器设备的应用来实现对水质参数的采集。

2.关键技术

该系统平台所采用的关键技术包括：

（1）太阳能供电技术

太阳能供电模块的组成具体包括智能控制器、电池板以及铅酸电池等。功能方面实现对过充、过防情况的保护，并支持对过载、电子短路等问题的保护功能。同时，为实现对太阳能供电效果的提升，在低压提升电路方面进行深度研发，并依据监测平台运行需求的分析，进行铅酸电池充电时段的扩充，且在连续阴雨的情况条件下，铅酸电池可维持连续8d的工作时间。若系统运行期间连续阴雨天气维持超过8d，则可以借助智能供电技术来维持传感器等设备的正常运行，避免水源水质监测受到阴雨天气的影响。

（2）自动检测设备

该监测涉及8种水质参数的监测，其中针对水温、pH值、溶解氧等参数的监测采用国产品牌，在保证其参数监测准确性的前提下，进一步降低水源水质监测成本。以雷磁牌传感器为例，生产企业为上海仪电科学仪器股份公司，针对不同水质参数选择DO-975、DJS-1C、pH电极等型号。

针对浊度与紫外线吸收的测量，则涉及对光学传感仪器的使用，可采用集监测浊度与紫外线吸收功能为一体的传感器设备。在实际水源水质监测过程中，按照相关规定标准进行红光、绿光、蓝光以及紫外光源的依次开启。需注意，不同光源的参数不同，分别为635nm、520nm、470nm、254nm。而针对浊度与紫外线吸收的计算，则需以90°散射光强、不同光源波长为依据进行合理计算。

针对斑马鱼毒性参数的检测，其监测装置的设计以斑马鱼生性为依据，将白光照明灯设置于监测装置上，以此用作对自然光的模拟，然后将LED发光二极管设置于装置前侧中部位置，将光敏二极管设置于装置后侧面中部位置，并使二者形成水平方向的光栅栏，运行期间光栅栏在斑马鱼游行经过时会自动运行，利用高电平生成脉冲，而脉冲数只可以被单片机进行采集，监测中心接收来自传感器的数据信息后进行存储、分析以及计算，判断斑马鱼是否呈现出中毒加深的情况。

针对蚤生物毒性监测而言，在监测装置设计时主要利用生物趋光性的原理，将LED白光照明灯设置于装置的上下两侧，并将LED发光二极管设置于装置前后两侧，进而形成水平方向的两道光栅栏，运行期间大型蚤会受到白光的吸引来游动，然后打开上部白光照明来吸引大型蚤向上游动，利用单片机进行游动次数的检测，通过判断大型蚤穿越光栅栏次数来确定中毒症状。

（3）客户端服务与服务器交互

为实现对GET、POST请求的满足，将API接口设置于服务器一侧，以JSON为主进行返回数据格式的设置，采用业务逻辑进行平台业务层的控制，各层调度请求的控制以返回规格数据的处理为基准。为确保其数据不存在丢失、篡改等现象，采用MD5参数签名进行请求参数的传递。针对数据库的构建，则以MySQL为基础。平台功能体现为：①对不同参数信息数据的实时获取；②登录验证；③选7d内相关指标参数的历史数据获取，其中参数波动情况会以折线图进行体现；④分页取数。

三、系统实现

将该系统平台应用于水源水质监测中，浮标在单片机的控制下实现定期进行水质参数的采集，然后利用GPRS模块进行水质参数信息的传递，服务器在接收相关参数信息后借助云计算平台完成对数据信息的融合与处理，依托于处理信息数据构建预测模型，以模型为基准进行不同指标参数的分析与比对，用户可通过远程控制的方式进行水质曲线图的获取，进而实现对水源水质情况的远程获取，并准确掌握不同指标参数的变化情况。

四、结束语

综上所述，基于物联网的水源水质监测系统构建，充分利用传感器、通讯、云计算、GPRS、大数据等技术实现对相关水质指标参数的实时采集，在提升水源水质监测范围的同时，进一步提升水源水质监测的客观性与准确性，并做到对水源水质参数信息的远程获取与判断。