高春芳

（厦门斯坦道科学仪器股份有限公司，福建 厦门 361000）

地表水水质自动监测系统是以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术，结合自动控制技术、物联网技术、计算机应用技术以及通讯传输技术组成的综合性自动化在线监测体系。与传统手工监测相比，水质自动监测能够连续、准确、实时反映水质的动态，便于预防和预警水环境污染事故的发生[1]。

我国从1988年起步建立第一个水质自动监测站，20世纪90年代陆续在松花江、长江、黄河、淮河流域等重点断面建设了数个自动监测站。进入21世纪后，随着传感器技术、计算机技术、物联网技术、软件平台开发及管理技术的快速发展，我国地表水自动监测站的建设管理也随之加快建设步伐。

经过“十二五”“十三五”两个五年规划的系统推进，我国生态环境质量监测体系逐步建立，基础监测能力、站点运转效能明显提高。2018年，国家斥资16.8亿建成地表水国控站点2050个，覆盖全国十大流域1366条河流和139座重要湖库，并委托第三方进行运维管理，实现了重要断面的水质自动化连续监测。

水质自动监测站的正常运行与监测设备的质量、运行管理机制、运维工作人员的专业化程度、经费投入等因素密切相关[2]。水质自动监测站大部分建在野外，环境恶劣，系统电路、水路、分析仪器等运行管理较复杂，在无人值守的情况下长期运行，随时可能出现故障，造成监测数据异常、中断或者伪数据等，甚至发生少量已建自动站由于管理不当而停止运行的现象［3］。我国幅员辽阔，流域众多，国家和各级地方政府、生态环境监管部门为实现科学分析水环境问题，需要大量监测和辅助数据，以及统一的信息平台来辅助管理决策。

为了规范保证地表水自动监测站数据的真实性和准确性，逐步提高地表水自动监测的数据质量，减少人为干预造成的数据质量问题，本研究开发设计了一套信息化、智能化管理平台，可实现所有水质自动化监测站数据和人员的标准化管理，为环境监测系统管理人员提供实时、可靠的监测分析结果，保障河流、湖泊（水库）水质实时可控，全面支持河流、湖泊（水库）水质污染防控、管理决策，降低管理成本，实现水环境管理的综合管控[4]。

1 信息化水质监测平台的设计

本智能化水质监测与运维管理平台的设计，基于物联网、云计算等技术手段，平台设计采用分布式微服务架构，基于跨平台语言java开发，采用统一的国标认证协议，手机app、电脑web终端采用统一的接口管控平台，支持第三方业务对接，便于对接不同厂商、不同参数类型的自动化监测设备，具有兼容性和可扩展性，为站点数量和功能增加预留了拓展空间。

平台框架设计由设备-人员-平台三者构成一个信息化的闭环，实现方式为：（1）站点负责人通过平台参数设置实现所有类型水质监测站点（固定站、浮船站、简易站、浮标站等）自动运行，（2）环保监管人员、数据审核人员、运维管理人员、运维工程师，通过平台告警以及视频监控发现问题和解决问题（3）通过水站运行监测和运维过程产生的数据进行应用展示功能，展示内容包含站点监测信息，水质分析评价等。

2 智能化水质监测及运维管理平台功能

本平台设计了数据可视化、实时地图与监控、数据管理与应用、告警管理、站点控制、运维管理、基础配置几个功能模块。

（1）数据可视化展示：通过数据可视化图表，管理者可以从宏观上了解管理区域内的水站信息，包括整个管理区域的站点联网情况、实时数据、数据质量、水质等级，主要污染指标，河流上下游水质变化，以及水质同比、环比情况。可视化展示便于实时了解流域水质变化情况，实现污染总量控制，入河排污口监管的目标。此外，平台可根据各地情况内置污染扩散模型并进行展示，便于及时预警预报重大污染事故。

（2）实时地图与监控：通过实时地图与监控，监管及维护人员可以查看站点的实时定位信息、站点运行模式、在线和离线情况、设备故障情况、数据超标情况、当前水质等级和目标等级，还可从平台实时调取采水端、站房等位置的现场视频监控情况。

（3）数据管理与应用：数据管理模块实现监测数据的采集、查询、审核、补录功能。数据应用包含质控数据的展示（包括日质控，周质控和月质控数据），数据图表与报表的自动生成和分析（包含日报、周报、月报），以及站点数据同比/环比查询、超标率查询等。

（4）运维管理：运维管理模块包含与包括运维任务发布、任务执行、任务统计分析、运维人员（公司）评价几个功能模块。

（5）告警管理：告警管理模块包括实时告警、历史告警、告警设置模块，用以及时发现站点数据的异常，通知相关运维人员及时处理问题。告警推送支持app、短信和邮箱多种形式。

（6）站点控制：站点远程控制功能，包含设备控制，以及视频监控的控制。设备控制包括监测模式设置，通过站点控制可以实现常规监测模式、质控监测模式，以及应急模式间的切换，以满足不同的监测目标要求。

（7）远程仪器控制：随时调取每台设备状态和运行日志，并可以进行远程控制操作。

3 运维管理系统

为了让生态环境监管单位、站点运维责任单位能够对运维工作进行高效的信息化管理，智能化平台提供了一套完整的管理流程，并与监测数据形成关联，配合手机app形成任务流程闭环，做到现场问题及时有效地发现、响应和处理，实现监测单位与运营单位的信息实时互通，方便通过统一标准来考评不同设备供应商、运维管理公司以及运维人员。

3.1 运维管理工作流程

运维管理系统可以根据站点分配情况、质控要求以及数据异常情况自动下发运维任务。运维人员通过手机app接收任务，并根据远程巡检结果准备现场维护所需物品。人员抵达现场后根据app内容提示进行运维工作，并将相应过程数据录入app。运维任务完成后，由上级主管审核是否通过，通过后可自动生成运维记录表，运维台账。

运维任务分为常规和异常任务，常规任务包含站点巡检、试剂更换、设备校准等。异常任务是指由于设备故障或者数据异常触发的任务类型。常规任务可通过站点运行周期设置和人员安排进行自动发布，异常任务可通过设置数据异常类型的告警配置进行自动触发，也可由运维主管或者现场运维人员手动发起。任务跟踪任务发布后，监管部门、运维管理、现场人员可以实时查看并跟踪任务情况，包含任务内容、完成情况、执行时间节点等。

3.2 运维管理系统功能

运维管理系统作为信息化智能水质管理平台的重要组成部分，是保障水质自动监测站能够正常运行的前提。

运维管理系统主要包含运维任务、质控计划、运维地图、运维统计、运维评价几个功能模块。

（1）运维任务：包含运维任务的跟踪、运维报表查询和下载，以及依据运维任务生成的站点运维台账，具体包括站点/项目/人员运维记录台账、试剂更换台账、站点校准台账、备品备件更换台账、站点故障台账、停站记录台账等，并可根据需要扩充。

（2）质控计划：根据站点质控要求，在平台设置站点的质控内容、相应质控周期，系统将根据设定结果进行运维计划提前推送。

（3）运维地图：工作任务执行过程中环保监管人员、运维主管可以查看运维人员的实时定位和状态，跟踪人员是否及时到达现场完成运维工作。任务执行过程中的状态记录将生成相应的轨迹图，方便监管，避免造假形成的维护任务。

（4）运维统计：平台从运维总次数、异常运维次数、故障类型、人员运维次数、人员响应时间多个维度进行分析统计，间接对站点、设备、人员等进行分析评价，为人员考核以及设备的性能评价提供有力的参考依据。

（5）运维评价：可以从人员、站点、项目/流域、公司几个维度可进行评价和排名，可根据需求灵活筛选考核维度。

4 结论

通过本研究设计的智能化水质自动监测系统及运维管理平台，生态环境管理部门可以综合查看所有类型监测站点联网、监测数据情况，根据不同断面性质、站点类型、流域管理目标，评价考核周期内的水质变化，分析评价各个运维单位的响应及维护情况。通过标准化的量化分析，方便筛选性能可靠、运行稳定的设备供应商，以及高效、及时的运营服务商，确保监测数据的真、准、全，最终实现及时、准确预警突发环境事件，实现水体污染控制的目标。