基于物联网与传感器技术的江河水质污染大数据监测系统研究

基于物联网与传感器技术的江河水质污染大数据监测系统研究

陶林颉

中国通信建设集团设计院有限公司 河南  郑州 450052

摘要：随着科学技术的发展，我国的物联网与传感器技术有了很大进展，并在江河水质污染的监测中得到了广泛的应用。为了提高江河水质污染的监测水平，响应国家大数据产业的发展需要，本文首先对水质自动监测技术的概述，其次探讨了基于物联网与传感器技术的江河水质污染大数据监测系统，以供参考。

关键词：江河水质污染；监测；物联网；传感器；大数据

引言

在对水环境的现状及变化规律进行分析，进而进行保护时，需要水质监测的数据作为主要依据。但要想运用人工的方法，实时地监控水环境的质量变化，可以说是非常困难的。进行全时段对水环境质量变化监测是能够控制水污染的基础，也是保护水资源的一个必要手段，仅靠人力的方式不但消耗了大量的资源，对水质监测的工作人员也是一种挑战。所以，水质自动监测技术的出现极大地减少人力物力的消耗，为找出水质变化规律，实现数据连续传输做出了巨大的贡献。

1水质自动监测技术的概述

水质自动监测系统是一套以自动分析仪器为核心，跨越多种专业学科，运用现代传感、自动控制、自动测量技术、计算机技术、相关的分析软件以及通信网络所组成的一个综合性的在线自动监测技术。水质自动监测系统的历史极为悠久，最早可追溯到20世纪80年代，但我国的水质自动监测系统的起步是较晚的，主要的监测项目为常规五参数、氨氮、有机碳数等，在饮用水源地水质监测系统增加了对磷、氮、叶绿素等的监测，不但减少了水质监测人员的劳动强度，还加强了水质监测数据的精密度。自动化的方式，能够对水面流体进行实时监测并预测，对水源的污染情况进行预测，水质监测人员便可以根据系统数据决定是否加强改善的力度，进而降低跨区域污染的发生。还可以将水质自动监测技术测量出的数据与手工监测的数据进行比对，以此来调节自动化检测系统的精准度，使自动监测系统的数据能更加精准。水质自动监测技术还可以监测手工无法监测到的位点，通过实时联网，搭建起一个水质自动监测网络，实现数据的传输与共享。近年来，我国的水质自动监测站也逐步建立起来，遍布我国的各个角落。

2基于物联网与传感器技术的江河水质污染大数据监测系统

2.1感知层组成

感知层是江河水质污染大数据监测系统的最前端结构。感知层由传感器组成，目前，可用于江河水质污染监测的传感器主要取决于需要监测的数据类型。依据《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）的规定，为满足地表水各类使用功能和生态环境质量要求，将监测项目分为基本项目、集中式生活饮用水地表水源地补充项目和集中式生活饮用水地表水源地特定项目三类。基本项目包括水温、pH、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总氮（湖、库）、总磷、铜、锌、硒、砷、汞、镉、铅、铬（+6价）、氟化物、氰化物、硫化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂和粪大肠菌群。集中式生活饮用水地表水源地补充项目包括硫酸盐、氯化物、硝酸盐、铁和锰。集中式生活饮用水地表水源地特定项目包括三氯甲烷、四氯化碳、三溴甲烷、二氯甲烷、六氯丁二烯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛和三氯乙醛等。从监测项目来看，市场上均有对应的传感器，可根据所需要的精度及应用环境进行选择。传感器综合控制系统采用微控制单元（MCU）进行主控，目前，国内多家厂商推出的MCU已经可以满足相关需求，实现系统的国产化生产。

2.2排污口污水监测

水资源污染情况的主要原因就是我们向河流中排放了大量的污水，导致水资源本身的净化能力减弱。所以对于污水排放的监测是刻不容缓的。在人工监测污水排放的过程当中，工作人员往往不能实时地监控河流附近的污水排放情况，而且相关的工作人员较少，无法在监测时间不足的状态下掌控企业污水排放的信息等。针对这些问题，我们应用自动监测技术就可以解决，因为自动监测技术可以实时地对污水流量进行监测，寻找到污染源，做到对企业排放污水的状况实时监控，还可以远程控制污水排放的阀门，当企业拖欠污水费或不缴纳排污费时，我们就可以利用自动监测系统，将阀门关闭。

2.3复核留存样本

相关的工作人员在开展水质环境水质监测工作前，主要对样本进行取样，进而将其作为后期进行复核监测作铺垫。当水质监测的工作完成后，为进一步确保水质监测准确性和有效性，需要进一步增加水质环境的副本的监测工作。同时，为更好地辨别出不同水质环境的副本，需要在每一种副本上进行编号处理，进而有效地将样本和副本区分开来。通过两次水质环境水体检查的结果进行分析和对比，需要对产生的偏差进行详细的分析和判断，最终选取差异性最小的样本数据作为最终的监测结果。此外，水质在监测过程中，也会受到多种因素的干扰，通过制作实验的水质环境水体环境，能够最大程度地降低对水质监测产生的影响。同时，对留存样本进行再次的复核监测，也会受到约束和限制，主要原因是水质监测的复核监测也需要花费一定的时间，因此，在水质环境中将副本提取出来，那么保存的时间越长，水体中产生的水质环境含量就越大，进而对实际的监测结果也会造成影响。

2.4物联网与数据传输通道

物联网与数据传输通道利用目前较为成熟的物联网传输技术及通信技术构建。物联网与数据传输通道的主要结构可分为两部分。一是数据采集前端多传感器分布式联网采集系统。数据采集模块的数据收发利用无线方式。由于河流水文情况复杂，该部分采用窄带无线通信技术，可选择ZigBee等通信协议及模块，进行蜂窝式组网。二是数据收发中继。数据收发中继将每隔一段距离的数据采集模块所采集的数据进行整合、降噪，并将数据发送至主机。该部分与下位机的通信采用与数据采集前端相同的通信模块。该部分与主机的通信采用宽带无线通信技术，可选择4G、5G通信模块。利用物联网与数据传输通道，可实现从面到点的精确双向控制，对每个具备特殊标识符（ID）的主、从通信模块的数据、状态进行监控。

2.5建设水质信息系统

如今，“互联网+”技术的普及，让我们的生活更加便利，也为我国的水质检测技术提供了帮助，利用“大数据”的技术，建立起一个统一的水质信息数据库，让生态环境局能够对全国的水资源保护情况进行了解，统计出一段时间以来该区域水质的波动变化情况，提出与该地区水质相符合的保护水资源制度，进而提高工作效率，为下一步水环境保护的相关政策进行合理规划。

结语

大数据是一种新兴的信息技术，利用大数据进行江河水质污染监测是大势所趋。目前，物联网、传感器等技术已经能够支撑江河水质污染大数据监测系统的研究与应用。本文结合相关技术的研究背景，基于物联网与传感器技术，提出了江河水质污染大数据监测系统实现的技术路线。未来，要以系统框架为基础，对系统进行工程化实现，并根据使用情况进行迭代，开发出符合实际需求的最终产品。在相关规定的引导下，各地都加强了对水环境治理的重视，也加强了对水资源的保护，国家经济上的支持也让各种新设备、新技术逐渐投入使用，相信在未来一段时间内，还会有更多的新型设备投入使用，水质自动监测技术也会为水环境保护提供更多的保障。

参考文献

［1］吴慧．水环境保护中水质自动监测技术的应用探究［J］．信息记录材料，2019，20(11):131-132．

［2］刘京，刘廷良，刘允，等．地表水环境自动监测技术应用与发展趋势［J］．中国环境监测，2017(6):127．

［3］薛歌．水质自动监测技术在水环境保护中的实践分析［J］．海峡科技与产业，2018(08):47-49．