北海水质监测、评价与水华预测预警系统

    北海作为北京城内的最大水域之一，湖面约38公顷，湖岸线长3749米，平均水深1.5米，最深处达2.5米，属于北京重点河湖水系和重要景观，为城市的可持续发展提供基础保障。然而从2001年开始，北京市包括北海在内的长河水系连年发生不同程度的水华，使鱼类成批死亡，水体呈现腥臭味，严重影响了河湖的观赏功能，给首都的生态环境和声誉带来了不良影响。
国家“十一五”计划纲要明确提出了环境综合治理和水体污染预测控制是建设社会主义和谐社会的一项重要议程，市政府十分重视北京河湖水系的水华防预和治理。北京金控自动化技术有限公司与北京工商大学智能控制与测控网络实验室联合开发了一套水质远程监测、评价与水华预测预警系统，实现对北海水质进行及时、有效地远程监测和水华预测预警，从而为提前治理北海水华提供决策支持。

2．系统结构

    水质监测与水华预警系统按照物理功能分类主要由三个部分组成，即：水质信息采集终端、GPRS网络及监控中心系统。
    水质信息采集终端负责采集水质信息数据并将采集到的水质信息数据送上GPRS网络，GPRS网络负责将水质信息数据通过Internet上传至监测中心，监测中心由监测中心服务器、数据库服务器和监测中心终端操作计算机构成，在相应的软件系统支持下完成对上传数据进行接收、处理及显示的功能。

3．功能介绍

       ·水质信息采集
    水质信息采集设备置有水质传感器和变送器。采集的量有PH值、电导率、溶解氧、总磷、总氮、叶绿素浓度等。传感器输出的模拟电平信号接入无线采集终端的ADC单元，采用单片机进行模拟量采集。由单片机完成时间和水质信息数据打包，打包后的数据可由单片机外设接口将采集到的水质信息数据通过串口通信方式发送给后端的GPRS模块。

     ·GPRS远程传输
    考虑到水质检测传感器的布点灵活、传输数据量不大、测量数据可根据用户设置的时间间隔进行传输等特点，选择GPRS无线网络技术用于水质信息的实时传输。GPRS无线数据传输具有设备成本低、数据传输安全可靠、使用灵活方便等特点，非常适合远程数据传输上的应用。
    对于水质信息实时监测系统来说，GPRS能够利用电信运营商的网络进行灵活的布点，而其流量计费的方式和较高的数据传输速度都符合水质信息的传输特点。并且利用GPRS无线网络技术还可将不同水域的水质信息汇集到监测中心进行处理，从而实现一个监测中心同时对多个水域进行水质监测与水华预测。

    ·水华上位系统
    在水质监测与水华预警系统中，水质信息数据通过GPRS网络由监测中心服务器接收后，数据实时存储于数据库服务器中，终端操作计算机通过实时获取数据库中的水质信息数据，进行水质评价和水华预测预警处理。
水质监测与水华预警系统软件的模块化结构如下图所示：
    数据采集子系统 可以进行实时数据显示，采集的水质参量有：温度，PH值，溶解氧，电导率，氨氮等； 上位系统提供了历史数据查询 的功能，可以实现按日期查询、报表生成、统计分析管理工作；  水质评价 部分可以对北海水质进行总体评价和成组评价。选定所要评价的起止日期后，调用多指标综合指数评价法对水质进行评价，系统会把汇总结果在界面上显示出来；   系统的另一主要子系统是水华预警模块，主要用来建立模型，预测选定时间内的水华趋势，显示预测精度、叶绿素最大值，查看水华预测模型的仿真曲线。从预测结果中给出预测数据中叶绿素的最高值，并根据这个最高值和水体富营养化评价标准判断水华的轻重程度。

系统的功能概况图和界面展示请链接如下网站：

http://hi.baidu.com/jinkongautocompany/album/item/47c8412b02b8e6f04423e84a.html#

4．应用效果

    北海水质监测、评价与水华预测预警系统搭建了灵活的人机操作界面，操作方便快捷，可以直观地显示、查询、统计和分析监测水质数据，并结合水环境的现状进行实时预测，以提供决策支持。该项目的研制与开发为水环境的进一步治理提供有效的理论依据和实际应用系统，其推广应用可减少水环境治理周期、减低能源消耗、提高治理效果，为社会带来可观的经济效益。