一、項目介紹

1.1項目背景

目前，我國的水資源面臨嚴峻形勢，由于眾多的主觀或客觀原因，使得水污染仍呈發展趨勢，水環境質量日益下降，COD排放總量約為2294.6萬噸，氨氮排放總量約為238.6萬噸，遠遠超出環境的容量，此外在我國的九個重要海灣中，三分之二的水質為差或者極差。

再者，我國水環境隱患多，化工和石化等近80%的項目設在江河沿岸或是人口密集的敏感區域，甚至某些應用水水源保護區仍有違法排污的現象，自1995年以來我國共發生了1.1萬起的突發水環境事件，僅2014年就有六十起涉及水污染，因水環境引發的事件成顯著上升趨勢，因此國家將水環境的保護工作作為生態建設的重要內容。

天津港“8.12”瑞海公司危險化學品倉庫特別重大火災爆炸事故發生后，對三個入海排污口全部進行關閉處置，環境水質未受到事故影響，即便如此，相關部門仍然在事故發生后的4個月中持續加強對爆炸事故周邊可能受影響區域地下水、海水開展水質監測，可見水質監測的重要性。

近日，京津冀三地環保廳局正式簽署了《京津冀區域環境保護率先突破合作框架協議》，明確以大氣、水、土壤污染防治為重點，以聯合立法、統一規劃、統一標準、統一監測、協同治污等十個方面為突破口，聯防聯控，共同改善區域生態環境質量，水質環保工作成為繼大氣環境質量后一大難題。

1.2項目意義

隨著現代工業的快速發展和人口的持續增加，在工業集中區和人口密集區，未達標工業污水、生活污水排放等人為因素對附近水資源造成了不同程度的污染，對人們生活、農業生產以及經濟的持續發展形成了嚴重制約。另一方面，生活用水及工農業生產用水的需求量日益增加，人們對水環境的質量要求也在不斷提高。要實現經濟和環境的可持續發展，保護水資源及生態環境，提高人們生活質量的目標，就必須解決日益增長的水資源需求與水環境日益污染和短缺的這一突出矛盾。

為進一步推進水污染的防治工作，貫徹黨的十八大和十八屆二中、三中、四中全會對生態文明建設做出了部署，習近平總書記對生態文明建設做出了一系列重要指示，強調加強水意識，推進綠色生態的發展，通過建立天津市全方位的“智能環�！斌w系管理平臺，創建以環境監控監測為核心、以環境數據為中心、以環境綜合業務應用框架平臺為應用、以環境地理信息系統為基礎的全新環境管理理念。在轄區內以最先進的環境監控監測技術建立環境監控監測網絡和環境保護監控指揮中心。

1.3國內現狀

為保護我們日益嚴峻的生存環境，我國不斷加大環境保護的力度，并把環境產業作為優先發展的基礎產業之一。我國對水污染是采取預防為主的方針，制訂了一系列的排放標準，并強制規定工業廢水必須經過污水處理并達到排放標準。同時加強了監管的力度，對廢水未達到標準的工礦企業采用罰款、停產整頓等手段，其中主要的措施是對水質分析項目定期監測，嚴格控制污水和廢水的標準，以免水體被污染。

就傳統的污水處理方法來講，我國的環境監測工作一直采用人工采集、分析數據、手工處理數據、手工匯總制表等工作手段，由于采樣間隔時間長，數據分析慢、傳遞不及時，難以對當地的環境現狀進行實時、準確的整體把握，近幾年來，國內的環境監測部門也逐漸將城市水質監測工作列為重點，因此，遠程監測與自動監控已成為當下最為方便、準確的方法。

1.4項目作用

水質監測物聯網平臺以水源質量的測量模塊為基礎，結合水質污染監測站點以及其他測量方式，針對客戶需求，建立水質在線監測系統平臺，可實時調出污水排出口現場監控畫面，實現可視化數據管理，實時監控水源質量，實現在線數據查詢及統計報表、在線數據自動預警、環保信息綜合分析等。提供對所屬地區各監測點數據的實時采集傳輸，實現在線歸集和排名反饋，為客戶提供數據分析和決策依據。

1.5建設依據

《中華人民共和國環境保護法》

《中華人民共和國水污染防治法》

《中華人民共和國水法》

《中華人民共和國水污染防治法實施細則》

《污水處理設施環境保護監督管理辦法》

《報告環境污染與破環事故的暫行辦法》

《地表水環境質量標準》（GB3838—2002)

《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）

《水污染源在線監控（監測）系統安裝技術規范》（試行）（HJ/T 353—2007）

《水污染源在線監控（監測）系統運行與考核技術規范》（試行）（HJ/T355—2007）

《氨氮水質自動分析儀技術要求》（HJ/T 101—2003）

《PH水質自動分析儀技術要求》（HJ/T 96—2003）

《污染源在線自動監測系統數據采集傳輸儀技術要求》（HJ/T 477—2009）

《污染源在線自動監測系統數據傳輸標準》（HJ/T 212—2005）

二、系統架構

2.1系統設計

水質在線監測系統由采樣單元、預處理單元、分析監測單元、系統控制單元、通信單元、服務器單元和遠程控制中心等組成。

采樣、預處理單元：在系統初級完成水質自動監測的水樣采集、水樣預處理等監控過程；

分析監測單元：將監測地區的水質常規參數、水文參數等需要測定的指標踐行實時監控，收集、整理，匯總實時數據和報表等分析工作；

通信單元：實現數據及控制指令的上行及下行的傳輸過程，數據及時傳至企業監控中心，各區、省、市級環保及監控中心；

服務器單元：接收來自不同現場的自動監測數據、圖像和視頻記錄，將數據保存至本地進行存儲，同時將數據保存至數據庫中，對第三方軟件平臺提供數據訪問的接口，可定制化開發；

遠程控制中心：實時接收數據庫的監控數據，實現對環境數據資源的及時管理，推動信息資產的管理、共享和利用，提高數據綜合分析應用和決策分析支撐。同時構建物聯網應用展示平臺，將所有轄區內環境狀況展現于管理者面前，整合所有環境信息及資源，構建統一的業務應用平臺。

2.2系統結構

水質在線監測系統采用多層次的系統架構設計，可以對接不同性質（國控，省空，區域等），不同層次水質監測子站相關數據，建立一套完善的水質監測、預警、發布的可視化平臺。結構圖如下所示：

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2.3系統部署

水質在線監測系統應用于水資源循環利用的各個環節，實現對飲用水及生產、生活污水水質的實時連續監測。在線監控中心的數據庫中應包含所鋪設線的基礎地理數據、監測設施的空間數據和屬性數據，各類相關運行設備與監測設備的運行數據，還可與視頻監控數據、項目管理數據、客戶數據、氣象數據、模擬數據、社會經濟數據等相結合，組成一個可靠的數據庫。

下圖為系統拓撲圖：

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2.4系統設置

2.4.1硬件環境

服務器CPU:四核以上,內存8G以上，硬盤1T以上；

系統運行的軟件系統：ASP.NET，SQL Server，Java，c#,c語言等；

系統運行的網絡環境：寬帶20M以上，帶寬4M以上

2.4.2系統特點

1、可依據電子政務的安全要求，外網可使用PCM安全線路，環保局內部網不與Internet連接；

2、通過VPN網絡向總站、省站、市站等多級、多個環境監測監控中心轉發環境監測數據，保證數據傳輸的安全性、可靠性；

3、結合GSM/GPRS無線網，極大的拓展了環境檢測范圍和實現了移動辦公；

4、數據采集器可選用RS232、RS485（1.2km）、無線數傳（5km）方式通信，降低通信費用；

5、環境監測站不必和信息中心局域網聯網，可通過接入Internet遠程辦公；

6、利用信息中心設備的可靠性，監測數據集中存儲，保證了數據的安全性，又可以實現全天候監控；

7、可通過移動設備（手機、筆記本電腦）使用短信或者GPRS上網方式，進行移動監測；

8、可以實時調出污水排出口現在監控畫面，在視頻上疊加實時監測數值，實現可視化數據管理。

2.4.3系統功能

1、數據傳輸互通

環境監測涉及到一些保密性的數據，所以在系統搭建過程中，需要有對于傳輸中穩定性、安全性、全面性的考量。

數據接入時，支持水質監測中多項因子接口標準，可根據用戶自定義可選因子配置，需與水質監測相關（預留10個開放因子字段）。

數據抓取和真實監控的切換（地區的選擇、針對用戶和站點），抓取數據后不能直接覆蓋，可設百分比系數（初始值為5%）。

監測項目名稱、單位可設，小時值、分鐘值切換顯示，初始配置時可設置數據精度（即小數點點位）。

2、數據查詢統計

按站點、時間、參數名稱進行組合查詢，增加實時數據報表查詢導出；

查看歷史數據或時間類曲線，可多選（歷史數據、實時數據可分類查詢曲線，查詢方式和查詢報表方式相同），以表格、折線形式展示，可以保存為圖片；

下載數據與查詢類似，支持自定義，可選下載格式（PDF、Word、Excel）。

3、地理信息發布

系統默認后顯示全國地圖，地圖上有項目點的省級單位放置小紅旗，地圖支持放大縮小。

增加省級單位列表，左列顯示全國省級名稱，點擊名稱顯示對應省市地圖，在地圖上以中心點顯示。

設置水質監測專題地圖，指標根據國家標準指數對應色值顯示，地圖可切換顯示小時均值或實時數據，數據具體到分鐘值。（參考管理員設置）。

記錄用戶上傳信息后，再次登入默認上傳點位省市中心點顯示。

4、站點信息管理

可增加或減少站點。

站點、坐標、名稱和檢測參數名稱可設，初始配置或站點移動時更改名稱。

可手動設置坐標，當GPS無法定位或定位不準或站點坐標移動后。

5、設備狀態監測

設備支持接收和發送的數據通訊協議可配，上傳數據監測項參數可設，包括自動上傳、反控、應答（協議和站點和站點信息綁定）。反控時查詢設備參數，并在獨立的界面顯示出來（配好協議可以和站點控件保存綁定更改）。

6、權限應用分級

共分為管理員與用戶兩個角色。

用戶權限設置：

（1）初級用戶：可以查看點位信息

（2）中級用戶：可以查看下載歷史數據,增加或減少初級用戶

（3）高級用戶：可以增刪改初級中級用戶，可以查看下載歷史數據，更改站點位置坐標

（4）用戶管理員：增加查看用戶操作日志功能，享有本組內最高權限

管理員權限設置：

系統管理員：

（1）指定用戶權限（增加用戶管理員）

（2）增設站點，自定義配置站點指標（可編輯）

（3）自定義通訊協議配置（和反查）

（4）可以查看所有項目組所有站點數據信息

（5）查看實時數據報表

（6）查看設備掉線與重新接入日志記錄

（7）查看故障日志

（8）設備操作日志寫入（相當于售后維護日志，普通管理員只可編輯一次，保存后單次權限取消，二次編輯時候需超級管理員授權），查看產品管理

（9）設置地圖顯示小時值數據和實時數據切換

（10）設置（用戶和站點）是否具有可以查詢實時數據功能

（11）超級管理員授權后，可以執行反控命令，可查看設備的配置參數

超級管理員：

（1）對管理員進行增刪改查

（2）設置管理員是否具有修改數據權限

（3）設置在全國地圖放置小紅旗功能（各省會中心點）

（4）增刪改查產品名稱和設備備注

（5）數據抓取和真實數據切換（地區選擇針對用戶、站點）

（6）查看下級所用賬戶的所有操作日志（如登錄地點、時間、所進行的操作，用戶級和管理員級分表查詢）。

7、多終端適應

手機瀏覽時和電腦瀏覽時要適應分辨率，兼容多種瀏覽器主要是電腦端，手機端適應主要頁面。

三、 系統說明

3.1水質在線監測系統平臺

水質監測物聯網平臺使用管理和監控所轄區域的前端便攜式（可移動式）水質監測儀，將實時數據收集并上傳、完成數據有效性審核、報表制作、數據入庫、查詢分析、權限控制、系統管理等功能，對質控結果進行應用。

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3.2在線監測實時數據顯示

在監測系統首頁顯示的監測點實時地圖，我們采用的是GIS地理信息技術，通過經緯度準確定位監測點的水質情況并上傳監測信息。地圖上顯示監測點實時位置，各監測點可顯示實時數據以及當前日均值，地圖采用百度地圖模板，可以自定義地圖效果（普通、衛星、三維效果），站點數據顯示如下圖所示：

系統所顯示的具體數值情況：

實時數據可生成報告報表，顯示污染等級、比例，以餅狀圖的形式展示，并支持打印；

可查詢數據統計報告，可根據時間、日均值、排放量查詢個監測因子的數值。

3.3站點數據查詢

用戶點擊監測點位圖標后系統自動顯示發布時間、各項監測因子實時數據信息，監測因子可以按照不同需求進行定制，顯示時間段分為實時狀態值、最近一小時值、最近24小時值等。

3.4設備管理

系統可以實現實時監視在線監測儀器是否正常工作，數據上傳是否正常，從而清楚設備的運行狀況及運行進度，當前端數據采集設備或儀器出現故障時，系統自動提供報警信息方便站點負責人及時知曉，并采取相應的解決措施，保證系統的正常、穩定運行。

1、設備運營維護

系統建成后由承建單位負責系統的運行維護，環保比對監測驗收通過后由環保局指定的第三方運營單位負責運營維護；

2、運營維護制度

可制定每日上午、下午遠程監測檢查儀器運行狀態，檢查數據傳輸系統是否正常，如發現數據有持續異常情況，應立即前往站點進行檢查，每48小時自動進行化學需氧量（CODcr)水質在線自動監測儀的零點和量程校正。

3.5用戶管理

對于不同的角色設置相應權限管理，一個角色關聯了一套操作權限。系統共提供了三種操作權限。系統用戶：擁有系統的所有功能操作權限；管理用戶：擁有部分業務相關 的功能操作權限；普通用戶：只能進行系統中相關內容的查詢操作，實現不同級別操作人員對數據訪問范圍和數據讀寫性的嚴格控制，建立統一用戶管理平臺實現所有用戶的身份管理，包括用戶個人身份信息、角色信息、電子郵箱、個人賬號和密碼。

3.6數據分析

數據展示支持折線圖、柱狀圖、表格等多種形式，展示的內容包括各項監測因子濃度的分鐘值、小時值、日均值，方便用戶查看，同時可以進行監測點位之間的各項參數的對比分析，用戶可以自主設定展示的時間區間，導出打印時支持選用JPG圖片、PDF、EXCEL、WORD文檔多種格式。

3.7超標查詢

此功能分監測指標標準等級，根據國家標準監測指標等級顯示，可選擇監測站點及分鐘、小時、日均值數據，可設定查詢區間。

3.8數據修約

此功能可對程序中未揀出的有誤數據進行人工修正，點擊數據修約選項即可進行修正，當值被設定為無效時，數據被揀出，不參與統計運算。（因系統計算規則因素，只可提供分鐘值、小時值與日均值的修約功能，目前只開放分鐘值和小時值修約）

3.9對比分析

收集點位數據后，平臺對各項污染物統計值進行計算分析，初步建立點位污染源模型，如果監測點位條件允許，能夠實現現場采樣，則可以更加精確的進行污染物對比分析，通過各時間段污染物比重模型結合地區現狀來分析具體污染源和現場實際情況，并提供針對性治理方案。

四、視頻在線監控

水質在線視頻監測云平臺集成物聯網、大數據和云計算技術，通過水質檢測設備和攝像頭采集數據采集傳輸等設備，實現實時、遠程、自動監測水質、視頻等感知層獲取的原始數據及視頻記錄，并通過傳輸網絡在云平臺上對海量的專業數據進行存儲、處理、分析、整理，將結果數據轉化成詳細信息實時在線監測終端進行顯示，平臺同時可以實時調出污水排出口現場監控畫面，在視頻上疊加實時監測數值，實現可視化數據管理。

在排污出水口處，安裝了檢測設備，在設備上又安裝了攝像頭，可以隨時在污水排出口現場進行畫面、視頻搜集拍攝，實時記錄當時環境狀況，在遇到環境中水質污染超標時第一時間通過數據和圖像取證以及視頻抓拍取證通知相關部門對該區域進行督查，同時該區域污染排放負責人也能通過現場數據顯示以及視頻抓拍第一時間發現該問題并加以改善，實現了水質污染在線監測、管理一體化，提升了科學管理的效率和能力。

視頻疊加效果圖：

五、應用系統

5.1開發方法

基于Asp.net MVC4三層架構企業級管理系統開發，借助.NET、Javascript、CSS、Html等開發語言對系統各項功能代碼進行編寫，以實現上述需求分析中提到的各項功能。

5.2開發環境

Window7旗艦版64sp1系統

Visual Studio 2012

Sql Server 2008 R2

5.3部署環境

Window server 2008

Sql server 2008 R2

Internet Information Services （IIS）

5.4開發技術

內部架構要采用分層設計、構件化設計，層與層、構件與構件之間的通信采用標準的Web Service方式實現

采用TCP和UDP協議，通過Socket等通信技術和服務實現。

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附件：

水質在線監測設備

1、多參數水質監測儀

可用在水源地監測、環保監測站，市政水處理過程，市政管網水質監督，農村自來

水監控；適用于循環冷卻水、泳池水運行管理、工業水源循環利用、工廠化水產養殖。

性能特點：

?? 1、一體化多參數系統集成儀器平臺，測量參數類型可以通過變換模塊屬性靈活的組合;

?? 2、可以對電導率、pH、ORP、余氯、溶解氧、濁度、溫度、流速、液位等多項水質參數進行組態，也可以對其他物理性參數進行組態；

?? 3、靈活的參數添加或變更，可以根據實際需要進行面向任務的隨機組合或定制化組裝；

?? 4、每種傳感器均支持人工現場標定，還可以采用儲備的標準溶液進行定時自動標定；

?? 5、可以采用高速、高保真度的數據總線采集，也可以采用傳統的4~20mA信號采集；

?? 6、以觸摸屏為人機界面的操作核心可以對4—16個測量參數同屏顯示；

?? 7、海量的存儲空間可以對各測量參數進行歷史數據記錄和歷史曲線回放，兼具U盤導出數據文件功能；

?? 8、可以采用RS485通訊、GPRS、WIFI、Zigbee無線傳輸接入互聯網遠程監控和故障診斷;

?? 9、外部信息接入，將其他零散或獨立的測量單元的數據通過本系統進行數據整合、信息打包處理；

?? 10、系列化測量/控制一體化系統，增添PLC或其他控制模塊、執行器構建基于水質參數的整體化系統測控集成

技術參數：

2.COD在線分析儀器（CODcr-1400）

儀器采用模塊化設計，用戶可以根據現場的水質特點、檢測精度和成本要求，通過選用軟件和功能組件來定制或更改儀器的檢測。

性能特點：

?? 可分析氯離子含量在CL—10000mg/L以下的污水；

?? 可預約定時采集，等間隔采集，遙控采集等多種模式；

?? 可視化的系統動化流程或測量曲線分析過程；

?? 水冷低溫試劑儲藏箱技術使得試劑保存更持久；

?? 超標數據自動留樣接口，為備查和復檢提供便利；

?? 創新的數據總線模塊化設計，降低系統維護率；

?? 自動復位和自動維護保養無須過多人為干預；

?? 在網設備具有遠程訪問和自動故障診斷功能；

?? 主從型數據端口，可以配置網絡或任意無線模塊；

?? 7寸TFT觸摸屏，和諧的運行和數據顯示界面；

?? 兼具USB數據導出功能，導出數據時段可以選擇；

?? .友好的圖形、表格化人機界面，設備操作簡單易用。

技術參數：

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3.PH在線監測儀

性能特點：

1、雙底色可選背景光液晶顯示器,多參數同屏顯示；

2、漢/英文雙語言菜單、引導式操作設置；

3、高阻/雙高阻差分前置放大，提供更多應用問題解決方案；

4、程序化pH＆ORP功能切換，適配各種類型的pH＆ORP傳感器；

5、支持六種緩沖溶液標定，符合更多地區的緩沖液標準；

6、獨立的永久性溫度傳感器，兼做介質電位平衡，滿足高精度測控；

7、可指向pH/ORP或溫度的雙路（4~20）mA電流，現場調試更靈活；

8、隔離的（4~20）mA支持儀表/變送雙模式，滿足所有的變送接收單元；

9、兩路光電繼電器均可指向上、下限控制，PID調節，時間管理；

10、創新的雙路DI-DO聯動邏輯控制，為現場自動控制提供簡單的PLC支持；

11、推薦使用分體式、兩復合傳感器，一次布線，永久利用，更換方便，低成本；

12、測量、變送、控制單元之間完全隔離，運行更穩定；

13、電磁兼容優化設計，適應更多復雜的工業現場電磁環境；

14、低壓安全的DC24V集中供電，非常適合自控系統集中供電電源；

15、密封式儀表殼體，具有很好的耐候性和鹽霧防護性。

技術參數：

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性能特點：

?? 使用極譜式克拉克傳感器；

?? 任意溫度下單點標定或已知濃度標定，現場應用快捷方便；

?? 3.5"320×240 TFT彩色液晶顯示，多參數同屏顯示；

?? 可選擇手動/自動溫度補償測量方式，溶解氧傳感器自帶溫度測量；

?? 雙路、隔離的（4～20）mA，儀表/變送雙模式；

?? 高、低限報警及區間設置，雙路半導體光電開關控制輸出；

?? 可對相關數據進行設置，如海拔、鹽度；

?? RS485數字通訊，MODBUS標準協議。

4.濁度在線監測儀

性能特點：

?? 創新的穿越迷宮式消泡系統；

?? 靈巧的光學系統維護和清洗；

?? 恒定流速測量室，不受水樣壓力影響；

?? 多種矯正方法推薦，與進口產品媲美；

?? RS485數字化通訊接口，Modbus通訊協議；

?? 隔離的(4～20)mA變送輸出，儀表/變送雙重模式；

?? 3.5"320×240 TFT真彩色顯示，漢/英雙語言選擇；

?? 觸控式按鍵，人性化操作，語言化、引導式菜單；

?? 濁度量程范圍支持（0～100）NTU；

?? 優化的電磁兼容設計，從容對抗現場工業干擾；

?? 萬年歷功能，可設置循環定時、預約定時控制；

?? 分級權限密碼保護功能，加強系統安全；

?? 采用短波長的鎢燈做為光源，對小顆粒的測量靈敏度提高；

?? 內置消泡系統，效果優越，清洗方便，提高檢測精度。

技術參數：

5.電導率在線監測儀

性能特點：

儀表為工業流程電導率在線監視/控制面板式儀表。其量程切換、常數校驗均可通過后面板的操作部件自由設定調節；采用獨特的信號采集處理技術、專用厚膜集成電路，使測量準確、運行穩定；數據線性化、自動溫度補償；不受線纜長度改變的影響，高穩定、免維護。

技術參數：

6.溶解氧在線監測儀

性能特點：

?? 使用極譜式克拉克傳感器；

?? 任意溫度下單點標定或已知濃度標定，現場應用快捷方便；

?? 3.5"320×240 TFT彩色液晶顯示，多參數同屏顯示；

?? 可選擇手動/自動溫度補償測量方式，溶解氧傳感器自帶溫度測量；

?? 雙路、隔離的（4～20）mA，儀表/變送雙模式；

?? 高、低限報警及區間設置，雙路半導體光電開關控制輸出；

?? 可對相關數據進行設置，如海拔、鹽度；

?? RS485數字通訊，MODBUS標準協議；

?? 內置時間管理，提供循環定時/預約定時以及傳感器維護；

?? DC 24V供電，符合高濕度現場的安全規范；

?? 優化的的電磁兼容設計，從容對抗現場工業干擾。

技術參數：