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基于的水环境在线监测关键技术研究
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摘要：水污染问题日益严重，由于化工产业废物污染水源，导致半数以上江河湖泊水资源受到严重污染，多地出现“癌症村”。这些重大的水污染事件都只是触目惊心水质污染的冰山一角。家
水污染问题日益严重，由于化工产业废物污染水源，导致半数以上江河湖泊水资源受到严重污染，多地出现“癌症村”。这些重大的水污染事件都只是触目惊心水质污染的冰山一角。家门口的河流，楼房上的二次供水塔等成为人们忧心所在。因此，水资源保护尤为重要，而水质监测是水资源保护的“眼睛”。在未来智慧城市生活中，为了实现人们安全的饮水及水资源生活环境，亟需解决水环境数据的采集、监测、记录、水质状态数据报告等，这些数据不仅用于城市生活水资源的管理，也可以用于汛期防洪决策参考。
1 水环境在线监测研究现状
1.1 国外水环境监测现状
美国学者Seong-Hee Kim[1]等研究了传感器测量误差对河流系统水质监测网络设计的影响，提出当优化算法与统计过程控制方法相结合时，可以得到鲁棒的传感器位置。该团队开发了一种传感器测量误差概率模型，将其嵌入到河流系统的仿真模型中，并结合阈值的优化算法找到鲁棒的传感器网络。英国学者[2]等针对英国常用的微生物指标——浊度，评估了在线荧光光谱法用于未经处理的饮用水水质微生物实时评价的效用，提出在线色氨酸荧光（TLF）和腐殖酸类荧光（HLF）跟公共供水中的大肠杆菌CON 浓度和细菌总数密切相关。英国学者Nick 等[3]提出一种系统建模过程，允许客观识别采样率，以避免在强降雨时的混叠。匈牙利学者Boudewijn[4]根据卫星图像和已知水体的地图，监测大面积的内陆过量水，以了解洪水的发展程度和方向，以减轻它们对农业部门的破坏和基础设施建设。巴西学者Schneider[5]通过分析水质指数（WQI）——九个理化指标和微生物状态指数和营养状态指数（TSI），监测巴西南部Taqi-Autas 流域的浅层水质来评估养猪场污染。澳大利亚学者Mary Drikas等[6]在配电系统中监测水质变化，确保在用户水龙头中提供优质水。随着各国环保意识的增强，水环境在线监测已成为研究热点。欧美等发达国家已具备较为成熟的水环境监测技术，正借助新技术，将水环境监测推向更便捷、更精准、更及时的领域[7]。尽管各国科学家们在水环境监测方面从多角度进行研究也取得成绩，但是目前尚无将NB-IoT技术应用于水环境监测的研究。
1.2 国内水环境监测现状
自20世纪80年代，经过二十多年的研究与发展，我国在水环境监测领域的自主设备和技术都取得了长足的进步，但仍然停留在技术研究层面，在将技术产业化方面做得不够。国内水环境监测主要有实验室监测、自动监测站监测、移动监测三种方式，主要在以下几个方面取得了一定成果：①在线水质监测系统及其关键技术的探索[8]，包括基于WEB的水质自动监测系统、基于无线传感器网络的水质在线监测系统、基于物联网的水质监测技术研究等，其中边际提出的三级水质监控网络构建关键技术研究与示范体现了先进性[9]。②水质监测技术的研究，有基于单片机或PLC、GIS、光谱特性、污染源监测等不同原理的水质监测技术；③对于水质监测设备的研究：包括船载水质高密度在线监测、移动式水质自动监测、水质监测材料设备研发与国产化探索。将NB-IoT 应用于水环境监测的研究尚不多见。
2 NB-IoT的应用特点
物联网的无线通信技术主要分为短距离通信技术和广域网通信技术即LPWAN（low-power Wide-Area Network，低功耗广域网）两类。NB-IoT 是近来LPWAN 技术中的热门，属于工作于授权频谱下的广域网通信技术，聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IOT)市场，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点，可在全球范围内广泛应用。NB-IoT目前已广泛应用于智能抄表、智能车锁类应用等，在穿戴式应用方面，基于NB-IoT 技术的智能自行车、智能拉杆箱；NB-IoT 技术和传感器结合实现对农作物的实时监控；基于NB-IoT 的智能电网监测；NB-IoT智能锁，智能停车等。
3 基于NB-IoT的水环境在线监测
3.1 在线监测设备
分布在各采样点的采样设备是水环境在线监测系统的基础设施。对于常规水环境监测设备的研制。由于市场上尚无成熟的产品可直接使用，因此，项目组须自行研制。该监测设备的主要功能即实现对水质主要特征数据的实时采集：包括水的浊度，PH 值，水位高度等。为确保项目的可行性，在不影响采样数据准确性和实时性的前提下，尽量采用低成本的产品。用于应急监测的专用监测设备的选型及设计。针对汛期、突发洪水、突发污染等特殊情况，设计专用的应急监测设备，包括便携式实地监测、移动监测等方案。在硬件上实现水环境在线监测仪表安装验收及数据管理的规范化，从技术上明确在线监测仪安装验收流程和数据采集标准，保障在线监测仪运行的可靠性以及数据采集的有效性。
文章来源：《中国电力教育》 网址: http://www.zgdljyzz.cn/qikandaodu/2021/0507/1367.html