我国海洋水质在线监测发展现状

发布时间:2022-04-11
  1海洋水质监测浮标

  西方发达国家的海洋水质监测浮标起步较早,始于20世纪20年代,至今已经取得大量的成果,并且制定了相应的海洋环境监测规范和标准,在各沿海国家实现了长期业务化运行。我国的海洋水质监测浮标虽说起步较晚,但是经过多年的发展,也取得了长足的进步,已经形成了直径为1.5m、3m、6m、10m等一系列产品,也逐步实现了业务化运行[5]。目前,我国的海洋水质监测浮标功能较为完善,除了搭载水质传感器对重要水质参数进行监测外,还可以搭载一些监测油类、气象、海流等其他参数传感器[6],能够对海洋水质及其他环境参数进行全面的实时在线监测。浮标体所用的材料防生物、防腐蚀性能较好;海洋水质监测浮标还可以搭载一些雷达反射器等安全防护系统;根据需要有些浮标还可以搭载摄像监控系统,对整个浮标系统进行实时监控。

  海洋水质监测浮标由浮标体、锚系、供电系统、安全防护系统、传感器系统、数据采集传输系统和岸站接收系统组成

  1)浮标体主要由浮体、标架、稳定锤和电子舱等组成。浮体上设有围井,可安装水质监测传感器;标架在浮体正上方,主要安装太阳能板、气象传感器、警示灯、GPS等装置;稳定锤在浮体的正下方,主要是保证浮体的稳定性;电子舱一般位于浮体的中心,且具有很强的水密性。舱体内集成有蓄电池、充电控制模块、电源控制模块、数据采集传输模块等,舱盖上集成有连接器、排气阀等。

  2)锚系主要由锚、锚链、防缠绕球、浮球和锚绳组成,其作用是将浮标固定在某一个合适的点位。

  3)供电系统由太阳能电池板、风力发电机、风光互补控制器、电源控制模块和蓄电池组成,太阳能电池板、风力发电机和风光互补控制器集成在标架上,电源控制模块和蓄电池集成在电子舱内。

  4)安全防护系统由GPS定位系统、视频摄像系统、防雷装置、雷达反射装置、航标警示灯组成,均集成在标架上。

  5)传感器系统包括多参数水质传感器、营养盐分析仪、气象多参数传感器等,是整个水质监测系统的核心部分。

  6)数据采集传输系统由数据采集模块、DTU传输模块和DTU天线组成,主要作用是将监测的数据采集并发送至岸站接收系统。

  7)岸站接收系统包括服务器和软件平台。服务器用来接收、存储数据,软件平台则可将接收的数据展示出来,并具有数据统计、数据处理、监测预警、运维管理等众多功能。

  我国海洋水质监测浮标经过这些年的不断改进,产品稳定性和可靠性都得到了很大提升,功能也在不断完善,能够为海洋环境监测提供实时有效的数据支撑。

  2岸基站海洋水质在线监测系统

  岸基站海洋水质在线监测系统具有空间大、水电有保障、维护便利、监测仪器工作环境更为稳定等优点[3],是重要的在线监测系统,目前在海洋水质在线监测项目中得到大力推广。

  岸基站海洋水质在线监测系统是指采用先进的化学分析技术、智能化的中央控制技术及多功能、一体化、信息化的系统集成技术,以监测站房为主体,可搭载多种水质分析仪表及传感器、水样采集、数据通信、安全防护等配套设备,将海洋水质样品通过水泵输送至监测站房内部,经过预处理后,由各个水质分析仪表或传感器进行分析,然后通过无线传输的方式,将监测数据发送至监控平台[9-11],如图2所示。

  岸基站海洋水质在线监测系统包括站房、采水单元、配水预处理单元、控制单元、分析单元、数据采集传输单元、岸站接收单元和辅助单元。

  1)站房可以新建,也可以利用既有的潮位站等站房,条件允许还可以采用集装箱式站房。不同于常规地表水的水质自动站,海洋水质在线监测的岸基站一般建在靠近海域的地方,因此需要考虑抗台风、防腐蚀等因素,建设要求更高。

  2)采水单元包括采水泵和采水管路。采水泵根据现场情况可选择防腐蚀的自吸泵或潜水泵,一般采用双泵运行模式,一用一备。位于地面上的采水管路需采取一定的保温措施,以防冬季低温期水管结冰。

  3)配水预处理单元包括配水的管路、电动球阀和水样预处理系统。其中水样预处理系统包括沉淀池和过滤系统,过滤包括粗过滤和精细过滤。水样经过相应的预处理之后分配给不同的分析仪表和传感器进行分析测量。水样预处理的效果直接关系到分析仪表和传感器测量的准确性,是整个系统中很关键的一环。

  4)控制单元包括PLC控制柜、工控机和工控软件。通过控制单元对整个系统的运行进行设置、定时启动、关停等。控制系统是整个岸基站海洋水质在线监测系统的“指挥官”。

  5)分析单元是整个监测系统的核心部分,包括水质传感器和化学分析仪表。

  6)数据采集传输单元包括数据采集器、数据采集软件、网络等,负责监测数据的采集和传输。

  7)岸站接收单元包括服务器和软件平台,服务器用来接收存储数据,软件平台则可将接收的

  数据展示出来,并具有数据统计、数据处理、监测预警、运维管理等众多功能。

  8)辅助单元包括管路清洗系统、空调、视频监控系统、UPS稳压系统、防雷系统等。辅助单元是保证整个系统正常运行的重要保障。

  相比于海洋水质监测浮标,岸基站海洋水质在线监测系统能够给分析仪表提供稳定、理想的工作环境,其监测数据更为准确、可靠。因此,在入海口或者近岸海域的水质监测中得到了更多的应用。

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