一種水質安全預警決策系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種水質安全預警決策系統(tǒng)，由在線監(jiān)測基站層、服務器層和水質安全預警平臺層形成的全過程完整體系，以在線監(jiān)測基站為基礎，以服務器層為支撐，以水質安全預警平臺為核心。在線監(jiān)測基站包含進水單元、水質在線監(jiān)測單元、泵站運行監(jiān)測單元、自動控制單元、遠程傳輸單元；水質安全預警平臺包含測站信息管理、水質數(shù)據管理、統(tǒng)計分析管理、運行報警管理、水質安全預警和信息發(fā)布管理八大業(yè)務模塊。該系統(tǒng)能實現(xiàn)排水系統(tǒng)降雨事件中管道徑流水質水量在線監(jiān)測、遠程傳輸、數(shù)據存儲、實時發(fā)布、水質預警與遠程決策等多方面功能。本發(fā)明能為城市排水泵站設施優(yōu)化運行提供支持，為排水系統(tǒng)的防汛安全與水質安全的雙贏調度模型提供決策依據。
【專利說明】一種水質安全預警決策系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及水環(huán)境與水安全領域，尤其涉及一種水質安全預警決策系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 城市排水系統(tǒng)承擔著城市污水和雨水的收集、輸送、處理和排放。城市污水包括排 入城鎮(zhèn)排水管道的生活污水和工業(yè)廢水，主要是點源排放，加強收集、輸送和處理即可得到 有效的處理。但是，對于降雨帶來的降雨徑流，以往所關注的焦點主要停留在保障城市水安 全，體現(xiàn)在將暴雨城市徑流及時排除，防止城市內澇。然而，暴雨城市徑流，尤其是降雨初期 時形成的徑流直接排入水體，會對水環(huán)境造成很大的污染。在點源污染得到較大程度的治 理后，排水系統(tǒng)雨天溢流已經成為城市水體水質改善的主要制約因素之一。
[0003] 隨著人們環(huán)境保護意識的提高，對城市水環(huán)境安全和水環(huán)境質量的關注也提到了 同一個高度，城市排水的目標從城市防汛轉向于防汛與水質保護并重。為了削減排水系統(tǒng) 暴雨溢流，增強現(xiàn)有排水系統(tǒng)污染減排能力，一些地區(qū)利用雨水調蓄池這一溢流污染控制 措施，通過截留污染濃度最高的初期雨水，使得排入河道的為污染較輕的那部分降雨徑流， 既符合污染削減又實現(xiàn)內澇防治。但是，通過對運行的數(shù)據進行統(tǒng)計，調蓄池尚無法真正做 至IJ "蓄濃放清"。因此，有必要建立一套結合防汛與減排的水質安全預警決策系統(tǒng)，為排水泵 站調蓄池的運行調度提供決策支持。
[0004] 為了建立水質安全預警決策系統(tǒng)，面臨兩個方面的技術關鍵：一是針對汛期"短歷 時、強降雨"的降雨特征如何實時、快速獲取初期雨水水質數(shù)據；二是如何建立結合防汛與 減排的水質安全預警機制。
[0005] 自上個世紀90年代以來，以水質在線監(jiān)測儀器為核心，集成自動控制技術、無線 通訊技術的水質在線監(jiān)測系統(tǒng)得到了發(fā)展，在全國主要城市和全國重點流域的水質在線監(jiān) 測、工業(yè)廢水水質監(jiān)測、污水處理廠廠進出水水質監(jiān)測、水質凈化廠進出水水質監(jiān)測和飲用 水處理過程控制等諸多領域均有較為廣泛的應用，但是在線監(jiān)測初期雨水水質的應用尚未 多見。利用目前普遍應用的在線監(jiān)測儀器獲取初期雨水水質存在兩個方面的問題：其一， 目前普遍應用的在線監(jiān)測儀器多為吸取式，存由多岐化的流路系統(tǒng)構成，零部件多，涉及的 溶液種類多、腐蝕性強，造成死角多，不易清洗，常發(fā)生堵塞和腐蝕。通常采用加溫或加壓的 辦法提高消解速度，也增加了設備的復雜性。由于這些缺陷，儀器故障率高而復雜，維護維 修工作量大，對維護人員技術要求高，有的維護難度大到非專業(yè)人員不能駕馭。其二，分析 頻率達不到研究初期雨水水質變化規(guī)律的要求，其中尤以COD為突出，COD分析間隔最快在 45min，而汛期暴雨歷時多數(shù)發(fā)生在30?60min，COD分析單元有可能只測得1個有效降雨 水質數(shù)據，甚至是錯過降雨過程而未有降雨水質數(shù)據。
[0006] 此外，現(xiàn)有大多水質預警機制，多采用固定的閾值報警模式，即當水質數(shù)據超過國 家規(guī)定水質標準或自定義標準時，系統(tǒng)進行報警。采用這種單一的報警模式無法適應排水 泵站調蓄池"蓄濃放清"的要求，也無法實現(xiàn)防汛與減排共贏的調度模式。
[0007] 因此，目前普遍應用的在線監(jiān)測系統(tǒng)與水質預警機制已難以滿足進行初期雨水水 質數(shù)據快速監(jiān)測和水質安全預警的需要。建立實時、快速、自動監(jiān)測初期雨水水質以及結合 信息處理技術與網絡技術、取代傳統(tǒng)單一的水質超標警報的水質安全預警決策系統(tǒng)，對實 現(xiàn)排水泵站防汛與減排共贏的調度是具有深刻的意義的。


【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種水質安全預警決策系統(tǒng)，包括若干在線監(jiān)測基站、服務器和水 質安全預警平臺，其中，
[0009] 所述若干在線監(jiān)測基站設置在各排水泵站處，所述在線監(jiān)測基站抽取所述排水泵 站內集水池中的初期雨水徑流水樣進行在線監(jiān)測獲得水質數(shù)據，并將水質數(shù)據傳輸給所述 服務器；
[0010] 所述服務器接收所述在線監(jiān)測基站的數(shù)據并存儲起來，并為水質安全預警平臺提 供數(shù)據分析和數(shù)據挖掘支持；
[0011] 所述水質安全預警平臺與所述服務器相連，接收所述服務器中存儲的水質數(shù)據并 進行分類管理，所述水質安全預警平臺根據所述在線監(jiān)測基站獲得的水質數(shù)據的動態(tài)變 化，結合所述排水泵站歷史調度信息，歷史降雨信息，利用建立的知識庫進行推理，針對當 前進行水質進行安全預警，判斷所述集水池中的初期雨水徑流是直接排出還是排入所述排 水泵站的調蓄池進行貯存后排出。
[0012] 較佳地，所述在線監(jiān)測基站包括進水單元、水質在線監(jiān)測單元、泵站運行監(jiān)測單 元、自動控制單元和遠程傳輸單元；
[0013] 所述進水單元為所述水質在線監(jiān)測單元提供實時水樣并充當測量載體；
[0014] 所述水質在線監(jiān)測單元對所述進水單元中抽取的初期雨水徑流水樣進行在線監(jiān) 測，所述泵站運行監(jiān)測單元對泵站降雨、泵機開停、調蓄池進水閥門啟閉、調蓄池水位信息 等進行監(jiān)測；
[0015] 所述自動控制單元對所述進水單元和所述水質在線監(jiān)測單元進行自動控制；
[0016] 所述遠程傳輸單元將所述水質在線監(jiān)測單元和所述泵站運行監(jiān)測單元的數(shù)據上 傳給所述服務器。
[0017] 較佳地，所述進水單元包括依次相連的進水管路、引水筒、進水電磁閥、取水泵、電 磁流量計、工作水箱、出水管路和自動采樣器，其中，
[0018] 所述進水管路與所述排水泵站的集水池相連通，并抽取所述集水池中的初期雨水 徑流送入所述工作水箱內，所述出水管路與所述集水池相連通將所述工作水箱中的水排入 所述集水池內；
[0019] 所述引水筒與所述進水電磁閥之間的管路上還設置有反沖洗管路，所述反沖洗管 路的一端連接所述引水筒與所述進水電磁閥之間的管路，另一端連接外部水源；
[0020] 所述工作水箱內設置有水位預警裝置。
[0021] 所述自動采樣器連接所述工作水箱，抽取所述工作水箱中的水并存儲起來。
[0022] 較佳地，所述水質在線監(jiān)測單元包括依次相連的在線監(jiān)測探頭、控制器和數(shù)據記 錄儀，所述在線監(jiān)測探頭位于所述工作水箱內，所述控制器通過所述數(shù)據記錄儀將所述在 線監(jiān)測探頭測得的相關水質數(shù)據傳輸給所述遠程傳輸單元。
[0023] 較佳地，所述在線監(jiān)測探頭采用測量周期最快可達到分甚至是秒級別的浸入式探 頭，所述在線監(jiān)測探頭采包括代表有機類污染指標的探頭、代表營養(yǎng)類污染指標的探頭、代 表水質污染直接感官指標的探頭以及代表水質酸堿度指標的探頭。
[0024] 較佳地，所述水質安全預警平臺包括測站信息管理模塊、水質數(shù)據管理模塊、統(tǒng)計 分析管理模塊、運行報警管理模塊、水質安全預警模塊和信息發(fā)布管理模塊。
[0025] 較佳地，所述測站信息管理模塊對所述在線監(jiān)測基站內所有設備的系統(tǒng)工藝圖、 電氣圖以及空間位置的相關數(shù)據進行存儲和管理。
[0026] 較佳地，所述統(tǒng)計分析管理模塊實現(xiàn)對單場降雨與長序列多場降雨環(huán)境效益方面 的數(shù)據統(tǒng)計與分析；所述統(tǒng)計分析管理模塊包括雨量統(tǒng)計分析、截流輸送量統(tǒng)計分析、調蓄 量統(tǒng)計分析、溢流量統(tǒng)計分析、溢流水質濃度、溢流污染負荷、溢流削減率。
[0027] 較佳地，所述運行報警管理模塊針對所述進水單元與所述水質在線監(jiān)測單元設低 流量報警、低液位報警與水質上下限報警。
[0028] 較佳地，所述水質安全預警模塊建立預警服務數(shù)據庫，所述預警服務數(shù)據庫包括 預警方法庫、預警知識庫和調度預案庫；所述水質安全預警管理模塊通過建立的預警服務 數(shù)據庫，根據氣象預報數(shù)據結合實時降雨情況與所述在線監(jiān)測基站獲得的數(shù)據，匹配所述 調度預案庫中合適的調度方案，對警戒高濃度水質進行預警，以實現(xiàn)調蓄減排設施"蓄濃放 清"高效運行，污染排放削減。
[0029] 較佳地，所述預警方法庫由方法庫和方法庫配置管理兩部分組成；所述方法庫主 要由字典庫、方法文件庫組成。
[0030] 較佳地，所述預警知識庫通過對不同等級降雨事件中監(jiān)測污染物水質濃度進行階 梯劃分，確定各水質濃度樣本占同等級降雨事件總樣本的百分比情況，來實現(xiàn)分檔歸類，為 所述水質安全預警模塊提供標準。
[0031] 較佳地，所述調度預案庫通過對降雨事件中排水設施設備實際調度數(shù)據自學習、 自適應，形成數(shù)據和分析閉環(huán)運行，隨著數(shù)據積累，形成對不同等級降雨事件水環(huán)境與水安 全雙贏的運行預案，實現(xiàn)針對初期雨水更大效果上的排水泵站運行指導。
[0032] 本發(fā)明由于采用以上技術方案，使之與現(xiàn)有技術相比，具有的優(yōu)點和積極效果 為：
[0033] 本發(fā)明提供的水質安全預警系統(tǒng)，實現(xiàn)排水系統(tǒng)降雨事件中管道徑流水質水量在 線監(jiān)測、遠程傳輸、數(shù)據存儲、實時發(fā)布、水質預警與遠程決策等多方面功能，從而滿足進行 初期雨水水質數(shù)據快速監(jiān)測和水質安全預警的需要。本發(fā)明能為城市排水泵站設施優(yōu)化運 行提供支持，為排水系統(tǒng)的防汛安全與水質安全的雙贏調度模型提供決策依據。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034] 結合附圖，通過下文的述詳細說明，可更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他特征和 優(yōu)點，其中：
[0035] 圖1是本發(fā)明的水質安全預警決策系統(tǒng)框架圖；
[0036] 圖2是本發(fā)明的水質安全預警決策系統(tǒng)的監(jiān)測基站示意圖；
[0037] 圖3是本發(fā)明的水質安全預警決策系統(tǒng)的水質安全預警模塊技術路線圖；
[0038] 圖4是本發(fā)明的水質安全預警決策系統(tǒng)的預警方法庫結構圖。

【具體實施方式】
[0039] 參見本實施案例的附圖，下文將更詳細地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不 同形式實現(xiàn)，并且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達 成充分及完整公開，并且使本【技術領域】的技術人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附圖中，為 清楚起見，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對尺寸。
[0040] 參考圖1-4所示，本發(fā)明提供了一種安全預警決策系統(tǒng)，是由若干在線監(jiān)測基站 1、服務器2和水質安全預警平臺3形成的全過程完整體系，詳見附圖1。該系統(tǒng)能實現(xiàn)排水 系統(tǒng)降雨事件中管道徑流水質水量在線監(jiān)測、遠程傳輸、數(shù)據存儲、實時發(fā)布、水質預警與 遠程決策等多方面功能。每個設置水質安全決策系統(tǒng)的排水泵站都設有調蓄池，降雨發(fā)生 時，降雨徑流通過管道排入泵站集水池中，一部分通過截流進入下游管網，而超過截流倍數(shù) 的降雨徑流一部分進入調蓄池，調蓄池滿后剩下的那部分降雨徑流將排放河道。調蓄池與 集水池相連，且調蓄池的入口設置有閥門；進入調蓄池內的那部分降雨徑流經過一段時間 的貯存，在降雨過后管道流量小時排入下游管道。由于調蓄池體積有限，應盡可能將污染濃 度最高的那部分降雨徑流貯存在調蓄池中。
[0041] 同時，本發(fā)明能為城市排水泵站設施優(yōu)化運行提供支持，為排水系統(tǒng)的防汛安全 與水質安全的雙贏調度模型提供決策依據。以下分別對安全預警決策系統(tǒng)的三大組成部分 進行逐一說明：
[0042] 一、在線監(jiān)測基站
[0043] 若干在線監(jiān)測基站1設置在各排水泵站處，是水質安全決策系統(tǒng)的基礎設施，主 要負責自動控制、水質分析和數(shù)據上傳，在線監(jiān)測基站1包括進水單元、水質在線監(jiān)測單 元、泵站運行監(jiān)測單元、自動控制單元和遠程傳輸單元。進水單元從排水泵站的集水池中抽 取水樣，并充當水質在線監(jiān)測單元的測量載體，水質在線監(jiān)測單元通過將探頭伸進進水單 元的水樣中進行水質監(jiān)測，遠程傳輸單元將水質在線監(jiān)測單元和泵站運行監(jiān)測單元獲取的 數(shù)據上傳給服務器。
[0044] A、進水單元
[0045] 參考圖2,進水單元包括依次相連的進水管101、引水筒102、進水電磁閥104、取水 泵105、電磁流量計106、工作水箱107和出水管路；進水管101與排水系統(tǒng)所屬泵站處的集 水池相連通，并在取水泵105的作用下抽取集水池中的污水依次經進水管101、引水筒102、 進水電磁閥104、取水泵105、電磁流量計106后流入到工作水箱107內，再由出水管路排出 流回到集水池中。在本實施例中，進水單元還包括自動采樣器114,自動采樣器114從工作 水箱107內吸取水樣并儲存起來，用于實驗室比對水質在線監(jiān)測單元的準確性及補充水質 在線監(jiān)測單元未監(jiān)測到的水質指標，可通過編寫的程序使其自動運行。
[0046] 其中，進水管101的進水口設置設在集水池沉積泥層以上，避免受到底泥影響，且 進水管101進水口的下方加設不銹鋼防護網，防止進水口淤積和雜物堵塞；在進水管101與 取水泵105之間的管路上設置常開式進水電磁閥104,通過編寫的程序對其進行控制。引水 筒102具體可為圓柱形不銹鋼桶，作用為使取水泵105在停止運行時處于自灌狀態(tài)。電磁 流量計106的作用為便于遠程監(jiān)控水泵工作狀態(tài)。
[0047] 在本實施例中，引水筒102與取水泵105之間的管路上還連接有一反沖洗管路，反 沖洗管路的一端連接到引水筒102與取水泵105之間的管路上，另一端連接外部水源，且反 沖洗管路上設置有常閉式反沖洗電磁閥103,通過編寫的程序對其進行控制；反沖洗管路 在非降雨期間或者進水管101出現(xiàn)堵塞的情況下，引自來水對取水泵105前段的進水管路 進行反沖洗。
[0048] 在本實施例中，取水泵105根據具體情況選擇合適的流量與揚程，流量的選取保 證工作水箱107內的水在5min內得到完全替換，且同時自動采樣器114采滿水樣；揚程的 選取需綜合考慮排水泵站開車水位和停車水位的影響、地面標高、管損及泵損、引水筒有效 水深等因素。
[0049] 在本實施例中，在工作水箱107的設計確保在設定監(jiān)測頻率下，監(jiān)測水樣在水位 在線監(jiān)測單元的工作間隔時間內得到完全替換，且無水力死角；并且在工作水箱107內安 裝有保證水質在線監(jiān)測單元運行安全的水位預警裝置109,當水位低于某一水平時可通過 遠程傳輸單元報警。為了優(yōu)化工作水箱107內水力條件，避免對水位在線監(jiān)測單元產生影 響，配水方式采用穩(wěn)定性進水方式，且將工作水箱107分為進水導流區(qū)和水質在線監(jiān)測單 元工作區(qū)，確保水位在線監(jiān)測單元區(qū)無氣泡，從而確保測量的準確性。
[0050] 在本實施例中，出水管路分為兩類：出水管112和放空管。出水管112保持工作水 箱107內監(jiān)測水樣在水位在線監(jiān)測單元工作間隔時間內得到替換，為保持工作水箱107內 的常水位，出水管112安裝標高與工作水箱107進水處的管路的安裝標高保持齊平，兼當溢 流管的功能，且出水管112的管徑比工作水箱107進水口的管路大1一2號。放空管用于在 工作水箱107檢修時放空污水，管徑亦比工作水箱107進水口的管路大1一2號，放空管上 裝有常閉式放空電磁閥113,與出水管112相接后排入集水池。
[0051] 進水單元的運行模式有兩種，即按照非降雨模式和降雨模式運行：
[0052] 在非降雨模式下，取水泵105每小時啟動一次，向工作水箱107內充水，自動采樣 器114采集一次水樣，同時記錄水質在線監(jiān)測單元的監(jiān)測數(shù)據。具體工作過程為：（1)反沖 洗電磁閥103打開，進水電磁閥104關閉，反沖洗2min ; (2)反沖洗電磁閥103關閉，進水電 磁閥104打開，取水泵105啟動，工作水箱107進水IOmin ; (3)自動采水器114采集一次水 樣。（4)取水泵105停止運行。
[0053] 在降雨模式下，當降雨強度信號值大于0時，進水單元切換為降雨模式運行。取水 泵105連續(xù)運行以保持水樣流通，自動采樣器114每5min采集一次水樣，直至切換到非降 雨模式。具體工作過程為：（1)反沖洗電磁閥103打開，進水電磁閥104關閉，反沖洗2min ; ⑵反沖洗電磁閥103關閉，水進水電磁閥104打開，水箱進水IOmin ; (3)自動采水器114 每5min采集一次水樣；（4)取水泵105持續(xù)運行直至降雨停止。
[0054] B、水質在線監(jiān)測單元
[0055] 水質在線監(jiān)測單元用于實時監(jiān)測排水泵站降水徑流的水質數(shù)據，包括在線監(jiān)測探 頭108、控制器110和數(shù)據記錄儀111，其中在線監(jiān)測探頭108采用測量周期可達分甚至是 秒的浸入式探頭。在線監(jiān)測水質的指標一般包括代表有機類污染指標的C0D、代表營養(yǎng)類 污染指標的NH4+-N、代表水質直接感官指標的濁度以及代表水質酸堿度指標的pH值，因此 在線監(jiān)測探頭108 -般包括UVAS sc在線有機物分析儀、NH4D sc氨氮分析儀、SOLITAX sc 懸浮固體/濁度分析儀及GLI差分pH/ORP電極，各在線監(jiān)測探頭108的監(jiān)測頻率設定為 5min。GLI差分pH/ORP電極、solitax濁度/懸浮物分析儀浸入式傳感器、NH4D SC離子電 極法氨氮儀探頭、UVASsc在線COD分析儀探頭并列布置在工作水箱107的水質在線監(jiān)測單 元工作區(qū)內，且各在線監(jiān)測探頭108的外部套設有防護套，由支架固定在工作水箱107內， 工作水箱107的尺寸應滿足各探頭的工作所需，并不相互干擾的要求。控制器110的型號 為sc200,控制器110連接各在線監(jiān)測探頭108,讀取各在線監(jiān)測探頭108的水質數(shù)據，控制 器110再通過數(shù)據記錄儀111將相關水質數(shù)據傳輸給遠程傳輸單元。
[0056] C、泵站運行監(jiān)測單元
[0057] 泵站運行監(jiān)測單元用于實時監(jiān)測排水泵站的運行情況，并將排水泵站的相關數(shù)據 傳輸給遠程傳輸單元；泵站運行監(jiān)測單元所要監(jiān)測的數(shù)據包括集水池液位、降雨量、泵站泵 機開停狀態(tài)、調蓄池閥門啟閉狀態(tài)。（這段話中的泵機，是指設置在哪里的泵機）
[0058] D、自動控制單元
[0059] 自動控制單元通過可編程邏輯控制器（PLC)分別對進水單元和水質在線監(jiān)測單 元進行自動控制，使其按照編織的程序步驟運行。
[0060] 在本實施例中，自動控制單元利用施耐德中型PLC M340(含DI模塊，DO模塊， RS485模塊）進行數(shù)據采集與邏輯控制。PLC的CPU負責系統(tǒng)控制邏輯、現(xiàn)場數(shù)據處理，將 現(xiàn)場數(shù)據處理后通過無線網絡提供給遠傳終端。其中=(I)DI模塊收集進水單元和水質在 線監(jiān)測單元中各儀器設備的干接點信號，判斷此類設備的運行狀態(tài)、故障狀態(tài)等信息，并將 相關信息傳輸給遠程傳輸單元；（2) DO模塊與進水單元和水質在線監(jiān)測單元中各儀器設備 地干接點設備通訊，控制此類設備的啟停；（3) RS485模塊與在線監(jiān)測探頭108通訊，進行數(shù) 據采集及設備控制。
[0061] E、遠程傳輸單元
[0062] 遠程傳輸單元用于將進水單元運行參數(shù)、水質在線監(jiān)測單元監(jiān)測到的水質數(shù)據以 及泵站運行監(jiān)測單元獲取的數(shù)據上傳到服務器，以提供給水質安全預警平臺使用。
[0063] 具體的，遠程傳輸單元可采用GPRS/CDMA Ix通信方式，采用DTU7710進行數(shù)據傳 輸。上位機通過internet網訪問固定域名，下位機是MODBUS RTU串口協(xié)議之RS485模塊， 通過DTU搭建鏈路至internet網訪問固定域名，至此上位機和下位機產生協(xié)同通訊，進行 數(shù)據的遠程傳輸。
[0064] 其中，數(shù)據的遠程傳輸通過中間文件方式，以文本文件TXT方式進行交換。每分鐘 覆蓋寫一次指定的TXT文件，讀取一次TXT文件，避免造成數(shù)據丟失。TXT文本組成共24 行，每行1個字段，格式如下：時標（年-月-日時-分）、是否降雨（〇代表未降雨，1代 表降雨）、NH4+-N、COD、NTU、pH、泵站1#泵機、泵站2#泵機、泵站3#泵機、泵站4#泵機、泵 站5#泵機、泵站6#泵機、泵站7#泵機、泵站8#泵機、泵站9#泵機、泵站10#泵機、雨量、流 量-截流、流量-調蓄、流量-放江、調蓄1#閥門、調蓄池2#閥門、調蓄池1#液位、調蓄池 2#液位。
[0065] 二、服務器
[0066] 服務器包括數(shù)據通訊模塊、網絡服務器和數(shù)據庫服務器。網絡服務器通過數(shù)據通 訊模塊接收來自在線監(jiān)測基站的遠程傳輸單元傳輸?shù)乃|與運行數(shù)據，并將數(shù)據保存在數(shù) 據庫服務器中。在本實施例中，各類服務器構建在已有的內部以太網上，保持與已建在線監(jiān) 測基站的相關系統(tǒng)在同一網絡上，方便相關實時數(shù)據可安全、快速傳遞到水質安全預警平 臺，供水質安全預警平臺使用。
[0067] 三、水質安全預警平臺
[0068] 水質安全預警平臺3采用Java開發(fā)體系，以J2EE為基礎搭建"水質安全預警決 策平臺"，建立基于Web形式的B/S系統(tǒng)，可以讓使用者擺脫對客戶端的依賴，通過瀏覽器 使用平臺，同時也便于對平臺進行升級維護。采用Java開發(fā)體系可以提供跨平臺的特性， 便于用戶今后系統(tǒng)的移植和擴展，平臺在嚴格的安全機制確保數(shù)據的安全性前提下，以Web Service的方式對內、對外提供服務。底層數(shù)據庫采用企業(yè)級Oracle數(shù)據庫平臺，采用此種 關系型數(shù)據庫，為數(shù)據分析和挖掘乃至于數(shù)據倉庫的建立奠定基礎。其中，水質安全預警平 臺3包括測站信息管理模塊、水質數(shù)據管理模塊、統(tǒng)計分析管理模塊、運行報警管理模塊、 水質安全預警模塊和信息發(fā)布管理模塊。
[0069] A、測站信息管理模塊
[0070] 測站信息管理模塊主要包括各在線監(jiān)測基站內各設備儀器的詳細資料、系統(tǒng)工藝 圖、電氣圖等內容?？梢酝ㄟ^該功能模塊查詢各在線監(jiān)測基站的空間信息、基本信息等內 容，同時可關聯(lián)查詢到工藝圖、電氣圖等信息。
[0071] 其中，測站信息管理模塊可以通過空間位置查詢、測站名稱查詢登錄進該功能模 塊，瀏覽方式分為地圖瀏覽方式和表格瀏覽方式兩種。兩種查詢模式提供不同的關注重點， 空間位置查詢?yōu)槭侵冈陔娮拥貓D上通過選擇各在線監(jiān)測基站，可快速定位到其實際位置； 基本信息查詢是指通過選擇在線監(jiān)測基站，可查看該在線監(jiān)測基站的基本信息以及主要工 藝信息。
[0072] B、水質數(shù)據管理模塊
[0073] 水質數(shù)據管理模塊主要實現(xiàn)對數(shù)據庫服務器中的在線監(jiān)測到的數(shù)據的管理，提供 有關各在線監(jiān)測基站相關的水質信息和運行信息；水質數(shù)據管理模塊主要分為實時數(shù)據管 理與歷史數(shù)據管理。
[0074] 1、實時數(shù)據管理
[0075] 實時數(shù)據管理可根據使用需要，進一步的拆分成實時數(shù)據監(jiān)視、實時進水水質監(jiān) 視、實時雨量流量監(jiān)視、實時調蓄池監(jiān)視等子功能模塊，更好的滿足便捷快速查看相關信 肩、。
[0076] 其中，實時數(shù)據監(jiān)視針對所有指標內容的實時數(shù)據監(jiān)視管理，分類情況如下：
[0077] (1)進水水質：順4+-隊0?、階^、？!1;(2)泵站水雨情：雨量、集水池液位、流量-截 流、流量-調蓄、流量-放江；（3)調蓄池液位：調蓄池1#液位、調蓄池2#液位；(4)調蓄池 閥門：調蓄池1#閥門、調蓄池2#閥門；（5)放江泵機：泵站1#泵機、泵站2#泵機、泵站3# 泵機、泵站4#泵機、泵站5#泵機、泵站6#泵機；（6)調蓄泵機（指設置于調蓄池內用于調蓄 池存水放空，可用以計算調蓄瀏覽）：泵站7#泵機、泵站8#泵機；（7)截流泵機（設置于泵 站內用以將旱流污水和初期雨水截流進入下游管道的泵機）：泵站9#泵機、泵站10#泵機。
[0078] 實時進水水質監(jiān)視主要針對進水水質的監(jiān)視，包括NH4+-N、C0D、NTU、pH，用四張圖 表同時進行展現(xiàn)。
[0079] 實時雨量流量監(jiān)視主要針對排水泵站水雨情的監(jiān)視,包括雨量、總流量、流量-截 流、流量-調蓄、流量-放江，用兩張圖表同時進行展現(xiàn)；第一張圖表展現(xiàn)雨量信息，第二章 圖表集成展現(xiàn)總流量、流量-截流、流量-調蓄、流量-放江信息。
[0080] 實時調蓄池監(jiān)視主要針對排水泵站內調蓄池的監(jiān)視，包括集水井液位、調蓄池1# 液位、調蓄池2#液位、調蓄池1#閥門、調蓄池2#閥門、泵站7#泵機、泵站8#泵機。總共用 四張圖表進行展現(xiàn)，第一張圖表展現(xiàn)集水井液位，第二張圖表包括調蓄池1#液位、調蓄池 2#液位，第三張圖表包括調蓄池1#閥門、調蓄池2#閥門，第四張圖表包括泵站7#泵機、泵 站8#泵機。
[0081] 2、歷史數(shù)據管理
[0082] 歷史數(shù)據管理以選擇不同在線監(jiān)測基站的不同指標在某個時間段實現(xiàn)歷史數(shù)據 的查詢。歷史數(shù)據管理模塊分為歷史數(shù)據查詢、歷史進水水質監(jiān)視、歷史雨量流量監(jiān)視、歷 史調蓄池監(jiān)視等子功能模塊。在查看歷史數(shù)據時，可實現(xiàn)表格式的查看并可根據需要導出 成excel文件。同時，可實現(xiàn)圖形方式對歷史數(shù)據的瀏覽。
[0083] C、統(tǒng)計分析管理模塊
[0084] 統(tǒng)計分析管理模塊主要對數(shù)據庫服務器中的各類數(shù)據進行統(tǒng)計分析，實現(xiàn)對降雨 減排環(huán)境效應方面的數(shù)據統(tǒng)計及分析，主要包括雨量統(tǒng)計分析、截流輸送量統(tǒng)計分析、調蓄 量統(tǒng)計分析、溢流量統(tǒng)計分析、溢流水質濃度、溢流污染負荷、溢流削減率。
[0085] 例如，單場降雨的事后統(tǒng)計分析，實現(xiàn)單場降雨溢流對河道污染程度的影響分析， 為決策者提供數(shù)據分析支撐，更好的進行決策。對單場降雨實現(xiàn)事后統(tǒng)計分析，主要算法如 下所示：
[0086] 雨量統(tǒng)計分析：包括該次降雨過程的總降雨量（累計降雨量），人工判別選擇降雨 類型（小雨、中雨、大雨、暴雨），生成雨量圖（坐標倒置方式）。
[0087] 三個方向的累計流量統(tǒng)計分析：自動生成"流量-截流、流量-調蓄、流量-放江" 的餅狀圖，展現(xiàn)各累計流量及所占比例。算法如下：

【權利要求】
1. 一種水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，包括若干在線監(jiān)測基站、服務器和水質安 全預警平臺，其中， 所述若干在線監(jiān)測基站設置在各排水粟站處，所述在線監(jiān)測基站抽取所述排水粟站內 集水池中的初期雨水徑流水樣進行在線監(jiān)測獲得水質數(shù)據，并將水質數(shù)據傳輸給所述服務 器； 所述服務器接收所述在線監(jiān)測基站的數(shù)據并存儲起來，并為水質安全預警平臺提供數(shù) 據分析和數(shù)據挖掘支持； 所述水質安全預警平臺與所述服務器相連，接收所述服務器中存儲的水質數(shù)據并進行 分類管理，所述水質安全預警平臺根據所述在線監(jiān)測基站獲得的水質數(shù)據的動態(tài)變化，結 合所述排水粟站歷史調度信息，歷史降雨信息，利用建立的知識庫進行推理，針對當前進行 水質進行安全預警，判斷所述集水池中的初期雨水徑流是直接排出還是排入所述排水粟站 的調蓄池進行膽存后排出。
2. 如權利要求1所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述在線監(jiān)測基站包括 進水單元、水質在線監(jiān)測單元、粟站運行監(jiān)測單元、自動控制單元和遠程傳輸單元； 所述進水單元為所述水質在線監(jiān)測單元提供實時水樣并充當測量載體； 所述水質在線監(jiān)測單元對所述進水單元中抽取的初期雨水徑流水樣進行在線監(jiān)測，所 述粟站運行監(jiān)測單元對粟站降雨、粟機開停、調蓄池進水閥口啟閉、調蓄池水位信息等進行 監(jiān)測； 所述自動控制單元對所述進水單元和所述水質在線監(jiān)測單元進行自動控制； 所述遠程傳輸單元將所述水質在線監(jiān)測單元和所述粟站運行監(jiān)測單元的數(shù)據上傳給 所述服務器。
3. 如權利要求2所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述進水單元包括依次 相連的進水管路、引水筒、進水電磁閥、取水粟、電磁流量計、工作水箱、出水管路和自動采 樣器，其中， 所述進水管路與所述排水粟站的集水池相連通，并抽取所述集水池中的初期雨水徑流 送入所述工作水箱內，所述出水管路與所述集水池相連通將所述工作水箱中的水排入所述 集水池內； 所述引水筒與所述進水電磁閥之間的管路上還設置有反沖洗管路，所述反沖洗管路的 一端連接所述引水筒與所述進水電磁閥之間的管路，另一端連接外部水源； 所述工作水箱內設置有水位預警裝置； 所述自動采樣器連接所述工作水箱，抽取所述工作水箱中的水并存儲起來。
4. 如權利要求2所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述水質在線監(jiān)測單元 包括依次相連的在線監(jiān)測探頭、控制器和數(shù)據記錄儀，所述在線監(jiān)測探頭位于所述工作水 箱內，所述控制器通過所述數(shù)據記錄儀將所述在線監(jiān)測探頭測得的相關水質數(shù)據傳輸給所 述遠程傳輸單元。
5. 如權利要求4所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述在線監(jiān)測探頭采用 測量周期最快可達到分甚至是砂級別的浸入式探頭，所述在線監(jiān)測探頭采包括代表有機類 污染指標的探頭、代表營養(yǎng)類污染指標的探頭、代表水質污染直接感官指標的探頭W及代 表水質酸堿度指標的探頭。
6. 如權利要求1所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述水質安全預警平臺 包括測站信息管理模塊、水質數(shù)據管理模塊、統(tǒng)計分析管理模塊、運行報警管理模塊、水質 安全預警模塊和信息發(fā)布管理模塊。
7. 如權利要求6所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述測站信息管理模塊 對所述在線監(jiān)測基站內所有設備的系統(tǒng)工藝圖、電氣圖W及空間位置的相關數(shù)據進行存儲 和管理。
8. 如權利要求6所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述統(tǒng)計分析管理模塊 實現(xiàn)對單場降雨與長序列多場降雨環(huán)境效益方面的數(shù)據統(tǒng)計與分析；所述統(tǒng)計分析管理模 塊包括雨量統(tǒng)計分析、截流輸送量統(tǒng)計分析、調蓄量統(tǒng)計分析、溢流量統(tǒng)計分析、溢流水質 濃度、溢流污染負荷、溢流削減率。
9. 如權利要求6所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述運行報警管理模塊 針對所述進水單元與所述水質在線監(jiān)測單元設低流量報警、低液位報警與水質上下限報 警。
10. 如權利要求6所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述水質安全預警模塊 建立預警服務數(shù)據庫，所述預警服務數(shù)據庫包括預警方法庫、預警知識庫和調度預案庫；所 述水質安全預警管理模塊通過建立的預警服務數(shù)據庫，根據氣象預報數(shù)據結合實時降雨情 況與所述在線監(jiān)測基站獲得的數(shù)據，匹配所述調度預案庫中合適的調度方案，對警戒高濃 度水質進行預警，W實現(xiàn)調蓄減排設施"蓄濃放清"高效運行，污染排放削減。
11. 如權利要求10所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述預警方法庫由方 法庫和方法庫配置管理兩部分組成；所述方法庫主要由字典庫、方法文件庫組成。
12. 如權利要求10所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述預警知識庫通過 對不同等級降雨事件中監(jiān)測污染物水質濃度進行階梯劃分，確定各水質濃度樣本占同等級 降雨事件總樣本的百分比情況，來實現(xiàn)分檔歸類，為所述水質安全預警模塊提供標準。
13. 如權利要求10所述的水質安全預警決策系統(tǒng)，其特征在于，所述調度預案庫通過 對降雨事件中排水設施設備實際調度數(shù)據自學習、自適應，形成數(shù)據和分析閉環(huán)運行，隨著 數(shù)據積累，形成對不同等級降雨事件水環(huán)境與水安全雙贏的運行預案，實現(xiàn)針對初期雨水 更大效果上的排水粟站運行指導。
【文檔編號】G05B19/418GK104460577SQ201410356823
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權日:2014年7月24日
【發(fā)明者】徐月江, 丁敏, 陳華, 許莉, 黃堅萍, 張彥晶, 吳佳, 王輝 申請人:上海市城市排水有限公司, 上海市城市排水有限公司排水設計研究分公司