一、方案介绍

本方案构建面向地表水环境质量长期监控的多参数自动在线监测系统，通过数字化水质传感器实时采集水体理化指标，由防水型智能采集主机进行统一数据管理、协议解析与边缘计算处理，经4G无线通信网络上传至云监测平台，实现水质数据连续化、自动化与信息化管理。

系统采用分层架构设计，包括感知层、数据采集层、通信层及应用平台层，满足野外无人值守长期运行要求，并支持生态环境监管平台数据对接。

二、监测目标

三、需求分析

1. 环境条件需求

地表水监测点通常处于复杂自然环境，系统需满足：

长期浸水运行稳定性
抗电磁干扰能力
耐腐蚀与抗生物附着能力
宽温区稳定运行能力

2. 数据可靠性需求

监测数据需具备：

时间连续性
测量一致性
自动温度补偿
设备状态可追溯性

3. 系统运行需求

系统应支持：

多传感器总线接入
远程参数配置
自动数据缓存与断线续传
低功耗运行模式

四、监测方法

采样周期支持1～60分钟可调。

五、应用原理

1. 水温测量

基于温度敏感元件电阻随温度变化的函数关系，经数字化转换输出温度值，并作为其它参数自动补偿依据。

2. pH测量

玻璃敏感膜对氢离子选择性响应形成电位差，参比电极提供稳定基准，通过能斯特方程计算溶液酸碱度。

数字化pH传感器内置信号调理与温度补偿模块，可直接输出标准通信协议数据。

3. 溶解氧测量

采用荧光寿命检测技术，通过氧分子对荧光材料的猝灭效应测定氧浓度，避免传统极谱法膜污染与电解液消耗问题。

4. 电导率测量

通过交流激励测量电极间导电能力，计算溶液离子浓度。系统自动执行温度补偿以消除水温对电导率的影响。

5. 浊度测量

利用近红外光源照射水样，测量悬浮颗粒散射光强度，通过标定曲线换算浊度值。

六、功能特点

系统具备以下工程级功能：

多参数同步采集与统一管理
数字RS485总线通信结构
Modbus RTU标准协议兼容
边缘数据预处理与异常过滤
自动时间同步机制
设备在线状态监测
远程参数设置与固件升级
云平台实时可视化展示
多终端访问支持
断网缓存与自动补传

七、硬件清单

八、硬件参数（量程与精度）

水温

量程：0～50℃
精度：±0.2℃
分辨率：0.01℃

pH

量程：0～14 pH
精度：±0.1 pH
分辨率：0.01 pH
输出接口：RS485
防护等级：IP68

溶解氧（DO）

量程：0～20 mg/L
精度：±0.3 mg/L
分辨率：0.01 mg/L
响应时间：≤60 s

电导率

量程：0～200 mS/cm（多常数电极可选）
精度：±1.5%FS
温度补偿范围：0～50℃
通信协议：Modbus RTU

浊度

量程：0～1000 NTU
精度：±2%FS
分辨率：0.1 NTU

智能采集主机

采集接口：多路RS485
通信方式：4G LTE
数据缓存：≥100万条
工作温度：-20～60℃
防护等级：IP65

九、方案实现

1. 系统架构

系统分为四层：

感知层完成参数检测
采集层完成数据汇聚与协议解析
通信层完成无线传输
平台层完成数据管理与应用分析

2. 建设流程

监测断面勘察
设备选型与结构设计
支架与安装施工
传感器布设与校准
通信调试
平台接入测试
试运行与验收

十、数据分析

平台提供专业分析功能：

实时多参数曲线分析
历史趋势拟合分析
参数相关性分析
水质稳定度评价
周期统计报表生成

支持自动生成监测报告。

十一、预警决策

建立多维度预警模型：

固定阈值报警
变化速率异常识别
多参数联合判断模型
设备运行状态报警

报警信息通过平台消息及移动端推送。

十二、方案优点

测量精度高且稳定性强
数字化通信抗干扰能力高
安装维护简便
适应野外无人值守运行
系统扩展性强
符合环保数据联网要求

十三、应用领域

地表水国控与省控断面
水库与湖泊监测
饮用水源保护区
生态修复工程监测
智慧河长制平台
农业水源监测

十四、效益分析

环境效益

实现水体变化连续感知，提高污染事件响应速度。

经济效益

降低人工采样与实验室检测频率。

管理效益

形成数字化水环境监测与监管体系。

十五、国标规范

GB 3838 地表水环境质量标准
HJ 91 水质自动监测技术规范
HJ 212 污染源在线监控数据传输标准
GB/T 6920 水质 pH测定
HJ 506 水质溶解氧测定

十六、参考文献

《水环境在线监测技术与工程应用》
《环境监测仪器原理与系统集成》
生态环境监测技术规范文件集

十七、案例分享

案例一：水源地连续监测项目

部署多参数在线监测站，实现全天候水质自动监管与远程运维。

案例二：河道生态修复监测

通过长期数据对比评估治理工程对水体改善效果。

十八、成本预估

单站投资估算：9～16万元
年运维费用：约设备投资的8%～10%。