江苏省水质自动监测预警系统建设标准规范.doc

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江苏省水质自动监测预警系统建设规范
（试行）

为加强我省水环境自动监测预警系统统一管理，更好为水环保服务，实现水质自动监测预警系统建设原则化、规范化和系统化，特制定本规范。规范分为水质自动站房建设规范、水质自动站仪器配备规范和水质自动监测预警系统联网及数据互换合同规范三个某些。

第一某些 站房建设规范
本某些合用于江苏省域内省建地表水质自动监测预警站建设及其管理。

1、站房总体规定：采用砖混构造，为永久性建筑。站房建为1～2层建筑物，一层楼内面积布局按站房各功能区面积规定设计。站房采用高雅格调，红瓦粉墙，围栏采用铸铁栅栏，墙边种常青植物，标志、标牌、取水口警示牌醒目。与室外高压电线保持一定安全距离。
2、标志：站房廊檐醒目位置设立0.5～1.0米高度绿色横幅，标示中华人民共和国环保标志（底衬白色，标志绿色），标志后中文、英文同步标示“江苏省环境地表水水质自动监测站”，横幅大小可依照建筑物调节。详细参照附图。
3、标牌：站房统一使用铜制标牌，标牌上用黑色字体分别标注：
江苏省环境地表水质自动监测
×××站
自动站编号：××
监控河流：××
来水区域：××
监测项目：××、××、××……
经纬度：××、××
管理单位：××市（县、区）××××（单位）
4、取水口警示牌：白底红字，书写“环境监测设施取水口”，标牌为60cm×40cm。
5、征地面积：600～6000 平方米，不涉及出入通道。
6、建筑面积：不少于150平方米。除能安装所有监测仪器外，还应留有存储辅助设备、质控室和工作人员活动、休息空间。建议将站房分为实验区和办公区，按功能区相对集中布设房间。各间使用面积范畴如下：
◆仪 器 间：30～36 m2
◆采配水间：10～12 m2
◆监 控 间：10～12 m2
◆质 控 间：10～15 m2
◆值 班 间：12～15 m2
◆维 修 间：10～12 m2
◆休 息 间：12～15 m2

7、仪器间：至少保存8米长完整墙面（建议为一面），墙内不能埋电线、水管，并且可以承受仪器重量。为提高仪器间整体性、可观性，在不影响寻常操作和维护工作前提下，建议将分析仪器集中呈一字型排放靠于一侧墙面，如条件有限，也可呈L型排放。仪器间在布设分析仪器时，必要预留日后增配仪器设备空间。
8、实验台：站房内应设计一种工作实验台，同步配套安装一种实验水池，建议尺寸：1.5×0.9×0.8m，规定在实验台上能同步开展各种监测项目质控实验。
9、窗户：设计上应综合考虑安全、采光和防尘等因素。
10、供电：应有三相供电，室内安装电表和配电箱。供电系统应配有电源过压、过载和漏电保护装置。在条件允许状况下，可安装一种专用变压器，容量应不不大于总用电量2倍。
11、供水：提供井水/自来水
12、排水：设立排水系统，总排水口设在取水口下游10米以外。应设立废液集中收集装置，有一周废液量收集容器，定期清运。
13、温度和湿度：室内应配有空调设备（能来电自启）、除湿设备。温度控制在10℃～30℃，相对湿度控制在80％如下，同步避免阳光直射仪器。
14、避雷（直击雷）：站房应安装避雷设施装置，通过具备资质专业防雷机构测试，获得测试合格证明文献。
15、接地：站房应安装良好接地装置，仪器控制设备需要单独接地线，接地电阻<4欧姆。
16、消防：站房内应配备消防设备，应有针对电器自动灭火装备。
17、站房防护办法：应具备防雨、防虫、防尘、防渗漏和防电磁波干扰相应办法，周边应有疏通雨水渠道。
18、通讯：自动程控电话1～2门，保证一门通讯专用。
19、有出入通道：保障运营维护车辆顺利出入子站。
20、视状况清淤和修护坡：要清除岸边杂物、水草及河底淤泥，修一小段护坡，避免漂浮物堵塞取水口。

第二某些 仪器配备规范
本某些合用于江苏省境内省建地表水质自动监测预警站建设及其管理。

仪器配备分为仪器配备参数和仪器配备参数测定办法两某些。
一、仪器参数配备
1、必配参数：五参数（水温、pH、溶解氧、电导率、浊度）、CODmn、氨氮、TP、TN、流量（太湖湖体水站还应配备：叶绿素a、藻类密度）
2、选配参数：TOC、总酚、VOC、氟化物、重金属、叶绿素a、藻类密度、生物综合毒性
二、配备参数测定办法
1、必配参数测定办法，原则上和国标办法一致。
2、选配参数测定办法，如果用于区域环境生态补偿和法定目监控，原则上与国标办法一致；如果用于环境预警，办法由顾客拟定，原则上能反映监控污染物变化趋势。
配备参数测定办法详细见下表。

地表水自动监测参数测定办法参照表
序号
项 目
重要参照
“4版水站自动监测系统”办法
参 照 标 准
1
水温
温度传感器法
GB/T13195-91
2
pH
玻璃电极法
GB/T6920－86
3
电导率
电极法、电导池法
GB/T6908-
4
浊度
表面散射法、透过散射法
GB/T13200－91、
ISO 7027-1999
水质.混浊度测定
5
溶解氧
膜电极法
GB/T11913－89
6
高锰酸盐指数
高锰酸盐氧化还原法
GB/T11892-89
7
氨氮
电极法、纳氏试剂分光光度法、
膜浓缩―电导率法
GB/T 7479-1987
8
总氮
碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法
GB/T 11894-1989
9
总磷
钼酸铵分光光度法
GB/T 11893-1989
10
总有机碳
燃烧氧化—红外吸取法、
紫外催化氧化－红外线吸取法
HJ/T71-、
GB/T13193-1991
11
总酚
4-氨基安替比林比色法
GB/T7490-87
12
氟化物
离子选取电极法
GB/T 7484-1987
13
藻类密度
荧光法
/
14
叶绿素a
荧光法
/
15
流量
固定式声学多普勒法
SL337-
16
VOC
气相色谱法
/
17
生物综合毒性
/
/
18
重金属
/
/

其他
/
/
备注： *参见《水和废水监测分析办法》（第四版） 国家环保局（）

第三某些 环境自动监测系统联网及数据互换合同规范

1 合用范畴
本规范合用于“江苏省水环境自动监测系统”前端子站与数据中心之间互相数据传播与互换，不限制系统扩展其她信息内容。
本规范明确了江苏省水环境自动监测系统供应厂商在开发前端数据采集、控制系统，与省环境监控中心（数据中心）管理和应用平台进行数据互换时必要遵循数据互换格式、接口连接方式、数据传递交互格式、通用代码等方面原则。本规范作用域为各水质自动站数采仪与监控中心端之间。依照信息技术发展，本原则将适时修订。
本规范由江苏省环境信息中心负责解释。
2 规范性引用文献
如下原则和规范所含条文，在本规范中被引用即构成本原则条文，与本规范同效。
＃
标 准 号
描 述
1
YD/T1093-
900/1800MHz TDMA
数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务（GPRS）隧道合同技术规范
2
YD/T 1323-
非对称数字顾客环路（ADSL）接入网技术规定
3
YD/T 1334-
800MHz CDMA
数字蜂窝移动通信网无线智能网（WIN ）阶段2：智能外设（IP）设备技术规定
4
EIA RS-232C
数据终端设备与使用串行二进制数据进行互换数据通信设备之间接口
5
GB/T 7027-
信息分类基本原则和办法
6
HJ/T212-
污染源在线监控（监测）系统数据传播原则
7
HJ/T 416-
环境信息术语
8
HJ/T 417-
环境信息分类与代码
9
HJ/T 418-
环境信息系统集成技术规范
10
HJ/T 419-
环境数据库设计与运营管理规范
3 术语和定义
3.1 数据传播VPN网
VPN（Virtual Private Network）是虚拟专用网简称，通过特殊加密通讯合同将连接在Internet上省环境监测中心、各地市环境监测站和各水质自动站之间建立一条专有通讯线路，构成一种江苏省环境自动监测数据传播专网，称为数据传播VPN网。
3.2 VPN网关
VPN网关是实现省环境监测中心局域网（LAN）到前端系统网络连接设备，布置在省环境监测中心、市县环境监测站、前端系统Internet网络中安全设备，通过此设备，在Internet网组建数据传播VPN网。
3.3 ADSL、光纤接入网
ADSL（非对称数字顾客线）作为一种传播层技术，充分运用既有铜线资源，在一对双绞线上提供上行640kbps下行8Mbps带宽，实现真正意义上宽带接入。
光纤接入网采用光纤做为重要传播媒体来取代老式双绞线，由于光纤上传送是光信号，因而需要在互换局将电信号进行电光转换变成光信号后再在光纤上进行传播。在顾客端则要运用光网路单元（ONU）再进行光电转换恢复成电信号后送至顾客设备。
3.4 数采仪
采集各种类型监控仪器仪表数据、完毕数据存储及与上位机数据通讯传播功能单片机、工控机、嵌入式计算机、嵌入式可编程自动控制器（PAC或可编程控制器等。
3.5 前端监测子站（前端系统）
由水质自动站现场仪器、数采仪、VPN网关等构成前端监测子站（前端系统）。前端监测子站是分布在各地区监测子站，每个监测子站有一套或多套监控仪器、仪表，监控仪器、仪表通过模仿或数字输出接口连接到数据采集仪，数据经数据采集仪整合、封装，通过数据传播VPN网传送至上位机。
3.6 XML
XML即可扩展标记语言，为Extensible Markup Language简写。
3.7 Web Service
Web Service是一种通过HTTP合同，以Web应用服务器为依托，运用XML平台做交互方式，实现跨平台功能。
3.8 FTP
FTP为（File Transfer Protocol）是用于TCP/IP网络合同之一。 是Internet文献传送基本，用于将文献从网络上一台计算机传送到同一网络上另一台计算机。
3.9 消息队列（Message Queue）
消息队列技术是分布式应用间互换信息一种技术。消息队列可驻留在内存或磁盘上,队列存储消息直到它们被应用程序读走。通过消息队列，应用程序可独立地执行。它们不需要懂得彼此位置、或在继续执行前不需要等待接受程序接受此消息。
3.10 多址传送
为满足“一份数据，同传各种地址”规定，如果对现场端数据发送采用多址传送模式，则是同步将一份现场数据发送到省级环境监测中心、中华人民共和国环境监测总站。
3.11 监控中心
提供对各个前端系统集中监控、数据解决、信息发布功能，监控中心由VPN网关、数据库服务器、通讯服务器、数据解决服务器、网络设备、信息发布服务器等汇集而成。
4 自动监控数据互换总体规定
4.1 总体架构
依照环境自动监控需求，在各河流、口门、水源地布置前端监测子站，由水质在线监测仪器通过RJ45，RS-232，RS-485连接数采仪，收集数据并传送到数采仪中；数采仪连接VPN设备，通过光纤专线、ADSL或其他方式将加密后数据传送至省环境监测中心，实现对水环境质量监控、分析及监测预警。详细网络布置如下图示：

图4-1 网络拓扑图
所有前端监测子站、省环境监测中心、市环境监测中心站建立水环境监控数据传播VPN网，在保证数据安全性前提下提供数据迅速互换通道。前端监测子站采用以光纤、ADSL为主方式接入VPN网络。各前端监测子站、省环境监测中心、各省辖市环境监测中心站均配VPN网关设备。省环境监测中心对有线网络进行接入，满足与各前端监测子站连接。各VPN设备均配有公网静/动态IP，详细见江苏省环境信息中心VPN组网方案。
自动监测数据采用“省级集中，向下分发”模式，所有前端监测子站将数据上报到省环境监测中心，由省环境监测中心将数据分发到省辖市级数据分中心。采用多址传送方式同步向国家发送数据和省级同步发送数据。
42 系统数据流
数据流涉及两个方面：
前端监测子站向监控中心上报监测数据，即上行数据。 前端监测子站通过传播网络以HTTP、FTP或MQ等传送方式向监控中心上传数据。
监控中心向前端监测子站传送操作指令（如设备操作指令、数据补发指令等），即下行数据。
系统数据流如下图所示：

图4-2 系统数据流图
4.3 系统构造
水环境自动监测系统从底层逐级向上可分为前端监测子站、传播网络、上位机三个层次。上位机通过传播网络与前端系统互换数据、发起和应答指令。
前端监测子站与上位机之间数据互换需满足如下互换模式：
1）1:1互换模式：一种前端监测子站与一种上位机之间数据互换。如某个前端监测子站将数据发送到省级上位机或所属市级上位机。
2）1:N互换模式：一种前端监测子站与各种上位机之间数据互换。如按照“多址传送”规定，某个前端监测子站将其数据同步发送给省级上位机和中华人民共和国环境监测总站上位机。

传播网络
上位机
……
前端监测
子站
……

图4-3 系统构造图
4.4 信息互换方案
4.4.1 总体原则
数据传播重要是指数采仪和监控中心之间数据互换。本规范重要思想是将要互换数据（如在线监测业务数据、监控命令、仪器状态数据、其她应用级报文数据）以XML方式传播互换，数据互换重要有推送和祈求响应两种方式，如下定义了四种可选传播方式：
1. 遵循《HJ/T 212-》原则实现通讯合同
2. 基于FTP传播XML文献
3. 基于HTTP，以Web Service作为通信方式
4. 基于消息队列（Message Queue）进行通讯
其中第一种和第二种方式作为硬性规定，为各集成商必要实现合同。在此基本上，可基于Http、MQ等方式来实现通讯。
4.4.2 国标定义通讯合同（HJ/T 212-）
l 通讯流程

祈求命令（四步或者三步）

上传命令（一步）

告知命令（两步）

l 通讯合同数据构造
一种完整通讯合同包必要包括包头、数据段长度、数据段、CRC 校验、包尾五个某些，其中任何一某些都不能缺少。
包头：2个字节，定义了一种包起始位置，固定为 “##”
数据段长度：4个字节长度，是背面数据段分长度，例如，如果数据段分所有长度是960 字节，此时数据段长度是0960 。
数据段：所有本规范定义指令或数据放在此处
CRC 校验：4个字节，是数据段CRC 校验
包尾：2个字节，标记了一种包结束，固定为回车换行：，十六进制数为0x0D、0x0A

详细数据段构造可参照国家环保总局《污染源在线自动监控（监测）系统数据传播原则》（HJ/T 212-
4.4.3 通过 FTP合同传播
基于FTPXML文献传送规定监控中心和前端系统都开通FTP服务。前端系统在开通FTP服务基本上建立共享目录，其中一级目录为RECEIVE，该目录取于接受监控中心发送来命令XML文献。监控中心在开通FTP服务基本上建立共享目录，共享目录构造描述如下：
1) 一级目录为RECEIVE；
2) 在一级目录下建立二级目录：HISTORY、REALDATA、IP、SYSADJUST。其中HISTORY目录取于接受各个前端系统上传历史数据XML文献；REALDATA目录取于接受各个前端系统上传实时数据XML文献；IP目录取于接受各个前端系统上传实时IP链接信息XML文献；SYSADJUST目录取于接受各个前端系统系统参数调节后应答XML文献。
监控中心FTP服务目录构造如下图所示：

图4-4 FTP目录构造
前端系统报送数据到监控中心流程如下：
1) 监控中心每天零点在RECEIVE\HISTORY目录下建立当天日期目录，目录名称采用“YYYYMMDD”格式表达；
2) 前端系统将历史数据相应XML文献发送至此；
3) 监控中心扫描RECEIVE\HISTORY目录下当天日期目录，将其下数据XML文献解析并导入历史数据库表。

前端系统
监控中心

图4-5 FTP指令控制流程

鉴于历史数据存在进行补调情景，监控中心针对未能上传数据进行自动补调，每条数据补调不超过三次，每次间隔四到六小时。如果所有补调祈求都未能被执行，本次所需要数据即无法获得，成为故障数据。通过祈求响应方式进行数据互换环节如下：
1）监控中心将祈求XML文献发送至前端系统RECEIVE目录；
2）前端系统实时扫描本地RECEIVE目录，若检测到有祈求XML文献，则将指定范畴内历史数据成果组装成数据XML文献；
3）前端系统将组装成数据XML文献发送到监控中心RECEIVE\ HISTORY目录下当天日期目录（指发送命令当天，而不是指历史数据日期）；
4）监控中心扫描RECEIVE\HISTORY\当天日期，如果包括新数据XML文献，则将其下数据XML文献解析并导入历史数据库表。
前端系统
监控中心

图4-6 FTP指令控制流程

互换数据文献名由各构成某些之间使用“_”连接，文献后缀为“.XML”，构造如下：

l 业务类型：描述该互换数据文献业务类型；
l 数据包类型：4个字符；
l 互换日期：14个字符，采用：“YYYYMMDDhhmmss”格式表达，其中时间采用24小时制
l 顺序号：4个字符，每天零点置零，以0001为始；
l 监测点编号：详细状况见编码表。
4.4.4 通过HTTP合同传播
SOAP提供了原则RPC办法来调用Web Service。前端系统在收集到数据之后，对数据进行加工，形成符合规范SOAP报文，调用监控中心提供Web Service，数据通过此种方式传递到监控中心。此外监控中心需要对前端系统发送仪器控制数据，规定前端系统集成商提供符合SchemaWeb Service，接受并解析中心发送控制指令，批示监控设备执行。
前端系统通过Web Service报送数据环节涉及：
1) 前端系统从现场收集数据；
2) 前端系统按照统一接口规范生成SOAP报文；
3) 前端系统向数据中心Web Service发送祈求；
4) 监控中心点接受并解释报送过来SOAP消息，生成成果，返回；
5) 监控中心接受返回成果。

监控中心

图4-7 HTTP报送数据流程
如下是一种示例SOAP报文

01
02312321Id>

lue="3.141593E0" Code="103"/>

0
true

位于标签之中报文是由监测点依照Schema生成。规定监测点供应厂商能提供依照各种及时数据和历史数据生成符合Schema规范XML文献（SOAP消息体），并且能通过Http-post方式积极发送SOAP祈求。
数据中心发送仪器控制指令到监测点环节涉及：
监控中心向前端系统发送仪器控制指令；
前端系统收到监控中心发过来仪器控制指令后来，需要将其转成响应格式；
发送到相应现场监测仪器；
把仪器控制成果返回给监控中心。

监控中心

图4-8 HTTP指令控制流程
4.4.5 通过消息队列（MQ）传播
基于消息队列数据传播，需要在通讯两端中间布置MQ服务。由于使用了符合原则XML格式文献作为传播介质，因此使用普通解析XML组件或者中间件即可转化为自己所需格式数据。

省环境监控中心

图4-9 基于消息队列数据传播模型1

图4-10 基于消息队列数据传播模型2
数据采集系统向队列2发送一条信息， MQ发现队列2所指向目队列上位于系统远端数据中心，它将信息放到本地一种特殊队列－传播队列 (Transmission Queue)。咱们建立一条从前端系统到监控中心消息通道，消息通道代理将从传播队列中读取消息，并传递这条信息到监控中心，然后等待确认。只有MQ接到监控中心成功收到信息确认之后，它才从传播队列中真正将该信息删除。如果与监控中心传播不畅，信息会留在传播队列中，直到被成功地传送到目地。这是MQ最基本而最重要技术--保证信息传播，并且是一次且仅一次(once-and-only-once)传递。
MQ提供了用于应用集成松耦合连接办法，由于共享信息应用不需要懂得彼此物理位置（网络地址）；不需要懂得彼此间如何建立通信；不需要同步处在运营状态；不需要在同样操作系统或网络环境下运营。
在消息队列服务支持下，数据传播环节如下：
1) 前端系统从现场收集数据；
2) 前端系统按照Schema规范生成XML，将消息发送给MQ Server；
3) MQ Server将消息转发给监控中心；
4) 监控中心解决接受到XML数据，转换后存入数据库。
MQ支持下数据传送流程如下图示：
监控中心
前端系统

图4-11 MQ发送数据流程
5 数据采集仪集成规定
5.1 访问外部服务规定
数据采集仪需要至少满足下列方式之一来向监控中心发送数据：
l 能访问监控中心FTP服务，并能向中心FTP共享目录上传监测数据
l 能访问监控中心Web Service服务，并能以HTTP POST方式将SOAP报文上传
l 能在采集仪内部提供MQ服务，并能将数据发送到MQ消息队列中，再由MQ将消息转发至监测中心。或者采集仪内部不提供MQ服务，但能向外部MQ Server发送消息。
5.2 内部数据解决规定
l 数据采集仪需要将监测设备上收集到数据通过一定程序解决，将其转换成XML格式。
l 数据采集仪需要将监控中心发送过来XML指令数据解析，并转换成控制监测设备指令。
l 数据采集系统需要将监测设备上收集到非及时性数据以一定方式中存储在系统中。建议存储方式是数据库。
5.3 对外接口规定
数据采集仪需要至少满足下列方式之一来接受监控中心发送数据：
l 能提供FTP服务，并能接受监控中心能向数据采集仪上FTP共享目录上传XML文献。
l 能提供Web Service服务，并能接受监控中心能以HTTP POST方式向数采仪上Web Service 发送SOAP祈求。
5.4 存储容量规定
前端监测系统需要对监测数据现地存储，规定系统存储空间能满足保存12个月数据。（详细数据容量大小依照各个设备内部数据构造、存储方式而定）

6 互换数据信息
6.1 互换数据分类
在数据采集传播仪与监控中心之间，需要互换数据有如下几种：
l 在线业务数据。在线业务数据分为两类，一类是实时数据，另一类是历史数据，这两类数据在报送时都以相似数据构造进行传播。其中历史数据依照报送方式不同，又分为补调数据和补报（传）数据。历史数据补报由数据采集传播仪自身发起。由于网络不通或其他设备故障导致数据上报不成功，在网络和设备恢复正常后，数采仪扫描内部数据库，找到未上报成功历史数据，积极将其报送给监控中心。历史数据补调由监控中心向前端系统发送补调数据控制命令，前端系统在接受到命令后，将指定期间（时间段）数据打包后发送给监控中心。
l 设备状态数据。设备状态数据在前端系统状态发生变化时积极向监控中心发送。
l 控制命令。控制命令由监控中心向前端系统发送，用于远程控制设备，涉及历史数据补调命令。
如下分别定义这三种数据XML Schema。
6.2 监测数据Schema
6.2.1 监测数据构造图

图6-1 数据Schema示意图

元素名
详细阐明
属性阐明
EMSiteData
表达此XML为一种站点监测数据
SiteID
监测站点唯一编号
EMGUID
序列号
UploadData
表达一种监测点在一种时间段所有监测因子数据集合

EMDataRecord
代表一种监测因子数据
Code
监测因子代码，参照7.4监测项目编码表
Value
监测因子值
Status
数据状态标记
SamplingTime
采样时间
EMGUID代表了一种数据包序列号，为了保证EMGUID唯一性，建议采用“站点编号+序号计数”，计数可以从零开始编号，超过某一限值复位。
6.2.2 监测数据Schema

设备状态

监测站点唯一编号

tion>
TimeData类型，表达一种时间监测数据，可以涉及各种项目

ItemData类型，表达一种监测因子监测值

状态开始时间

documentation>监测因子代码

状态值

ion>仪器状态描述

6.2.3 xml文献示例

Time="-08-13 00:00:00" Status="0" Value="3.141593E0" Code="102"/>

6.3 设备状态Schema
6.3.1 数据构造图

图6-2 设备Schema示意图

元素名
详细阐明
属性阐明
EMSiteStatus
表达此XML为一种站点状态数据
SiteID
监测站点唯一编号
EMGUID
序列号
UploadStatus
表达一种监测点在一种时间段设备状态集合

EMStatusRecord
代表一种监测因子相应仪器状态
Code
监测因子代码，参照7.4监测项目编码表
StatusValue
状态值，参照8.1设备状态码
Description
仪器状态描述
StartTime
状态开始时间
6.3.2 设备状态Schema

设备状态
n>

监测站点唯一编号>

TimeData类型，表达一种时间监测数据，可以涉及各种项目

ItemData类型，表达一种监测因子监测值

mentation>状态开始时间

监测因子代码