GPS调研报告.doc

关于鄱阳湖水质监测系统调研报告

完成情况：

在本文中项目意义、调研主要方向、技术特点、产品介绍等都完成了。主要没有完成项目耗资、历时。主要原因是关于项目耗资网上很少公布数据，无从查找。

目录
一 调研项目概论 3
二 项目调研； 3
2.1鄱阳湖水质现状 3
2.2 水质监测概念 4
三 常见的监测系统 4
3.1基于GPRS水质监测系统设计系统介绍 4
3.2基于无线传感器网络的水质监测系统介绍 5
3.3 各种方案调研小结 5
四 浮标式水质监测系统 6
4.1浮标式水质监测系统总体介绍 6
4.2浮标式产品介绍 6
4.2.1 EMM700浮标系统特点 7
4.2.2 EMM700规格参数 7
4.3 EMM700各部分介绍 8
4.3.1系统主机 8
4.3.2供电系统 8
4.3.3安全系统 8
4.3.4雷达反射器 8
4.3.5全球定位系统 GPS 8
4.4浮标式实例 9
调研总结 9
参考资料 9

一 调研项目概论
鄱阳湖，作为中国最大的淡水湖。汇集赣江、修水、鄱江（饶河）、信江、抚河等水经湖口注入长江。在中国水系中占了举足轻重的作用。不仅如此，鄱阳湖的状态如何也直接影响了周边地区的环境、经济、生活。
　　“十二五”时期，按照省委在我省“十二五”规划中提出的“五个有机统一”的工作要求，坚持经济发展与生态文明的有机统一，大力推进鄱阳湖生态经济区建设、奋力实现跨越发展。
党中央、国务院高度重视鄱阳湖生态经济的建设，胡锦涛总书记、温家宝总理、李克强副总理、贺国强书记、周永康书记等许多党中央、国务院领导，多次亲临江西进行调研，明确提出要使鄱阳湖永远保持一湖清水。《鄱阳湖生态经济区规划》的正式批复，标志着建设鄱阳湖生态经济区正式上升为国家战略,这对实现江西科学发展、进位赶超、绿色崛起具有重大而深远的意义。
鄱阳湖是长江的重要调节器，是我国乃至世界最重要的生态功能保护区之一，鄱阳湖水质、水量的持续稳定，直接关系到鄱阳湖周边乃至长江中下游地区的用水安全，近年来鄱阳湖水质呈迅速下降趋势，富营养化问题日渐突出，保护鄱阳湖水资源不仅是国家行动，更是国际义务，而水质监测在水资源的管理与保护中发挥着基础性的作用。
在保护鄱阳湖发展鄱阳湖的前提下，对鄱阳湖水质监测是非常有必要的，近几年来，水质监测方案也多样化，本次调研中，也看了很多方案，查过很多实例，就目前鄱阳湖而言鄱阳湖水质监测站基本属于陆基固定式，监测覆盖面有限，对湖心、偏远处等监测站不能覆盖的区域内水质的实时情况难以掌握。因此，建立和完善灵活、高效的浮标式水质监测系统，对全面掌握鄱阳湖水质状况具有十分重要的意义。

二 项目调研；
2.1鄱阳湖水质现状
鄱阳湖污染物来源于两个方面，一是五河入湖河水携带的污染物，二是湖区产生的污染物，主要由五河输入（TP和TN分别占入湖总量的80.5％和66.4％），湖区径流带入的污染物相对较少。其来源是流域内城市生活污水、厂矿企业工业废水、农业面源与地表径流以及湖区的人类活动。五河入湖污染物中，以化学需氧量（COD）、总磷（TP）、总氮（TN）为主，化学需氧量为工业废水和城镇生活污水排放产生。
鄱阳湖水质总体呈下降趋势。上世纪80年代鄱阳湖水质以Ⅰ、Ⅱ类为主，平均占85％，Ⅲ类水占15%，呈缓慢下降趋势；90年代仍以Ⅰ、Ⅱ类水为主，平均占70％，Ⅲ类水占30%，下降趋势加快；进入二十一世纪，特别是2003年以后，Ⅰ、Ⅱ类水只占50％，Ⅲ类水占32%，劣Ⅲ类水占18%，下降趋势急剧，维持中营养状态，且呈现上升趋势。水质污染特点：①非汛期水质明显差于汛期，汛期Ⅰ、Ⅱ类水多年平均所占比例比非汛期高15％；②五河入湖口水质最差的是赣江南支，其次是乐安河口；③2002年之前，主要超标项目为氨氮、挥发性酚等，污染区域主要分布于入湖口水域。2002年之后，主要超标项目为总磷、氨氮，污染区域分布于入湖口及湖区。

2.2 水质监测概念
水质监测是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。监测范围十分广泛，包括未被污染和已受污染的天然水（江、河、湖、海和地下水）及各种各样的工业排水等。主要监测项目可分为两大类：一类是反映水质状况的综合指标，如温度、色度、浊度、pH值、电导率、悬浮物、溶解氧、化学需氧量和生物需氧量等；另一类是一些有毒物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞和有机农药等。为客观的评价江河和海洋水质的状况，除上述监测项目外，有时需进行流速和流量的测定。具体情况有不同环境所限制。

三 常见的监测系统
3.1基于GPRS水质监测系统设计系统介绍
1 介绍
监测系统整个系统采用基于GPRS的无线数字数据网（DDN），系统总体结构如图1所示。DDN是以移动通信网为通信平台，采用GPRS承载方式，用GPRS终端为网络接入设备，构成的传输数字信息的网络。数据采集与发送终端可以采集水质传感器的数据，也可以接收中心站发来的指令，执行一定的操作。监控中心通过GPRS Modem 以无线的方式或通过Internet 接入GPRS 网络，数据服务器接收从移动终端发来的数据，并保存在数据库中，供用户查询。监控中心操作员站连成局域网，在操作员站上用户可以通过应用程序查询水质实时数据或者历史数据，并可以多种方式显示。野外用户可以通过GPRS提供的无线接入Internet的方法，用移动终端访问监控中心服务器，浏览实时和历史数据[4]。用户还可以用PC机通过Internet以网页形式浏览数据

图1 系统总体结构图

2 技术特点
本系统的主要利用传感器进行数据采集，定时得到水质状况数据，监测的项目对象有: 温度,色度、浊度 ;pH值, 电导率, 悬浮物 ,溶氧度; 有毒物质：酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞有机农药等 。
3.2基于无线传感器网络的水质监测系统介绍
1 总体介绍
无线传感器网络(wireless sensor network)是由大量的传感器节点采用无线自组织方式构成的网络，它在环境监测、军事、医疗健康、家庭智能监控和其它商业领域有着广泛的应用前景。无线传感器网络具有传感器节点密度高，网络拓扑变化频繁，以及节点的功率、计算能力和数据存储能力有限等特点[2]。无线传感器网络的上述特点使其在偏远环境的水质监测和环境管理方面将有很好的应用前景，本文在分析Zigbee无线传感器网络技术的基础上，对其在水质监测系统方面的应用进行了研究。
2 水质监测系统架构
基于无线传感器的水质监测网络结构如图2所示。

图2 基于无线传感器的水质监测网络结构
1）水质监测基站
水质监测基站主要负责采集水样并通过各种水质监测仪器对水样的各种参数进行监测，包括PH 值、DO、浊度、水温、电导、氨氮、TOC、COD 等基本参数。并且对这些基本参数数据进行缓存。按照一定时间设定通过各种通讯方式上传到中心服务器。同时可以接受中心服务器的控制。
2）中央信息控制中心（控制中心）
中央信息控制中心由监控模块、配置模块、数据库3 个部分组成。它通过GSM 网络与多个汇节点间接连接在一起，监控模块通过对通信串口的实时监控，实现对分布式汇节点上报信息的及时接收、解析、处理以及发送控制信令给不同ID的汇节点实现对传感器节点的间接、实时性的监控和数据采集。控制中心站服务器为配置较高的PC服务器，安装了专用的无线传感器网络和水质监测数据处理软件，负责上传数据
3.3 各种方案调研小结
本次调研调研了很多水质监测方案，但是只列举了前面两个，由于这些方案都存在了很多问题，尤其是GPRS信号在偏远地区信号差，无法实现实时监测；而且现在就鄱阳湖的现状而言，这些都属于固定式方案，并不适用。
四 浮标式水质监测系统
4.1浮标式水质监测系统总体介绍
由上面方案总结可以知道，近几年来，水质监测方案也多样化，就目前鄱阳湖而言鄱阳湖水质监测站基本属于陆基固定式，监测覆盖面有限，对湖心、偏远处等监测站不能覆盖的区域内水质的实时情况难以掌握。因此，建立和完善灵活、高效的浮标式水质监测系统，对全面掌握鄱阳湖水质状况具有十分重要的意义。
基于无线传感网络的浮标式鄱阳湖水质监测系统可以实现对鄱阳湖流域的水质及蓝藻、水位、水温等水文状况进行全领域、全天候、实时的、无人值守监测及预警。系统主要由移动监测站和岸基监控中心组成，各移动监测站通过GSM公网与岸基监控中心进行数据交换，并在岸基监控中心通过GIS系统实时显示。同时岸基监控中心将通过专用网络将数据上传至监测总站，并在此与固定监测站的数据进行对接、融合，实现数据的多级管理。
本系统的主要内容：
1、根据鄱阳湖的水质、水文、地理情况，研究在现有固定监测站布局的基础上，合理地部署移动监测站以达到最优的空间拓扑结构。
2、移动监测站的研制。根据水温、PH值、氨氮、氰化物、流速、流量等水质监测指标的要求，完成包括电源系统、多路传感器和检测系统、数据采集处理系统、控制系统、GPRS无线通信系统、多媒体检测系统、报警系统、GPS定位系统、工作状态监测系统等功能子系统的研制；综合考虑水域区的自然环境、风雨等天气因素，湖水的酸碱特性等，合理设计移动监测站的外形结构、制造材质等，确保监测站的稳定性、可靠性及安全性。
3、岸基监控中心平台的研制。完成包括GPRS网关、GIS空间信息系统、数据传输格式等的设计/研制，通过GSM公网与移动监测站实现交互。
4.2浮标式产品介绍
采用美国 Endeco/YSI 公司的EMM700 型浮标。Endeco/YSI 公司是国际知名的数据浮标制造商，有超过30 年的数据浮标生产经验。如图4.1所示。

图4.1 EMM700 型浮标
4.2.1 EMM700浮标系统特点
EMM700 型特点
• 使用耐固离子聚合泡沫塑料，比传统钢铁浮标更小、更轻、更佳的搬运性：更容易操作及使用更安全。
• 黄色的颜料、紫外光稳定剂及抗氧化剂已直接、均匀地整合至细胞组织内，每次布放间无需喷磨及上漆。
• 具自体防撞性能，维护与回收时均不会损坏浮体。
• 极端耐用、存活力无可比拟：低维护量与长使用寿命代表在整
个生命周期间的成本低廉。
• 可承受枪火等破坏，穿孔后亦不会继续腐蚀及下沉。
• 能抵抗生物沾附物的侵蚀，与溶剂及化学品的腐蚀。
• 在冰雪中也不会失效
4.2.2 EMM700规格参数
• 外形：去脊薄身圆饼型
• 特性：随波性
• 浮体自重：57 公斤
• 毛排水量：622 公斤
• 整体毛重：307 公斤
• 最大浮力：320 公斤
• 浮力/重量比：2.96：1
• 浮体尺寸：1.83 米直径，0.58 米高
• 仪器井尺寸：0.93 米直径，1.13 米高
• 支架高度：1.52 米
• 支架材料：6061-T6 铝金属
• 支架脚尺寸：7.6 厘米X 7.6 厘米
• 甲板辐条尺寸：7.6 厘米X 7.6 厘米
• 甲板提钩尺寸：2.5 厘米
• 底座高度：1.52 米
• 底座材料：镀锌钢
• 锚索系钩尺寸：1.9 厘米，位于仪器桶底部正中
• 浮标整体高度（不含顶端加装设备的高度）：2.58 米
• 最大整体高度（含典型的天线及灯标）：不超过4.5 米
4.3 EMM700各部分介绍
4.3.1系统主机
系统主机，包括数据采集、通讯系统、蓄电池及其它控制设备均安装于一个密封防水仪器室中。仪器室不锈钢桶底部与海水接触，可平衡室内的温度，保持在适当的水平，防止夏天高温或冬天低温损坏仪器设备。
4.3.2供电系统
使用太阳能电池板供电并配合蓄电池使用，有日照时向蓄电池充电，无日照时由蓄电池负责供电。太阳板功率与蓄电池安时配套以考虑到各传感器的能耗与地区的平均日照。
4.3.3安全系统
浮标顶端配置符合国际航道标志协会要求的警示灯标，在晚上或浓雾时向周边船只发出警示,有效警示距离可达5.5 公
4.3.4雷达反射器
雷达反射器为 EMM1000 型浮标的标准配置。雷达反射器置于支架的上端，为支架整体的一部分。材料仍用6061-T6 铝金属，板厚1.6毫米。有效发射面积达106 平方英尺，在过往船只得雷达屏上显示强反射信号，提醒过往船只避开浮标，防止碰撞。
4.3.5全球定位系统 GPS
采用国际著名品牌全球定位系统(GPS)，同时跟踪12 颗卫星，无使用费用，定位精度小于15 米，实时监测浮标经纬度，脱离规定范围，立即报警，防止偷盗。
4.4浮标式实例
厦门环境监测中心在 2003 年5 月在厦门港口靠近珠宝屿的水域布放了一台EMM700 型浮标，主要用于生态环境及赤潮监测。自安装以来，该浮标一直忠实的报读数据。如图4.2所示。

图4.2 EMM700 型浮标
调研总结
本次调研对于我来说是一个锻炼的机会。让我立项前工作是怎么做的，同时也让我们明白项目的前期调研重要性。不仅如此，更锻炼了抓住项目意义和项目价值等这些重点，我觉得这些对于我们以后工作都有很大的帮助。
参考资料
《传感器在水质监测中的应用探讨》 环境科学导刊
《基于GPRS和GPS的移动水质监测系统设计》 自动化技术与应用》2006年第25 卷第8 期
《kain浮标》杭州凯日环保科技有限公司