齊培培 許峰 田楠 李宗祥

城市供水水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)可視化分析與實(shí)踐應(yīng)用

齊培培 許峰 田楠 李宗祥

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市水環(huán)境及供水源污染狀況日益嚴(yán)重，突發(fā)性水源污染事故頻頻發(fā)生。為減少水污染事故的發(fā)生，保障城鎮(zhèn)居民的用水安全，有必要進(jìn)行水質(zhì)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)研究，實(shí)時(shí)了解城市供水水質(zhì)狀態(tài)，為進(jìn)行供水安全監(jiān)控預(yù)警提供有力的科學(xué)依據(jù)，從而減少或避免某些水污染事故的發(fā)生，保障城市供水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)信息是城市供水水質(zhì)信息數(shù)據(jù)的重要組成部分。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)雖然監(jiān)測(cè)指標(biāo)較少，但為全自動(dòng)監(jiān)測(cè)，無需人工干預(yù)，能大幅簡(jiǎn)化城市水質(zhì)監(jiān)測(cè)的工作度。此外，由于其監(jiān)測(cè)密度高、頻率快（傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)頻率大多為一天數(shù)次或一月數(shù)次），能體現(xiàn)出水質(zhì)突然變化情況，且在對(duì)其進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析時(shí)，能完美地體現(xiàn)出水質(zhì)的總體變化情況，為供水部門的管理決策、應(yīng)急決策提供強(qiáng)有力的信息支撐。

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇

在城市水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，水源水在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般建立在主要取水河道、大型水庫(kù)等水源地，出廠水在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般建立在各水廠的出水口，管網(wǎng)水在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般建立在城市供水管線上。水源水的某個(gè)指標(biāo)的變化會(huì)影響到水廠的進(jìn)廠原水的質(zhì)量，如此時(shí)水廠不進(jìn)行工藝調(diào)整，則會(huì)直接影響到出廠水水質(zhì)，進(jìn)而影響管網(wǎng)水水質(zhì)，威脅城市供水安全。

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)的選擇

評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的不應(yīng)過多，否則會(huì)掩蓋或分散污染嚴(yán)重的指標(biāo)在評(píng)價(jià)體系中的影響，一般選擇20個(gè)左右的指標(biāo)。評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇遵循以下原則：

（1）綜合性指標(biāo)，即能綜合表征污染程度或某一類化學(xué)污染程度的指標(biāo)；

（2）檢測(cè)頻率高的項(xiàng)目，如在水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“每日不少于一次”的檢測(cè)項(xiàng)目；

（3）能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目；

（4）毒性強(qiáng)，容易在環(huán)境和人體中積累，經(jīng)水處理后不易去除的項(xiàng)目；

（5）易發(fā)生水質(zhì)事故的污染物；

依據(jù)該原則，對(duì)城市供水水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)的選擇如下：

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)可視化的實(shí)現(xiàn)

在進(jìn)行城市水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可視化時(shí)，需要將零散的監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息集中進(jìn)行展示，而最好的展示方式則是利用GIS技術(shù)，在地圖上進(jìn)行直觀可視化展現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示：

圖1 在線監(jiān)測(cè)地圖展示的實(shí)現(xiàn)流程圖

如圖1所示，城市供水GIS數(shù)據(jù)經(jīng)GIS Server發(fā)布后為在線監(jiān)測(cè)地圖模塊提供了地圖支持，數(shù)據(jù)綜合數(shù)據(jù)處理模塊將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)信息、水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)信息進(jìn)行整合，再由在線監(jiān)測(cè)WebServices服務(wù)模塊發(fā)布。前臺(tái)Flex模塊調(diào)用GIS服務(wù)以及在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)獲取數(shù)據(jù)后進(jìn)行展示。

大型水庫(kù)在線監(jiān)測(cè)

以上述水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)研究為理論基礎(chǔ)，以山東省黃河流域周圍的8個(gè)主要大型水庫(kù)為試點(diǎn)，開發(fā)建設(shè)山東省城市供水水質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)于水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)信息和歷史監(jiān)測(cè)信息，不僅可以以多類圖表（如列表、柱形圖、折線圖、餅圖、條形圖、面積圖、圖表結(jié)合、電子卡片等）的形式進(jìn)行直觀展示，而且可以基于電子地圖將上述信息以專題地圖的形式實(shí)現(xiàn)信息可視化，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)信息的多樣可視化展示，一旦水質(zhì)超標(biāo)將以高亮顏色報(bào)警，為城市供水水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警提供直觀、有效的可視化監(jiān)管平臺(tái)。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展現(xiàn)

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)是以動(dòng)態(tài)列表的形式刷新顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相關(guān)指標(biāo)。通過選擇需要監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將選擇的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息列舉出來。選擇某行監(jiān)測(cè)點(diǎn)記錄時(shí)，可通過折線顯示出此監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)曲線。

圖2 在線監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看

卡片模式提供卡片監(jiān)測(cè)模式的切換，該模式下能最大程度的顯示所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)。通過不同顏色的卡片顯示出不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)選定指標(biāo)超標(biāo)程度。

圖3 卡片監(jiān)測(cè)

選擇單個(gè)卡片會(huì)彈出窗口，顯示出該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史監(jiān)測(cè)曲線。用折線表示所選監(jiān)測(cè)點(diǎn)指標(biāo)值隨著時(shí)間推移的變化情況，實(shí)時(shí)展現(xiàn)某時(shí)間段內(nèi)指標(biāo)變化趨勢(shì)。

圖4 在線監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看卡片形式

（2）歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展現(xiàn)

歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要是以曲線形式比對(duì)單個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所有指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，通過該功能可以展示某個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。

圖5 歷史數(shù)據(jù)查看

（3）監(jiān)測(cè)地圖展現(xiàn)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)地圖展示以電子地圖Tip標(biāo)注的形式展示超標(biāo)監(jiān)測(cè)的相關(guān)情況，并著重體現(xiàn)超標(biāo)監(jiān)測(cè)的空間位置趨勢(shì)。

通過放大、縮小、復(fù)位、移動(dòng)等操作實(shí)現(xiàn)地圖的全方位瀏覽，通過圖層開關(guān)控制、鷹眼定位、標(biāo)簽定位等實(shí)現(xiàn)地圖快速定位準(zhǔn)確展現(xiàn)。同時(shí)有地圖式監(jiān)控功能，用Tip顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，有標(biāo)注避讓功能，通過選擇單個(gè)Tip標(biāo)注還可以利用動(dòng)態(tài)曲線顯示指標(biāo)歷史變化情況。

圖6 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)地圖查看

（作者單位：武漢眾智鴻圖科技有限公司）