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智易時代漁業水質在線監測系統

公司簡介

天津智易時代科技發展有限公司是由南開大學博士團隊創建的高科技軟件研發與信息系統集成公司，注冊于天津市濱海高新技術產業園區，注冊資金390萬元。公司主要從智能控制技術、軟件開發、計算機技術、網絡等信息技術領域的產品開發、技術咨詢和技術服務。目前在環保類網絡監測系統、互聯網軟件開發、一卡通應用技術、計算機網絡集成的開發等方面積累了豐富的經驗。

公司與南開大學軟件學院、南開大學信息學院、天津大學信息學院等高校始終保持著良好的合作。以南開大學為技術核心支撐，積極推動產學研合作，促進科研成果轉化。

智易科技本著為客戶創造價值的理念，不斷開拓進取，努力研發客戶需要的產品并推向社會。公司成立至今以大氣監測網格化管理系統為基礎，不斷完善，逐步拓展了：水質監測平臺；污染源監測平臺；污水排放監測平臺；煙氣排放監測平臺；移動系統等環保監測產品，形成了完善的產品體系。圍繞國家的十三五生態環境監測平臺規劃，建設了有針對性的省級、市級、縣級的生態環境監測大平臺。為智慧環保提供大數據。

項目介紹

項目背景

中國是水產養殖大國，水產養殖產量占到了*的73％，水產養殖在改善民生，增加居民收入方面發揮了重要作用。如何保持水環境的生態平衡，是水產養殖優質、高效的關鍵技術。因此，迫切需要采用現代科技手段提高水產養殖智能監控水平，通過采用水質信息智能感知、可靠傳輸、智能信息處理、智能控制技術，實現對水產品養殖全過程的自動控制及科學管理，有效提高健康養殖管理水平，降低養殖風險，實現水產養殖業的可持續發展。

智易時代漁業水質在線監測系統采用無線傳感技術、網絡化管理等管理方法對養殖環境、水質、魚類生長狀況、藥物使用、廢水處理等進行*管理、監測，具有數據實時采集分析、食品溯源、生產基地遠程監控等功能。通過的監測方法控制水體溫度、pH、DO、鹽度、濁度、氨氮、COD、BOD等對水產品生長環境有重大影響的水質參數，為水產品提供良好的生長環境。

項目簡介

“漁業水質在線監測系統"是面向水產養殖集約、高產、高效、生態、安全的發展需求，基于智能傳感、無線傳感網、通信、智能處理與智能控制等物聯網技術開發的，集水質環境參數在線采集、智能組網、無線傳輸、智能處理、預警信息發布、決策支持、遠程與自動控制等功能于一體的水產養殖物聯網系統。

用戶通過監控平臺可以實施監測水質參數，同時監控計算機對數據進行分析處理，做出控制決策，通過無線接入點向設備終端發送控制指令。

遠程監控中心通過GPRS遠程接入點接收無線控制終端匯聚的數據信息，用戶可以通過手機APP端、控制端、計算機等信息終端遠程查詢水質信息，同時也可通過對數據進行分析處理，做出控制決策，遠程控制增氧設備。

建設依據

《中華人民共和國環境保護法》

《中華人民共和國水污染防治法》

《中華人民共和國水法》

《中華人民共和國水污染防治法實施細則》

《污水處理設施環境保護監督管理辦法》

《報告環境污染與破環事故的暫行辦法》

《地表水環境質量標準》（GB3838—2002)

《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）

《水污染源在線監控（監測）系統安裝技術規范》（試行）（HJ/T 353—2007）

《水污染源在線監控（監測）系統運行與考核技術規范》（試行）（HJ/T355—2007）

《氨氮水質自動分析儀技術要求》（HJ/T 101—2003）

《PH水質自動分析儀技術要求》（HJ/T 96—2003）

《污染源在線自動監測系統數據采集傳輸儀技術要求》（HJ/T 477—2009）

《污染源在線自動監測系統數據傳輸標準》（HJ/T 212—2005）

系統架構

項目總體建設規劃

建設原則和要求

1.  實用性與性原則

經過多年的推廣和合作，“漁業水質在線監測系統 "可將在線監測數據實時地傳輸到數據監控中心，集中處理儀表數據，具備顯示實時數據、查詢歷史數據、超標報警等功能。同時能在線查看前端設備或儀器的運行狀況和進度，設備出現故障或數據上傳中斷時及時通知現場相關人員。系統高容量，合適的精度和數據傳輸速率，能容納各種輸入信號；系統可以靈活的擴展，能隨工程規模的擴建而擴容；采用利于集成的系統標準接口，保證與其他系統集成和數據共享。

系統采用網頁及APP端的方式作為系統展示層和用戶來進行交互，界面布局清晰、配色簡單，特別針對用戶群年齡跨度大的特點進行了深度優化，突出字號，簡化操作，符合當下互聯網產品注重用戶體驗的特點，并且系統從長遠角度出發，對數據庫結構進行特殊設計，基本可以滿足用戶10年的使用需要。

2.  開放性與標準化原則

l   可靠性和穩定性

基于三層架構企業級管理系統開發，借助Javascript、CSS、Html等開發語言對系統各項功能代碼進行編寫。主要界面語言使用HTML5進行編寫，增加了多界面的兼容性。

針對系統使用環境的外部特點和*人員使用習慣針對性的優化和升級，并配合多項保障措施，使得系統運行更加可靠和穩定，降低了因服務器宕機引起的問題發生概率。

可擴展性及易升級性

系統在維護和升級上更為便捷，只需要維護服務器就可以了，客戶端用戶通過瀏覽器訪問，用戶幾乎無需維護。因此，無論用戶的規模有多大，有多少分支機構都不會增加維護升級的工作量，這樣也大大降低了系統維護成本。

3.  安全性和保密性原則

采用口令校驗和權限分層管理相結合的方式進行用戶身份的合法性驗證，用戶只有合法登陸系統后，才能進行相關業務操作，系統通過業務權限劃分功能模塊，每名用戶可以擁有不同的功能權限、操作不同業務的數據，非法用戶或者不具備權限的用戶，無法獲取系統中的重要數據。

4.  易維護性及可管理性原則

系統采用B/S架構，服務端程序安裝在服務器上，作為系統級服務7*24小時后臺自動運行，無需系統操作人員管理和監控，并且系統自帶詳細的日志管理模塊，能追溯系統各項問題的發生和產生的結果。

系統提供精細、便捷的后臺管理和配置功能，包括系統運行所需的各種數據的詳細配置，數據間業務邏輯關系的配置，管理、維護都很方便。

系統架構設計

該系統主要分為以下部分：現場采集設備部分(分析儀表、信號采集及無線傳輸)、遠程數據中心站；終端查詢與控制。

系統具有如下特點：

1.   系統的傳輸容量大，GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；

2.  每個數據采集點每次數據傳輸量在10Kbps之內。*能滿足本系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求；

3.  分布性強，用戶可以隨時隨地通過手機APP，網頁等形式進行查詢、瀏覽等業務操作；

4.  智能硬件控制，通過傳感器傳遞的環境參數控制器可以實現氧氣、溫度等環境的自動調節。

系統數據框架

我們設計的環境數據中心從功能架構上來看，可以分為數據源、數據交換平臺、中心數據庫、數據管理、數據服務五個層次，其層次關系如下圖所示：

1.  數據源

包括現有的各類環境信息系統、文件型數據等數據資源，上下級環境信息系 統數據以及其它外部數據資源，支持關系型數據庫、電子表格、文本、XML、 多媒體數據等格式。

2.  數據交換平臺

數據交換平臺負責實現對數據源（系統）數據的收集和整合，根據設定的規則和條件，自動從相應的數據源中采集所需要的數據，經格式轉換、數據校驗后 寫入中心數據庫，同時也承擔將中心數據庫的內容以設定的格式交換給外部數據源。數據交換平臺提供任務配置、任務監控等相關管理工具。

3.  中心數據庫

中心數據庫負責對所有環境管理業務數據進行存儲管理，按照數據存儲模型 分為元數據庫、基礎數據庫和業務數據庫，并在此基礎上生成為決策支持提供支 撐的數據倉庫。

4.  數據管理

數據管理包括環境數據查詢、資源目錄管理、數據庫管理、數據維護管理、 數據訂閱和數據字典。

5.  數據服務

數據服務為所有的環境信息系統及其它外部系統提供統一的數據處理及查詢統計等訪問服務，并在 ESB 服務總線上發布服務接口。

系統業務架構

主要分成七個主要部分

環境監測系統

按照客戶漁場現場布置圖，利用三維立體模型圖的方式，更加直觀的顯示出生產環境的各項數據，以及現場設備的運行情況實時動畫。

設備運行狀態監控

按照現場設備運行情況，可以通過軟件系統人工控制設備的啟停，也可以通過現場控制柜對設備進行控制，以投喂設備、網箱下潛及增氧機為例。

投喂設備的控制；根據養殖需要，通過定時控制設置，可每天多個不同的時間段啟動投喂設備。自動投喂設備可以隨動“增氧機、網箱下潛設備"。更合理的協同動作，保持養殖環境的*性。通過定時控制設置，可設多組投喂時間規律的選擇。

網箱下潛設備的控制；根據海平面上安裝的風速傳感器以及海水內的水流量傳感器檢測到的相關風速及水流數據，系統軟件可根據養殖預設值來判定是否需要升降網箱，例如：當海浪超過預設值后，系統軟件自動控制網箱升降終端設備，使其潛入深海，規避由于海浪過大而造成的不必要損失。

增氧機的控制；增氧控制器由測控終端和電控箱等構成，是實現增氧控制的關鍵部分，它可以驅動葉輪式、水車式或微孔曝氣空壓機等多種增氧設備。當養殖環境的含氧量低于預設值時，測控終端可以根據需要配置成無線數據采集節點及無線控制節點，進而啟動增氧機，使海水含氧量達到預設值，當海水中含氧量達到預設值后，系統自動給予信號，關閉增氧機。

生產環境數據分析

能夠多種組合條件的查詢各個養殖區域的歷史環境數據情況，并通過各種曲線圖、柱狀圖能夠讓公司技術人員更加直觀的分析生產數據，同時能夠讓企業產品質量控制部門，進行溯源控制，如出現質量問題，找到過程中問題出現的原因，更好的指導企業主進行生產。數據報表、繪制曲線：記錄的數據可以導出“EXECL"報表。同時，可以生成全日全周、全月的變化趨勢曲線圖。

環境及設備異常報警系統

能夠按照預設報警條件信息，在溫度、含氧量、風速等各項環境信息在出現異常的情況下，通過短信、聲光等多種方式進行報警。

多媒體實時顯示設備

數字顯示屏懸掛在溫室里，能用大尺寸高亮度數碼管的方式醒目的顯示養殖環境實時的溫度、濕度、風速、風向、含氧量，同時，在出現高溫、低溫、含氧量低時，進行警燈閃爍報警。

同時APP和手機以及PC端也可以動態顯示環境以及設備運營狀態。

生產指導知識庫系統

按照的農業生產技術，結合我們基地地理環境的特性，整合出公司內部的農業專家知識庫系統，根據不同作物的生產特性和要求可以自動調用相對應的控制方案；使我們的控制系統成為全智能化的精準化水產養殖管理與控制系統。

系統軟件功能介紹

在線監測系統平臺

水質監測物聯網平臺使用管理和監控所轄區域的前端便攜式（可移動式）水質監測儀，將實時數據收集并上傳、完成數據有效性審核、報表制作、數據入庫、查詢分析、權限控制、系統管理等功能，對質控結果進行應用。

在線監測實時數據顯示

在監測系統首頁顯示的監測點實時地圖，我們采用的是GIS地理信息技術，通過經緯度準確定位監測點的水質情況并上傳監測信息。地圖上顯示監測點實時位置，各監測點可顯示實時數據以及當前日均值，地圖采用地圖模板，可以自定義地圖效果（普通、衛星、三維效果），站點數據顯示如下圖所示：

系統所顯示的具體數值情況：

質量綜合指數數據

水源質量綜合指數數據可通過時間和地點分別進行查看，查看方式根據直接的視覺效果不同自行選擇，數據內容可以以文字或者圖表形式閱覽，還供使用者進行數據的下載導出，下圖所示為水源質量的日均值圖表信息：

以折線圖更加直觀明了的顯示數據變化。

歷史數據查詢  

如下圖所示，可在條件框中選擇要查詢的不同數據類型，可以隨時查看各點位各項歷史數據并進行導出，導出格式支持PDF、WORD、EXCEL，為管理決策提供便利。

預報預警設置

1、報警與預警：以聲音、圖標顏色變化、表格中數值的顏色、手機短信（向預先設定的手機上發送相應的報警信息）或郵件等形式提供多樣化的報警功能。精確地描述超標數值，超標時間，超標排放量、超標排放介質量，為強化環境監理工作提供了詳實可靠的依據；

2、趨勢預警：系統自動分析評估監測數據，實時匯總各種污染物的排放總量，及時、準確地掌握排污口的動態，對污染物排放量發展趨勢過快的情況提前預警；

3、超標報警：當監測數據超出了系統設定的范圍時，通過聲光報警、短信報警等多種方式將超標排放的詳實數據通知相關人員；

4、故障報警：當在線監測儀表發生故障時，系統自動發出故障報警信號。

各區間統計工作*由后臺進行數據處理，無需人工進行相應操作，信息推送時間可以事先，內容包括：上一統計區間內用戶所在站點綜合數據信息、單項指標超限預警、首要污染物信息等。

系統分析

統計與分析：將污染源在線監測數據和報警信息進行*多角度的分類匯總與統計分析，充分滿足各種統計要求。強化企業排放口的管理，以多種方式對污染物排放量、超標排放量、超標排放介質量、監控設備停運時間等重要指標進行統計，滿足管理工作的需求。

實現對受控企業污染物排放總量的管理，及時掌握企業污染物排放總量的發展趨勢，為總量管理、總量控制提供基礎依據。匯總統計區域內所有污染物的排放總量，動態掌握和量化污染物的排放趨勢，為區域內污染物排放總量的削減提供。

功能設置

（1）平臺站點接入

客戶在確認點位后，可自行安裝設備接入平臺之中，也可提供相應解決方案和配套設備。

（2）數據修正、數據清理

對于未采集或丟失等出現異常信息的數據，可提供后期持續補足與調整

系統管理

1、設備運營維護

系統建成后由承建單位負責系統的運行維護，環保比對監測驗收通過后由的第三方運營單位負責運營維護；

2、運營維護制度

可制定每日上午、下午遠程監測檢查儀器運行狀態，檢查數據傳輸系統是否正常，如發現數據有持續異常情況，應立即前往站點進行檢查，每48小時自動進行化學需氧量（CODcr)水質在線自動監測儀的零點和量程校正。

監測儀介紹

系統通過水質常五參數儀器完成初級采集水樣、檢測預處理的監控過程；所有硬件監測儀具有自主知識產權。

PH在線監測儀

性能特點：

l  雙底色可選背景光液晶顯示器,多參數同屏顯示；

l  漢/英文雙語言菜單、引導式操作設置；

l  高阻/雙高阻差分前置放大，提供更多應用問題解決方案；

l  程序化pH＆ORP功能切換，適配各種類型的pH＆ORP傳感器；

l  支持六種緩沖溶液標定，符合更多地區的緩沖液標準；

l  獨立的*性溫度傳感器，兼做介質電位平衡，滿足高精度測控；

l  可指向pH/ORP或溫度的雙路（4~20）mA電流，現場調試更靈活；

l  隔離的（4~20）mA支持儀表/變送雙模式，滿足所有的變送接收單元；

l  兩路光電繼電器均可指向上、下限控制，PID調節，時間管理；

l  創新的雙路DI-DO聯動邏輯控制，為現場自動控制提供簡單的PLC支持；

l  推薦使用分體式、兩復合傳感器，一次布線，利用，更換方便，低成本；

l  測量、變送、控制單元之間*隔離，運行更穩定；

l  電磁兼容優化設計，適應更多復雜的工業現場電磁環境；

l  低壓安全的DC24V集中供電，非常適合自控系統集中供電電源；

l  密封式儀表殼體，具有很好的耐候性和鹽霧防護性。

技術參數

濁度在線監測儀

性能特點：

l  創新的穿越迷宮式消泡系統；

l  靈巧的光學系統維護和清洗；

l  恒定流速測量室，不受水樣壓力影響；

l  多種矯正方法推薦，與進口產品媲美；

l  RS485數字化通訊接口，Modbus通訊協議；

l  隔離的(4～20)mA變送輸出，儀表/變送雙重模式；

l  3.5"320×240 TFT真彩色顯示，漢/英雙語言選擇；

l  觸控式按鍵，人性化操作，語言化、引導式菜單；

l  濁度量程范圍支持（0～100）NTU；

l  優化的電磁兼容設計，從容對抗現場工業干擾；

l  萬年歷功能，可設置循環定時、預約定時控制；

l  分級權限密碼保護功能，加強系統安全；

l  采用短波長的鎢燈做為光源，對小顆粒的測量靈敏度提高；

l  內置消泡系統，效果*，清洗方便，提高檢測精度。

技術參數：

電導率在線監測儀

性能特點：

儀表為工業流程電導率在線監視/控制面板式儀表。其量程切換、常數校驗均可通過后面板的操作部件自由設定調節；采用*的信號采集處理技術、厚膜集成電路，使測量準確、運行穩定；數據線性化、自動溫度補償；不受線纜長度改變的影響，高穩定、免維護。

技術參數：

溶解氧在線監測儀

性能特點：

l  使用極譜式克拉克傳感器；

l  任意溫度下單點標定或已知濃度標定，現場應用快捷方便；

l  3.5"320×240 TFT彩色液晶顯示，多參數同屏顯示；

l  可選擇手動/自動溫度補償測量方式，溶解氧傳感器自帶溫度測量；

l  雙路、隔離的（4～20）mA，儀表/變送雙模式；

l  高、低限報警及區間設置，雙路半導體光電開關控制輸出；

l  可對相關數據進行設置，如海拔、鹽度；

l  RS485數字通訊，MODBUS標準協議；

l  內置時間管理，提供循環定時/預約定時以及傳感器維護；

l  DC 24V供電，符合高濕度現場的安全規范；

l  優化的的電磁兼容設計，從容對抗現場工業干擾。

技術參數：

項目實施內容

精準化水產養殖無線監測系統可實時采集養殖區內外溫度、PH值、溶解氧、氨氮、鹽度等參數，以直觀的圖表和曲線的方式顯示給管理用戶，并根據水產養殖的需求提供各種聲光報警信息。當溫度、風速及含氧量等相關參數指標超過設定標準時，系統自動開啟或者關閉設備(如遠程控制網箱升降、增氧機自動投喂等)。系統利用環境數據與作物信息，指導用戶進行正確的養殖管理，為實現對水產作物的健康成長和及時調整養殖、管理等措施提供及時的科學的依據，同時實現監管自動化。

項目設備組成：

環境傳感器、采集器、控制器，懸掛式數字顯示屏、無線短信應急報警系統，數據查詢系統、數據互聯網遠程操作系統和PC終端組成。              

環境傳感器：

養殖區內可布置溫度傳感器、含氧量傳感器、風速傳感器、水位傳感器、氨氮含量傳感器、電導率傳感器、PH值傳感器。

采集器：

可采集以上傳感器的所有數據并實時進行傳輸。

采集器采用的數據轉存技術，環境數據循環的存儲在控制器上，除可以實時監測外，只要每若干天開一次計算機，數據將自動上傳到PC終端，完成數據的收集，記錄間隔在1---999分鐘間客任意選擇。任何一個傳感器均可以被設定記錄。記錄的數據可以導出EXECL報表。同時，可以生成全日、全周、全月的變化趨勢曲線圖。

環境控制系統：

能對養殖區的增氧機、投喂設備、網箱等終端設備進行控制，完成養殖區的自動投喂、增氧、升降網箱及傳感器故障報警等控制功能。

懸掛式數字顯示器：

數字顯示屏懸掛在養殖控制室內，能用大尺寸高亮度數碼管的方式醒目的顯示養殖區實時的溫度、PH值、溶解氧、氨氮、鹽度等，同時，在出現高溫、低溫、含氧量低時，進行警燈閃爍報警。

無線短信應急報警系統：

當養殖區任何一片區域出現高溫、低溫以及其他報警時，短信應急報警系統會迅速將報警短信發給養殖區管理人員等若干相關人員。管理人員用自己手機往GPS無線短信報警系統一下隨后掛機，很快就能收到來自養殖區的短信。其內容為當前溫室的溫度、PH值、溶解氧、氨氮、鹽度等信息。實現養殖區真正意義的“自動控制、無人值守、應急報警、有人干預"的控制原則。

無線手機數據查詢系統：

短信報警系統還能通過手機網絡，將養殖區的環境信息實時的傳遞到用戶的手機，用戶通過手機上網方式，輸入用戶名和密碼，可以實時查看養殖區的實時環境信息和影像信息。

數據互聯網遠程操作系統：

用戶無論是在外地還是在車上，只要電腦能上網，輸入用戶名和密碼，就能隨時隨地通過互聯網遠程查詢養殖區的各項環境參數和視頻系統拍下的影像圖片與現場動態畫面，同時，可以生成并下載Ececl表格和曲線。

視頻系統：用戶通過視頻可以更清晰觀察到養殖區內的環境信息狀況,形成水產作物的生長環境周期作業圖.

PC終端系統：

可以遠程監測控制養殖內環境變化，可以上傳、下載各種數據。