河北科学技术进步奖原位水质监测系统.pdfVIP

2017年度河北省科技进步奖公示

项目名称：原位水质监测系统

推荐单位：石家庄高新技术开发区科技局

项目简介：

长期以来，我国的水质监测多采用人工采样到实验室进行分析的办法，监测周期长，监

测结果存在滞后性，无法及时、准确地反映水质污染变化，难以适应现代地表水水质保护的

要求。近几年水质自动在线监测系统的研制取得了很大发展，在地表水监测中得到了广泛应

用，我国的水质自动监测站的建设也取得了一定的进展，已建成了上百个水质自动监测站。

但是，目前已建成的水站水质监测系统均使用大型分析仪器，体积庞大，造价高，安装方式

为岸边式或固定式，监测地点受到限制，无法实现长距离大面积水体的自动监测。

以浮标为载体的原位水质监测系统是化学分析仪器和各种水质传感器的集成，并结合了

现代化的数据采集处理技术、数据通信及定位技术、浮标设计及制造技术，是实现环境水质

监测自动化、网络化、在线原位监测的有效技术手段。目前浮标水质监测系统在海洋污染监

测和海洋水产养殖等领域已得到了广泛应用。但是，该平台在湖泊、河流、水库等水体的监

测预警领域应用还是很少见，在国内，适用于我国地表水水体的浮标式水质监测系统的研究

还处于初级阶段。同时，与原位水质监测系统配套的水质原位监测仪器，尚处于研究阶段，

市场上的产品大都不成熟。

本项目研制了一种无人值守的原位水质监测系统，以浮标为载体，搭载多种长期水质监

测的传感器和原位在线测定仪，包括水质五参数、营养盐、重金属等监测参数，用于湖泊、

水库、河流等水体的大面积、多参数原位自动监测，利用现代无线通信技术将数据传输到后

方监控平台，及时掌握主要流域、重点断面水体的水质状况，实现对水体水质的原位在线监

测预警。同时研制了基于顺序注射技术的原位营养盐及重金属在线监测仪，可监测总磷、总

氮、氨氮、六价铭等参数，具有体积小、功耗低、试剂用量少、维护周期长等特点，能够满

足浮标站的需求。

项目成果已陆续安装至岗南水库、南水北调中线工程等项目，为当地水体水质安全预

警，起到积极作用。并建立生产基地，包括总装车间、电装车间、机装调试车间、产品检

测中心等，形成1000台/年的生产能力。

主要技术内容及创新点：

（1）原位水质监测系统研究内容

原位水质监测系统设计为浮标式监测系统，包括系统条件保证单元（浮标浮体、锚泊系

统、太阳能供电系统）、防护单元、远程数据采集及传输单元、水质监测传感器（包括营养盐

分析仪、水质五参数监测仪等）、中心监控平台等部分。

原位水质监测系统

条件保证单元由浮标平台及浮体、太阳能供电系统和锚泊系统组成，为监测仪器提供安

装载体及能源动力，为水质监测提供稳定、可靠的运行平台。

浮标平台及浮体是水质监测系统的安装载体，采用浮动码头用的塑料浮筒搭建浮标平台，

平台大小可扩展。浮标浮体具有抗抗腐蚀、抵抗生物沾附等特点，且具有良好的防撞击性。

浮体内腔中心位置装有蓄电池及用于数据采集的电子系统，全密封设计，水不会浸入其内部，

防护等级达IP68。浮动平台上设有仪器安装孔，传感器通过仪器安装孔悬挂于水中。

浮标平台实景

太阳能供电系统包括太阳能电池板、铅蓄电池组及太阳能控制器。电池板将太阳能转换

为电能，存储于铅蓄电池，无充电的状态下满足仪器十四天使用需要；

锚泊系统由浮子、水平缆绳、垂直锚链和锚组成。浮体漂浮于水面上，浮子通过水平缆

绳与浮体连接，通过垂直锚链与锚相连，将浮标固定于水底，保证浮标在风浪下的姿态，浮

子又可作为多次投放的位置标志。

防护单元采用GPS卫星定位系统实现对浮标的定位管理，GPS接收模块提供监测位置的

地理、海拔信息，可以实时监控污染的范围变化和浮标地理位置。采用GPS定位系统，使用

维护方便，定位精度高。

浮标浮体顶部设有警示灯标，自由设置闪烁周期，能见度为5公里。

数据采集模块采用MODBUS协议与水质监测传感器和GPS接收模块通信，

采用GPRS通信技术，传输数据量大，用户可随意分布和移动网点，不受地理环境因素限

制。

GPS定位示意图

水质原位分析仪是浮标监测系统的核心，采用适用于长期水质监测的投入式防水设计，

运行周期长，维护量低，可以直接投入水体中实施原位测量。能够