【《水质检测方法研究的国内外文献综述》3000字】

水质检测方法研究的国内外文献综述

目录

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水质检测方法研究的国内外文献综述

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1.1水质监测方法

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1.2无线传感网络应用现状

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参考文献

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1.1水质监测方法

水质监测主要就是通过对水体各项质量参数进行检测，从而对水体质量做出评价判断的过程[8]。其方法从最初的人工采集水样加实验室化学检测，发展到专门的监测站定时定量取样进行检测，再到如今通过智能传感器结合无线网络进行远程遥感检测，其发展体现出高效性、经济性与便捷性的特点。当前主流的四种水质监测方法如下[9]。

（1）人工采样采集监测法

该方法需要检测人员对需要检测的水体进行实地采样，其采样现场如图1-1所示。在人工采样时，采样工作人员首先使用采样工具获得水样并使用便携式水质监测分析仪进行初步分析，然后再将水样带回实验室并进行后续深度检测。该方法虽然费时费力且成本较高，但由于其检测类型最为全面精准而沿用至今。一般该方法应用于抽样检查以及科研目的，不适用于日常对水体质量进行常规监测。

图1-1人工采样法

（2）水质监测站监测法

该方法也是当前应用得较为普遍而广泛的水质监测方法。该方法主要是通过在水体周边修建多个监测站点，并将自动监测与人工取样检测的方式结合起来，从而实现对特定水体流域的水质检测，也为环境保护和科学研究提供基础的检测资料。水质监测站一般又分为雨量站、水文站、化学分析中心以及地下水位观测站点等等。该方法的优势就是检测精度较高、能够实现定期检测乃至实时监测，但缺点是成本也最为高昂，且单个监测站点的监测范围也相当有限。

图1-2水质监测站监测法

（3）水生物监测法

该方法是一种较为简便易行的水质检测方法。其基本实现原理就是检测者通过对水体中种群、群落和个体数量、性状的观察记录，从而间接地了解到当前水体环境的质量水平与健康状态[10]，具体见图1-3。该方法具有直观快速的优点，且成本极为低廉，不需要做复杂的化学实验。但缺点是该方法只能实现大致的定性评价而不能对水体质量进行定量评价和精确分级。检测一次的时间轴也比较长，对于观测者的技术、经验水平要求较高，不适宜于大面积水域的分区监测及评价[11]。

图1-3水生物监测法

（4）无线遥感监测法

由于不同类型的污染物对于水体产生的影响各自有不同[12]，比如会导致水体的温度、浊度、pH值、反射波谱能量变化等，因此无线遥感监测法的主要实现原理就是通过对波谱能量特性、水面颜色及温度的遥感检测，从而作为对水环境实时质量、状态的分析依据。该方法虽然能够实现无人值守和远程检测，并且能够实现对大面积水域的同时检测，但其布设成本较高且对于部分指标数值的获取精确度不足，因而其实用性也十分有限。

图1-4无线遥感监测法

1.2无线传感网络应用现状

如今在无线传感器网络技术的快速发展之下，各类水质检测传感器的研发也在如火如荼地进行，并且能够胜任对海洋、湖泊、河流水质的自动快速检测与评价[13-16]，给环境保护及科研事业都带来了极大的方便。一些较为成功的典型案例如下。

（1）瑞典某科研机构在2006年时对全球盐度最低的海——波罗的海的某海域安装了布设总面积达到3000k㎡的海水水质自动监测系统，该系统通过无线传感器网络实现了对监测信息的实时传输[17]。且该系统的特点是从海面一直延伸到约500m的海水深度，实现了立体化监测。该系统的信息传输是将有线传输与无线传输进行结合实现超长距离传输。其海面以下部分的监测结果均为无线传输，而海岸信息中转站到控制中心的信息传输均为有线传输。该自动监测系统能够实现对海水环境多达100多种参数的实时监测，总共使用了约180种监测传感设备以实现实时组合式监测。海面以下的监测漂浮仓通过调整配重可以实现在指定的深度稳定悬浮。

图1-5左侧的节点为传感器；右侧节点为主控制器

图1-6海洋水环境的实时监测系统的结构图

（2）加拿大某科研机构早在2004年时就在雅茅斯市沿海布设了一套海洋水质环境自动监测系统并沿用至今，该系统通过各类水质检测传感器加无线网络信息传输，从而实现对海水浊度、电导率、温度、水压、流速等多项参数的实时监测。通过100多个监测节点的布设，可以实现约300k㎡海域的水质监测，该无线系统通信速率约为10kbps，单个信号传输节点最大信息收发距离为1.5km。每个节点仅需要两节碱性电池就可以在海面上持续工作1个月。同时每个节点都带有指示灯，在海水的作用下可以自发电并发光和反光以提高辨识度。节点外形见图1-7。

图1-7水环境监测节点

在该套实时监测系统中，处理器、电源、无线传输模块都漂浮于水面，而水下则是用于检测水质的多种传感器。图1-8为该系统单个节点的具体结构设计。

图1-8雅茅斯部署的水环境监测节点构造示意图

该监测系统经过后续多次改进，可以同时处理高达百万字节的数据，将其经过初步过滤分析之后上传到控制中心，科研人员再对这些原始数据进行深入细致的分析并得出阶段性检测报告。比如科研人员可以通过水压的变化规律来对当地的潮汐周期、潮汐力等进行分析总结。

（3）2014年时英国某高校科研机构设计了一套可以自动监测洪水水位变化的自动预警系统，也是通过水位传感设备加无线信息传输网络，实现对单条河道上下游多个位置水位监控点的布设，同时还能够根据监测结果对未来洪水水位的变化趋势进行预测[18-19]。

该传感器的布设位置均位于河道两侧，传感器能够实时感知水位的高度，并且部分监测点有可以进行图像监控都是摄像头。摄像头主要是对水面的变化情况进行拍摄和传送。在无线信息传输方面，各个节点均采用同时支持802.11b协议和蓝牙协议的XScale处理器，能够很好地保证兼容性和数据传输速率，且后者的数据传输速率要明显高于前者，但传输距离则相对更短，因此采用两种传输协议可以实现相互取长补短。该系统还同时应用了ad-hoc多跳通信从而实现上百公里的超远距离信息传输。该系统的网络实验平台外观如图1-9所示。

图1-9洪水监测网络实验平台

虽然上述水环境无线监测系统的设计与运行都较为成功，但仍然都有一些不完善之处[20]，其具体表现为各个节点之间信息传输稳定性始终不能令人满意；各个零部件故障率较高；采集参数的误差较大因而并不能完全代替人工检测；无法实现更大范围布设。因此这些系统仅仅都只是在小范围水域内进行水环境检测，且其布设和运维成本极高，这就影响了这类自动化水环境监测系统的进一步推广普及。

参考文献

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