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時間：2022-02-17 17:03:15
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作為與環(huán)境保護相融合的生態(tài)系統(tǒng)模式，主要就是突出在環(huán)境保護中，對各個影響因素進行相應(yīng)的代表值的測定，通過現(xiàn)代化技術(shù)的融入，在整個監(jiān)測中采用計算機信息軟件等功能，更好地為環(huán)境質(zhì)量的好壞提供全方位的技術(shù)控制。在監(jiān)測的過程中，通過采用現(xiàn)場督察、資料的收集以及監(jiān)測設(shè)計計劃、布點設(shè)計、樣品監(jiān)測等方式，形成對數(shù)據(jù)分析處理、綜合指標(biāo)的評定等綜合運用，結(jié)合在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測主管單位的整體監(jiān)管中，形成自然因素、人為因素的環(huán)境保護模式，形成科學(xué)有效的監(jiān)管辦法。
1.2整體功能的發(fā)揮
在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，主要是通過技術(shù)運用的手段，圍繞在經(jīng)濟社會發(fā)展中的各個要素，在污染要素、生態(tài)環(huán)境破壞等方面形成技術(shù)性的控制，這樣可以更加突出在整個監(jiān)測中的技術(shù)模塊，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供良好的支持。其中，通過對空氣質(zhì)量、廢水排量等有效的數(shù)據(jù)控制，能為環(huán)保監(jiān)察的執(zhí)法提供科學(xué)的依據(jù)，全面加強生態(tài)環(huán)境保護的整體運用。
2生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中存在的問題
2.1業(yè)務(wù)水平不強
在環(huán)境檢監(jiān)測的處理過程中，由于專業(yè)隊伍人才的缺乏，不能全面適應(yīng)整個監(jiān)測的需求，有的監(jiān)測機構(gòu)即使配備了相關(guān)的人員，但是在專業(yè)技能上還是不能與整個監(jiān)測技術(shù)相吻合，對于監(jiān)測中空氣質(zhì)量、地下水以及廢水等指標(biāo)的測量，不能形成整體的管理水平，因此不能適應(yīng)整個監(jiān)測業(yè)務(wù)的整體功能。
2.2過分強調(diào)經(jīng)濟效益
受到傳統(tǒng)思想的影響，在生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測中，由于空氣質(zhì)量的下降、水污染的嚴(yán)重加劇，空氣質(zhì)量的全面降低，在追求經(jīng)濟發(fā)展的過程中，全面強調(diào)對整個經(jīng)濟的發(fā)展步伐，在電子產(chǎn)品、化工藥物、能源開發(fā)等過程中，采用的是粗放式的開采模式，因此，沒有技術(shù)開發(fā)的模式，也不能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與調(diào)整，在經(jīng)濟發(fā)展的過程中產(chǎn)生了很大的生態(tài)問題，不能形成可持續(xù)發(fā)展的整體運行態(tài)勢。
2.3生態(tài)破壞的嚴(yán)重性較大
在環(huán)境破壞中，對于生態(tài)環(huán)境的影響是一個關(guān)鍵性的因素。尤其是在整個經(jīng)濟大背景下，環(huán)境污染的形成不是一時的，主要的過程是經(jīng)歷日積月累的。生活環(huán)境中各種空氣要素遭到破壞，不能形成一種健康的生態(tài)方式。在環(huán)境監(jiān)測的系統(tǒng)模式中，也不能進行全方位的優(yōu)化，從而不利于環(huán)保部門對于環(huán)境的整體控制，在技術(shù)上不能全面創(chuàng)新，這些都不利于環(huán)境生態(tài)監(jiān)測技術(shù)的整體升級和在具體運用中的作用發(fā)揮。
3生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的運用方式
3.1遙感與GIS一體化集成技術(shù)
遙感圖像類似于柵格數(shù)據(jù)。在GIS，遙感和地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)級輕松實現(xiàn)一體化。GIS軟件在圖像處理方面比較弱，而遙感軟件在數(shù)據(jù)管理及空間分析方面非常欠缺。遙感圖像分析功能可以被用來作為一個核心組件和GIS的集成，我們必須首先解決數(shù)據(jù)在兩個平臺之間的互操作性問題。遙感影像獲取成本相對較高，且需要占用較大的存儲空間，如果為每一用戶都單獨配備相應(yīng)的影像將需要花費較大的代價。而遙感影像的使用特點是多個用戶經(jīng)常在同一幅影像上進行相應(yīng)操作，也就是以共享方式使用影像。因此基于WebServices的共享方式能集中利用服務(wù)器的軟、硬件資源，方便終端用戶的使用。其次是平臺一體化。如果在菜單中的遙感圖像處理的結(jié)果可以被直接發(fā)送到GIS軟件，沒有中間的保存、打開，類似于GIS的分析軟件，該軟件直接進入遠程同步顯示或另一個軟件集成軟件的常用功能，雖然在兩個不同的軟件平臺下工作，但效果類似。
3.2數(shù)據(jù)庫內(nèi)容和組織
數(shù)據(jù)層由空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫兩部分組成。其中，空間數(shù)據(jù)庫包括評價區(qū)域基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)庫包括國家生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范，相關(guān)術(shù)語的解釋，土地利用分類系統(tǒng)地類代碼、含義以及一二級地類匹配關(guān)系，各個評價指標(biāo)權(quán)重及計算方法，社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)和環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)等。同時，將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的ID關(guān)聯(lián)。關(guān)系模型實際上是一種簡單的二維表格，適用于具有簡單屬性（屬性不可分），且屬性個數(shù)固定的對象，但不能直接表示屬性個數(shù)不定的空間數(shù)據(jù)，如一條線上具有不同的空間點。
3.3突出環(huán)境保護監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)
對于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的每一個科學(xué)指標(biāo)，尤其是在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建中，最主要的是實現(xiàn)整個系統(tǒng)管理的規(guī)范化，在嚴(yán)謹?shù)脑O(shè)計過程中，有針對性地形成技術(shù)融合模式，才能更好地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的優(yōu)越性。在科學(xué)優(yōu)化的基礎(chǔ)上建立并完善全國環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，根據(jù)分級管理原則和環(huán)境管理的需要，建立并完善國家、省、市級環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)管理及運行機制，制定章程和規(guī)范，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，合理分工，相互配合。監(jiān)測站承擔(dān)大量基礎(chǔ)性、常規(guī)性的環(huán)境質(zhì)量、污染源監(jiān)測工作，監(jiān)測總站和省站不承擔(dān)或很少承擔(dān)具體監(jiān)測任務(wù)，重在監(jiān)測科研，進行監(jiān)測技術(shù)路線、監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、分析方法體系、環(huán)境質(zhì)量綜合分析評價技術(shù)體系、質(zhì)量控制技術(shù)體系的深入研究。
2防雷接地地網(wǎng)的檢測方法
防雷接地地網(wǎng)的接地電阻的測量有多種方法，一般有電壓、電流法、比率計法、電橋法等檢測方法[3]。如圖1所示，無論采用哪種檢測方法，均需要采用二到三根輔助地極放至于合適的位置上，并采用相應(yīng)算法的儀表—接地地阻測試儀進行測試。以接地電阻檢測最常用的一種方法-電壓、電流檢測法為例進行探討，在實際檢測中，防雷接地電阻檢測中要增加輔助地極及地極引線，每次的檢測均需要花費大量的時間進行輔助地極的選點（輔助地極插入點）并安插到地面泥土層及引線接線，比較麻煩。當(dāng)選點處后期被占用，如加上了水泥、瀝青地面、其他裝飾構(gòu)件或建構(gòu)物等，這樣就對檢測造成困難或無法檢測。
3防雷接地地網(wǎng)的周期檢測的實用性方案探討
針對于檢測的特性及每次檢測時所花費的時間與精力，及由于加上了水泥、瀝青地面、其他裝飾構(gòu)件或建構(gòu)物等影響后期的檢測問題，均有理由對檢測方式方案進行進一步的改進。為解決以上所提出的問題，第一步可以在從開始地網(wǎng)建設(shè)時就設(shè)立好檢測點，并在檢測點上安裝上檢測輔助地極，并從輔助地極處敷設(shè)好導(dǎo)線，導(dǎo)線一端連接輔助地極，一端在接地電阻檢測儀檢測點處引出，每次檢測時，只要將接地電阻測試儀和引出導(dǎo)線連接上即可檢測。輔助地極導(dǎo)線的敷設(shè)可按現(xiàn)場情況敷設(shè)，建議采用管道保護，從而增加其耐用性。當(dāng)輔助導(dǎo)線敷設(shè)好后，復(fù)檢時就不再受檢測點處的再建物的影響（當(dāng)再建物在建設(shè)時，應(yīng)當(dāng)對所敷設(shè)的導(dǎo)線進行保護），且每次檢測時花費時間更小，又因輔助地極選點無變化，得到的數(shù)據(jù)對比性更強。
4實現(xiàn)接地地網(wǎng)的實時監(jiān)測方案探討
如上述，接地地網(wǎng)解決了選點問題和再建物的影響問題，但仍然要操作人員選擇時間并到現(xiàn)場進行檢測，對地網(wǎng)的監(jiān)測仍然達不到實時監(jiān)測的要求。要做到接地地網(wǎng)接地電阻值的實時監(jiān)測，則應(yīng)進行進一步的改造?？梢栽谳o助地極引出導(dǎo)線處加入智能檢測儀表，或增加控制線路，控制線路可使儀表周期性動作，時間可內(nèi)定，并可讀取接地地阻測試儀所檢測的數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)后再由一個如DTU（無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊）的設(shè)備通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進行無線發(fā)送至服務(wù)器或其他方式的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器，通過服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理后，再由服務(wù)器通過Inter⁃net網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)測端如用戶電腦，用戶電腦并安裝相應(yīng)的軟件平臺，用戶電腦接收數(shù)據(jù)后并分析，對防雷接地地網(wǎng)電阻值進行統(tǒng)計出表，對不合格的地網(wǎng)進行報警或告知管理人員，從而實現(xiàn)接地地網(wǎng)接地電阻的實時監(jiān)測。
以目前的全國業(yè)務(wù)化海洋環(huán)境監(jiān)測任務(wù)為基礎(chǔ)，對上報的監(jiān)測任務(wù)進行標(biāo)準(zhǔn)化命名，如海洋生物多樣監(jiān)測、海洋大氣監(jiān)測，對不同填報的名稱進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
1．2組織單位名稱的標(biāo)準(zhǔn)化處理
各地上報的組織單位比較混亂，有的上報了監(jiān)測機構(gòu)名稱，有的上報了其隸屬的行政部門名稱，不利于監(jiān)測任務(wù)的考核。根據(jù)國家海洋環(huán)境監(jiān)測工作任務(wù)以及各海區(qū)年度海洋環(huán)境監(jiān)測工作方案，目前組織單位主要包括國家海洋局局屬單位、3個分局、11個沿海省（自治區(qū)、直轄市）海洋行政管理部門和5個計劃單列市海洋行政管理部門，如國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心、國家海洋局北海分局、遼寧省海洋與漁業(yè)廳、大連市海洋與漁業(yè)局，對不同填報的組織單位進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
1．3監(jiān)測區(qū)域名稱的標(biāo)準(zhǔn)化處理
由于各地方上報的監(jiān)測區(qū)域不夠規(guī)范，且很難表現(xiàn)出更多的區(qū)域信息，同時考慮到區(qū)域統(tǒng)計分析，因此需對監(jiān)測區(qū)域進行規(guī)范化命名。監(jiān)測區(qū)域命名結(jié)構(gòu)為：沿海地區(qū)／海區(qū)＋沿海城市／特定區(qū)域＋名稱，其中沿海地區(qū)／自然海區(qū)和名稱字段不能省略，沿海城市／特定區(qū)域字段若無可以省略。如，遼寧葫蘆島赤潮監(jiān)控區(qū)，廣東近岸、福建廈門近岸、東海近海及遠海，對不同填報的監(jiān)測區(qū)域名稱進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
1．4監(jiān)測要素名稱的標(biāo)準(zhǔn)化處理
每個監(jiān)測任務(wù)里包含了不同的監(jiān)測要素，且不同的任務(wù)可能會監(jiān)測相同的要素，因此需對監(jiān)測要素進行規(guī)范命名，以便對相同的要素進行統(tǒng)一分析、數(shù)據(jù)量統(tǒng)計等。以目前的業(yè)務(wù)化海洋環(huán)境監(jiān)測要素為基礎(chǔ)，對上報的監(jiān)測要素進行標(biāo)準(zhǔn)化命名，如水文氣象、海水水質(zhì)、沉積物質(zhì)量、浮游植物和浮游動物等，對不同填報的監(jiān)測要素進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
1．5監(jiān)測參數(shù)及單位的標(biāo)準(zhǔn)化處理
由于每個監(jiān)測要素需要監(jiān)測不同的監(jiān)測參數(shù)，如海水水質(zhì)需要監(jiān)測化學(xué)需氧量、氨氮和溶解氧等。而每個監(jiān)測參數(shù)的名稱在寫法上有不同的形式，如化學(xué)需氧量也可寫為COD，氨氮也可寫為氨－氮或NH4－N等，給數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、評價帶來一定的不便，因此有必要規(guī)范不同監(jiān)測參數(shù)的名稱。另外，每個監(jiān)測要素的單位也需統(tǒng)一規(guī)范。如重金屬的鋅元素，有的上報其參數(shù)單位為mg／L，有的上報為μg／L。在數(shù)據(jù)統(tǒng)一進入標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫時，需將單位統(tǒng)一。參照國際標(biāo)準(zhǔn)、國內(nèi)海洋環(huán)境監(jiān)測調(diào)查規(guī)范以及各地監(jiān)測機構(gòu)的填報習(xí)慣等，針對不同的監(jiān)測任務(wù)和監(jiān)測要素，對每個監(jiān)測參數(shù)的名稱及計量單位進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
1．6站位基礎(chǔ)信息的數(shù)據(jù)類型標(biāo)準(zhǔn)化處理
監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型包括數(shù)值型、字符型、布爾型和百分比等。對站位基礎(chǔ)信息如站位編號、經(jīng)緯度、監(jiān)測日期、水深和層號等的數(shù)據(jù)類型進行規(guī)范。（1）站位編號。上報的站位編號大部分為字符型，但也有站位編號為1、2、3等，為數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一管理，需統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為字符型。站位編號不規(guī)范主要有以下幾個方面：①站位編號英文大小寫不一致；②監(jiān)測機構(gòu)各自命名；③在站位編號上加“臨”“平行樣”和“空白樣”等字樣。參照目前海洋環(huán)境監(jiān)測站位編號規(guī)則，由任務(wù)編號、海區(qū)編號、類別編號和站位序號順次排列組成。對站位進行統(tǒng)一編號。對于歷史站位編號的確認，可通過核查相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)、核實年度監(jiān)測方案、聯(lián)系地方監(jiān)測機構(gòu)等方式，將站位編號統(tǒng)一。（2）站位的經(jīng)、緯度。上報的經(jīng)緯度有兩種形式：一個是小數(shù)形式，另一個是度分秒形式。為便于計算機的計算方便，目前統(tǒng)一為小數(shù)形式。由于經(jīng)緯度的小數(shù)位數(shù)不一致，會導(dǎo)致部分空間定位有細微的差別。結(jié)合監(jiān)測任務(wù)計劃和實際監(jiān)測情況，統(tǒng)一經(jīng)緯度的有效位數(shù)，目前保留到小數(shù)點后6位。（3）監(jiān)測日期。上報的監(jiān)測日期格式不一致，主要形式為：“2011－08－20”“2011／8／20”、或為時間型等?，F(xiàn)統(tǒng)一其形式為“2011－8－20”，年份：填滿4位；監(jiān)測月份：1—12，月信息小于10，前位無需補零。注意檢查，監(jiān)測年份是否為該年度；月份是否大于12；日期是否在該月的自然日以內(nèi)。（4）采樣深度與層號。部分地方監(jiān)測機構(gòu)在該填報“層號”的地方填寫了采樣深度，同時層號不統(tǒng)一，有的為中文———“表層”“中層”“底層”；有的為英文———“S”“M”“B”?！逗Ｑ蟊O(jiān)測規(guī)范》中對水深和相應(yīng)的采樣層次進行了規(guī)范。對層號，統(tǒng)一用英文表示。其中：表層為S；底層為B；若只有一個中層用M表示，若為多個中層，則分別用M1、M2、M3等順延表示。另需檢查層號與層深的匹配情況，若層號為S（表層），則采樣深度應(yīng)小于或等于2m；層號為B（底層），則采樣深度大于3m。部分填報機構(gòu)填寫層號時，出現(xiàn)表層填寫“B”和底層填寫為“D”的現(xiàn)象，可能是按“表層”和“底層”的首拼音字母填寫造成的。
1．7監(jiān)測參數(shù)不規(guī)范類型的處理
監(jiān)測參數(shù)的不規(guī)范類型問題，主要應(yīng)注意以下幾點。（1）大于號、小于號。某些監(jiān)測參數(shù)如重金屬、大腸桿菌數(shù)等，其監(jiān)測參數(shù)值上報中含有大于號或小于號。此類數(shù)據(jù)通常不影響其評價等級的判定，但會影響該類參數(shù)最大值、最小值、均值等統(tǒng)計的結(jié)果。可研究該參數(shù)的理化性質(zhì)并聯(lián)系地方監(jiān)測機構(gòu)，確認該參數(shù)的具體值大小。其缺省解決方法是刪除大于號、小于號，以便該參數(shù)的統(tǒng)計及評價。（2）未、無、“－”等字樣。結(jié)合年度監(jiān)測任務(wù)，聯(lián)系地方監(jiān)測機構(gòu)，確認該監(jiān)測參數(shù)是未被監(jiān)測，還是低于檢出限。未監(jiān)測用空值表示；低于檢出限用“未檢出”表示。（3）空格及其他無效字符。上報的監(jiān)測數(shù)據(jù)中常含有空格及其他無效字符，使得計算機在識別、歸類等過程中出現(xiàn)異常。可核查監(jiān)測數(shù)據(jù)的內(nèi)容和性質(zhì)，確認為無效字符后，對數(shù)據(jù)值前、后含有的空格或其他無效字符進行刪除處理。對經(jīng)緯度空缺，可核查相關(guān)的原始上報數(shù)據(jù)集和年度監(jiān)測工作方案，或聯(lián)系地方監(jiān)測機構(gòu)；對層號空缺，可根據(jù)水深判斷，或聯(lián)系地方監(jiān)測機構(gòu)補缺；對某些監(jiān)測參數(shù)值空缺，可結(jié)合年度監(jiān)測任務(wù)，聯(lián)系地方監(jiān)測機構(gòu)，確認該監(jiān)測參數(shù)是未被監(jiān)測，還是低于檢出限，再根據(jù)判斷結(jié)果給出規(guī)范填寫。
2監(jiān)測數(shù)據(jù)的齊全性檢驗
海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的齊全性檢驗，是以海洋環(huán)境監(jiān)測方案為依據(jù)，檢查監(jiān)測方案中規(guī)定的監(jiān)測數(shù)據(jù)是否全部上報完整。首先對國家海洋環(huán)境監(jiān)測工作任務(wù)以及各海區(qū)年度海洋環(huán)境監(jiān)測工作方案進行分析，對監(jiān)測工作方案進行信息解析，按空間維度、指標(biāo)維度和時間維度對監(jiān)測任務(wù)進行細化，空間維度包括監(jiān)測站位、監(jiān)測區(qū)域、管轄區(qū)域等，指標(biāo)維度包括監(jiān)測參數(shù)、監(jiān)測要素等，時間維度包括監(jiān)測時間等。其中監(jiān)測站位、監(jiān)測參數(shù)、監(jiān)測時間是空間維度、指標(biāo)維度和時間維度的最小單元，通過對最小單元的數(shù)據(jù)量統(tǒng)計，可獲得其上一統(tǒng)計單元的數(shù)據(jù)情況。因此對海洋環(huán)境監(jiān)測方案的解析按監(jiān)測站位、監(jiān)測參數(shù)和監(jiān)測時間3個方面進行分解。對照監(jiān)測方案，檢查接收的數(shù)據(jù)是否存在區(qū)域、站位或頻次等有空缺監(jiān)測的情況。記錄缺失的原因：可能由于某些緣故未能進行監(jiān)測、地方調(diào)整了監(jiān)測方案或地方漏報。仔細核查年度監(jiān)測任務(wù)計劃，聯(lián)系地方監(jiān)測機構(gòu)確認。
3站位基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)質(zhì)量控制
3．1空間位置檢驗
空間位置檢驗主要針對調(diào)查單位在站位信息匯總過程中可能出現(xiàn)的錄入錯誤。將調(diào)查站位經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為十進制的單位后，通過利用GIS生成站位圖的方式檢查站位落點所在位置，看其是否落在規(guī)定的監(jiān)測區(qū)域，對于斷面上的調(diào)查站位，還要檢查其是否明顯偏離斷面沿線。同時還需檢查“相同的站位編號，經(jīng)緯度不同”和“不同的站位編號，經(jīng)緯度相同”等數(shù)據(jù)空間位置精度的問題。對于該類問題，可通過核查相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)、核對年度監(jiān)測任務(wù)、聯(lián)系監(jiān)測機構(gòu)確認等方法，予以更正。
3．2站位基礎(chǔ)信息一致性的檢測
根據(jù)站位基礎(chǔ)信息一致性檢驗方法，即監(jiān)測區(qū)域、站位編號、站位經(jīng)緯度、監(jiān)測日期等基礎(chǔ)信息決定一條數(shù)據(jù)記錄，根據(jù)不同的監(jiān)測任務(wù)和監(jiān)測要素，分析站位基礎(chǔ)信息一致性是否符合。針對站位編號和經(jīng)緯度不一致的情況，從空間位置檢驗是否合理，并核實監(jiān)測方案進行解決。針對監(jiān)測日期相同且站位編號相同等情況，判斷兩條記錄的監(jiān)測參數(shù)值是否完全一致，若完全一致則認為是重復(fù)記錄；若不完全一致，可認為是平行樣記錄，并進一步核實。
3．3數(shù)據(jù)記錄重復(fù)的處理
海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的上報過程中存在很多重復(fù)的數(shù)據(jù)記錄，產(chǎn)生這種重復(fù)記錄的主要有如下原因。（1）地方上報數(shù)據(jù)時，重復(fù)上報了監(jiān)測數(shù)據(jù)集，如8月份上報了5月份和8月份兩份數(shù)據(jù)；年底將全年的監(jiān)測數(shù)據(jù)再次上報。（2）不同監(jiān)測機構(gòu)報送的重復(fù)數(shù)據(jù)，如屬于上下兩級監(jiān)測機構(gòu)（省、計劃單列市）重復(fù)報送。（3）地方監(jiān)測機構(gòu)監(jiān)測人員填寫報表時，將某些記錄重復(fù)填寫。（4）地方監(jiān)測機構(gòu)監(jiān)測人員填寫報表時，將平行樣的數(shù)據(jù)填寫。（5）數(shù)據(jù)集合并時，將曾經(jīng)合并過的數(shù)據(jù)集再次合并。對于重復(fù)的記錄數(shù)據(jù)，在建立環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中應(yīng)做剔除處理。
3．4平行樣的處理
平行樣數(shù)據(jù)只作為監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量保證的輔助，在實際統(tǒng)計、評價和監(jiān)測數(shù)據(jù)時需區(qū)別對待。一般來說，只有少數(shù)站位上報的數(shù)據(jù)是平行樣。為了數(shù)據(jù)量統(tǒng)計、環(huán)境質(zhì)量評價等的需要，對于平行樣的記錄數(shù)據(jù)，可將監(jiān)測參數(shù)值進行求平均處理。
4監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制
4．1值域一致性檢驗
在海洋環(huán)境監(jiān)測中，每個監(jiān)測參數(shù)有其對應(yīng)的經(jīng)驗值域范圍，通過值域檢測規(guī)則對填報的監(jiān)測數(shù)據(jù)按不同監(jiān)測要素分別對每個監(jiān)測參數(shù)值進行檢驗，對于超出值域范圍的值，需進一步分析該區(qū)域其他站位、其他頻次、周邊站位的參數(shù)值情況，并結(jié)合監(jiān)測任務(wù)性質(zhì)以及超出值域比例，從而判斷該參數(shù)值的可靠性。
4．2邏輯一致性檢驗
某些監(jiān)測參數(shù)間存在一定的邏輯關(guān)系，即監(jiān)測參數(shù)與監(jiān)測參數(shù)間存在某種相關(guān)關(guān)系，有些關(guān)系具有一定的規(guī)律性，根據(jù)邏輯一致性檢驗方法，對于不符合邏輯一致性的監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄，應(yīng)進一步同監(jiān)測機構(gòu)進行核實。
4．3數(shù)據(jù)輸出
對文件進行批量檢驗處理，對于檢驗結(jié)果，給出合理且足夠詳細的錯誤提示，并保存質(zhì)檢日志，使得數(shù)據(jù)便于修改。為了區(qū)別一個數(shù)據(jù)是否進行了質(zhì)檢、是否通過質(zhì)檢，以及了解質(zhì)檢的情況，需要對質(zhì)檢過后數(shù)據(jù)增加一個質(zhì)量控制符號，簡稱質(zhì)量符。綜合參考“國標(biāo)GB／T12460－2006海洋數(shù)據(jù)應(yīng)用記錄格式”以及“908海洋化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)記錄格式”等質(zhì)量符格式。其中，“908海洋化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)記錄格式”中質(zhì)量符2表示可疑傾向正確，3表示可疑傾向錯誤，本研究將這兩者綜合考慮，記為可疑；另外，“908海洋化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)記錄格式”中質(zhì)量符8表示痕量，由于與“未檢出”有一定的重疊，因此本研究只采用“未檢出”。表1給出海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量符及說明。一般來說，數(shù)值型的監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)，對其質(zhì)量檢驗出有問題的只能作為“可疑”處理，不宜隨意修改或刪除。除非經(jīng)過專家經(jīng)驗檢驗，并經(jīng)監(jiān)測單位核實，可明確其為錯誤的，其質(zhì)量符方可標(biāo)注為“4”。對于監(jiān)測站位基礎(chǔ)信息，如監(jiān)測日期、站位編號、經(jīng)緯度、層號等，檢驗出有問題的，可根據(jù)檢驗情況，標(biāo)注其質(zhì)量符為“4”或“3”等。按步驟完成監(jiān)測數(shù)據(jù)處理流程后，可分年度或季度對處理的文件形成數(shù)據(jù)處理報告，并制作經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理和質(zhì)量控制后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集。
在環(huán)境監(jiān)測信息管理中，計算機技術(shù)的運用主要是實現(xiàn)對收集到的相關(guān)信息進行數(shù)據(jù)的錄入、修改以及查詢、處理等，形成對環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的備份、恢復(fù)等存儲管理，在對數(shù)據(jù)進行初級的處理之中，形成自帶軟件的數(shù)據(jù)計算、統(tǒng)計以及簡單的數(shù)據(jù)分析，從而為數(shù)據(jù)計算的準(zhǔn)確性提供有效的幫助，可以有效地提高環(huán)境監(jiān)測中數(shù)據(jù)運用的整體效率。
1.2實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享
通過計算機技術(shù)的融入，形成對數(shù)據(jù)共享的管理模式。尤其是在建立局域網(wǎng)的情況下，可以通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的方式，將監(jiān)測到的環(huán)境指標(biāo)與數(shù)據(jù)，通過文件共享、遠程控制等方式，增強對數(shù)據(jù)共享的使用能力。不同部門可以形成對數(shù)據(jù)的共享模式，增強整個數(shù)據(jù)交流與處理的能力，并實現(xiàn)計算機操作模式下的無紙化辦公模式。
1.3數(shù)據(jù)的有效性
通過計算機信息技術(shù)的融入，環(huán)境保護部門對于監(jiān)測到的環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)，環(huán)保部門通過網(wǎng)站、新聞媒介以及其他的方式，將環(huán)境信息進行有效的。從而有利于大眾對環(huán)境監(jiān)測信息的攝取，對于環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)信息，在計算機技術(shù)的處理下，形成整理、分析、定期向環(huán)保部門傳輸?shù)姆绞剑軠?zhǔn)確地傳達有關(guān)的環(huán)境信息。
2計算機技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測信息管理應(yīng)用中存在的問題
2.1監(jiān)測數(shù)據(jù)處理能力相對較低
在對環(huán)境監(jiān)測中收集到的信息內(nèi)容，不管是在有計算機運用的部門，還是部門完全實現(xiàn)計算機管理，在數(shù)據(jù)的類型、格式、結(jié)構(gòu)、存儲方式還沒有形成規(guī)范化的運用，雖然在局域網(wǎng)的操作模式中，還是不能對整個監(jiān)測數(shù)據(jù)形成有力的運用。譬如，在水質(zhì)檢測中，對于某一個監(jiān)測斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過文本形式存放，在進行質(zhì)量控制的過程中，要對斷面污染狀況進行分析，就不能從中獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，要重新錄入，這樣就增加了整個工作量，不能充分發(fā)揮出數(shù)據(jù)的有效性。
2.2計算機綜合管理還存在弊端
在計算機技術(shù)的管理中，有些計算機網(wǎng)絡(luò)還存在一定的安全隱患，由于在操作過程中，對于硬盤數(shù)據(jù)的訪問相對頻繁，在使用文件設(shè)置的過程中，就不能對整個硬盤數(shù)據(jù)形成共享的模式。這樣可以在沒有權(quán)限的情況下，對數(shù)據(jù)進行復(fù)制、修改等，造成網(wǎng)絡(luò)管理的安全不強，容易造成網(wǎng)絡(luò)病毒甚至是黑客的侵入，從而導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)的喪失或者相關(guān)數(shù)據(jù)的泄密，產(chǎn)生更大的不良影響。
3計算機技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測信息管理中的應(yīng)用
3.1整體技術(shù)的控制因素
由于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與人類生活息息相關(guān)，開展區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價要求快速、準(zhǔn)確、合理。同時由于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與植被、大氣、水、噪聲等多種因素密切相關(guān)，需要一種快速有效的技術(shù)計算出生物豐度指數(shù)、NDVI指數(shù)、植被覆蓋度指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、污染負荷指數(shù)和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)來描述生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，并制定相關(guān)的對策。所以，根據(jù)《生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價規(guī)范》，采用遙感和GIS技術(shù)，開發(fā)一個生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價業(yè)務(wù)化運行系統(tǒng)勢在必然。然而，經(jīng)過調(diào)研，國內(nèi)外雖然已經(jīng)大規(guī)模的應(yīng)用GIS和遙感技術(shù)進行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價，但成熟的、業(yè)務(wù)化運行的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價系統(tǒng)卻寥寥無幾。即使有也過分偏重于GIS，功能相對比較單一，大部分僅限于生態(tài)環(huán)境信息的查詢與統(tǒng)計以及一些基本的GIS功能，不具備如圖像裁剪、鑲嵌、圖像變換、幾何糾正、分類等遙感數(shù)據(jù)加工和信息提取功能，而數(shù)據(jù)加工和信息提取在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價業(yè)務(wù)中必不可少，它為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價業(yè)務(wù)提供了有效的數(shù)據(jù)信息保障。
3.2數(shù)據(jù)一體化管理與共享
3.2.1數(shù)據(jù)互操作
遙感圖像分析功能可以被用來作為一個核心組件和GIS的集成，我們必須解決數(shù)據(jù)在兩個平臺之間的互操作性問題。要注意兩個方面的問題：首先，遙感數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)存儲都支持的標(biāo)準(zhǔn)格式。由于需要借助標(biāo)準(zhǔn)文件格式，處理過程變得復(fù)雜；其次，兩種系統(tǒng)都支持對方的文件格式。這種方式不需要對已有文件進行格式轉(zhuǎn)換，處理起來更方便。
3.2.2柵矢數(shù)據(jù)集中和分布式管理
遙感數(shù)據(jù)通常以柵格數(shù)據(jù)存放，而GIS數(shù)據(jù)通常為矢量格式，在一體化存儲方案中，同時支持兩種文件格式，并支持分布式管理。
3.2.3基于服務(wù)的企業(yè)級共享
遙感影像獲取成本相對較高，且需要占用較大的存儲空間，如果為每一用戶都單獨配備相應(yīng)的影像將需要花費較大的代價。而遙感影像的使用特點是多個用戶經(jīng)常在同一幅影像上進行相應(yīng)操作，也就是以共享方式使用影像。因此基于WebServices的共享方式能集中利用服務(wù)器的軟、硬件資源，方便終端用戶的使用。
3.3柵矢數(shù)據(jù)集中和分布式管理
ArcGIS的核心數(shù)據(jù)模型Geodatabase，它是按照一定數(shù)據(jù)規(guī)則來存儲空間數(shù)據(jù)或?qū)傩詳?shù)據(jù)，并實現(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)的放縮式管理；它也是一種較好的遙感與GIS數(shù)據(jù)一體化儲存模型；它分為三個層級：FileBasedGeodatabase、PersonalGeodatabase、Enterprise（SDE）Geodatabase。其中Enterprise（SDE）Geodatabase支持分布式管理與儲存，如圖1所示ENVI完全支持ArcGISGeodatabase各個級別的讀寫，在ENVI、ENVIZoom、ENVIEX中都可以通過菜單RemoteConnectionManager打開相應(yīng)的面板，也可以通過SavetoArcGISGeodatabase菜單將數(shù)據(jù)保存到Geodatabase。
3.4生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價
經(jīng)過圖像裁剪、增強、幾何糾正、圖像變換、圖像分類以及分類后處理幾個步驟后，獲得研究區(qū)域圖像分類圖。結(jié)合數(shù)據(jù)庫中各個地類匹配關(guān)系、侵蝕度級別以及各個指數(shù)歸一化指數(shù)，分別計算NDVI指數(shù)、生物豐度指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、植被覆蓋度指數(shù)、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)和污染負荷指數(shù)，并將計算結(jié)果以專題圖的形式表現(xiàn)出來。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價菜單包括以下子菜單，分別是新建評價區(qū)域圖層、歸一化系數(shù)配置生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)、生物豐度指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量指數(shù)等。
2工程難點及解決方案
2．1跑道監(jiān)測難點
要確保跑道正常使用不停航，對監(jiān)測有以下要求：①監(jiān)測人員不能進入跑道；②跑道上不能做明顯的標(biāo)志，確保飛行員視線安全；③根據(jù)機場安排時間進行監(jiān)測，聽從機場塔臺安排；④確保監(jiān)測精度。
2．2解決監(jiān)測難點的方案
①監(jiān)測人員除布點的幾個小時外（安排在停航后的夜間，4h內(nèi)完成）不進入跑道，采用徠卡TCRP1201＋系統(tǒng)，對跑道進行不間斷的掃描，數(shù)據(jù)通過監(jiān)測基站發(fā)回辦公室，進行實時處理，實時反饋；②跑道上不做明顯的標(biāo)志，在跑道上間隔貼上反射片，反射片數(shù)量要少，貼在隧道中間、兩邊等關(guān)鍵位置的跑道上；③采用徠卡TCRP1201＋儀器進行數(shù)據(jù)采集，萊卡具有激光系統(tǒng)，可保證夜間正常監(jiān)測；④距離觀測站越遠的測點誤差越大，反之則越小。全站儀的誤差為1s，經(jīng)過計算，采用反射片的關(guān)鍵部位最大誤差可控制在0．7mm以內(nèi)（距離150m），最小誤差0．3mm。通過以上措施，數(shù)據(jù)實時采集、實時監(jiān)測、實時反饋，同時與其他監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析比對，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實有效性。
3監(jiān)測技術(shù)要點
3．1測點布置
在跑道設(shè)31條測線，共設(shè)置測點402個。根據(jù)專家意見，為盡量減小影響，將貼反射片測點位置定為10m。平面布置見圖1。為確保反射片與跑道粘結(jié)緊密且不受飛機發(fā)動機氣流影響，用打磨機在跑道上打磨，測點比跑道低3mm，清理干凈，用環(huán)氧樹脂膠打底，將10cm×10cm反射片貼在跑道上。
3．2監(jiān)測基站設(shè)計
監(jiān)測基站（見圖2）設(shè)置在工作坑與隧道開挖影響范圍外，基站位置距離跑道150m，視野通透，可以觀測到每個監(jiān)測點。根據(jù)方案比選，為滿足機場安全要求，基站材料采用易碎的PVC材料，確保即使飛機沖出跑道與基站相撞基站首先碎裂。基站做成一個高6m、邊長3m的等邊錐形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，全站儀在結(jié)構(gòu)頂部，并設(shè)置防護。在基站頂部設(shè)置太陽能警示燈，夜間警示燈自動工作?；窘Y(jié)構(gòu)底部采用1 000mm×1 000mm×500mm素混凝土底座，底座內(nèi)埋設(shè)錨桿螺栓，螺栓與鋼板連接，鋼板上焊接鋼管，鋼管與PVC塑料管熱熔連接。基站結(jié)構(gòu)表面刷紅白相間的警示圖案。每次運送儀器及測量人員通行采用升降梯，測完升降梯收回。在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)頂部設(shè)操作平臺，平臺上設(shè)全站儀保護裝置。
3．3數(shù)據(jù)采集
3．3．1監(jiān)測點坐標(biāo)的測量
如圖3所示，A、B、C三點坐標(biāo)分別為（XA、YA、ZA）、（XB、YB、ZB）和（XC、YC、ZC），假設(shè)全站儀位置為A點，B點為后視點，D點為瞄準(zhǔn)點，則由A點的三維坐標(biāo)（XA、YA、ZA）和B點的三維坐標(biāo)測量出D點的三維坐標(biāo)（XD1、YD1、ZD1）；同樣，后視點為C時，也可測出D點的三維坐標(biāo)（XD2、YD2、ZD2）。直接按三維坐標(biāo)精度分配，兩次得到的坐標(biāo)取平均值，即為最后得到的布置點D的坐標(biāo)（XD，YD，ZD）：XD＝（XD1＋XD2）／2，YD＝（YD1＋YD2）／2，ZD＝（ZD1＋ZD2）／2。
3．3．2地表位移
先測得監(jiān)測點D的初始坐標(biāo)為（Z0D），隨著施工的繼續(xù)推進，根據(jù)監(jiān)測頻率的要求跟蹤監(jiān)測坐標(biāo)的變化，當(dāng)監(jiān)測點的坐標(biāo)基本穩(wěn)定時可停止監(jiān)測。第k次測量后，計算得D點的坐標(biāo)為（ZkD），則有在k周期的垂直位移為：ΔZkD＝ZkD－Z0D。
4實施效果
為比對監(jiān)測基站測量的數(shù)據(jù)是否滿足監(jiān)測要求，在機場停航期間，采用人工測量的方法對數(shù)據(jù)進行比對，發(fā)現(xiàn)人工測量誤差與基站測量誤差在0．5mm以內(nèi)，監(jiān)測基站數(shù)據(jù)采集真實有效，方案取得成功。
2生物發(fā)光監(jiān)測技術(shù)
大自然非常神奇，各種各樣的生物都有。而在其中有些昆蟲會發(fā)出亮光，比如螢火蟲。其實不止螢火蟲等昆蟲，包括真菌、細菌等在內(nèi)的許多生物也都可以發(fā)出亮光。這些細菌天生對土壤中的重金屬敏感，會根據(jù)重金屬的多少而發(fā)出強弱程度不同的光。只需要通過判斷其放射熒光的強度便可以對其所處環(huán)境的污染程度完成監(jiān)測。較之常規(guī)監(jiān)測方法，生物發(fā)光監(jiān)測技術(shù)具有監(jiān)測方便、快速、特異性強、靈敏度高等特點。
3生物酶技術(shù)
3.1處理功效高
生物酶技術(shù)利用微生物和酶結(jié)合，極大地提高了其處理污染的效率，較之通常的化學(xué)和生物方法，生物酶技術(shù)可對有機物進行快速降解，速度得到極大提升，是傳統(tǒng)方法的百倍。將生物酶技術(shù)應(yīng)用到污染物之后，可迅速祛除污染物的臭味，同時也能對水質(zhì)進行凈化處理，甚而降低COD、BOD5、氨、氮等的含量。這也是有些洗衣粉品牌在廣告語中強調(diào)酶含量的原因所在。
3.2適應(yīng)性更廣
生物酶技術(shù)通過微生物和酶的結(jié)合，大幅度增加了微生物對環(huán)境的適應(yīng)性，使得微生物可以在多種生存條件下得以生存并逐漸適應(yīng)多種溫度和pH值范圍。如此一來，微生物便可以在低氧環(huán)境中也能有效發(fā)揮作用。
3.3更有針對性
生物酶技術(shù)現(xiàn)在擁有多個研究配方，甚至多達四十多種。可在不同領(lǐng)域、不同用途和不同的污染環(huán)境中廣泛使用；即使碰上處理不了的，也可根據(jù)具體治理對象的具體情況，專門研發(fā)出針對性的、最具效力的配方。
3.4治理成本最低
生物酶技術(shù)產(chǎn)品投入資本小，但治理效果卻十分顯著。無需花高價購買地皮建廠，也不必購置大型儀器，在綜合治理成本上有著明顯優(yōu)勢，非常值得采用。
3.5純綠色環(huán)保
當(dāng)今環(huán)保意識已逐漸滲透到每個人們的心中，綠色產(chǎn)品成為人們普遍關(guān)注的焦點。而生物酶技術(shù)產(chǎn)品由純天然菌種和酶復(fù)合后生成，在它的成分內(nèi)既無轉(zhuǎn)基因，也不包含任何的化學(xué)物質(zhì)，也自不會給環(huán)境造成二次污染，是一種生物技術(shù)在環(huán)境保護應(yīng)用上非常值得大力推廣的環(huán)測方法。
4生物芯片技術(shù)
生物芯片技術(shù)起源于速測試試條發(fā)明后的次年，亦即1995年，通過這項技術(shù)，數(shù)以萬計的基因的表達情形都可以被自動且迅速地監(jiān)測出來。依照固定于芯片上的探針種類的不同，生物芯片可分為基因芯片、蛋白芯片、細胞芯片以及組織芯片等。近日，國外的一個資深生物學(xué)家通過不斷研究，發(fā)明了一種新的，獨特的，可提供更多基因信息的組織芯片和細胞芯片。較之基因芯片或蛋白芯片，組織芯片可提供的信息更為龐雜，對于環(huán)境監(jiān)測而言更為有用。因此許多環(huán)境科學(xué)家逐漸意識到了生物芯片技術(shù)的強大，并將之引入到環(huán)境科學(xué)研究中來。在科學(xué)技術(shù)較為發(fā)達的西方國家，他們基因?qū)W研究的新趨向便是基于生物芯片技術(shù)的環(huán)境基因?qū)W。作為科學(xué)技術(shù)稍顯落后的我國，在生物芯片研究上成果并不那么突出。好在國家自然基金委與科技部都對這項新興技術(shù)予以大力支持，并將之列入了前沿課題項目中，相信在不久的將來，我國的生物芯片技術(shù)也會取得非常成就。
5生物傳感器技術(shù)
電子科技技術(shù)研發(fā)的不斷深入、以及生物技術(shù)的研究的持續(xù)發(fā)力，使得生物傳感技術(shù)應(yīng)運而生，并獲得人們的逐漸認可。它的特點在于高度集成化、微型化和自動化，能夠快而有效地幫助環(huán)境監(jiān)測進行有害物質(zhì)分析。不僅常被用于環(huán)境監(jiān)測，在食品工業(yè)與生物醫(yī)藥領(lǐng)域也都應(yīng)用廣泛。生物傳感器通常由轉(zhuǎn)換器和敏感材料（分子識別單元）倆個部分構(gòu)成，其特點為:測定速度快、成本低、且操作簡便。相信在未來會被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測中去，會大有所為。
系統(tǒng)硬件主要由傳感器節(jié)點、協(xié)調(diào)器、控制開關(guān)器和上位機組成。傳感器節(jié)點由傳感器、處理芯片、及通信模塊組成，主要有溫濕度傳感器、H2S氣體傳感器、NH3氣體傳感器等；控制開關(guān)器主要是由主芯片、繼電器電路、接收通信模塊組成，主要用于控制通風(fēng)設(shè)備的工作狀態(tài)；協(xié)調(diào)器負責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立維護和數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)，主要任務(wù)是為各個傳感器分配地址，建立和維護網(wǎng)絡(luò)；上位機負責(zé)數(shù)據(jù)的接收、存儲，并能根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進行預(yù)警作用。傳感器節(jié)點由MSP430系列處理器模塊、無線通信模塊、串口通信模塊、傳感器模塊、電源模塊和其它擴展模塊組成。選取MSP430系列處理器主要考慮低功耗。為了提高節(jié)點間的通信距離，需要在發(fā)射器的輸出端和發(fā)射天線之間增加一個功率放大器，并且采用定向傳輸技術(shù)。各種傳感器模塊、控制開關(guān)器和協(xié)調(diào)器都是獨立設(shè)計的，利于節(jié)點的重復(fù)使用，提高靈活度。
2．2定向天線技術(shù)
定向天線（Directionalantenna）是指在某一個或某幾個特定方向上發(fā)射及接收電磁波特別強，而在其他的方向上發(fā)射及接收電磁波則為零或極小的一種天線。定向天線具有增益高、方向性好等特點，能夠有效抑制干擾信號，大大減少節(jié)點之間的信號干擾，增大了數(shù)據(jù)的傳輸距離和數(shù)據(jù)傳送效率，降低信號傳輸?shù)臅r延和節(jié)點的功耗、提高空間復(fù)用度，能夠使多個節(jié)點同時傳輸，空間復(fù)用率高。并且通過定向天線傳輸增加額外增益能夠?qū)崿F(xiàn)WSN節(jié)點的遠距離通信，協(xié)議可靠性高，時延小，有效提高了WSN網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
2．3節(jié)點軟件系統(tǒng)的組成
軟件的設(shè)計主要由傳感器節(jié)點軟件、控制開關(guān)器軟件、監(jiān)測軟件組成，除監(jiān)測軟件外，所有程序采用C語言編程實現(xiàn)，監(jiān)控軟件采用eclipse軟件結(jié)合an－droid－sdk完成。各個應(yīng)用程序主要由各個傳感器硬件模塊的驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集和通信協(xié)議。
2．4通信協(xié)議
2．4．1通信算法
針對養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測過程中存在有障礙物影響，會導(dǎo)致傳輸距離受限制、監(jiān)測精度不高等結(jié)果，因此設(shè)計了傳輸通信協(xié)調(diào)。通信協(xié)議算法主要包含四個階段：初始化階段、路由發(fā)現(xiàn)階段、數(shù)據(jù)傳輸階段、路由重發(fā)現(xiàn)。
1）初始化階段
當(dāng)系統(tǒng)啟動時，設(shè)置一個啟動定時器tt1時間，當(dāng)tt1時間到達后，節(jié)點就定期時間（tt2時間內(nèi)）向周圍節(jié)點發(fā)送信號HELLO信息，發(fā)送HEL－LO信息后就等待回復(fù)號RET信息，如果在tt2時間內(nèi)收到周圍節(jié)點的RET信息，標(biāo)注節(jié)點已被發(fā)現(xiàn)。同時，周圍節(jié)點在收到HELLO信息后，就會把此節(jié)點作為鄰節(jié)點保存在臨時列表中，在tt3時間內(nèi)向發(fā)送節(jié)點發(fā)送RET信息。如果此節(jié)點在自己的通信范圍內(nèi)，就作為自己的鄰節(jié)點保存在正式鄰點列表中，否則拋棄此節(jié)點。
2）路由發(fā)現(xiàn)階段
每個節(jié)點計算鄰居節(jié)點的數(shù)量，并且根據(jù)本身的能量、與基站節(jié)點的距離、整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的均衡等因素，設(shè)置成為初始的簇頭節(jié)點，各個簇頭負責(zé)簇內(nèi)數(shù)據(jù)的采集。除此，各個簇頭之間，為了保證路由的可靠性和降低傳輸數(shù)據(jù)消耗的能量，采用單跳或多跳的傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)。如果簇頭節(jié)點在基站的接收范圍內(nèi)，就直接把數(shù)據(jù)傳送給基站，如果不在基站接收范圍內(nèi)，就計算各個簇頭離基站的位置、本身剩余的能量，保證傳輸消耗能量最低原則，采用多跳方式傳輸數(shù)據(jù)到基站。
3）數(shù)據(jù)傳輸階段
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)進入穩(wěn)定狀態(tài)，簇內(nèi)成員節(jié)點將采集的數(shù)據(jù)傳送給簇頭節(jié)點，為了避免數(shù)據(jù)冗余，簇頭節(jié)點進行數(shù)據(jù)融合后發(fā)送給基站。數(shù)據(jù)會按照設(shè)計的數(shù)據(jù)傳送格式進行傳輸。
4）路由重發(fā)現(xiàn)階段
由于能量的限制，如果一直保持原路由進行數(shù)據(jù)傳輸，就會導(dǎo)致節(jié)點能量過多而不能工作，從而破壞整個網(wǎng)絡(luò)的正常運行?？紤]到簇頭在網(wǎng)絡(luò)運行中承擔(dān)更重任務(wù)，設(shè)計簇頭更換策略。簇頭更換策略主要取決于三個因素：選舉系數(shù)、邊緣位置、閾值能量。選舉系數(shù)決定簇頭選舉的時間和更換的輪數(shù)，設(shè)置合理可行的選舉系數(shù)保證整個網(wǎng)絡(luò)性能；處于邊緣位置的節(jié)點若成為簇頭，會因傳輸距離太遠，容易耗盡能量而死亡；閾值能量設(shè)置得太大，導(dǎo)致很多節(jié)點不能成為簇頭，勢必會因數(shù)據(jù)傳輸距離過遠，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定。所以，簇頭更換策略是當(dāng)簇頭的滿足選舉系統(tǒng)時，進入到簇頭更換，此時選取出簇內(nèi)具有最大剩余能量的節(jié)點，判斷此節(jié)點是否處于邊緣位置，如果處于邊緣位置，繼續(xù)尋找簇內(nèi)第二大剩余能量節(jié)點，一直到不處于邊緣位置為此，然后判定其剩余能量是否大于閾值能量，如果滿足則設(shè)置此節(jié)點為新一輪的新簇頭，并向周圍所有的節(jié)點發(fā)送成為簇頭的標(biāo)志信息，重新進行簇內(nèi)成員的構(gòu)建，再形成新的路由進行數(shù)據(jù)的傳輸。
2．4．2MAC協(xié)議
基于定向天線的MAC協(xié)議主要使用兩種方式：使用RTS／CTS握手方式和不使用RTS／CTS握手方式。前者使用RTS獲得鄰節(jié)點的信息，RTS需要硬件設(shè)備獲取鄰節(jié)點的位置信息，后者則使用了音的信號幀，但是這兩種方式會帶來隱藏終端和聾節(jié)點等問題，從而降低了MAC的性能。為了解決這個問題，可以結(jié)合定向虛擬載波偵聽（DVCS）機制、使用多跳、SDMA（空分多址）等的優(yōu)點，充分利用定向天線的優(yōu)勢。
2．4．3數(shù)據(jù)通信格式
考慮到數(shù)據(jù)通信過程中的可靠性和安全性，設(shè)置了數(shù)據(jù)通信格式。1）傳感器節(jié)點到協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)格式定義如：Head＋len＋data＋stx。其中：Head（2byte），固定為0xFF，0XFE；Len（1byte），data的字節(jié)數(shù)；Data：數(shù)據(jù)域———2byte本機地址＋2byte父節(jié)點地址＋nbyte傳感器數(shù)據(jù)（n大于等于2）；stx（2byte），固定為0x0D，0X0A。具體發(fā)送命令如：FFFE0800010000031200000D0A。其中：FFFE為固定數(shù)據(jù)頭；08為數(shù)據(jù)長度；0001為本機地址（子節(jié)點地址）；0000為父節(jié)點地址；03為傳感器類型；12為傳感器數(shù)據(jù)，1Lsb＝0．1，如0x10表示1．8；0D0A為數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。2）協(xié)調(diào)器發(fā)往監(jiān)測軟件的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)格式定義如：FFFD000430300000hhhhhh。其中：byte1byte2：傳感器端數(shù)據(jù)發(fā)送的固定頭，固定為FFFD；byte3：數(shù)據(jù)類型的標(biāo)識，00為H2S傳感器的數(shù)據(jù)，01為溫濕度感測器的數(shù)據(jù)，02為NH3感測器的數(shù)據(jù)；byte4為傳感數(shù)據(jù)長度（統(tǒng)一為04）；byte4～byte7：為傳感器數(shù)據(jù)；Byte9～byte10：保留；byte11：byte1—byte10校驗值（相加取低8位）。
2．5網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建系統(tǒng)上電后
協(xié)調(diào)器進行搜索并尋找合理的信道，完成系統(tǒng)初始化和建立網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)。各個傳感器節(jié)點通電后，掃描信道，尋找協(xié)調(diào)器，并加入到網(wǎng)絡(luò)中。加入網(wǎng)絡(luò)后，則開始采集環(huán)境數(shù)據(jù)，傳輸給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，判定其格式正確后，將其傳輸給監(jiān)測軟件。
2．6監(jiān)控軟件設(shè)計
以eclipse軟件為開以平臺，結(jié)合android－sdk完成監(jiān)控軟件的開發(fā)。Android系統(tǒng)是一個源碼公開、開放和完整的軟件，是由操作系統(tǒng)、用戶界面中間件和重要應(yīng)用程序組成，得到手機運營商的廣泛使用。在系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)用到了Activity、Intent、Service、An－droidUI、多線程等技術(shù)。本系統(tǒng)主要由以下幾個方面組成：Android軟件與硬件傳感器通信的底層驅(qū)動，包括打開串口、關(guān)閉串口、發(fā)送串口信息、接收串口信息以及異步方式讀取傳感器數(shù)據(jù)等；主界面內(nèi)容顯示，包含各種傳感器數(shù)據(jù)顯示、控制開關(guān)器的控制等信息。監(jiān)控軟件接收到數(shù)據(jù)時首先要對數(shù)據(jù)的格式進行分析，判定數(shù)據(jù)格式正確后，確定是哪個傳感器的數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)據(jù)處理，計算結(jié)果，在相應(yīng)界面位置顯示數(shù)值；把結(jié)果與設(shè)定的數(shù)值進行比較，如果不在設(shè)置數(shù)值范圍內(nèi)，就進行報警，并把報警信息通過串口發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再轉(zhuǎn)發(fā)到控制開關(guān)器，驅(qū)動通風(fēng)設(shè)備工作。
3系統(tǒng)的應(yīng)用
根據(jù)設(shè)計的要求，系統(tǒng)設(shè)計完成并搭建，在豬舍做了相應(yīng)的實驗和相關(guān)的測試，系統(tǒng)測試結(jié)果說明，系統(tǒng)實現(xiàn)相應(yīng)功能，成功讀取相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)。主界面運行顯示圖中是各個傳感器終端節(jié)點采集發(fā)送回來的數(shù)值顯示和通風(fēng)設(shè)備工作狀態(tài)情況?？梢酝ㄟ^“菜單鍵”設(shè)置邏輯狀態(tài)的“關(guān)閉”和“啟動”在邏輯狀態(tài)都已關(guān)閉情況下，只能顯示所有傳感器的數(shù)據(jù)和此時通風(fēng)設(shè)備工作狀態(tài)，不能達到超限預(yù)警的效果。為了能實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測的自動控制，必須要開啟所有的邏輯狀態(tài)。通過“菜單鍵”設(shè)置溫度、濕度、H2S氣體和NH3氣體的范圍，當(dāng)采集數(shù)據(jù)中任一參數(shù)超出范圍，都可以自動開啟和關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備，達到自動控制效果。H2S和NH3參數(shù)范圍設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害畜禽產(chǎn)地環(huán)境要求（GB／T18407．3—2001）中的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置，H2S和NH3應(yīng)控制在10、25mg•m－3以下。根據(jù)相關(guān)研究表明，豬舍最適宜的溫度為8℃～20℃，相對濕度根據(jù)豬體質(zhì)量類型的不同一般為65％～85％。
有機污染物具有一定的生物積累性和“三致”作用，甚至有些痕量有機物的危害也是很大的，因此不斷尋求痕量、超痕量污染物的監(jiān)測方法是當(dāng)今有機污染物監(jiān)測的重要任務(wù)。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展以及對環(huán)境監(jiān)測工作高效率的迫切需要，研究高效、快速的有機污染物監(jiān)測技術(shù)已成為國際環(huán)境問題的研究熱點之一。
沉積物是水體污染物沉積的歸屬地，污染物在水和底泥的兩相間存在著遷移轉(zhuǎn)化行為，在一定條件下（如洪水爆發(fā)、河道清淤）又會污染水體。因此有效地分析監(jiān)測河流和水庫沉積物中的污染物，對于治理水體污染有重要意義。此外，沉積物中的有機污染物和水體中的生物間還存在著二次污染問題，因而世界各地開展了一系列研究課題。我國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）水源地特定監(jiān)測項目中規(guī)定了68種有機污染物的標(biāo)準(zhǔn)限值，因此，迫切需要有機污染物監(jiān)測的先進技術(shù)普及與推廣，特別是在水利系統(tǒng)，對有機污染物的監(jiān)測工作研究不夠，急需先進的監(jiān)測技術(shù)支持并指導(dǎo)水質(zhì)監(jiān)督工作的發(fā)展。
有機污染物監(jiān)測主要包括樣品前處理和儀器檢測兩部分。而樣品前處理技術(shù)在有機污染物監(jiān)測中起著重要的作用，快速溶劑萃取技術(shù)就是一項先進的用于固相、半固相物質(zhì)中痕量有機物前處理的方法。
二、有機污染物前處理現(xiàn)狀
固體樣品有機物的前處理主要是采用液固萃取方法，即利用有機物在不同溶劑中溶解度不同，將待測有機物提取出來，傳統(tǒng)的方法主要有索氏提取，以及后來進一步發(fā)展起來的自動索氏提取、超聲萃取、微波萃取、超臨界萃取等，但有機溶劑的用量仍然偏多，萃取時間較長，萃取效率不夠高。
水環(huán)境監(jiān)測具有采樣點多、樣品數(shù)量大、時效性強等特點，特別是需要一些應(yīng)急監(jiān)測措施，上述前處理方法不能滿足水環(huán)境監(jiān)測高效、經(jīng)濟的現(xiàn)代化需要。近幾年來發(fā)展的全新的前處理方法——快速溶劑萃取法，是一種在提高溫度和壓力的條件下，用于萃取固體物質(zhì)中有機物的自動化方法，與前幾種方法相比，其突出的優(yōu)點是有機溶劑用量少、快速、回收率高，該法已被美國EPA選定為推薦的標(biāo)準(zhǔn)方法，具有世界領(lǐng)先水平，是解決水環(huán)境中底泥、土壤等固相物質(zhì)中揮發(fā)性、半揮發(fā)性和持久性有機物（POPs）分析、監(jiān)測的有效方法。
三、快速溶劑萃取技術(shù)
快速溶劑萃?。ˋcceleratedSolventExtraction，ASE）技術(shù)是根據(jù)溶質(zhì)在不同溶劑中溶解度不同的原理，利用快速溶劑萃取儀，在較高的溫度和壓力條件下，選擇合適的溶劑，實現(xiàn)高效、快速萃取固體或半固體樣品中有機物的方法。在高溫條件下，待測物從基體上的解吸和溶解動力學(xué)過程加快，可大大縮短提取時間；由于加熱的溶劑具有較強的溶解能力，因此可減少溶劑的用量；在萃取的過程中保持一定的壓力可提高溶劑的沸點，提高萃取效率，保證萃取過程的安全性。
3.1技術(shù)原理
（1）升高溫度。溫度的提高有利于克服基體效應(yīng)，加快解析動力學(xué)，降低溶劑粘度，加速溶劑分子向基體中的擴散，提高萃取效率。該儀器的允許溫度范圍：50℃-200℃。常規(guī)使用的溫度范圍75℃~125℃，對于環(huán)境中一般污染物常用溫度100℃。
在高壓下加熱，高溫的時間一般少于10min，實驗證明熱降解不甚明顯，可用于樣品中易揮發(fā)組分的萃取。
（2）增加壓力。液體的沸點一般隨壓力的升高而提高，增加壓力使溶劑在高溫下仍保持液態(tài)，并快速充滿萃取池，液體對溶質(zhì)的溶解能力遠大于氣體對溶質(zhì)的溶解能力，提高了萃取效率，并保證易揮發(fā)性物質(zhì)不揮發(fā)，增加了系統(tǒng)的安全性。該儀器的允許壓力范圍：（1000-3000psi），常規(guī)使用壓力一般保持在1500psi（10MPa）。
（3）多次循環(huán)。根據(jù)分析化學(xué)中少量多次的萃取原則，在萃取過程中利用新鮮溶劑的多次靜態(tài)循環(huán)，最大限度的接近動態(tài)循環(huán)，提高萃取效率。常規(guī)采用2~3個循環(huán)，即可達到良好的萃取效果。
3.2工作過程
（1）樣品的準(zhǔn)備。含水樣品會降低萃取效率，萃取前需通過自然風(fēng)干或加入干燥劑（例如硅藻土等）進行干燥，但不要使用硫酸鈉，在高溫下會凝結(jié)。樣品顆粒的表面積越大，萃取的效率越高，萃取前需研磨顆粒粒徑小于0.5mm，聚合體樣品最好在低溫，例如液態(tài)氮保持低溫狀態(tài)下，通過加入添加劑后進行研磨。在萃取時要加入分散劑，例如顆粒較細的海砂或硅藻土，提高萃取效率。
（2）萃取劑的選擇。合理選擇萃取劑對于有效地萃取目標(biāo)化合物有著重要的作用。除強酸（鹽酸、硫酸、硝酸）外，有機試劑、水和緩沖溶劑均可用于ASE，根據(jù)相似相溶原理，萃取劑的極性應(yīng)接近目標(biāo)化合物。不同極性溶劑的混合物可適用于多類型化合物的萃取。常規(guī)使用的溶劑有：二氯甲烷、三氯甲烷、石油醚、丙酮等。
（3）技術(shù)特點。溶劑被泵入填充有樣品的萃取池，加溫、加壓，數(shù)分鐘后，萃取物從加熱的萃取池中輸送到收集瓶中，經(jīng)凈化、脫水、濃縮處理，供色譜分析用。加速溶劑萃取儀的構(gòu)成和工作程序如下圖所示（如圖1）。
ASE有機溶劑用量少，10g樣品只需15mL溶劑；快速萃取，完成一次萃取全過程的時間一般需15min；基體影響小，對不同基體可用相同的萃取條件；萃取效率高，選擇性好，已進入美國EPA標(biāo)準(zhǔn)方法，標(biāo)準(zhǔn)方法編號3545；便于方法的開發(fā)和發(fā)展，已成熟的溶劑萃取方法都可用于加速溶劑萃取法的開發(fā)利用；使用方便、安全性好，可達到12個樣品連續(xù)自動萃取，全程自動化。
3.3適用范圍
ASE可用于底泥等固體物質(zhì)中酸性、堿性和中性物質(zhì)的萃取，尤其對水環(huán)境中的有機氯和有機膦農(nóng)藥、氯代除草劑、多氯聯(lián)苯類物質(zhì)、二惡英、多氯二苯呋喃，總石油烴、柴油和廢油等的萃取十分有效。
四、ASE與其它前處理技術(shù)比較
4.1與各種傳統(tǒng)萃取技術(shù)比較
ASE方法可以完全取代人們所熟知的傳統(tǒng)的液固萃取方法，如索氏提取、自動索氏提取、超聲萃取等。表1是幾種傳統(tǒng)的萃取方法與ASE方法的對比情況。
從上表的對比數(shù)據(jù)可見，ASE萃取同樣的樣品量所用的溶劑最少，溶劑樣品比僅為1.5∶1；其它方法的萃取時間用小時計算，ASE僅需12-20分鐘。ASE是一個節(jié)省時間、節(jié)省溶劑、高效率的全自動萃取技術(shù)。
4.2與超臨界萃取技術(shù)比較
ASE技術(shù)比超臨界萃取技術(shù)具有更多的優(yōu)勢，二者比較情況見表2。
由上表可見，ASE技術(shù)操作更簡便，適用范圍更廣泛。由于ASE萃取池最大為100mL，故一次可處理大量樣品，更適合于痕量、超痕量污染物的萃取。ASE已列入美國EPA標(biāo)準(zhǔn)方法，符合標(biāo)準(zhǔn)化要求。
4.3與索氏提取技術(shù)比較
索氏提取是傳統(tǒng)的萃取方法，也是目前大多數(shù)實驗室普遍使用的方法。ASE可以完全取代索氏提取，并有非常明顯的優(yōu)勢，二者比較見表3。
采用ASE技術(shù)可在較短的時間內(nèi)獲得更好的萃取效率；萃取溶劑的用量明顯減少，從而使得單個樣品的提取費用也顯著降低；由于采用密閉系統(tǒng)，大大降低了有機組分的損失，提高了回收率。
五、問題與展望
ASE是近年來發(fā)展的現(xiàn)代化萃取技術(shù)，由于其突出的優(yōu)點，已受到環(huán)境污染監(jiān)測工作者的極大關(guān)注。ASE技術(shù)在處理底泥等固相物質(zhì)中具有強大的優(yōu)勢，但仍具有其局限性，它不適于水中有機污染物的監(jiān)測，因此在水環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)進一步提高水中有機物監(jiān)測技術(shù)水平。
水中揮發(fā)性有機污染物監(jiān)測也應(yīng)改變傳統(tǒng)的頂空氣相色譜法，發(fā)展吹掃捕集氣相色譜法；對于水中半揮發(fā)和難揮發(fā)、難降解有機物的監(jiān)測，應(yīng)發(fā)展固相萃取技術(shù)，促進水中有機污染物監(jiān)測現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展。
ASE技術(shù)的高效萃取性能及其儀器高度自動化的完美結(jié)合大大改善了環(huán)境污染物監(jiān)測工作質(zhì)量和效率，對實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)代化有重要的現(xiàn)實意義。在水環(huán)境監(jiān)測中，應(yīng)系統(tǒng)地發(fā)展吹掃捕集、固相萃取、快速溶劑萃?。ˋSE）技術(shù)，這三種前處理技術(shù)的結(jié)合可對水環(huán)境中有機污染物進行較完整的處理，再與色譜技術(shù)的聯(lián)合使用，即可較全面地監(jiān)測水環(huán)境有機污染狀況，為進行污染趨勢分析及研究控制對策提供可靠、全面的科學(xué)依據(jù)，從而促進水利現(xiàn)代化的可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻
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1.1溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊這部分工作主要是對ZigBee節(jié)點內(nèi)部的單片機模塊進行編程。首先考慮到CC2530有3個8位端口組成，端口1、2、3分別用P0，P1，P2來表示，其中，P0和P1是完全的8位端口，而P2僅有5位可用。所有的端口均可以通過SFR寄存器P0、P1和P2位尋址和字節(jié)尋址。傳感器芯片只提供2個I／O端口：DA－TA和SCK，前者為數(shù)據(jù)輸入輸出端口，后者為只可輸入的時鐘信號端口。因此將P0＿0與SCK相連以提供時鐘序列，P0＿1與DATA相連以讀寫溫濕度數(shù)據(jù)。在了解硬件連接基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)采集模塊進行軟件設(shè)計，程序由3部分構(gòu)成：（1）主函數(shù)部分：首先調(diào)用函數(shù)初始化串口通信以及溫濕度傳感器，然后調(diào)用函數(shù)獲取溫濕度數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)處理后調(diào)用串口控制函數(shù)，打印調(diào)試信息。（2）溫濕度傳感器控制部分：具體實現(xiàn)初始化傳感器函數(shù)，即設(shè)置P0端口的相關(guān)寄存器；實現(xiàn)獲取溫濕度數(shù)據(jù)的函數(shù)，根據(jù)傳感器資料說明，端口按照一定時序發(fā)出特定的序列即可進行相應(yīng)控制；實現(xiàn)將得到的數(shù)據(jù)進行計算修正的函數(shù)。（3）串口打印控制部分：包括從串口獲取PC鍵盤按鍵值、發(fā)送一個字符、發(fā)送一串字符等功能使主函數(shù)的打印信息能顯示在串口通信軟件界面上。其主要部分的流程圖見圖2。
1.2溫濕度數(shù)據(jù)傳輸模塊該模塊分為兩部分，一為基于Z－Stack協(xié)議棧開發(fā)使節(jié)點與協(xié)調(diào)器自動組網(wǎng)形成ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并通過該網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸；二為使協(xié)調(diào)器與嵌入式核心板中ARM處理器進行串行異步通信，將數(shù)據(jù)最終交由嵌入式平臺處理。Z－Stack采用分布式尋址，兼容AODV路由協(xié)議，可以滿足近程通信的要求，即使通信鏈路失效發(fā)生也可有效工作。為了區(qū)分Z－Stack協(xié)議棧中復(fù)雜的硬件驅(qū)動系統(tǒng)，又提供了OSAL層［10］（類似于單片機上的操作系統(tǒng)，實則為根據(jù)所觸發(fā)的事件選擇調(diào)度相應(yīng)任務(wù)），可調(diào)度APP層的任務(wù)。另外，Z－Stack提供了源碼例程SampleApp。該例程實現(xiàn)的功能主要是協(xié)調(diào)器自啟動（組網(wǎng)）和節(jié)點設(shè)備自動入網(wǎng)。在了解Z－Stack的工作流程后，程序的開發(fā)將在APP層對Sam－pleApp．c進行改寫完成。這部分程序主要為利用OSAL層任務(wù)事件輪詢調(diào)度機制，通過系統(tǒng)周期性定時廣播數(shù)據(jù)到group1中去實現(xiàn)。當(dāng)ZigBee節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后觸發(fā)狀態(tài)改變事件，系統(tǒng)開啟定時器，定時時間一到就觸發(fā)廣播消息事件；系統(tǒng)為其創(chuàng)建相應(yīng)的任務(wù)ID，調(diào)用廣播消息函數(shù)；節(jié)點端的廣播消息函數(shù)讀取前一個模塊得到的數(shù)據(jù)，利用AF＿DataRequest（）函數(shù)接口調(diào)用下層射頻硬件驅(qū)動函數(shù)發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)；觸發(fā)協(xié)調(diào)器端的接收數(shù)據(jù)事件處理函數(shù)SampleApp＿MessageMSGCB（），將捕獲的溫濕度數(shù)據(jù)處理后，以字符串的形式通過串口顯示在宿主機的終端中，以方便調(diào)試和開發(fā)。另外，協(xié)調(diào)器通過異步串行接口將數(shù)據(jù)交由ARM處理器。
1.3溫濕度處理模塊為了后續(xù)拓展，為可處理多個節(jié)點溫濕度數(shù)據(jù)，該模塊設(shè)計采用服務(wù)器與客戶端兩進程間通信來實現(xiàn)［11］。將接收ZigBee協(xié)調(diào)器通過異步串行通信發(fā)送過來的數(shù)據(jù)作為服務(wù)器進程，并封裝ZigBee功能提供相應(yīng)應(yīng)用接口?？蛻舳诉M程則主要是用于同服務(wù)器端進行交互，解析獲取溫濕度數(shù)據(jù)，同時為實現(xiàn)UI圖形界面提供封裝好的接口，為此還需用Qt設(shè)計UI界面。其中雙方是利用套接口（Socket）來使進程之間通信，但是由于Socket本身不支持同時等待和超時處理，所以它不能直接用來完成多進程之間的相互實時通信。本實驗采用事件驅(qū)動庫libev的方式構(gòu)建服務(wù)器模型。Libev是一種高性能事件循環(huán)／事件驅(qū)動庫。需要循環(huán)探測事件是否產(chǎn)生，其循環(huán)體用ev＿loop結(jié)構(gòu)來表達，并用ev＿loop（）來啟動。用戶需要做的僅僅是在合適的時候，將某些ev＿io從ev＿loop加入或剔除。服務(wù)器主要實現(xiàn)流程：首先開啟一個Zigbee后臺線程（底層）監(jiān)聽服務(wù)器調(diào)用信息，接著利用ev＿io＿start（loop，＆ev＿io＿watcher）啟動一個接收線程，專門用來接收客戶端發(fā)送過來的命令數(shù)據(jù)幀；然后按照相應(yīng)的協(xié)議進行解析，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的接口，進一步調(diào)用底層Zigbee協(xié)調(diào)器并返回正確的信息給客戶端。客戶端主要實現(xiàn)流程：首先調(diào)用GetConnect接口函數(shù)連接到服務(wù)器的端口，然后開啟一個Zigbeetopo線程用來調(diào)用接口函數(shù)，發(fā)出獲取ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)信息的數(shù)據(jù)幀，創(chuàng)建另一線程接收并解析服務(wù)器端返回的數(shù)據(jù)幀，同時已創(chuàng)建的UI界面設(shè)置定時器，動態(tài)刷新加載溫濕度數(shù)據(jù)，繪制成溫濕度曲線圖。服務(wù)器與客戶端進程間通信模型如圖3所示。此外還需利用Qt對UI界面設(shè)計。首先利用Qt－designer為整體界面布局，其中包括背景顯示框、LCD數(shù)值顯示框以及曲線圖顯示框，編譯生成一個UI類；然后采用多繼承的方法構(gòu)造新類，并使用Qt中的信號與槽函數(shù)機制，使得接收到溫濕度數(shù)據(jù)觸發(fā)LCD數(shù)值顯示和曲線圖顯示槽函數(shù)動作。設(shè)計流程見圖4。
2Web服務(wù)搭建
以上只是完成了溫濕度的采集顯示，還未真正發(fā)揮出物聯(lián)網(wǎng)所實現(xiàn)的人與物相連，這部分就需要搭建Web服務(wù)來實現(xiàn)。實現(xiàn)Web服務(wù)需要移植嵌入式服務(wù)器，設(shè)計動態(tài)網(wǎng)頁，并通過WiFi最終在已搭建好的局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)手機、PC等可實時查看數(shù)據(jù)。
2.1嵌入式服務(wù)器移植由于嵌入式設(shè)備資源一般都比較有限，并且也不需要同時處理多用戶的請求，因此不能使用Linux下最常用的如Apache等服務(wù)器，而需要使用一些專門為嵌入式設(shè)備設(shè)計的Web服務(wù)器。常見的嵌入式Web服務(wù)器主要有：lighttpd、thttpd、shttpd和BOA等。本文選擇移植BOA作為嵌入式服務(wù)器。BOA是一個非常小巧的Web服務(wù)器，可執(zhí)行代碼只有約60KB，它是一個單任務(wù)Web服務(wù)器，只能依次完成用戶的請求，而不會fork出新的進程來處理并發(fā)連接請求，但BOA支持CGI，能夠為CGI程序fork出一個進程來執(zhí)行。對BOA服務(wù)器的配置主要是在／etc／boa目錄下創(chuàng)建一個boa．conf文件，此文件包括服務(wù)器將使用主機的端口號、運行服務(wù)器的身份、錯誤信息記錄的指定文件、存放html文件的目錄、默認首頁文件等相關(guān)信息，此外還需根據(jù)配置信息在相應(yīng)的一些目錄下創(chuàng)建文件。
2.2網(wǎng)頁設(shè)計及動態(tài)顯示網(wǎng)頁設(shè)計則是利用html制作靜態(tài)頁面，并結(jié)合JavaScript實現(xiàn)動態(tài)顯示。JavaScript是一種基于對象和事件驅(qū)動并具有相對安全性的客戶端腳本語言，同時也是一種廣泛用于客戶端Web開發(fā)的腳本語言，常用來給HTML網(wǎng)頁添加動態(tài)功能，比如響應(yīng)用戶的各種操作。JavaScript腳本可以獨立成文件，也可以內(nèi)聯(lián)到HTML文檔之中。另外，利用AJAX實時刷新網(wǎng)頁數(shù)據(jù)。AJAX：異步JavaScript和XML，它是一種在無需重新加載整個網(wǎng)頁的情況下，就能更新部分網(wǎng)頁的技術(shù)［14］。它通過在后臺與服務(wù)器進行少量的數(shù)據(jù)交換，便可以使網(wǎng)頁實現(xiàn)異步更新。這意味著可以在不重新加載整個網(wǎng)頁的情況下，對網(wǎng)頁的某部分元素進行更新。由于溫濕度數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，是利用fopen、fread、fwrite以及fseek函數(shù)將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)寫入XML文本適當(dāng)位置中，要想讀取XML文檔中的數(shù)據(jù)并將它顯示在Web頁面上，需將XML文件轉(zhuǎn)化為XMLDOM（XML文檔對象模型），然后再利用JavaScript來解析并實時它。
2.3WIFI模塊搭建通過搭建WIFI模塊，使得用戶可以通過支持WIFI的設(shè)備比如手機等更加便捷地查看溫濕度數(shù)據(jù)。WIFI是一個無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，WIFI的運作至少需要1個AP和1個或1個以上的client。AP由路由器搭建的局域網(wǎng)充當(dāng)，將插上無線網(wǎng)卡的嵌入式開發(fā)板看作一個client，然后就可以與其他client進行通信。要使無線網(wǎng)卡能正常工作，首先需加載驅(qū)動，然后對其進行一系列設(shè)置，使之加入到局域網(wǎng)中。由于開發(fā)板上配置有服務(wù)器，因此設(shè)置好合適IP以后，在手機等瀏覽器中輸入IP，就能查看溫濕度數(shù)據(jù)。
2設(shè)計原理與系統(tǒng)架構(gòu)
2.1技術(shù)原理
根據(jù)檢測監(jiān)管業(yè)務(wù)需要，對試驗流程進行全過程監(jiān)控，包括收樣、樣品制備、數(shù)據(jù)采集等過程。主要體現(xiàn)于兩個方面：第一方面，通過高清攝像槍對樣品接收和樣品制備過程進行實時記錄；另一方面通過在試驗機電腦上安裝視頻采集卡，自動采集試驗機電腦屏幕的數(shù)字信號，通過圖像處理器轉(zhuǎn)換成與攝像機信號一致的模擬信號。最后利用現(xiàn)有的CATV技術(shù)，將電腦屏幕數(shù)字信號與攝像機信號整合在一起，通過光纖傳輸至硬盤錄像機，實現(xiàn)實時的監(jiān)控、存儲功能，通過錄像回放功能實現(xiàn)對歷史記錄的查詢。通過登陸客戶端軟件或ip登錄訪問服務(wù)器電腦，可以實現(xiàn)在辦公室對檢測過程的動態(tài)監(jiān)控。本部通過現(xiàn)有的vpn網(wǎng)絡(luò)，連接到檢測中心服務(wù)器后瀏覽視頻、回放錄像，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
2.2系統(tǒng)架構(gòu)
本系統(tǒng)主要有前端的數(shù)據(jù)采集裝置包括高清攝像槍和視屏采集卡，數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)（光纖），數(shù)據(jù)接收與存儲設(shè)備（硬盤錄像機）、網(wǎng)絡(luò)交換機、服務(wù)器電腦以及客戶端軟件組成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。（1）高清攝像槍用于監(jiān)控樣品接收與存放、樣品制作、抗壓試驗等過程，對試驗過程規(guī)范性與樣品的真實性進行實時監(jiān)管，避免弄虛作假現(xiàn)象的發(fā)生。（2）視屏采集卡自動采集試驗機電腦屏幕的數(shù)字信號，并通過內(nèi)置轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與攝像槍信號一致的模擬信號，對試驗參數(shù)、試驗數(shù)據(jù)、以及曲線的形態(tài)進行實時監(jiān)控，確保試驗過程的規(guī)范性和數(shù)據(jù)真實性。（3）光纖作為信號傳輸介質(zhì)，將高清攝像槍與視頻采集卡的信號傳輸至硬盤錄像機，相比同軸電纜，光纖傳輸速度快，降低信號延遲；傳輸損失少，保證視屏質(zhì)量。（4）網(wǎng)絡(luò)交換機實現(xiàn)與局域網(wǎng)內(nèi)的電腦及服務(wù)器電腦互聯(lián)，可以通過局域網(wǎng)訪問硬盤錄像機。（5）硬盤錄像機數(shù)據(jù)接收和存儲終端，實時接收光纖傳至的信號并存儲，并可以對歷史記錄按時間進行查詢。（6）服務(wù)器將若干硬盤錄像機通過網(wǎng)絡(luò)交換機串聯(lián)至服務(wù)器電腦，通過訪問服務(wù)器電腦可以同時訪問局域網(wǎng)內(nèi)所有的硬盤錄像機，實現(xiàn)一機多控。本部通過現(xiàn)有的vpn網(wǎng)絡(luò)，連接到檢測中心服務(wù)器后瀏覽視頻、回放錄像。（7）客戶端軟件除了通過ip訪問服務(wù)器電腦以外，可以通過安裝客戶端軟件對局域網(wǎng)內(nèi)的硬盤錄像機進行訪問，相比于ip訪問，使用管理更簡便。
3系統(tǒng)實施
圖2和圖3是分別利用客戶端軟件和iP登陸訪問，對試驗過程和試驗環(huán)境進行的全方位監(jiān)控。以混凝土芯樣抗壓強度檢測詳細闡述監(jiān)控流程，具體如下。
3.1樣品安全管理監(jiān)控
委托方完成登記委托后，將樣品放置于芯樣樣品存放區(qū)集中保管，在存放區(qū)安裝高清攝像槍，配合大門口的監(jiān)控信號，對樣品進行全面安全監(jiān)視，如下圖4、圖5所示。
3.2樣品制備流程監(jiān)控
芯樣的制備流程主要包括芯樣接收、開箱驗樣、盲樣編號、芯樣切割、芯樣打磨、芯樣補平等6個階段，對上述6個關(guān)鍵節(jié)點布設(shè)視屏監(jiān)控，如下圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11所示。杜絕芯樣制備環(huán)節(jié)的不正規(guī)操作，保證樣品真實性、試驗過程規(guī)范性，確保試驗結(jié)果可靠性。
3.3抗壓試驗“雙控”
“一控”是對樣品的真實性進行確認，避免試驗人員調(diào)換樣品，高清攝像槍可以清晰捕捉樣品編號，確保是真實樣品，如圖12所示；對試樣的破壞過程及破壞形態(tài)是否正常進行判定，如試樣偏心受壓導(dǎo)致提前破壞或樣品未完全破壞而試驗機誤判試驗終點等現(xiàn)象；“二控”是對試驗機電腦屏幕的監(jiān)控，監(jiān)控試驗數(shù)據(jù)采集是否正常，試驗曲線走勢是否正常，是否發(fā)生試樣尚未破壞而試驗機停止采集數(shù)據(jù)、曲線下落時間與試樣的破型時間不一致等現(xiàn)象的發(fā)生，如圖13所示。
隨著計算機應(yīng)用技術(shù)日益普及,計算機已成為企業(yè)和個人日常使用的基本工具,但計算機在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)軟硬件故障,因此掌握計算機基本維護維修方法已成為應(yīng)用人員的必備技能。雖然計算機故障診斷和維護手段多種多樣,但筆者長期從事多媒體教室和計算機機房的管理維護工作,積累了一定的維修經(jīng)驗,本文棄繁從簡避開了計算機維修方面繁雜的理論,將計算機常見故障的檢測維修方法進行簡化歸納,以此寄望普通操作人員都能掌握維修計算機的方法,簡化維修程序,使計算機維修技術(shù)得以發(fā)展普及。
一、辨識真故障與假故障
平時常見的計算機故障現(xiàn)象中,有很多并非真正的硬件故障,而是由于軟件故障或者不熟悉某些設(shè)置、系統(tǒng)特性而造成的假故障現(xiàn)象。認識下面的微機假故障現(xiàn)象有利于快速確認故障原因,避免不必要的故障檢索工作。
1、檢查電源線、插座、開關(guān)和各外設(shè)連接線。各種線、插座開關(guān)等脫落、接觸不良均會導(dǎo)致設(shè)備工作異常,遇到獨立供電的外設(shè)故障時,首先應(yīng)檢查設(shè)備電源是否正常,插頭/插座是否接觸良好。檢查微機各部件間數(shù)據(jù)、控制連線是否連接正確和可靠,是否有松動現(xiàn)象。
2、檢查系統(tǒng)新特性和設(shè)置方面的問題。很多“故障”現(xiàn)象其實是硬件設(shè)備或操作系統(tǒng)的新特性造成的,也有設(shè)置方面原因的造成的。例如:顯示器設(shè)置、硬盤跳線、多了解主機、外設(shè)、應(yīng)用軟件的新特性,有助于增加排除假故障發(fā)生了故障,首先應(yīng)先判斷自身操作是否有疏忽之處,而不要盲目斷言某設(shè)備出了問題。
3、辨識軟件故障和硬件故障。計算機故障中因病毒、軟件損壞、沖突等原因?qū)е碌能浖收险加休^高的比例,可通過判斷計算機硬件啟動過程是否正常,或重新安裝系統(tǒng)軟件等方法辨識是軟件故障還是硬件故障。
二、常見硬件故障檢測維修方法
1、直接觀察法:觀察是維修過程中第一要法,它貫穿于整個維修過程中,觀察時運用“望、聞、聽、切”四種方法?！巴奔从^察系統(tǒng)板卡、芯片表面是否有燒焦、變色、開裂痕跡,還要看有無異物掉進主板的元器件之間(造成短路)。“聞”即辨聞主機、板卡中是否有燒焦的氣味,便于發(fā)現(xiàn)故障和確定短路所在地。“聽”啟動時內(nèi)置喇叭、電源風(fēng)扇、軟/硬盤電機或?qū)さ罊C構(gòu)、顯示器變壓器等設(shè)備的工作聲音是否正常。“切”即用手按壓各接口和活動芯片,看是否松動或接觸不良,另外在系統(tǒng)運行時可用手輕觸CPU、顯示器、硬盤等設(shè)備的外殼,根據(jù)其溫度判斷設(shè)備運行是否正常。觀察要認真全面,兼顧設(shè)備運行環(huán)境和用戶操作習(xí)慣,有助于對故障準(zhǔn)確定位。:
2、拔插添加/去除法:計算機運行的最小系統(tǒng)由電源、主板、CPU、內(nèi)存組成,這個最小系統(tǒng)主要用來判斷系統(tǒng)是否可完成正常的啟動與運行。以最小系統(tǒng)為基礎(chǔ),每次只向系統(tǒng)添加一個部件/設(shè)備,來檢查故障現(xiàn)象是否消失或發(fā)生變化,以此來判斷并定位故障部位。另外采用拔插添加/去除法也可確定故障在主板或I/O設(shè)備上,關(guān)機將部件逐塊拔出,每拔出一塊板就開機觀察機器運行狀態(tài),一旦拔出某塊后主板運行正常,那么故障原因就是該部件故障或相應(yīng)I/O總線插槽及負載電路故障。若拔出所有插件板后系統(tǒng)啟動仍不正常,則故障很可能就在主板上。
3、替換法:本法是將有相同功能的部件或同型號外設(shè)相互交換,根據(jù)故障現(xiàn)象的變化情況判斷故障所在,此法多用于易拔插的維修部位,使用交換法可以快速判定是否是部件本身的質(zhì)量問題。如果沒有相同型號的計算機機部件或外設(shè),但有相同類型的主機,則可把部件或外設(shè)插接到該同型號的主機上判斷其是否正常。
4、比較法:運行兩臺或多臺相同或相類似的計算機,根據(jù)正常機與故障機在執(zhí)行相同操作時的不同表現(xiàn)可以初步判斷故障產(chǎn)生的部位。
5、敲打法:敲打法一般用在懷疑電腦中的某部件有接觸不良、虛焊的故障時,通過手指輕輕敲擊機箱外殼、振動、適當(dāng)?shù)呐で?甚或用橡膠錘敲打部件或設(shè)備的特定部件來使故障復(fù)現(xiàn),從而判斷故障點。
6、升降溫法:根據(jù)故障促發(fā)原理,人為改變計算機機運行環(huán)境的溫度,可以檢驗各部件(尤其是CPU)的耐高溫情況,因而及早發(fā)現(xiàn)事故隱患。在降低微機運行環(huán)境溫度時,如果微機的故障出現(xiàn)率大為減少,說明故障出在高溫或不能耐高溫的部件中,可以幫助縮小故障診斷范圍。升降溫的方法有:室內(nèi)空調(diào)升降溫法、關(guān)機冷卻法、電風(fēng)扇加速降溫法、電吹風(fēng)升溫法、長時間開機升溫法等。
