当前，我国水环境的形势比较严峻，根据国务院《水污染防治行动计划》（水十条）、《生态环境监测网络建设方案》以及2017年6月27日最新发布的《水污染防治法》、2017年9月20日 中共中央办公厅 国务院办公厅印发《关于深化环境监测改革提高环境监测数据质量的意见》、《关于建立资源环境承载能力监测预警长效机制的若干意见》等系列文件要求，加强环保监测能力及效率建设，满足新时期环境监管治理的需要已提上日程。
一、水环境监管现状
从此前的自动站建设的经验和成效上看，要达到上述目标并确保投资效益的实现，如果还是沿用传统建站的技术和办法将会面临以下问题的困扰：
（一）水质监测站建设征地难，报批报建手续复杂，建设耗资大，建站地址严重受限。
对水环境的连续监测需要将相关水质设备部署在关键断面监测点，这些位置基本处于河流、湖泊、水系的边坡，修建正式建筑投资巨大，报建审批流程周期长，而且关键断面位置往往并不适合建设相关建筑，极易导致水质监测监管出现空白。
（二）现场建站周期长，现场建站进度易受天气、环境因素影响制约，质量难以保证。
建筑施工周期长，导致对天气的依赖大，相关设备投入正常运行往往是规划设计之后很长的时间，周边水系的运行环境很可能已经变化，从而无法匹配前期设计规划参数与功能，无法准确反映实际情况、难以保证监测精度。
（三）涉水环境现场工况条件恶劣，周边腐蚀严重，传统站房寿命短，且影响环境美观。
现在常规建筑在面临周边比较恶劣的工况时，潮湿、腐蚀成为建筑的致命杀手，维护保养比较困难，而且现在对环境的协调要求更高，都会导致建设传统水质监测站存在比较大的困难。
（四）监测断面水质代表性随着时间的延续逐渐丧失，监测站的功能和意义也将逐渐减弱或丧失，传统监测站不可移址、难以重复利用，监测效益低下。
固定建筑水质监测站经常出现随着水系覆盖区域功能规划的改变，而失效，相关投资无法有效利用，造成浪费。而且，随着时间的推移，水域范围内的水质情况也出现多样性变化，现有在不同的断面进行监测，传统水质监测站固定建筑的缺点导致效益低下。
（五）传统监测站集成度低，科技含量不高，无法满足当前监测站需要通过模块化、智能化、一体化实现增质促效的要求。
传统水质监测站需要配备对应的工作人员进行持续的维护操作，相关点位分布在水系野外，非常不方便工作人员的日常工作，也会带来巨大的日常费用开支，新形势下的自动化、集成化、模块化运行的要求无法得到满足。
二、项目主要研究内容
（一）项目涉及的技术领域
水环境监测一体化智慧站房立足于新型复合材料、物联网、云平台技术，具备可移动、快速部署、一体化和高度集成自动化的优势，通过大数据管理及分析的方式，对监测站点水环境的水量和水质等在线监测信息进行有效采集和指标化、模型化、关联化挖掘使用，据此对监测河流水系断面单元进行远程管理控制的综合性自动监控系统。
项目的主要技术包括新型复合材料应用、生态模拟、图形处理、互联网地理信息、数据储存、多目标优化等，涉及学科包括材料学、生态学、环境学、数学、计算机、网络技术等多个方面，研发出来的水环境监测一体化智慧站房整体是一个横跨多个领域、采用多种先进技术的综合性技术水质监测管理平台。
项目主要领域为国家重点支持的高新技术领域中的资源与环境技术，具体为水环境在线连续监测技术，同时，项目成果还涉及新材料技术、电子信息技术、先进制造与自动化技术等多项高新技术领域。
（二）项目拟解决的关键技术问题
总体技术目标和定位：项目直面水污染治理实施中的痛点难点，通过采用新型复合材料、精密检测仪表以及物联网技术，从新材料、新工艺和智能信息技术出发，创新传统水污染治理方式，通过建设多功能、可移动、智能化、高效益的机舱式一体化智能自动监测站，有效地解决传统监测站的不足，实现了对水环境污染的智能化监测、管理和控制。主要解决以下技术问题：
1. 研究水环境监测一体化智慧站房结构
采用复合材料整体无缝成型，实现质量轻、强度高、防腐蚀、抗震防风、热电绝缘、环保节能、寿命长等特点；采用部件单元化设计，在满足功能性需求的情况下，对站房材料、形状、几何尺寸进行设计，满足监测环境需求，便于实现野外现场的快速部署；
2. 研究新型材料工艺产业化实现技术
通过前期测试进一步优化设计站房材料，并以此为基础，联合装备定制单位按需求合作试制开发站房材料生产线。既能满足站房材料的批量化整体成型快速生产，相关生产工艺又能保证站房达到轻质高强、防水、保温、防震、防台风、寿命长等特性技术要求。
3. 新型电动双开/单开塞拉门
紧密结合科技应用试验试点总结中的“集成控制、远程数据与工作状态采集、全自动无人值守运行”这三个功能，进行配套开发，其中包括与站房进行紧密结合成为整体的自动门开发，确保站房整体上能够做到保温、防盗、防尘和防水，全面满足无人值守全自动运行功能。
4. 研究水环境监测一体化智慧站房功能
立足于物联网、云计算技术，采用模块化设计，系统集成了采水、配水、监测、数据采集传输、控制、辅助及智能站房等七个单元，需要对各单元、模块进行了高度融合集成和远程管理控制，实现水环境监测的多功能化、智能化。
第四个关键技术问题需要持续进行投入进行不断升级、优化、整合多学科专业经验、知识与理念进行，特别是还需要结合用户的使用流程要求，提供配套的专业数据分析处理模型等。
（三）项目采用的核心技术原理、技术方法
水环境监测一体化智慧站房符合国家标准规范，舱体结构根据监测仪表要求和人体工学规划布局，结构紧凑，站房结构采用立体化设计，空间利用效率高、功能强大；内置系统高度集成了多种单元模块，站内运行环境恒温恒湿，各单元模块既可自动运行也可远程管控，实现了监测站的多功能化、智能化、和高效化。同时，产品与设备仪表集成为一体，在工厂生产测试，占地小、可移动、无须现场建设，采用复合材料整体成型，具有质轻性优、环保循环使用等特点，市场前景广阔。
项目的主体为新型材料站房单元，拟采用航天级复合材料及创新型工艺生产，经过反复试制测算，和传统站房采用的砖混、金属和塑料/塑钢材料相比，该新型材料具备轻质高强、寿命长、耐火、防震抗风、防腐蚀、防潮、防虫等明显优势，但是其稳定性、可靠性及批量化、标准化生产需要进一步开发专业设备进行保证。结合自主材料工艺，将投入资金和装备制造企业合作，开发试制专用工艺生产线，通过精密的机械、电子和程控技术，严格保证生产工艺的标准化，最大限度地达到材料的设计指标。
为了保证站房无人值守期间的防盗、防尘和防水，同时在人员出入期间提供最大的安全、便利和舒适度，一体化智慧站房拟采用了新型电动双开/单开塞拉门，参考国内外现有电动门技术，进行功能和结构、尺寸设计，能够完美适配新型材料站房主体，由专业工控设备制造单位外协合作试制生产。
水环境监测一体化智慧站房部署到现场之后，通过配套软件管理平台，对智慧站房实时上传的水质参数、运行环境工况参数、采集到的气象数据等大数据，进行专业建模分析处理，提供给监管部门更贴合需求的专业服务，为智慧监管提供技术基础。水环境监测一体化智慧站房舱体是设备仪表单元正常运行的基础，主要为设备仪表单元提供稳定、良好的运行条件，优化设备仪表单元运行环境。
水环境监测一体化智慧站房采用复合材料整体成型，并与待测水环境断面通过管路连接，根据各种设备仪表功能特点，在水环境监测一体化智慧站房内部设置了具有防水防潮功能的设备仪表装配仓、传感器装配仓，并设置了流槽等装置构造对流体流态进行优化，以提高设备仪表测量精度，从而为设备仪表单元提供稳定、安全、高效的运行环境，管线中的水体直接从信息采集装置内部通过，可以实现连续不间断监测。
水环境监测一体化智慧站房主要用于装配流量计、设备仪表等监测类设备仪器，以及水质采样器、联动信号输出、数据采集控制器和UPS电源等管理控制类设备仪器。
水环境监测一体化智慧站房是一种对监测单元水质进行连续、在线监测和管理控制的多功能、一体化自动监测站。信息采集站融合了复合材料、精密监测仪表及互联网＋技术，具有功能多样化、智能化和无人值守化等特点。
如图所示，水环境监测一体化智慧站房主要用于配置大型设备仪表单元（采用化学方法监测的设备仪表）。
图1 水环境监测一体化智慧站房外景图
图2 水环境监测一体化智慧站房内景图
三、结束语
本文设计研发的水环境监测一体化智慧站房首创“智慧站房+”在线监测仪表的工程产品化建设模式，其融合新型复合材料、新型测控集控技术及物联网技术，是一种对水环境水质进行连续、在线监测和管理控制的多功能、一体化智能自动监测站。站房无需通过征地建设，占地面积小、功能齐全、适应性强，可根据需要对监测站进行移址重复使用，监测效益高，满足当前水污染环境对监测设备高性能、多功能、智能化、可持续的需求，有效地解决目前环境监测建站工作中存在的问题和难点。
参考文献：
[1]徐梦溪,施建强,王丹华.天地网一体的水环境监测数据整合关键技术[J].水利信息化,2021(02):29-33.
[2]吴秋瑜. 基于河流无线传感网络的水环境监测系统研究[D].广西大学,2020.
[3]冯春丽.浅析新型城镇化建设中农村水环境监测与污染治理[J].科技资讯,2018,16(28):104+106.
[4]姚宇平.在线监测系统在地下水环境监测中的应用[J].黑龙江环境通报,2017,41(04):37-39+51.
