浙江省台州市霊香店浦施古橋泾河道浮遊多パラメータ監視システム方案

一、システム建設の背景と目標

（一）建設背景

施古橋泾は浙江省台州市霊香店浦地区に位置し、永寧河支流に属し、総延長約1300メートルで、農港城に隣接しており、周辺の飲食経営者の汚水の直排、ゴミ捨て場の漏れなどの問題で、河道の堆積、水体の黒髪臭を招き、地域の水環境整備の重点難点となっていた。前期に規則違反コンテナの撤去、ゴミ捨て場の移転などの整備措置を通じて主要汚染源を除去したが、河道には雨水管が夜間に汚水を盗み出し排出するなどの隠れ汚染リスクが存在し、伝統的な人工巡察監視モデルには頻度が低く、時効が悪く、隠れ汚染が発見しにくいなどの弊害があり、精密化管理保護の需要を満たすことができなかった。

治水の効果を強固にし、河長制管理の要求を実行に移すためには、自動化され、リアルタイム化された水質モニタリングシステムの構築が必要である。浮遊多パラメータモニタリングシステムは配置が柔軟で、無人で、全時間帯のモニタリングの優位性によって、水体の水質変化を正確に捉えることができ、汚染リスクをタイムリーに早期警報し、施古橋の泾河道の長期的かつ効果的な管理に科学データの支持を提供する。

（二）建設目標

1.リアルタイムに水質状況を感知する：施古橋の重要断面水体コアパラメータの連続モニタリングを実現し、水質動態変化規則を把握する、

2.汚染リスクを正確に警報する：汚染物質の隠蔽排出、水質突然変異などの問題に対して、閾値警報メカニズムを確立し、応急応答時間を短縮する、

3.科学的意思決定管理を支える：河長制の職責履行、汚染源追跡、管理効果評価に客観的なデータ根拠を提供する、

4.長期効果的な管理・保護システムの構築：知恵による治水技術を結合し、監視モデルの「人工巡検」から「知能感知」への転換を推進し、河道の管理・保護効率を向上させる。

二、システム全体アーキテクチャ

システムは「先端感知-ネットワーク伝送-クラウド応用」の3層構造を採用し、「監視-伝送-分析-早期警報-処置」の閉ループ管理プロセスを形成し、施古橋の泾河道水質に対する全チェーンの知恵監督管理を実現する。

（一）先端感知層

浮遊式モニタリングステーションを核心感知ユニットとして配置し、多パラメータ水質センサ、データ収集モジュール、太陽エネルギー給電システム及びアンカー装置を集積し、水体パラメータのその場収集とローカル記憶を実現する、雨水排出口などの重点汚染リスク点に対して、投入式センサーの配置を補助し、特徴汚染物のモニタリングを強化する。

（二）ネットワークトランスポート層

4 G/NB-IoT無線通信技術を採用し、先端で収集した水質データを暗号化した後、リアルタイムでクラウドプラットフォームに転送し、データ転送の安定性と安全性を保障する、ローカルデータストアバックアップをサポートし、ネットワーク中断によるデータ損失を回避します。

（三）クラウド応用層

データ展示、分析早期警報、設備管理を一体化したクラウド管理プラットフォームを構築し、水質データの可視化提示、履歴データの照会、異常早期警報のプッシュ及び設備の遠隔管理制御を実現し、多部門の協同処理をサポートする。

三、システムコア構成と技術パラメータ

（一）浮遊監視ステーションの核心配置

浮遊監視ステーションは先端感知コアとして、モジュール化設計を採用し、施古橋の乾燥支流の交差点、雨水排出口の下流など3つの重要な断面に配置し、具体的な配置は以下の通り：

ブイ体：超高分子ポリエチレン材質を採用し、直径は約408 mm、低重心設計、耐腐食、耐衝撃、生物付着防止特性を備え、河道の水流環境に適応する、
給電システム：11 W太陽光パネル+60 Ahリチウム電池パックを配置し、MPPT自動パワーポイント追跡技術を採用し、曇りと雨の天気が7日以上連続して給電することを保障し、無人の需要を満たす、
アンカーシステム：2.5 kg鋳鉄アンカーを用いて10メートルナイロンロープを組み合わせ、ブイが河道の水流衝撃下で位置が安定することを確保し、監視データの代表性を保障する、
防護装置：GPS測位、盗難警報ランプを備え、設備位置のリアルタイム追跡と安全警報をサポートする。

（二）マルチパラメータ監視指標と技術パラメータ

施古橋泾汚染リスクの特徴を結合し、通常の5パラメータ及び特徴汚染物を重点的にモニタリングし、センサーは蛍光法、スペクトル法などの先進的な検出原理を採用し、自動洗浄機能を備え、運行維持コストを低減し、具体的なパラメータは以下の表の通り：

モニタリング指標	測定範囲	測定精度	そくていげんり	備考
水温	-20~60℃	±0.5℃	熱電対	一般五パラメータ
pH値	0〜14pH	±0.05pH	ガラス電極	一般五パラメータ
ようかいさんそ	0〜20mg/L	±2%FS	けいこうこうどほう	一般五パラメータ
でんどうど	0〜100mS/cm	±1%FS	コンダクタンス法	一般五パラメータ
濁度	0〜1000NTU	±3%FS	90°散乱光	一般五パラメータ
COD（化学的酸素要求量）	0.75〜475mg/L	±3%FS	スペクトル法	とくせいおせんぶつ
アンモニア性窒素	0〜10mg/L	±5%FS	イオンせんたくほう	とくせいおせんぶつ

（三）データ伝送とクラウドプラットフォーム

データ転送：4 G無線通信モジュールを採用し、Modbus/RTUプロトコルをサポートし、データアップロード周波数はカスタマイズ可能（デフォルト5分/回）、転送遅延は＜1分；ブレークポイントの再送信機能を備え、ネットワークが回復すると自動的に履歴データを再送信する、
クラウドプラットフォームの機能：

データ可視化：グラフ、曲線形式でリアルタイム/歴史水質データを呈示し、単一パラメータの傾向分析と多パラメータの相関性比較をサポートする、
警報管理：水質パラメータ閾値（例えばpH＜6.5或いは＞8.5、COD＞50 mg/Lなど）を設定し、異常時にメール、APPを通じて警報情報をプッシュし、警報レベルの等級分けをサポートする、
設備管理：監視サイトのトポロジー図の展示をサポートし、リアルタイムで設備のオンライン状態、電力量、センサーの校正状況を監視し、遠隔で収集周波数と校正パラメータを設定することができる、
報告書生成：自動的に日/週/月水質モニタリング報告書を生成し、データ導出をサポートし、治水効果審査に根拠を提供する、
多跨協同：台州市の「河長オンライン」プラットフォームとのインタフェースを予約し、データ共有と協同処置を実現する。

四、システム配置と実施プロセス

（一）監視ポイント配置

施古橋泾河道の特徴と汚染リスクに基づいて、メッシュ化配置戦略を採用する：

上流制御断面：施古橋の泾源頭付近に配置し、河道本底の水質を監視する、
中流の重点断面：雨水排出口の下流50メートルに配置し、汚水の排出による水質への影響を重点的に監視する、
下流出口断面：施古橋泾と永寧河の交差点に配置し、河道の出水水質を監視し、管理効果を評価する。

（二）実施フロー

前期の調査研究と方案の最適化：河道の水深、流速、汚染源分布などの現場調査を展開し、ポイント配置と設備パラメータを細分化する、
設備集積と校正：センサー組立、データ収集モジュール配置を完成し、実験室標準液校正を行い、監視精度を確保する、
現場の設置とネットワーク接続：フロート監視ステーションの揚重を事前設定ポイントに投入し、アンカーシステムを固定し、4 Gネットワークの活性化とクラウドプラットフォームのドッキングを完了する、
システム連携と試運転：データ収集、伝送、全プロセスの安定性をテストし、アラート閾値とアップロード頻度を最適化する、
検収と運行維持訓練：システム機能検収を完了し、管理者に設備巡検、データ解読、故障処理などの訓練を提供する。

五、運行維持保障システム

（一）日常運行メンテナンス

センサーメンテナンス：2ヶ月ごとにプローブ付着物を整理し、四半期ごとに現場精度の検証と校正を行う、
設備巡検：半年ごとにブイ体の完全性、太陽光パネルの清潔度、アンカーシステムの安定性を検査し、電力供給と通信機能をテストする、
データ品質制御：異常データ識別メカニズムを確立し、時系列比較、センサデータ相関分析を通じて干渉値を除去し、データの正確性を保障する。

（二）応急保障

設備故障緊急対応メカニズムを確立し、設備のオフライン、データ異常警報を受けた後、24時間以内に現場処置を完了する、バックアップセンサーと通信モジュールを備え、システムの迅速な運転再開を確保する。

六、システム応用価値

監督管理効率の向上：24時間無人監視測定を実現し、データ収集頻度を分級に引き上げ、伝統的な1日1回の人工サンプリングに代わり、末端河川長の河川巡航負担を大幅に軽減する、
正確な汚染源追跡：重点断面水質変化曲線の分析を通じて、迅速に夜間の汚染源をロックすることができ、法執行処理のために正確な標的を提供することができる、
管理コストの削減：統合化設計とインテリジェント化運行メンテナンスにより、単一点建設コストを30%削減し、人工巡検作業量を60%削減し、効率的で低コストの監督管理を実現する、
治水の効果を強固にする：水環境の監督管理がポスト処理に従事することを推進し、事前の防止・制御への転換を推進し、施古橋泾が「水清、河暢、岸緑、景美」の長期的かつ効果的な管理・保護目標を実現することを支援する。

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