关键词： 鱼塘养殖   水质评价   BP网络   模糊数学   云平台  

摘要： 中国一直是传统的水产养殖大国,其产量超过全球的1/3。中国的传统渔业主要以家庭化的小规模为主,但在家庭养殖中,养殖人员往往是通过经验来判别水质情况,并且容易出现因个人操作不当导致的水质恶化。本文将设计一种可以协助养殖人实现鱼塘精细化管理,并能检测适合鱼塘水质环境的水质检测平台,本文主要进行了以下研究工作。(1)分析了鱼塘养殖的主要参数,平台在水质检测上选择溶解氧、PH、氨氮、磷酸盐四个参数来评价鱼塘的整体水质,在水质评价标准上,根据鱼塘水体环境复杂、影响因素繁多的特点,选用《地表水环境质量标准》作为水质评价标准。(2)探讨了人工神经网络的结构及其基本原理,利用BP(back propagation)神经网络和模糊数学的优点,选择BP模糊神经网络作为输出水质评价的算法。在Matlab中构建4-9-1三层模糊-BP网络模型。因标准样本较少,所以使用随机插值法将标准样本扩充,并作为训练及检验数据集。由于BP神经网络收敛慢等缺点,分析并采用了LM(Levenberg-Marquardt)算法来改进网络模型。分别利用三角形隶属度函数和高斯隶属度函数计算其隶属度,使得网络模型的水质评价输出更为客观、准确。(3)在水质数据采集上,选用SJ-TWC3101水质分析仪。该水质分析仪的监测参数包含了本文所需要的四个参数,具有防尘避光、稳定抗干扰的优点,可广泛应用于淡水养殖、海水养殖、游泳池水、鱼塘养殖、农业灌溉,并可以通过RS485与上位机通信,在数据预处理上,针对缺失值和异常值的出现和解决方案进行了分析。对于缺失值,采用拉格朗日插值法;对于异常值,把异常值当作缺失值来处理。(4)在web平台的设计上,分析并选用阿里云服务器、Layui、Spring、Springboot、My Batis等框架,完成了鱼塘管理、投食投药管理、水质参数可视化等功能并上传到了阿里云服务器。

关键词： 水污染治理   机器学习   水质检测   传感器   污水评价指标  

摘要： 在农业生产过程中,无论是畜牧业还是种植业都离不开河流、雨水、湖泊以及地下水层提供的淡水资源。随着人类文明的发展,各类生产生活所产生的废弃物质正在污染着地球上的淡水资源,而淡水资源的短缺和污染会直接对农业的产出产生直接的影响,有可能引发大面积的粮食危机,进而对人类的生存发展产生极大的危害和影响。水质监测在水资源可持续利用的发展过程中有重大意义,加强对水质监测的力度,不仅有效地控制了水污染,还能观察水质是如何变化的,分析水质问题并且及时处理,进而缓解工业污染带来的水质恶化,提高水资源的质量,增加国家的经济效益。为保障农业生产秩序,推动提高精准控制河水污水治理水平,本文在研究过程中以构建高效的、精准的入河排污口水质检测系统为主要研究目标,通过实地走访、调查研究、查阅文献等形式对当前国内,特别是江苏省、南京市入河口排污水质量检测和治理的的现实状况进行了解和分析,使用KNN算法、M-SVM算法,结合水质检测工作的历史数据对污水质量检测这一问题进行综合分析和研究,提出可以推广使用的、精度较高的入河口水质检测模型,并运用软件设计理论和主流的开发技术对城市入河口水质自动检测系统进行了分析、设计、实现与测试。完成的主要工作包括:一是完成了入河口水质检测系统需求分析与设计。结合我国入河口水质检测和污染治理的的实际情况,对入河口水质检测的现实需求进行实地的调查了解,提出分析结论,运用软件设计技术对平台的可行性、功能性需求、非功能性需求等进行分析研究,形成系统需求分析结论;并基于需求分结论从总体架构、功能模块、数据库等方面确定系统的总体设计方案。二是基于数据挖掘算法对入河口污水水质检测问题进行研究。结合前文需求分析的结论,特别是针对需求分析中系统的核心功能——污水水质检测问题,对照《中华人民共和国地表水环境质量标准》,将检测过程中的水质按由高到低区分为五级,以南京市入河口污水水质检测为主要研究对象进行研究,综合运用了KNN、M-SVM算法建立水质检测评价模型,并运用实际数据对模型进行验证,最终根据验证结论选择更加快速、精准的M-SVM算法对该核心功能进行实现。三是完成了水质采样检测终端设计。根据系统需求分析,确定水质采样检测终端总体结构,并对水质测量节点的设备,对照功能需求和性能要求进行了硬件选型,对核心微处理器的结构、终端水质数据采样业务流程进行了设计,确保了采样检测终端稳定运行,支撑软件系统功能实现。四是完成了系统的实现与测试。对照系统设计方案,采用Flask Web技术、Bootstrap的前端框架,基于Python语言对系统原型进行了实现,并针对南京市入河口水质数据,对照传统的人工检测结果,对自动化水质检测系统进行测试与验证。通过测试和实验,本文所提出的自动化的水质检测方法具有一定的准确性和可操作性,设计实现的入河口排污水质自动检测系统功能完备,性能稳定,可操作性强。本文的研究对于动态监测河水水质变化,控制提高河水水质具有重要意义,同时也能一定程度上为我国污水检测的自动化提供参考依据。

关键词： 水质检测   多参数   集成系统   实时监测  

摘要： 水是一切生命都赖以生存的最重要自然资源之一。国内的人均淡水资源量只有2300立方米,仅为世界平均水平的1/4,是全球人均水资源最贫乏的国家之一。水资源的污染不仅会威胁到当地河流湖泊的生态环境,严重时更会阻碍社会的健康发展。在常见的水质监测指标中,一般包括浊度值、酸碱度值、总溶解固体值等。目前,物理检测法和化学检测法是水质常规检测中最常用的两种方法,这些方式虽然有可靠的稳定性,但是需要花费大量的人工成本和时间成本,难以实现快速测量。此外,在井下原油高压水开采等石化工业中,实时监测水质参数,尤其是对超低浊度的监测,可以把握生产过程,提升产品的质量,而传统的方法不能即时反应水质的原始状态,难以达到对水质多参数实时测量的要求。本文在单光子探测技术实现对水质低浊度和粒径同时测量的研究成果上,优化选取了浊度的测量区间,结合了当前的传感器技术与嵌入式软件技术,在测量浊度的基础上,提出了一种软硬件一体的水质多参数测量系统。该系统除了可以测量浊度外,还可以同时测量水体的酸碱度值、总溶解固体值、温度值。此测量系统硬件包含STM32主控制器芯片、四种水质参数测量传感器、LED显示屏等,软件中包含数据获取和处理、数据纠错、数据预警等功能。该测量系统可以布置在户外,也可以布置在室内。水质的实时参数、设置的预警阈值等可以通过显示屏显示,用户可以即时获取相应参数的变化,且当参数发生变化时系统会即时的发出预警通知。该系统结合了传统的硬件和现代的集成系统技术,将两者的优点结合,降低了测量的成本,节约了测量的时间,实现了实时测量与预警。最后,对设计开发的水质测量集成系统进行多次测试,对获取的参数信息进行处理分析,相关系数均在0.8以上,此测量系统达到预期效果,可以满足测量的要求。

关键词： 纸基微流控芯片   城市公园   六价钼离子   亚硝酸根   三价铁离子   碳排放评估   公园城市  

摘要： 建设绿色宜居的城市公园对环境的可持续发展有重要的意义。为了满足城市公园现场检测即时、节能和低成本的需求,本研究以纸基微流控芯片结合比色法研发现场检测仪器。针对城市公园水环境中的钼离子(Mo(Ⅵ))、亚硝酸根(NO)和铁离子(Fe(Ⅲ))制作了试纸条和三维纸基微流控芯片,并对纸基微流控芯片的全生命周期进行碳排放评估,寻求符合低碳经济发展模式的新型水质现场监测技术。本文的主要研究结论有:(1)苯基荧光酮(质量比为0.03%)和聚乙二醇辛基苯基醚(质量比为2%)按照4:1的体积比制作成显色溶液。1 mm×1 mm的Whatman(?)No.1滤纸浸泡在显色溶液4 h后烘干制作成Mo(Ⅵ)显色试纸条,并在p H=6,t=2.5 min时获得最优的Mo(Ⅵ)检测结果,Mo(Ⅵ)检测范围为0.00-0.80 mg/L。(2)3’3’5’5-四甲基联苯胺溶液(16.64μM)和盐酸氨基葡萄糖(1.00 mg/L)按照2:3的体积比制成显色溶液,6 mm的圆形Whatman(?)No.3滤纸浸泡在显色溶液中制成显色层。用Whatman(?)No.1滤纸、玻璃纸、Whatman(?)No.3滤纸订制成40 mm×40 mm三维纸基微流控芯片,并在v=100μL、p H=5、t=15 min时获得最优的NO检测结果,NO检测范围为0.0-250.0μM。(3)鞣花酸(6 g/L)和氢氧化钠(1 mol/L)按照20:1的体积比制作成显色溶液,8 mm的Whatman(?)No.3滤纸浸泡10 min制成显色层。用Whatman(?)No.1滤纸、玻璃纸、Whatman(?)No.3滤纸订制成40 mm×40 mm三维纸基微流控芯片,并在体积为200μL、p H=2、t=20 min时获得最优的Fe(Ⅲ)检测结果,Fe(Ⅲ)检测范围为0.0-10.0 mg/L。(4)A4纸在石蜡中浸泡7 min结合中速滤纸制作的亲水纸基通过压印法制作成可重复利用的二维纸基微流控芯片,只加100μL溶液,3个指标(Mo(Ⅵ),NOand Fe(Ⅲ))就可被检测,且重复利用次数最高达5次。使用Mo(Ⅵ)显色试纸条、NO三维纸基微流控芯片和Fe(Ⅲ)三维纸基微流控芯片对成都市四个公园的实际水样进行检测,误差范围分别在5.12%-16.00%、4.20%-14.83%和3.25%-12.26%。(5)Mo(Ⅵ)显色试纸条、NO三维纸基微流控芯片和Fe(Ⅲ)三维纸基微流控芯片在纸基材料的生产、制作、使用和废弃过程总共产生的二氧化碳和甲烷形成的等效二氧化碳量分别为0.14 g CO-eq/片,4.42 g CO-eq/片和0.87 g CO-eq/片,较于传统的检测分光光度方法,分别降低了98.76%,86.28和74.78%的碳排放。本研究为城市公园的便携式检测仪器提供新方法,并为纸基微流控芯片产生的二氧化碳和甲烷温室气体排放通量提供了参考。

关键词： 水质检测   紫外-可见光谱法   CEEMDAN联合DT-CWT   机器学习  

摘要： 水是生命之源,是工业生产、社会生活的基础保障。如何保障水环境安全,预防水污染是当今社会重点关注的热点话题。水质检测承担着水污染防治中的基础性工作,是保证水环境安全的重要手段,开展水质检测原理、技术及仪器设备的研究无疑具有重要意义。当前,基于化学法的传统水质检测手段存在操作复杂、有二次污染及检测周期长等缺陷。近年来,紫外-可见光谱法在水质检测领域快速普及,其具有快速检测、无二次污染、实时原位等优势。然而,如何利用工业级光源及光谱仪搭建一套可行的水质检测系统,如何去除光谱噪声,如何快速、准确预测水质参数仍然是困扰紫外-可见光谱法水质检测的问题。基于此,本文在国家自然科学基金青年基金项目(61805029),重庆市科委技术创新与应用发展专项(cstc2021jscxgksb X0056)以及重庆市自然科学基金(cstc2020jcyj-msxm X0553)的联合资助下,开展了基于紫外-可见光谱法水质检测仪关键技术研究,主要工作如下:(1)分析了紫外-可见光谱法水质检测仪的国内外研究现状,确定了水质检测仪的总体设计方案,对核心部件进行了选型。设计了一套基于紫外-可见光谱法的水质检测系统,搭建了光谱信号采集、传输、处理及分析模块,开发了一套基于Py Qt5的水质检测与分析软件,以实现对水质检测系统的控制以及光谱数据的处理分析。(2)提出了一种基于完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)和双树复小波变换(DT-CWT)的光谱信号去噪算法。该算法利用CEEMDAN将信号分解为本征模态函数(IMF),并通过归一化自相关函数和互相关系数进行线性相关分析,以确定高频噪声分量与低频信号分量的界限;进而应用DT-CWT阈值去噪算法对含噪高频IMF分量进行处理,将DT-CWT处理之后的IMF高频分量与CEEMDAN分界得到的IMF低频分量进行信号重构,有效提升光谱信号信噪比。(3)针对化学需氧量(COD)参数的解算,开展了多组不同浓度标准溶液(邻苯二甲酸氢钾溶液)和实测水样的实验,并进行了基于紫外-可见吸收光谱法的水质COD预测研究。通过粒子群算法对原始光谱数据降维,选取其特征波长信息,结合线性回归算法对待测水样COD进行预测,获得解算后的水质COD值。实验结果说明,所设计的水质检测系统能够实现对特定水样的快速检测和COD等参数的有效解算。

关键词： 水质检测   无线传感器网络   节点定位   改进DV-Hop算法  

摘要： 目前水环境污染日益严重,基于无线传感器网络技术的水质检测系统能实现水质污染的有效检测,对防止水污染扩散意义重大,但其也面临着如何确定污染源地理位置信息的技术难题。因此,本文从水质检测的实际应用环境出发,采用经典的DV-Hop作为本文的节点定位算法,并针对该算法存在平均跳距和最小二乘法计算坐标带来的定位误差问题,提出了基于粒子群算法的改进DV-Hop和基于灰狼算法的改进DVHop两种不同水质检测场景下的节点定位算法。实验结果表明,相比已有的常见节点定位方法,上述两种算法在水质无线传感器网络应用场景中具有更高的节点定位精度和应用价值。本文所做具体工作如下:（1）针对传统DV-Hop节点定位算法因平均跳距和最小二乘法计算节点坐标产生的误差问题,本文提出了基于粒子群改进的DV-Hop水质检测节点定位算法。首先给出信标节点之间的跳数表达式修正信标节点之间的跳数误差,继而给出改进的平均跳距修正因子修正平均跳距误差。然后针对最小二乘法计算节点坐标存在误差,引入自适应权重系数改进粒子群算法,避免其搜索最优节点坐标时陷入局部寻优,从而修正最小二乘法计算节点坐标误差。最后通过两种改进方式相结合分别对DV-Hop平均跳距计算阶段和定位阶段进行改进以提高其定位精度。（2）为了降低DV-Hop计算过程中最小二乘法带来的误差,本文提出了一种基于灰狼算法的改进DV-Hop节点定位算法。同样先给出信标节点间的跳数表达式,继而给出改进的平均跳距修正因子修正平均跳距误差。然后引入灰狼算法,对设定的适应度函数进行迭代寻优,修正最小二乘法计算节点坐标误差。最后当算法满足迭代要求时,输出待测节点的坐标。（3）基于MATLAB软件,模拟无线传感器网络水质检测场景,实现本文两种定位算法的实验仿真。实验结果表明,在分别改变信标节点个数、未知节点个数、通信半径3个条件时,相比于经典的DV-Hop、基于粒子群改进的DV-Hop和基于加权双曲线改进的DV-Hop方法,本文提出的第一种算法的平均定位精度分别提高了5.5%、5.8%、5.7%。本文提出的第二种算法的平均定位精度相对于经典的DV-Hop、基于加权双曲线改进的DV-Hop和基于蝙蝠算法改进的DV-Hop方法分别提高了22.67%、28%、12.33%。另外,本文两种方法在不同的水质检测场景中,也具有自身不同的特性。其中,第一种算法相比第二种算法具有水质检测传感器节点数量越多定位精度相对更高的特点,因此更适应于水质检测传感器节点数量较多的场合;第二种算法则具有水质检测传感器节点数量少定位精度高的性能,更适应于水质检测传感器节点数量较少的场合。在实际应用中,可以根据具体情况进行合理的选择。

关键词： 水质检测公司   质量管理体系运行   层次分析法   模糊综合评价法   改进措施  

摘要： 十四五规划明确提出要牢固树立“绿水青山就是金山银山”的理念,坚持以改善水环境质量为核心,以防控水环境风险为重点。而水质监测就是保护水环境的耳目和哨兵,为水污染防治、水环境管理、水环境规划提供依据。如今,水质检测行业正呈现逐步开放且日渐规范化的趋势,受政治、经济、社会及人文发展的大环境影响,水质检测市场发展前景良好。但近年来,第三方检验检测机构如雨后春笋般涌入市场,这也使得水质检测行业竞争异常激烈。如何保持长久竞争力,正成为各第三方检验检测机构亟需思考、研究与解决的问题。作为第三方检测机构,按照国际通用标准,建立并有效运行质量管理体系,确保其检测数据和报告的准确性、有效性、科学性及服务质量获得较高的客户满意度,是其能够在激烈的竞争中胜出且立于不败之地的必备条件。首先,本文阐述了研究背景及意义,分析了国内外研究现状,介绍了质量管理、质量管理体系、文献研究法、问卷调查法、层次分析法及模糊综合评价法相关理论概述。然后,以GY水质检测公司质量管理体系运行情况为研究对象,对公司概况及质量管理体系运行情况进行了介绍。根据公司质量管理体系文件构建评价指标体系,再将层次分析法和模糊综合评价法结合使用,利用层次分析法和问卷调查法确定各层次指标权重,模糊综合评价法综合评价GY水质检测公司质量管理体系运行情况,找到其薄弱环节后,有针对性的提出切实可行的改进措施;最后,经过为期两个月的改进后,再一次通过问卷调查法,对改进措施的有效性及适宜性进行检验。本论文目的旨在增强GY水质检测公司质量管理能力并不断持续改进,达到指导其提升竞争力,实现可持续发展的目的。与此同时,也期望能对同行在质量管理体系的构建及运行、规范工作流程、提升检测水平等方面具有一定的借鉴及参考价值。

关键词： 多光谱   无人机   水质检测   建模反演  

摘要： 水是自然环境中最为活跃的要素,在中国,水资源的供需矛盾已经突出,对水环境的保护和对水污染的治理已经迫在眉睫。除去生态环境部门监测的重点湖(库),城市周边人工湖等小微水域的水质检测同样不容忽略,探寻高效、准确、绿色的水质检测方法显得尤为重要。传统的单点水质监测,工序复杂,时间长,容易带来二次污染;卫星遥感因为其时间和空间分辨率的限制,对小微水域的反演效果不好;无人机多光谱遥感技术和传统人工水面采样方法的结合对小微水域的检测可以避免上述问题,并且在准确和便捷上达到了平衡,可以更快更好地为水体水质的检测进行服务。本文设计了无人机搭载多光谱相机的水质参数检测系统,主要研究内容如下:(1)在分析国内外无人机遥感检测技术的发展现状后,说明多光谱遥感技术的原理,介绍后续处理反演使用到的逐步多元线性回归、主成分分析、BP神经网络等方法,确定了本文的研究思路和模型建立方法。(2)设计了无人机载水质检测系统并完成了系统搭建,介绍系统软硬件组成。使用Lab VIEW开发平台编写了系统的控制和数据的获取程序,其中包括多光谱图像的接收、GPS数据接收、无人机飞行轨迹的绘制等功能。(3)进行地面实验和建模。以校内人工湖作为拍摄对象,同步进行多点的多光谱相机的拍摄和水体的采样,对水体进行理化分析并得到化学需氧量、总磷、浊度的浓度;对图像进行预处理和筛选,利用灰板校正并编写相应的后处理程序,得到不同波段的反射率,将采样点分为建模和评价两部分,与水质参数的浓度在后处理程序中进行相关性分析并建立模型,通过预测值和实际值之间的相关系数和校正均方根误差评价各个模型的精度。(4)利用无人机搭载多光谱相机进行飞行拍摄。在Lab VIEW程序中利用GPS的数据对图像进行了实时拼接处理,实现对目标区域的大面积显示;对应化学需氧量和浊度选用合适的反演模型对湖面进行反演,得到化学需氧量和浊度的空间分布图。实验结果验证了无人机和多光谱技术结合运用在水质参数检测上的可行性和有效性,验证了所设计系统的实用性。

关键词： 激光诱导击穿光谱   水质检测   元素定量分析   光谱去噪  

摘要： 工业化和城市化的进程带来了便利也产生了大量污染,多种生产生活废水的排放导致了水生生态系统的退化,也对人类健康产生潜在危害。因此对水体的保护与监控受到了广泛的重视,对更高效便捷的水中元素检测设备的需求也日益增强。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术作为一种元素分析的方法,具有很好的实时性和广泛的适应性,可以同时对多种元素进行检测,在水中元素检测方向具有广泛的应用价值。因此本文开展了基于LIBS技术的水质检测系统设计。本文研究内容如下:首先,从LIBS的原理出发,设计了多脉冲激光诱导击穿光谱检测系统。系统选取被动调Q激光器作为一种便捷廉价的多脉冲LIBS解决方案,但该激光器出光不受严格的时序控制,因此引入了新的问题。为了解决光谱仪对等离子体光谱同步采集的时序控制问题,设计制作了光触发精密延时系统并集成在光谱仪内。延时系统可以对光触发信号脉冲数进行判断和选择,实现对多脉冲烧蚀增强光谱的采集。通过精密调节延时,去除等离子体早期连续辐射,获得了高信噪比的光谱信号。其次,设计了基于Lab VIEW的检测系统上位机,实现对系统的参数设置与数据传输,并对光谱数据进行处理分析。其中针对常用降噪方法会改变谱峰强度和波长的缺点,设计基于小波变换的算法对光谱数据去噪处理,对不同小波函数及阈值处理方式进行研究,最终选用coif5小波函数,可以有效滤除噪声而不影响光谱分辨率。在预处理后通过比较强度值以及二阶导数值确定谱峰波长,并与光谱库数据匹配比较,实现对元素种类的定性分析。通过谱线强度实现对元素浓度的定量计算。最后使用本课题设计的LIBS系统,对不同水样样品进行检测。配置不同浓度的重金属溶液作为标准溶液,使用滤纸吸附和富集溶质元素后对滤纸进行LIBS检测,通过光谱数据建立定标模型。发现选取520.8 nm谱线可以有效检测Cr元素的浓度,对水样进行检测的最小RD%为3.4%,证明了检测系统的有效性。进一步通过设计偏最小二乘回归算法,使用多个特征峰的强度数据进行建模分析,经过交叉验证确定选取3个主成分进行拟合,得到R=0.99的拟合系数,提高了定标模型精度。实验结果表明,通过本文设计的LIBS系统对水中元素检测是行之有效的,并且成功通过多脉冲应用、触发脉冲和延时的选择提高了光谱强度和检测能力。

关键词： 供水管网   水质监测系统   污染源定位   优化设计  

摘要： 供水管网是城市重要基础设施之一，承担着向用户输送自来水的功能，具有复杂的结构特征与一定的脆弱性，易受到内部或外部威胁而引发水质问题。随着我国城镇化进程的加快，供水管网规模不断扩大，供水管网的水质安全风险也显著增加，日常生活供水安全已面临严峻的考验。因此，供水管网水质安全保障是我国市政工程领域亟需解决的重要问题。　　水质监测系统是城市供水管网水质安全保障的重要技术手段，其性能直接关系到水质安全的防控效果，故开展水质监测系统的优化设计具有重要现实意义。水质监测系统监测到污染后，需采取快速准确的定位方法消除污染源，其研究同样具有重要价值。鉴于此，本论文以管网水力水质模型为基础，开展了供水管网水质监测系统优化设计与污染源定位研究，主要包含以下三部分的内容。　　首先，提出基于评估指标概率分布的性能评估方法，通过模拟大量污染场景获取指标的概率分布。相较于传统的指标期望值，本文采用的评估指标概率分布方法呈现的信息丰富，既可揭示大部分污染事件下系统的监测性能，也考虑了极端污染事件的影响。通过权衡多个性能目标的全概率分布，能够确定最优的监测点设计方案，从而提高监测系统的水质污染监测性能。　　其次，创新提出考虑水质监测点失效和管网需水量、拓扑结构不确定性的水质监测系统鲁棒性评估技术，以确定鲁棒性最优的监测系统设计方案。提出考虑水质监测点失效等级的多目标监测系统鲁棒性评估数学模型，通过构建污染入侵事件数据库及Borg算法优化高效求解，同时考虑管网需水量和拓扑结构变化对监测系统鲁棒性的影响，并量化了各监测点对监测系统整体效果的重要性。研究结果不仅指导了供水管网水质监测系统的布置，还为监测设备日常维护方案的制定提供了理论依据。　　最后，提出了水质监测系统和人工取样相结合的污染源定位技术。水质监测系统监测到污染入侵后，将报告污染的监测点上游的所有管道视为初始污染区域。为提高定位效率、降低成本，本文提出了动态消火栓水质取样方法，即先在预先指定数量的消火栓处取样检测，下一步根据检测结果动态更新污染候选区域，循环上述过程以不断缩小污染区域，直至锁定污染源的位置。其中，每轮循环时最佳的取样位置通过优化选址模型及蒙特卡洛方法求解获取，旨在使每个子区域内管道长度尽可能相等实现，子区域由取样点位置与管道流向共同确定。　　本文所提出的水质监测系统优化设计与污染源定位方法被应用于两个实际供水管网，模拟效果证明了其有效性。研究成果为供水管网水质安全保障提供了理论依据与技术支持，对建立完善的水质监测系统具有重要意义。