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BEWs 水质在线生物安全预警系统
一、战略需求
二、技术原理
水生生物在遭遇水环境污染时会自发产生回避行为，生物行为学与水生态毒理学研究证明该回避行为的变化与水环境污染物的毒性总量之间存在剂量-效应关系。随着毒性的增加累积，水生生物的行为大幅度下降，直至死亡而停止运动。
水质在线生物安全预警系统（Biological Early Warning system, BEWs）在生物回避行为与水生态毒理科学原理基础上，通过电信号生物行为传感器，连续实时监测水生物行为变化趋势，结合水环境毒性数据库、生物行为解析模型、环境胁迫阈值模型、本底智能先验等模式识别和人工智能技术对水质变化实时解析，实现对水环境综合毒性风险的连续实时生物预警。
参考标准包括《化学品鱼类急性毒性试验》（GB/T 27861-2011）；《化学品鱼类早期生活阶段毒性试验》（GB/T 21854-2008）；《城镇供水水质在线监测技术标准》（CJJ/T271-2017）。
三、技术特点
1、多通道多对照多样本实时预警监测
依据毒理学规范科学设置八个平行预警监测通道，以具有空白对照的生物行为传感器为生物行为信号采集器，每个行为传感器中预置三条标准模式鱼，通过多通道多对照多样本科学原理实现水生生物行为的在线连续实时的有效获取和特征解析。通过毒理学规范设计和科学运用有效降低误报警概率，提高生物警系统的可靠性和稳定性。
2、直观显示生物行为变化和水质指数
以数字化“心电图”直观显示八通道行为传感器中模式鱼的行为曲线和空白对照信号波动，实时解析行为传感器中生物行为变化趋势，同时对八通道进行综合判断智能解析水质状态结果，实时输出水质指数及变化曲线，及时预警水环境综合毒性风险。
3、模式识别人工智能准确预警水质状态
基于生物行为学与水生态毒理学原理，通过低压高频电信号技术连续实时监测水生生物运动行为变化，通过信号处理技术对水生生物综合行为信号进行处理，从而区分不同种类、不同浓度污染物对水生生物行为的影响，将各项指标的综合判断作为污染判别的重要手段，结合水环境毒性数据库、生物行为解析模型、环境胁迫阈值模型、本底智能先验等模式识别和人工智能技术建立核心算法模型水质变化实时智能解析，实现对水环境综合毒性的水质指数、污染爆发时间和污染物综合毒性当量的连续实时生物预警。
4、大数据物联网云平台综合智慧运用
BEWs系统实现海量连续实时的大数据采集、判断、解析和传输以及大数据中心实时交互、显示等环境物联网技术的综合运用。管理者可通过便携管理终端、智能移动平台随时访问并管理大数据中心和在线预警系统，以大数据、互联网、APP等物联网方式实时查看水质预警状况和运行管理数据。
5、技术先进设备可靠业务化有效运行
BEWs技术和设备属于原创性自主研制，具备国际先进性。技术和设备先进性特点体现在“快、准、全”。“快”是能将24-96小时的实验室标准急性毒性检测优化到5-10分钟的在线生物预警检测，极大提高了应对突发污染事故的能力和手段；“准”是实现了对水环境综合毒性定性和半定量的解析，智能解析有毒物质的生物综合毒性大小和预警时间，为环境应急和治理指明了方向；“全”是该设备可以24小时连续实时的进行在线预警监测，可广泛地用于水源地、流域、自来水和排水综合毒性预警和应急，从源头到龙头保障水环境安全。在业务化应用中有效保障了水环境水质安全和有效应对水体突发污染事故。
四、应用范围
用途多样广泛全面保障水环境安全：应用领域包括饮用水源地水质安全预警监控、流域跨界断面水质预警监测、自来水厂水质安全预警监测、排水综合毒性生态预警监测，实现从流域到断面、源头到龙头全面保障水环境安全，并可供高校、研究院所等机构开展水环境毒理学研究。
1、饮用水水源地水质安全预警监控
保障饮用水供水水源安全，提供饮用水水源水质连续实时在线的生物预警数据和报告，增强居民对饮用水安全保障的信心;
2、流域跨界断面水质预警监测
提高流域预警监测能力，更全面有效应对突发污染事故跨界纠纷、应急事故责任划分和应急处置过程中实时连续的终点判断作用；
3、自来水厂水质安全预警监测
提高水厂突发性污染和应急状态下的应急处置能力，与自来水厂水处理工艺结合，全天候实时预警保障城市自来水的水质安全；
4、排水综合毒性生态预警监测
保障排水综合毒性生态安全监管，增强污水厂排水毒性的生物预警监测能力，实时预警偷排偷放，实时评估排水毒性生态影响。