一种河道水质监测系统及方法
【专利摘要】本发明提供了一种河道水质监测系统和方法，该系统包括水质监控平台和按照一定的间隔部署在待监测河道上多个水质自动监测设备，其中，水质自动监测设备包括：水质参数感知与变送单元、水质取样单元、处理与控制单元、数据通信单元和电源适配单元；水质监控平台用于对所述多个水质自动监测设备进行管理，包括：数据接收存储单元、数据填报与编辑单元，用户展示与交互单元和管理单元。本发明建立了各水质监测设备之间的时间关联监测，解决了现有技术中无法及时捕捉小规模、随意性的排污情况的问题。
【专利说明】一种河道水质监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种河道水环境质量监测系统及方法。
【背景技术】
[0002]村镇河道流域污染源主要以生活污水为主，水质随着居民生产生活、天气变化而随时动态变化，其排污特点主要是小规模、随意性、突发性、流动性和扩散性等特点，相对独立的单点监测效果难以准确确定排污的时间、总量、对水体的影响等，导致不能及时全面的发现水质污染状况。另一方面由于水质传感器长期浸入在水下，污浊物、水藻、微生物等均会对传感器测定的精确度产生影响，现有技术并未提出有效可行的方法避免异常数据对系统造成的影响。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提供一种河道水质监测系统及方法，建立了各水质监测设备之间的时间关联监测，解决了现有技术中无法及时捕捉小规模、随意性的排污情况的问题。
[0004]为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现:
[0005]一种河道水质监测系统，包括水质监控平台和按照一定的间隔部署在待监测河道上多个水质自动监测设备，其中，
[0006]水质自动监测设备，用于自动获取水质参数测量值，包括:
[0007]水质参数感知与变送单元，包括采集模块和信号变送模块，其中采集模块包括水温探头、PH值探头、溶解氧探头、电导率探头、浊度探头、流速探头，用于采集各水质参数；信号变送模块，用于将各探头采集的各水质参数的测量值转化为电信号，并发送给处理与控制单兀；
[0008]水质取样单元，包括采水管、微型蠕动泵、水样储存瓶，用于根据控制命令进行水质取样；
[0009]处理与控制单元，包括模数转换模块、处理器、存储模块和时钟模块，用于接收信号变送模块发送的电信号，经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，处理器根据存储模块中预先存储的各探头的感知特性和经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，得到各探头的水质参数测量值，发送给数据通信单元；
[0010]处理与控制单元还用于向采集模块发送控制命令，控制水质取样单元进行水质取样；
[0011]数据通信单元，用于将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台；
[0012]电源适配单元，用于完成不同输入电压的转换适配，为水质自动监测设备各单元提供能量供给；
[0013]水质监控平台，用于对所述多个水质自动监测设备进行管理，包括:
[0014]数据接收存储单元，用于接收所有水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值，并进行存储；
[0015]数据填报与编辑单元，用于根据所述水质取样的实验室测定结果，对水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值进行扩展填报，并对存在故障的探头测量数据进行编辑修正；
[0016]用户展示与交互单元，用于显示实时的水质监测数据，并提供历史数据的查询浏览，提供用户对水质自动监测设备的配置值设定，包括正常采集时间间隔、各参数正常阈值范围、单次水质取样量的设定；
[0017]管理单元，用于将用户的配置值下发至水质自动监测设备，并在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测。
[0018]优选地，所述数据通信单元支持多种通信方式，包括3G/GPRS、以太网、Zigbee、WIFI和RS232/485有线通信。
[0019]优选地，所述水质自动监测设备还包括超声波清洗器，用于在各探头进行水质参数采集前和采集中对所述各探头进行清洗。
[0020]优选地，所述管理单元在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测包括:
[0021]设A、B、C、D为河道流域上游到下游的四个相邻水质自动监测设备，若Tb时刻B设备最先发现某水质参数超过设定的正常阈值范围，则管理单元对污染物到达其相邻监测设备的时间进行关联求解，计算方法如下:
[0022]当A为B的上游节点时,且Vtl > vB，其中VtI为该污染物在静水中的扩散速度，vB为B点处的水流速度，则污染物扩散至上游节点A，的时刻Ta为:
[0023]
【权利要求】
1.一种河道水质监测系统，其特征在于，包括水质监控平台和按照一定的间隔部署在待监测河道上多个水质自动监测设备，其中， 水质自动监测设备，用于自动获取水质参数测量值，包括: 水质参数感知与变送单元，包括采集模块和信号变送模块，其中采集模块包括水温探头、PH值探头、溶解氧探头、电导率探头、浊度探头、流速探头，用于采集各水质参数；信号变送模块，用于将各探头采集的各水质参数的测量值转化为电信号，并发送给处理与控制单元； 水质取样单元，包括采水管、微型蠕动泵、水样储存瓶，用于根据控制命令进行水质取样； 处理与控制单元，包括模数转换模块、处理器、存储模块和时钟模块，用于接收信号变送模块发送的电信号，经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，处理器根据存储模块中预先存储的各探头的感知特性和经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，得到各探头的水质参数测量值，发送给数据通信单元； 处理与控制单元还用于向采集模块发送控制命令，控制水质取样单元进行水质取样； 数据通信单元，用于将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台； 电源适配单元，用 于完成不同输入电压的转换适配，为水质自动监测设备各单元提供能量供给； 水质监控平台，用于对所述多个水质自动监测设备进行管理，包括: 数据接收存储单元，用于接收所有水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值，并进行存储； 数据填报与编辑单元，用于根据所述水质取样的实验室测定结果，对水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值进行扩展填报，并对存在故障的探头测量数据进行编辑修正； 用户展示与交互单元，用于显示实时的水质监测数据，并提供历史数据的查询浏览，提供用户对水质自动监测设备的配置值设定，包括正常采集时间间隔、各参数正常阈值范围、单次水质取样量的设定； 管理单元，用于将用户的配置值下发至水质自动监测设备，并在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据通信单元支持多种通信方式，包括 3G/GPRS、以太网、Zigbee、WIFI 和 RS232/485 有线通信。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水质自动监测设备还包括超声波清洗器，用于在各探头进行水质参数采集前和采集中对所述各探头进行清洗。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述管理单元在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测包括: 设A、B、C、D为河道流域上游到下游的四个相邻水质自动监测设备，若Tb时刻B设备最先发现某水质参数超过设定的正常阈值范围，则管理单元对污染物到达其相邻监测设备的时间进行关联求解，计算方法如下:当A为B的上游节点时，且V。> Vb，其中V。为该污染物在静水中的扩散速度，Vb为B点处的水流速度，则污染物扩散至上游节点A，的时刻Ta为:
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水质监控平台还包括数据处理与报警单元，当任意水质自动监测设备采集的水质参数出现超阈值情况时，数据处理与报警单元通过多种方式发布报警提示，包括网页报警提示与短信报警提示，在网页端根据河道的流域流向，提示目前水质超标出现的区域范围，并根据超标程度设定不同的报警显示方式，轻微超标为橙色、严重超标为红色。
6.一种应用权利要求1所述系统的河道水质监测方法，其特征在于，该方法包括: 51.采集模块中的各探头采集各水质参数；水质取样单元根据处理与控制单元下发的控制命令进行水质取样； 52.信号变送模块将各探头采集的各水质参数的测量值转化为电信号，并发送给处理与控制单元； 53.处理与控制单元接收信号变送模块发送的电信号，经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，处理器根据存储模块中预先存储的各探头的感知特性和经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，得到各探头的水质参数测量值，发送给数据通信单元； 54.数据通信单元将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台； 55.水质监控平台接收所有水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值，并进行存储； 56.水质监控平台根据所述水质取样的实验室测定结果，对水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值进行扩展填报，并对存在故障的探头测量数据进行编辑修正； S7水质监控平台负责显示实时的水质监测数据，并提供历史数据的查询浏览，提供用户对水质自动监测设备的配置值设定，包括正常采集时间间隔、各参数正常阈值范围、单次水质取样量的设定； S8.将用户的配置值下发至水质自动监测设备，并在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中数据通信单元支持多种通信方式将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台，包括3G/GPRS、以太网、Zigbee、WIFI和RS232/485有线通信。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤SI中，在采集模块中的各探头采集各水质参数之前和采集各水质参数的过程中，超声波清洗器对所述各探头进行清洗。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S8中在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测包括: 设A、B、C、D为河道流域上游到下游的四个相邻水质自动监测设备，若Tb时刻B设备最先发现某水质参数超过设定的正常阈值范围，则管理单元对污染物到达其相邻监测设备的时间进行关联求解，计算方法如下: 当A为B的上游节点时，且V(l > vB，其中V(l为该污染物在静水中的扩散速度，vB为B点处的水流速度，则污染物扩散至上游节点A，的时刻Ta为:
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括当任意水质自动监测设采集的水质参数出现超阈值情况时，水质监控平台通过多种方式发布报警提示，包括网页报警提示与短信报警提示，在网页端根据河道的流域流向，提示目前水质超标出现的区域范围，并根据超标程度设定不同的报警显示方式，轻微超标为橙色、严重超标为红色。
【文档编号】G01D21/02GK103983304SQ201410188834
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】郝鹏, 缪祎晟, 吴华瑞, 李飞飞, 马为红, 刘论 申请人:北京农业信息技术研究中心