一种河湖水生态系统修复调控系统及调控方法与流程

1.本发明涉及河湖水生态调控技术领域，特别涉及一种河湖水生态系统修复调控系统及调控方法。


背景技术：

2.河湖水体的污染较为普遍，尤其是城市内的人造河湖水体；常见的有公园内的水体或城市景观河流水体，该类水体具备上游的入水口，入水口处的污染是污染源头所在，因此需要对河湖水生态系统进行治理且修复调控，目前的河湖水生态系统的修复调控方式，多为操作人员手动进行修复调控，不能实现在线监测且自动修复调控的目的，其自动化程度低下，且增加了操作人员的工作负担。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种河湖水生态系统修复调控系统及调控方法，可实时在线监测河湖水水质情况，使河湖水水质情况一目了然，不需要操作人员定期对河湖水水质进行监测，可减轻操作人员的工作负担，实现自动化监测的目的，且动态调控终端根据不同的分析结果对河湖水生态系统进行动态调控，使河湖水生态系统可得到及时地修复调控，保证河湖水生态系统正常运作，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种河湖水生态系统修复调控系统，包括水质采集模块、信息处理模块、水质监测模块和动态调控终端，
6.水质采集模块用于实时采集河湖水中水质信息，其中采集的水质信息包括水质的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数，水质信息采集后，将水质的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数传送给信息处理模块；
7.信息处理模块接收到水质采集模块传送的水质信息，按照水质监测需求，从大量传送的水质信息中查找出符合水质监测需求的水质信息，水质信息查找后，将符合水质监测需求的水质信息提取出来，将提取出来的水质信息传送给水质监测模块；
8.水质监测模块接收到信息处理模块传送的水质信息，按照水质监测需求，对接收的水质信息进行检索，判断接收的水质信息是否符合生态系统水质标准，根据检索结果调用出存放在数据存储模块内的生态系统水质标准，根据调用的生态系统水质标准对检索后采集的水质信息进行分析，且将分析结果传送给动态调控终端；
9.动态调控终端接收到水质监测模块传送的分析结果，根据不同的分析结果对河湖水生态系统进行动态调控。
10.进一步地，所述水质采集模块采集河湖水水质，执行以下操作：
11.溶解氧传感器用于采集氧气在河湖水中的溶解量，河湖水中的氧气分子透过传感器的选择性膜，在传感器内部的阴极和阳极上发生相应的还原或氧化反应，且产生电流信号，其中电流大小与溶解氧浓度成正比，通过电流大小判断溶解氧的浓度；
12.ph水质传感器用于采集河湖水中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号，河湖水中的h+通过与传感器的电极发生作用而产生电压信号，且电压的大小与h+的浓度成一定的比例关系，通过测量电压信号的大小判断河湖水相应的ph值；
13.水质电导率传感器用于采集河湖水中水质电导率，其中水质电导率传感器的分辨率为0.01us/cm；
14.水质浊度传感器用于采集河湖水中水质浊度，河湖水中的浊度物质使光产生散射，通过测量与入射光垂直方向的散射光强度，并与内部标定值比对，从而计算出河湖水中的浊度；
15.水质温度传感器用于采集河湖水中水质温度，其中水质温度传感器为非接触式温度传感器；
16.溶解氧传感器、ph水质传感器、水质电导率传感器、水质浊度传感器和水质温度传感器分别实时采集水质的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数后，将采集的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数信息传送给信息处理模块。
17.进一步地，所述信息处理模块处理水质信息，执行以下操作：
18.信息查找单元按照顺序查找算法从大量传送的水质信息中查找出符合水质监测需求的水质信息，且自动滤除掉不符合水质监测需求的水质信息，水质信息查找后，将符合水质监测需求的水质信息传送给信息提取单元；
19.信息提取单元接收到信息查找单元传送的水质信息，通过信息提取单元将符合水质监测需求的水质信息准确完整地提取出来，其中信息提取单元和信息查找单元之间进行数据交互且提取水质信息时，采用非对称加密技术进行获取。
20.进一步地，所述信息查找单元和信息提取单元进行数据交互时，执行以下操作：
21.信息提取单元生成一对密钥，即公钥和私钥，且将生成的公钥向信息提取单元公开；
22.得到该公钥的信息提取单元使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给信息查找单元；
23.信息查找单元用保存的另一把专用密钥，即私钥对加密后的信息进行解密，根据解密信息向信息提取单元传送准确完整地符合水质监测需求的水质信息。
24.进一步地，所述水质监测模块监测水质信息，执行以下操作：
25.信息检索单元按照水质监测需求，对接收的水质信息进行全面检索，分别判断接收的水质信息是否符合生态系统水质标准，其中按照普通法进行信息检索，且将信息检索后的检索结果传送给信息分析单元；
26.信息分析单元接收到信息检索单元传送的检索结果，根据检索结果向信息调用单元传送指令，通过信息调用单元将存放在数据存储模块内的生态系统水质标准调用出来，且将调用出来的生态系统水质标准传送给信息分析单元；
27.信息分析单元接收到信息调用单元传送的生态系统水质标准后，根据调用的生态系统水质标准对检索后采集的水质信息进行分析，判断接收的水质信息是否符合生态系统水质标准，且将分析结果传送给动态调控终端。
28.进一步地，所述动态调控终端动态调控河湖水生态系统，执行以下操作：
29.根据不同的分析结果，动态调控终端执行不同的动态调控策略；
30.采集的水质不符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动修复模块传送指令，通过自动修复模块对河湖水生态系统进行自动修复；
31.采集的水质符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动显示模块传送指令，通过自动显示模块自动显示采集的水质参数信息。
32.进一步地，所述自动修复模块修复河湖水生态系统，执行以下操作：
33.修复规划单元接收到修复河湖水生态系统的指令后，通过修复规划单元对修复河湖水生态系统进行详细地规划，包括河湖水生态系统的修复时间、修复面积和气泡扩散速度，修复规划指定后，将指定的修复规划传送给开机修复单元；
34.开机修复单元接收到修复规划单元传送的修复规划指令，通过修复启动单元对河湖水体净化机、生物载体机和潜水式推流曝气机传送指令，河湖水体净化机、生物载体机和潜水式推流曝气机接收到指令后，迅速开启工作，对河湖水生态系统进行修复。
35.进一步地，所述河湖水体净化机、生物载体机和潜水式推流曝气机安装在河湖水中，通过河湖水体净化机对河湖水生态系统进行水体净化，通过生物载体机附着微生物，建立复杂稳定的生态网络，其中生物载体机的生物载体材质为超细涤纶纤维，通过潜水式推流曝气机对水体冲击、搅拌、推动水流，使气泡扩散混合到水体中，使空气中的氧充分被溶解和吸收。
36.根据本发明的另一个方面，提供了一种河湖水生态系统修复调控系统的调控方法，包括如下步骤：
37.s10：水质采集模块实时采集河湖水中水质信息，水质的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数信息采集后，将水质的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数传送给信息处理模块；
38.s20：信息处理模块按照水质监测需求，从大量传送的水质信息中查找出符合水质监测需求的水质信息，水质信息查找后，将符合水质监测需求的水质信息提取出来，将提取出来的水质信息传送给水质监测模块；
39.s30：水质监测模块按照水质监测需求，对接收的水质信息进行检索，判断接收的水质信息是否符合生态系统水质标准，根据检索结果调用出存放在数据存储模块内的生态系统水质标准，根据调用的生态系统水质标准对检索后采集的水质信息进行分析，且将分析结果传送给动态调控终端；
40.s40：动态调控终端根据不同的分析结果对河湖水生态系统进行动态调控，采集的水质不符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动修复模块传送指令，通过自动修复模块对河湖水生态系统进行自动修复，采集的水质符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动显示模块传送指令，通过自动显示模块自动显示采集的水质参数信息；
41.s50：自动修复模块按照修复指令对河湖水生态系统指定详细地修复规划，且使河湖水体净化机、生物载体机和潜水式推流曝气机迅速开启工作，对河湖水生态系统进行修复。
42.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
43.1、本发明的河湖水生态系统修复调控系统及调控方法，水质采集模块实时采集河湖水中水质信息，且将水质的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数传送给信息处理模块，信息处理模块接收按照水质监测需求，从大量传送的水质信息中查找出符合水质监测需求
的水质信息，水质信息查找后，将符合水质监测需求的水质信息提取出来，将提取出来的水质信息传送给水质监测模块，水质监测模块按照水质监测需求，对接收的水质信息进行检索，判断接收的水质信息是否符合生态系统水质标准，根据检索结果调用出存放在数据存储模块内的生态系统水质标准，根据调用的生态系统水质标准对检索后采集的水质信息进行分析，且将分析结果传送给动态调控终端，可实时在线监测河湖水水质情况，使河湖水水质情况一目了然，不需要操作人员定期对河湖水水质进行监测，可减轻操作人员的工作负担，实现自动化监测的目的。
44.2、本发明的河湖水生态系统修复调控系统及调控方法，动态调控终端根据不同的分析结果对河湖水生态系统进行动态调控，采集的水质不符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动修复模块传送指令，通过自动修复模块对河湖水生态系统进行自动修复，采集的水质符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动显示模块传送指令，通过自动显示模块自动显示采集的水质参数信息，自动修复模块按照修复指令对河湖水生态系统指定详细地修复规划，且使河湖水体净化机、生物载体机和潜水式推流曝气机迅速开启工作，对河湖水生态系统进行修复，使河湖水生态系统可得到及时地修复调控，保证河湖水生态系统正常运作。
附图说明
45.图1为本发明的河湖水生态系统修复调控系统的原理图；
46.图2为本发明的水质采集模块的架构图；
47.图3为本发明的河湖水生态系统修复调控系统的模块图；
48.图4为本发明的动态调控终端动态调控河湖水生态系统的算法图；
49.图5为本发明的河湖水生态系统修复调控方法的流程图。
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.实施例一
52.参阅图1-图3，一种河湖水生态系统修复调控系统，包括水质采集模块、信息处理模块、水质监测模块和动态调控终端，其中水质采集模块、信息处理模块、水质监测模块和动态调控终端之间数据进行交互的步骤为：
53.s1：水质采集模块实时采集河湖水中水质信息，水质信息采集后，将水质信息传送给信息处理模块；
54.需要说明的是，水质采集模块采集河湖水水质的步骤为：
55.s11：溶解氧传感器用于采集氧气在河湖水中的溶解量，河湖水中的氧气分子透过传感器的选择性膜，在传感器内部的阴极和阳极上发生相应的还原或氧化反应，且产生电流信号，其中电流大小与溶解氧浓度成正比，通过电流大小判断溶解氧的浓度；
56.溶解氧通常表示为浓度的百万分之一或毫克/升，它也可以表示为百分比饱和度，
其中饱和度是理论上可以在给定高度和温度下溶解在水中的最大氧气量；
57.s12：ph水质传感器用于采集河湖水中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号，河湖水中的h+通过与传感器的电极发生作用而产生电压信号，且电压的大小与h+的浓度成一定的比例关系，通过测量电压信号的大小判断河湖水相应的ph值；
58.s13：水质电导率传感器用于采集河湖水中水质电导率，其中水质电导率传感器的分辨率为0.01us/cm；
59.其中水质电导率传感器多场景环境适用，不锈钢材质寿命长，维护简单，使用方便，信号稳定，抗阻增加，快速响应，无需等待。
60.s14：水质浊度传感器用于采集河湖水中水质浊度，河湖水中的浊度物质使光产生散射，通过测量与入射光垂直方向的散射光强度，并与内部标定值比对，从而计算出河湖水中的浊度；
61.s15：水质温度传感器用于采集河湖水中水质温度，其中水质温度传感器为非接触式温度传感器；
62.溶解氧传感器、ph水质传感器、水质电导率传感器、水质浊度传感器和水质温度传感器分别实时采集水质的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数后，将采集的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数信息传送给信息处理模块。
63.s2：信息处理模块接收到水质采集模块传送的水质信息，按照水质监测需求，从大量传送的水质信息中查找出符合水质监测需求的水质信息，水质信息查找后，将符合水质监测需求的水质信息提取出来，将提取出来的水质信息传送给水质监测模块；
64.需要说明的是，信息处理模块处理水质信息的步骤为：
65.s21：信息查找单元按照顺序查找算法从大量传送的水质信息中查找出符合水质监测需求的水质信息，且自动滤除掉不符合水质监测需求的水质信息，水质信息查找后，将符合水质监测需求的水质信息传送给信息提取单元；
66.s22：信息提取单元接收到信息查找单元传送的水质信息，通过信息提取单元将符合水质监测需求的水质信息准确完整地提取出来，其中信息提取单元和信息查找单元之间进行数据交互且提取水质信息时，采用非对称加密技术进行获取。
67.其中信息提取单元生成一对密钥，即公钥和私钥，且将生成的公钥向信息提取单元公开，得到该公钥的信息提取单元使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给信息查找单元，信息查找单元用保存的另一把专用密钥，即私钥对加密后的信息进行解密，根据解密信息向信息提取单元传送准确完整地符合水质监测需求的水质信息。
68.非对称加密算法需要两个密钥来进行加密和解密，这两个密钥是公开密钥和私有密钥，非对称加密算法在使用时需要同时拥有公开密钥和私有密钥，公开密钥与私有密钥相对应，如果在对数据的加密过程中使用了公开密钥，那么只有使用相对应的私有密钥才能解密；反之，如果在对数据进行加密时使用了私有密钥，也只有使用与之相对应的公开密钥才能解密。
69.非对称加密算法的特点是算法强度复杂，其安全性依赖于算法与密钥，由于其算法复杂，而使得加密解密的速度远远低于对称加密算法，因此不适用于数据量较大的情况，由于非对称加密算法有两种密钥，其中一个是公开的，所以在密钥传输上不存在安全性问题，使得其在传输加密数据的安全性上又高于对称加密算法，其主要的优点是：密钥分配简
单，密钥的保存量少，可以满足互不相识的人之间进行私人谈话时的保密性要求，可以完成数字签名和数字鉴别。
70.s3：水质监测模块接收到信息处理模块传送的水质信息，按照水质监测需求，对接收的水质信息进行检索，判断接收的水质信息是否符合生态系统水质标准，根据检索结果调用出存放在数据存储模块内的生态系统水质标准，根据调用的生态系统水质标准对检索后采集的水质信息进行分析，且将分析结果传送给动态调控终端；
71.需要说明的是，水质监测模块监测水质信息的步骤为：
72.s31：信息检索单元按照水质监测需求，对接收的水质信息进行全面检索，分别判断接收的水质信息是否符合生态系统水质标准，其中按照普通法进行信息检索，且将信息检索后的检索结果传送给信息分析单元；
73.s32：信息分析单元接收到信息检索单元传送的检索结果，根据检索结果向信息调用单元传送指令，通过信息调用单元将存放在数据存储模块内的生态系统水质标准调用出来，且将调用出来的生态系统水质标准传送给信息分析单元；
74.s33：信息分析单元接收到信息调用单元传送的生态系统水质标准后，根据调用的生态系统水质标准对检索后采集的水质信息进行分析，判断接收的水质信息是否符合生态系统水质标准，且将分析结果传送给动态调控终端。
75.s4：动态调控终端接收到水质监测模块传送的分析结果，根据不同的分析结果对河湖水生态系统进行动态调控。
76.实施例二
77.参阅图4，动态调控终端动态调控河湖水生态系统的步骤为：
78.s41：根据不同的分析结果，动态调控终端执行不同的动态调控策略；
79.s42：采集的水质不符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动修复模块传送指令，通过自动修复模块对河湖水生态系统进行自动修复；
80.s43：采集的水质符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动显示模块传送指令，通过自动显示模块自动显示采集的水质参数信息。
81.需要说明的是，
82.自动修复模块修复河湖水生态系统，执行以下操作：
83.s421：修复规划单元接收到修复河湖水生态系统的指令后，通过修复规划单元对修复河湖水生态系统进行详细地规划，包括河湖水生态系统的修复时间、修复面积和气泡扩散速度，修复规划指定后，将指定的修复规划传送给开机修复单元；
84.s422：开机修复单元接收到修复规划单元传送的修复规划指令，通过修复启动单元对河湖水体净化机、生物载体机和潜水式推流曝气机传送指令，河湖水体净化机、生物载体机和潜水式推流曝气机接收到指令后，迅速开启工作，对河湖水生态系统进行修复。
85.其中河湖水体净化机、生物载体机和潜水式推流曝气机安装在河湖水中，通过河湖水体净化机对河湖水生态系统进行水体净化，通过生物载体机附着微生物，建立复杂稳定的生态网络，其中生物载体机的生物载体材质为超细涤纶纤维，通过潜水式推流曝气机对水体冲击、搅拌、推动水流，使气泡扩散混合到水体中，使空气中的氧充分被溶解和吸收。
86.河湖水体净化机融合了“微纳米增氧”和“土著微生物激活”两种技术，在对水体进行高效增氧的同时，将经过设备强化激活的高活性本土微生物自动投加到水体中，使水体
和底泥中微生物菌群得到快速的繁殖，降解水体中的有机污染物，最终使水体得到有效净化；该设备适用于黑臭河道的治理、河湖水体净化和生态修复、景观水处理等，具有效果好、投资省、运行费用维护方便等特点。
87.生物载体机在河道中设置生物载体，用来附着微生物，提高生物反应的效果，生物载体材质为超细涤纶纤维，表面积大，能够为更多的硝化细菌、原生动物、微后生动物提供增殖、庇护、取食和栖息环境，在水体中建立起复杂稳定的生态网络，消耗水体中的富营养物质，长期改善水体生态环境，该载体不受季节更替的影响，不会因为水生植物死亡腐烂，造成更严重的水体污染，不会形成少数水体生物过度繁殖泛滥的局面。
88.当河道中的流速较低时，潜水式推流曝气机可提高水体的流动性，促进微气泡在水体中的扩散，对水体冲击、搅拌、推动水流，加速气泡扩散混合到水体中，使空气中的氧充分被溶解和吸收，提高了氧转移效率，取得更好的生化效果。
89.实施例三
90.参阅图5，为了更好的展现河湖水生态系统修复调控系统的调控流程，本实施例现提出一种河湖水生态系统修复调控系统的调控方法，包括如下步骤：
91.s10：水质采集模块实时采集河湖水中水质信息，水质的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数信息采集后，将水质的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数传送给信息处理模块；
92.s20：信息处理模块按照水质监测需求，从大量传送的水质信息中查找出符合水质监测需求的水质信息，水质信息查找后，将符合水质监测需求的水质信息提取出来，将提取出来的水质信息传送给水质监测模块；
93.s30：水质监测模块按照水质监测需求，对接收的水质信息进行检索，判断接收的水质信息是否符合生态系统水质标准，根据检索结果调用出存放在数据存储模块内的生态系统水质标准，根据调用的生态系统水质标准对检索后采集的水质信息进行分析，且将分析结果传送给动态调控终端；
94.s40：动态调控终端根据不同的分析结果对河湖水生态系统进行动态调控，采集的水质不符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动修复模块传送指令，通过自动修复模块对河湖水生态系统进行自动修复，采集的水质符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动显示模块传送指令，通过自动显示模块自动显示采集的水质参数信息；
95.s50：自动修复模块按照修复指令对河湖水生态系统指定详细地修复规划，且使河湖水体净化机、生物载体机和潜水式推流曝气机迅速开启工作，对河湖水生态系统进行修复。
96.综上所述，本发明的河湖水生态系统修复调控系统及调控方法，水质采集模块实时采集河湖水中水质信息，且将水质的溶解氧、ph值、电导率、浊度和温度参数传送给信息处理模块，信息处理模块接收按照水质监测需求，从大量传送的水质信息中查找出符合水质监测需求的水质信息，水质信息查找后，将符合水质监测需求的水质信息提取出来，将提取出来的水质信息传送给水质监测模块，水质监测模块按照水质监测需求，对接收的水质信息进行检索，判断接收的水质信息是否符合生态系统水质标准，根据检索结果调用出存放在数据存储模块内的生态系统水质标准，根据调用的生态系统水质标准对检索后采集的水质信息进行分析，且将分析结果传送给动态调控终端，可实时在线监测河湖水水质情况，
使河湖水水质情况一目了然，不需要操作人员定期对河湖水水质进行监测，可减轻操作人员的工作负担，实现自动化监测的目的，动态调控终端根据不同的分析结果对河湖水生态系统进行动态调控，采集的水质不符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动修复模块传送指令，通过自动修复模块对河湖水生态系统进行自动修复，采集的水质符合生态系统水质标准，则动态调控终端向自动显示模块传送指令，通过自动显示模块自动显示采集的水质参数信息，自动修复模块按照修复指令对河湖水生态系统指定详细地修复规划，且使河湖水体净化机、生物载体机和潜水式推流曝气机迅速开启工作，对河湖水生态系统进行修复，使河湖水生态系统可得到及时地修复调控，保证河湖水生态系统正常运作。
97.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。