一种分散式微动力污水处理水质监测平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种分散式微动力污水处理水质监测平台，它基于3G网络和无线传感器网络(Wireless?Sensor?Network，WSN)，主要包括一数据路由器、一个监控中心，若干个通过3G网络与所述监控中心相连的、基于无线传感器网络的农村微动力污水处理站点，每一农村微动力污水处理站点均包括一与所述3G网络通信的通信模块、一与所述通信模块相连的数据处理模块、一与所述数据处理模块相连的基站、若干个与所述基站相连的传感器节点。本实用新型利用3G网络技术和WSN技术实现污水处理站点的远程在线监测和水质监测数据的采集，及时掌握各站点水质的实时变化情况，具有重要的应用前景。
【专利说明】一种分散式微动力污水处理水质监测平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种污水处理水质监测平台，尤其涉及一种分散式微动力污水处理水质监测平台。
【背景技术】
[0002]环境保护是我国的一项基本国策，农村环境整治又是环保工作的重点，因此，加快农村污水、垃圾处理，改善农村人居环境，对环境保护具有十分重要的作用和现实意义。农村污水主要来自生活用水，具有来源多、面广、分散、水量小、处理率低、增长快的特点，微动力污水处理工艺是针对农村污水处理应用的，能在满足农村污水处理要求的前提下，降低污水处理成本。微动力污水处理站点分布在各乡村，由于交通不便、站点量大且分散，以及行政区域划分等原因，导致各站点很难形成统一管理。另外，由于缺乏专业人员进行设备维护和管理，设备运行状态及出水水质无法保证。
[0003]目前，污水处理站出水水质监测主要采用定时采样化验和实时在线监测两种方式。定时采样化验是由站点管理人员携带水质采样设备定时到污水处理装置出水口进行人工采样，再由化验人员在实验室进行化验分析。存在耗费人力大、水质监测周期长、工作量大、数据采集不及时等问题。且该方式无法实现对污水处理装置出水水质的远程实时监测，水质化验结果不能有效反映污水处理装置出水水质的连续变化情况，这种方式不能满足对污水处理装置出水水质实时监测的要求，实时性较差。
[0004]实时在线监测通过在现场安装相应的数据采集设备实现对污水处理装置出水水质的就地检测，并将监测结果通过网络发送到控制中心实现对污水处理装置出水水质的实时在线监测，其监测数据的传输主要通过有线宽带和无线网络进行。实时在线监测有效解决了污水处理装置出水水质的实时监测问题，与定时采样化验方式相比，有效降低了人力资源成本和人员工作量，提高了水质监测数据的实时性，缩短了监测周期。但实时在线监测方式存在网络覆盖范围小、设备投入大、监测范围有限、网络搭建周期长、维护成本高等不足之处。
[0005]综上所述，从监测数据的实时性、站点运营成本及后期维护方面考虑，这两种水质监测模式均不适宜在分散式微动力污水处理装置出水水质监测中应用。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于解决农村分散式微动力污水处理站点出水水质的远程监测问题，而提供一种分散式微动力污水处理水质监测平台，利用无线传感器网络技术实现农村分散式污水处理站点水质的实时监测，根据实时监测结果发现各污水处理站点出水水质的实时变化情况，及时发现和处理污水处理过程中出现的异常情况。
[0007]实现上述目的的技术方案是:包括一个数据路由器、一个监控中心，若干个与监控中心相连的、基于无线传感器网络的污水处理站点；所述污水处理站点均包括一个与监控中心通信的通信模块、一个与通信模块相连的数据处理模块、一个与数据处理模块相连的基站、若干个与基站相连的传感器节点，其中:
[0008]所述传感器节点感知污水处理站出水水质，获取监测参数感知数据，并将感知数据通过无线传感器网络传送至所述基站；
[0009]所述基站接收它所在污水处理站的各传感器节点传送过来的水质监测参数数据，并将该数据输出给所述数据处理模块；
[0010]所述数据处理单元对由基站传送来的感知数据进行预处理和融合，并将融合结果输出给所述通信模块；所述通讯模块将处理后的数据传输给监控中心。
[0011]所述监控中心包括一个水质远程监控数据服务器及与该水质远程监控数据服务器相连的数据备份服务器、云平台应用程序服务器及云平台客户端，所述云平台客户端与壁挂式监控大屏幕和激光打印机相连。
[0012]所述污水处理站点优选通过3G网络与监控中心相连。
[0013]本实用新型的有益效果是:本实用新型采用3G网络和无线传感器网络(WirelessSensor Network, WSN)实现了对分散式微动力污水处理装置出水水质的远程监测，并大大降低了监测成本。3G网络数据传输速度快、可覆盖到较为偏远的农村地区，因此，通过3G网络可实现农村分散式微动力污水处理水质监测数据从站点到监测中心的传输，有效解决农村微动力污水处理装置分散、交通不便等因素造成的分散式农村微动力污水处理装置出水水质远程监测困难的问题。WSN由各种低功耗的、具有感知、通信及有限数据处理和计算能力的无线传感器节点组成的自组织网络，能根据任务要求通过自组织的形式构成针对监测目标的无线监测网络，自主完成所赋予的监测任务。与现有集散型水质监测网络相比，基于3G网络和WSN的微动力污水处理装置出水水质实时监测系统能通过密集部署低功耗的各类传感器节点，自组织形成无线通信感知网络，协作完成针对某一目标或环境的实时感知和数据采集工作。通过传感器节点感知数据的处理和融合，获取有关监测目标的全面而准确的信息。本实用新型针对目前农村微动力污水处理出水水质监测中面临的站点分散、交通不便，有线网络覆盖不全且布线困难、成本高等问题，提出了基于3G网络和WSN的微动力污水处理水质远程监测系统。
[0014]基于3G网络和WSN的微动力污水处理水质监测网络结构具有以下优点:
[0015](I)系统应用范围广:3G网络覆盖能有效覆盖到偏远农村地区，可实现对网络覆盖范围内任何位置的微动力污水处理装置出水水质的远程监测，应用范围较广。
[0016](2)监测网络易部署:只需在监测区域部署无线传感器节点，这些部署的节点通过低功率的无线通信，自组织地形成针对该监测区域的无线监测网络，无需进行布线操作，对站点及周围环境影响较小。
[0017](3)监测数据精度高:在微动力污水处理装置出水口周边区域密集部署传感器节点，可实现微动力污水处理装置出水水质的监测，通过对传感器监测数据的融合，能有效降低数据冗余度，提高监测数据精度，获取针对监测目标的完整一致性描述。
[0018](4)网络搭建成本低:无线传感器价格低廉，且传感器部署后只需另外部署一数据接收和3G通信装置即可，设备费用较低。与现有自动采集监测系统及人工采样化验方法相比，网络搭建和人工费用都得到了有效降低。
[0019]因此，3G网络能有效扩大系统适用范围，而WSN能有效解决现有水质监测方法存在的监测网络施工难度大、远程监测困难、监测成本高、监测数据精度低等问题。本实用新型基于3G网络和WSN、数据融合技术等对分散式农村微动力污水处理装置出水水质进行远程实时在线监测，并对其中的若干关键技术进行了研究。这些关键技术能有效提高监测系统的监测数据精度和水质监测参数的种类数。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的分散式微动力污水处理装置出水水质监测网络平台的结构示意图。
[0021]图中，1:农村微动力污水处理站；11:传感器节点；12:无线传感器网络；13:基站；14:通信模块；15:数据处理模块。2:3G网络。3 =Internet0 4:监控中心；41::数据路由器；42:水质远程监控数据服务器；43:数据备份服务器；44:云平台应用程序服务器；45:壁挂式监控大屏幕；46:激光打印机；47:云平台客户端。
【具体实施方式】
[0022]结合本文附图对本实用新型作进一步说明。如附图1所示，本实用新型提供的一种分散式微动力污水处理水质监测平台，包括一监控中心4，若干个通过3G网络2与所述监控中心4相连的、基于无线传感器网络12的农村微动力污水处理站点I。每一农村微动力污水处理站点I均包括一与所述3G网络2通信的通信模块14、一与所述通信模块14相连的数据处理模块15、一与所述数据处理模块15相连的基站13、若干个与所述基站相连的传感器节点11，其中:
[0023]传感器节点11感知 农村微动力污水处理站I出水水质监测参数,并将感知到的监测参数数据通过无线传感器网络12传送至基站13。
[0024]基站13接收它所在农村微动力污水处理站点I的每一传感器节点11传送过来的水质监测参数数据，并将该数据输出给数据处理模块15。
[0025]数据处理模块15对由基站13传送来的感知数据进行预处理和融合，并将融合结果输出给通信模块14。
[0026]监控中心4包括一数据路由器41、一水质远程监控数据服务器42及与该水质远程监控数据服务器42相连的数据备份服务器43、云平台应用程序服务器44、云平台客户端47，云平台客户端47与一壁挂式监控大屏幕45和一激光打印机46相连。
[0027]本实用新型中，分散式微动力污水处理水质监测网络结构分为水质参数采样检测、数据处理与传输、水质远程监测三个部分。水质参数采样检测实现对微动力污水处理装置出水水质的自动采样和实时数据采集，如温度、PH值、化学需氧量(ChemicalOxygen Demand, COD)、生化需氧量(Biochemical Oxygen Demand, BOD)、溶解氧(DissolvedOxygen, DO)、氧化还原电位(Oxidation-Reduction Potential, 0RP)等；数据处理与传输实现对实时采集数据的预处理和融合，降低数据冗余度和数据传输量，提高监测数据精度，并将融合结果经3G网络2传输出去；水质远程监测完成对各分散式微动力污水处理装置出水水质的远程监测以及控制指令的下发。
[0028]由于WSN具有低功耗、低成本、易部署、分布式和自组织的特点，尤其适用于偏远、长期无人值守的恶劣环境，3G网络覆盖范围较广，能有效覆盖到偏远农村地区。因此，本实用新型建立以3G网络和WSN为核心的分层通信系统架构。由于微动力污水处理站点长期无人值守，微动力污水处理装置出水水质数据采集采用低功耗的WSN技术，监测数据到监控中心的数据传输采用覆盖范围较广的3G技术。
[0029]完成水质数据采集的无线传感器由供电单元、通信单元、数据处理单元、低功耗处理器等组成，根据种类的不同可实现对温度、PH值、COD、BOD、DO、ORP等水质监测数据的采集。无线传感器具有低功耗、适应性强的特点，功耗25?30mA，有效室外通信距离10?300m。且无线传感器具有一定的数据处理能力，能对相邻时刻的监测数据进行对比，并根据对比结果自动调整监测数据传输频率，在保证监测数据实时性和准确性的前提下，最大限度地降低无线传感器能耗。
[0030]结合附图实施例对本实用新型进行了以上详细说明，相关领域中一般技术人员在实际应用中可根据实际需求，结合上述说明对本实用新型做出适当调整和变化。所以，实施例中的个别细节不构成本实用新型的限定，本实用新型以所附权利要求书对本实用新型的保护范围进行界定。
【权利要求】
1.一种分散式微动力污水处理水质监测平台，它包括一个数据路由器、一个监控中心，若干个与监控中心相连的、基于无线传感器网络的污水处理站点；所述污水处理站点均包括一个与监控中心通信的通信模块、一个与通信模块相连的数据处理模块、一个与数据处理模块相连的基站、若干个与基站相连的传感器节点，其中: 所述传感器节点感知污水处理站出水水质监测参数，并将感知数据通过无线传感器网络传送至所述基站； 所述基站接收它所在污水处理站的每一个传感器节点传送过来的水质监测数据，并将该数据输出给所述数据处理模块； 所述数据处理单元对由基站传送来的感知数据进行预处理和融合，并将处理后的数据输出给所述通信模块； 所述通讯模块将融合结果经无线网络传输给监控中心。
2.如权利要求1所述的分散式微动力污水处理水质监测平台，其特征在于所述监控中心包括一个水质远程监控数据服务器及与该水质远程监控数据服务器相连的数据备份服务器、云平台应用程序服务器及云平台客户端，所述云平台客户端与壁挂式监控大屏幕和激光打印机相连。
3.如权利要求1所述的分散式微动力污水处理水质监测平台，其特征在于所述污水处理站点通过3G网络与监控中心相连。
【文档编号】G01N33/18GK203535033SQ201320491778
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】徐卫东, 顾杨, 刘加杰 申请人:江苏商达水务有限公司