近海水域环境智能监控与数据分析系统及其方法与流程

本发明涉及水质监控技术领域，特别涉及一种近海水域环境智能监控与数据分析系统及其方法。

背景技术：

长期以来，我国水产生产经营者多以追求产量和近期经济效益为目标，密度过高，加上保护环境意识淡薄，病害呈逐年加重之势，随之而来的是药物滥用现象较为普遍，以至于水域环境遭到不同程度的破坏，水产品质量安全得不到有效保障，水产业可持续发展受到严重影响，研究解决水产环境状况已经成为水产业持续健康发展的重要课题。

影响水产环境的关键参数就是水温、光照、溶氧，氨氮，硫化物、亚硝酸盐、ph等，但这些关键因素即看不见又摸不着很难准确把握。现有的水产管理是以经验为指导，也就是一种普遍的规律，很难做到准确可靠，产量难以得到保障。随着业的不断发展，市场调节失控，竞争越来越激烈，掌握准确可靠的数据，科学，提高产量与品质，势在必行。

针对水产环境对象具有的多样性、多变性、以及偏僻分散等特点，提出了一种基于无线移动通信和测控技术的远程数据采集和信息发布系统方案。该系统可以为用户节省大量人工操作和电力消耗，限制鱼类疾病所造成的损失，减少死亡率。通过长期连续的监测、调节和控制水质，可以显著增加产量。

但是现有的水产的环境数据通过位置固定的传感器进行检测，采集的数据只能反映水域中该传感器所在位置的部分水域水质情况，由于整个水域的水质情况不是均匀的，因此固定的传感器不能反映整个水域的水质情况，水质检测存在误差。同时，传感器的固定设置无法满足用户想要对水域中任意区域的水质检测，使用户需要派人或亲自带上工具去实地进行水质检测，造成检测的不便。

技术实现要素：

本发明的目的一是提供一种近海水域环境智能监控与数据分析方法，其提高了水产中水质检测的精确度，方便用户了解水域中各位置的水质情况。

本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种近海水域环境智能监控与数据分析系统，所述系统包括：通信终端和航行器，通信终端用于向航行器发送启动指令，所述启动指令包含规划路线,航行器包括:接收装置、传感器、定位装置、存储器、发送装置、动力装置、中央处理器,接收装置接收包含规划路线的启动指令，中央处理器根据规划路线设置检测点并启动动力装置使航行器沿规划路线遍历所述检测点；通过传感器和定位装置检测所述检测点的水质检测参数和该检测点的水域位置并将这些数据存储到存储器中；发送装置将检测点的水质检测参数和该检测点的水域位置发送至通信终端；所述检测点遍历并检测完成后，中央处理器根据存储器中所有水质检测参数与水质标准参数范围的比较，判断水质是否超标，若超标，则控制发送装置向通信终端发送告警信息，所述告警信息包含水质检测参数中超过水质标准参数范围的参数、该参数对应的检测点、以及检测点的水域位置，所述水域位置由定位装置定位得到。

通过采用上述技术方案，通过本方法对水域的检测，使用户可得到规划路线上的得到多个水质检测参数，直观的了解该路径上的水质情况。水质是否超标是根据规划路线上检测得到的所有水质检测参数来判断的，相对于单个检测点比较或少数几个检测点比较，判断的方式更加科学。告警信息中包含该水质检测参数超标的水域位置，使用户可根据水域位置，实地对该位置进行观察。

进一步的，所述检测点之间的距离大于一预定距离。

通过采用上述技术方案，使检测点在水域中的区域范围不会重叠，某个区域的检测数据有多个而造成水质判断的误差。

进一步的，所述系统还包括:摄像装置，当航行器沿规划路线移动时摄像装置录制水域视频，并通过存储器保存所述水域视频；当接收装置接收到发送视频指令后，发送装置发送所述水域视频。

通过采用上述技术方案，当航行器在移动时，摄像装置同时记录下航行器规划路线上的水域视频，并通过存储器保存，当接收装置接收到发送视频指令后才发送水域视频，是为了节省流量费用。

进一步的，所述判断水质是否超标的方法为：所述中央处理器可根据检测点将水域视频分为多个分段视频，所述分段视频从进入检测点所在区域范围开始截取，从离开检测点所在区域范围结束截取，所述区域范围为在水域上以检测点为圆心的圆形覆盖面，所述中央处理器通过定位装置判断其是否位于区域范围内。

通过采用上述技术方案，中央处理器将水域视频根据检测点分成与检测点对应的分段视频后，之后用户需要获取某一检测点的视频时，就不需要调取整个水域视频，而只需要调取该检测点对应的分段视频即可。

进一步的，所述告警信息还可包含水质检测参数中超过水质标准参数范围的参数对应的分段视频。

通过采用上述技术方案，高新信息中包含水质检测参数中超过水质标准参数范围的参数对应的分段视频,可使用户在接收到告警信息后，通过分段视频直观的了解该水质超标的检测点的水域情况。

进一步的，所述水质传感器包括：溶氧传感器，用于检测水域得到溶氧检测参数；温度传感器，用于检测水域得到温度检测参数；ph传感器，用于检测水域得到ph检测参数；盐度传感器，用于检测水域得到盐度检测参数。

通过采用上述技术方案，系统通过溶氧传感器、温度传感器、ph传感器和盐度传感器检测水域中对应的水质状况。

本发明的目的二是提供一种近海水域环境智能监控与数据分析系统，其提高了水产中水质检测的精确度，方便用户了解水域中各位置的水质情况。

进一步的，所述系统可通过中央处理器设置溶氧标准参数范围、温度标准参数范围、ph标准参数范围和盐度标准参数范围以及溶氧门限比例、温度门限比例、ph门限比例和盐度门限比例，中央处理器将溶氧检测参数中，超过溶氧标准参数范围的溶氧检测参数定义为溶氧超标参数，统计溶氧超标参数个数，计算溶氧超标参数个数占溶氧检测参数总数的溶氧超标比例，将溶氧超标比例与用于判断溶氧是否超标的溶氧门限比例进行比较，若溶氧超标比例高于溶氧门限比例，则判断为溶氧超标；同理可判断水域是否温度超标、ph超标和盐度超标。

通过采用上述技术方案，溶氧传感器、温度传感器、ph传感器和盐度传感器可检测水质对应的四项数据参数，通过中央处理器对参数进行分析比对，判断水质的各项参数是否超标。

本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种近海水域环境智能监控与数据分析方法，所述方法包括：发送启动指令，所述启动指令包含规划路线；接收所述启动指令，根据所述规划路线设置检测点；沿规划路线遍历所述检测点，检测并存储所述检测点的水质检测参数和该检测点的水域位置；发送所述检测点的水质检测参数和该检测点的的水域位置；接收所述检测点的水质检测参数和该检测点的的水域位置；所述检测点遍历并检测完成后，根据所有水质检测参数与水质标准参数范围的比较，判断水质是否超标，若超标，则发送告警信息，所述告警信息包含水质检测参数中超过水质标准参数范围的参数、该参数对应的检测点、以及检测点的水域位置；接收所述告警信息。

进一步的，所述判断水质是否超标的方法为：将所有水质检测参数中，超过水质标准参数范围的水质检测参数定义为水质超标参数；统计水质超标参数个数，计算水质超标参数个数占水质检测参数总数的水质超标比例；将水质超标比例与用于判断水质是否超标的水质门限比例进行比较，若水质超标比例高于水质门限比例，则判断为水质超标。进一步的，所述水质检测参数包括溶氧检测参数、温度检测参数、ph检测参数和盐度检测参数，所述水质标准参数包括溶氧标准参数、温度标准参数、ph标准参数和盐度标准参数，判断水质检测参数中具体参数的方法为：将所有溶氧检测参数中，超过溶氧标准参数范围的溶氧检测参数定义为溶氧超标参数；统计溶氧超标参数个数，计算溶氧超标参数个数占溶氧检测参数总数的溶氧超标比例；将溶氧超标比例与用于判断溶氧是否超标的溶氧门限比例进行比较，若溶氧超标比例高于溶氧门限比例，则判断为溶氧超标；同理可判断水域是否温度超标、ph超标和盐度超标。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

（1）移动式的检测方法，使检测得到的水域各项水质检测参数能够更加全面反映水域的整体水质，并且与多个固定检测点相比，减少了检测费用；

(2)对水质超标比例和水质门限比例进行对比，更加科学的反映了水域的整体水质情况；

(3)每一水质检测参数都有对应的水域位置信息，方便用户实地对该水质检测参数对应水域位置进行观察，分析造成该水质情况的原因。

附图说明

图1是实施例一的系统概念框图；

图2是实施例二的方法框图；

图3是实施例二判断水质是否超标的方法框图；

图4是实施例二水质参数的处理图，更为清晰的解释了水质超标的判断方法。

图中，1、通信终端；2、航行器；3、接收装置；4、传感器；5、定位装置；6、存储器；7、发送装置；8、中央处理器；9、动力装置；41、溶氧传感器；42、温度传感器；43、ph传感器；44、盐度传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。

实施例一：

一种近海水域环境智能监控与数据分析系统，如图1所示，所述系统包括通信终端1，用于发送启动指令，所述启动指令包含规划路线；航行器2，包括接收装置3、传感器4、定位装置5、存储器6、发送装置7、动力装置9、摄像装置和中央处理器8。

通信终端1向航行器2的接收装置3发送启动指令，所述启动指令包含规划路线；中央处理器8根据规划路线设置检测点并启动动力装置9使航行器2沿规划路线遍历所述检测点；通过传感器4和定位装置5检测所述检测点的水质检测参数和该检测点的水域位置并将这些数据存储到存储器6中；发送装置7将检测点的水质检测参数和该检测点的水域位置发送至通信终端1；所述检测点遍历并检测完成后，中央处理器8根据存储器6中所有水质检测参数与水质标准参数范围的比较，判断水质是否超标，若超标，则控制发送装置7向通信终端1发送告警信息，所述告警信息包含水质检测参数中超过水质标准参数范围的参数、该参数对应的检测点、以及检测点的水域位置。

航行器2启动时，中央处理器8可控制摄像装置对航行器2周围的水域录制水域视频，接收装置3接收到获取视频指令后，中央处理器8控制发送装置7发送所述水域视频。

由于水域视频的数据容量很大，在传送水域视频时会产生较多的数据流量。因此，当用户需要获得水域视频时，通过通信终端1向接收装置3发送获取视频指令，当中央处理器8收到获取视频指令，才会控制发送装置7发送水域视频，否侧水域视频仅会储存在储存器中。由于存储器6的容量有限，所以水域视频有一个有效期限，当该水域视频在存储器6存储的时间超过有效期限后，该水域视频会被自动删除。

中央处理器8可根据检测点讲水域视频分为多个分段视频，分段视频从进入检测点所在区域范围开始截取，从离开检测点所在区域范围结束截取，所述区域范围为在水域上以检测点为圆心的圆形覆盖面。

为了使用户通过视频直观的看到水域上水质超标的检测点的水面情况，告警信息中可包含水质超标的检测点对应的分段视频。而告警信息中是否需要包含分段视频，由用户通过通信终端1设定。用户也可通过通信终端1调取任意检测点的分段视频。

在本实施例中，发送启动指令和接收告警信息的是通信终端1，该通信终端1可以是手机、pc或专用的遥控器等。用户可通过通信终端1设置规划路线、水质标准参数范围、水质门限比例等。通信终端1与发送装置7和接收装置3的通信方式为gprs、cdma、fdd-lte等。定位装置5通过gps对航行器2进行定位。

在本实施例中，航行器2为水上模型船，其与水面接触的底部设置了传感器4，传感器4包括溶氧传感器414、温度传感器424、ph传感器434和盐度传感器444，分别可检测得到水质检测参数中的溶氧检测参数、温度检测参数、ph检测参数和盐度检测参数。这些传感器4设置在低于水平面5公分以上的位置。

在本实施例中，中央处理器8控制发送装置7发送各项水质检测参数，并对水质检测参数中的各项参数进行处理，判断水质是否超标。

判断水质是否超标的方法，以溶氧检测参数为例，判断溶氧是否超标的方法为：在航行器2遍历完所有检测点后，中央处理器8将所有溶氧检测参数中，超过溶氧标准参数范围的溶氧检测参数定义为溶氧超标参数，统计溶氧超标参数个数，计算溶氧超标参数个数占溶氧检测参数总数的溶氧超标比例，将溶氧超标比例与用于判断溶氧是否超标的溶氧门限比例进行比较，若溶氧超标比例高于溶氧门限比例，则判断为溶氧超标。同理可判断水域是否温度超标、ph超标和盐度超标。

实施例二：

一种近海水域环境智能监控与数据分析方法，如图2所示，包括：

步骤101：发送启动指令，所述启动指令包含规划路线。

在本实施例中，启动指令由用户开启，并且规划路线可由用户自由设定，用户通过规划路线经过用户想要检测的区域，规划路线有也可由进计算机设定。

步骤102：接收所述启动指令，根据所述规划路线设置检测点。

在本实施例中，检测点均设置在规划路线上。而根据计算机设定的规划路线设置的检测点可覆盖水域中的所有区域，从而检测整个水域的水质。在设置检测点时，检测点之间的距离可能过于靠近，而水域中过于靠近的检测点水质情况变化不会太大，水域中同一区域有多个检测点，造成后期水质判断的误差，所以在本实施例中，检测点之间的距离需大于预设距离，而这一预设距离可由用户根据水域的实际情况而设定。

步骤103：沿规划路线遍历所述检测点，检测并存储所述检测点的水质检测参数和该检测点的水域位置。

在本实施例中，系统中装置在水域中移动的过程中每到一个检测点就对水质进行检测，并且每在一个检测点检测一组水质检测参数都会记录下该检测点在水域中的水域位置。

步骤104：发送所述检测点的水质检测参数和该检测点的的水域位置。

步骤105：接收所述检测点的水质检测参数和该检测点的的水域位置。

在本实施例中，通过步骤104和步骤105，将水质检测参数和该水质检测参数对应的水域位置发送给用户，使用户可通过参数，实时了解该水域位置的水质情况。

步骤106：所述检测点遍历并检测完成后，根据所有水质检测参数与水质标准参数范围的比较，判断水质是否超标，若超标，则发送告警信息，所述告警信息包含水质检测参数中超过水质标准参数范围的参数、该参数对应的检测点、以及检测点的水域位置。

在本实施例中，水质检测参数包括四种具体的参数：溶氧检测参数、温度检测参数、ph检测参数和盐度检测参数。每一种参数根据用户对水质的要求有对应的溶氧标准参数、温度标准参数、ph标准参数和盐度标准参数，并且上述各种标准参数用户均可对其进行调节。其中判断水质是否超标的方法，如图3所示：

步骤201，将水质检测参数中，超过水质标准参数范围的水质检测参数定义为水质超标参数；

步骤202，统计水质超标参数个数，计算水质超标参数个数占水质检测参数总数的水质超标比例；

步骤203，将水质超标比例与用于判断水质是否超标的水质门限比例进行比较，若水质超标比例高于水质门限比例，则判断为水质超标。

而对应的，检测水质是否超标的方法是对水质检测参数中具体的某一参数与其对应的标准参数进行比较。例如，判断溶氧是否超标的方法，如图3所示：

步骤301，将溶氧检测参数中，超过溶氧标准参数范围的溶氧检测参数定义为溶氧超标参数；

步骤302，统计溶氧超标参数个数，计算溶氧超标参数个数占溶氧检测参数总数的溶氧超标比例；

步骤303，将溶氧超标比例与用于判断溶氧是否超标的溶氧门限比例进行比较，若溶氧超标比例高于溶氧门限比例，则判断为溶氧超标。同理可判断水域是否温度超标、ph超标和盐度超标。

在本实施例中，各种参数的比例门限均可由用户自由设定。

如图4所示，可更加直观的诠释本实施例中，判断水质参数中的具体参数是否超标的方法。构建一个x-y轴的二维坐标系，x轴代表检测点按照时间排序的序号，y轴代表水质检测参数中的某一具体检测参数的数值，在坐标系中有对应于这一检测参数的标准参数范围，即对应于y轴线上的两个上下限数值的平行于x轴的两条直线。图中以温度检测参数为例，假设温度标准参数范围是15-25℃，将采集得到的所有温度检测参数按照次序一描点的方式记录到坐标系中，然后定义温度检测参数中超过温度标准范围的数值为温度超标参数(即图中未在温度范围中的点)，统计温度超标参数的个数去除以温度检测参数的总个数，得到温度超标比例，与设定的温度门限比例进行比较，若温度超标比例高于温度门限比例，则判断为温度超标，反之，则未超标。

在本实施例中，系统判断水质超标，即溶氧检测参数、温度检测参数、ph检测参数和盐度检测参数中的一项或多项超标即为水质超标。告警时，向用户发送的告警信息中不仅包含水质检测参数中具体超标的参数种类和数值，还包含有该超标参数所对应的水域位置。使用户可根据这一水域位置，到实地进行检查。

而为了使用户不需要实地对水域进行勘察，尤其是水域中水质超标的区域。还可在沿规划路线移动时录制水域视频，并保存录制的水域视频。

由于水域视频的数据容量很大，在传送水域视频时会产生较多的数据流量。因此，当用户需要获得水域视频时，会向检测装置发送获取视频指令，当检测装置接收到获取视频指令，才会发送水域视频，否侧水域视频仅会储存在储存器中。由于存储器6的容量有限，所以水域视频有一个有效期限，当该水域视频在存储器6存储的时间超过有效期限后，该水域视频会被自动删除。

水域视频可根据检测点分为多个分段视频，分段视频从进入检测点所在区域范围开始截取，从离开检测点所在区域范围结束截取，所述区域范围为在水域上以检测点为圆心的圆形覆盖面。

为了使用户通过视频直观的看到水域上水质超标的检测点的水面情况，告警信息中可包含水质超标的检测点对应的分段视频。而告警信息中是否需要包含分段视频，由用户设定。用户也可调取任意检测点的分段视频。

结合本文所揭示实施例描述的各种例示性逻辑块、模块、电路、元件及/或组件均可借助通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑组件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或经设计以执行本文所描述功能的任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但另一选择为，所述处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算组件的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或一个以上微处理器与dsp核心的联合或任何其它这种配置。