一种水质在线采样监测分析方法及系统与流程

本发明涉及水质监测分析相关领域，具体涉及一种水质在线采样监测分析系统。

背景技术：

人类的生存离不开水，可见水对人类的重要性。由于我国工业的快速发展，水受到的污染程度越来越高，采取有效的监测方法准确地监测水质污染程度，为采取措施提供准确的数据是关键。水质监测是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。监测范围十分广泛，包括未被污染和已受污染的天然水（江、河、湖、海和地下水）及各种各样的工业排水等。

现有的对水质的采样监测分析是对人工采样的水体进行监测分析，不能直观的反映监测节点位置的水样与水体整体的关联；因此市场急需研制一种水质在线采样监测分析系统来帮助人们解决现有的问题。

技术实现要素：

发明目的：提供一种水质在线采样监测分析系统，以解决现有技术存在的上述问题，进一步目的是提供一种基于上述系统的在线采样监测分析方法。

技术方案：一种水质在线采样监测分析系统，包括：

北斗卫星，用于收集各个水体的轮廓数据和位置数据以及各个在线采样监测节点上采样设备的定位数据，实现在线采样监测节点在水体内分布位置的显示；

总控台，用于收集在线采样监测节点传输的各项数据，并通过显示模块进行显示，通过存储模块进行存储；以及通过控制节点mcu芯片使采样设备和多参数水质传感器分别进行采样和监测分析；

水体，为该监测区域的所有水体；

在线采样监测节点，用于水体中水质监测的节点，实现不同位置的水质监测；

节点mcu芯片，用于接收多参数水质传感器的水质数据，控制采样设备进行采样，实现在线采样监测节点的任务处理；

时间模块，用于记录节点mcu芯片发送采样要求的时间数据，实现采样时间的记录；

节点无线传输模块，用于在线采样监测节点各项数据的传输以及接收总控台的控制要求；

多参数水质传感器，用于采样设备采样的各项数据检测分析；

采样设备，用于在线采样监测节点位置的水体采样；

定位芯片，用于在线采样监测节点位置的定位记录；

控制处理器，用于接收各项数据，实现各个结构的控制工作；

显示模块，用于显示北斗卫星对该区域的水体分布图、各个在线采样监测节点的分布位置以及在线采样监测节点分析的数据，实现所有相关数据的分类清晰显示；

存储模块，用于存储各项数据；

总控无线传输模块，用于接收节点无线传输模块传输的在线采样监测节点各项数据以及发送控制处理器的控制要求。

在进一步的实施例中，所述北斗卫星的输出端与总控台的输入端连接，所述北斗卫星的输入端与水体的输出端连接，且水体设置有n个，每个所述水体内设置有在线采样监测节点，且在线采样监测节点设置有n个，所述在线采样监测节点包括节点mcu芯片，所述节点mcu芯片与时间模块双向连接，所述节点mcu芯片与节点无线传输模块双向连接，所述节点mcu芯片的输入端与多参数水质传感器的输出端连接，所述节点mcu芯片的输出端与采样设备的输入端连接，所述多参数水质传感器的输入端与采样设备的输出端连接，所述采样设备包括定位芯片，所述定位芯片的输入端与北斗卫星的输出端连接，所述总控台包括控制处理器，所述控制处理器的输入端与北斗卫星的输出端连接，所述控制处理器的输出端分别与显示模块和存储模块的输出端连接，所述控制处理器与总控无线传输模块双向连接，所述总控无线传输模块与节点无线传输模块双向连接；所述多参数水质传感器的输出信号通过信号滤波器信号放大后连接节点mcu芯片。

在进一步的实施例中，所述的水体符号设置为i，并对所有的水体从1开始标号；所述的在线采样监测节点符号设置为j，并对所有的在线采样监测节点从1开始标号；所述的水体和在线采样监测节点表述为（i.j）；所述的显示模块中，底层显示的是监测位置的水体卫星图，在每个水体旁分别标注有第1水体、第2水体直至第n水体，中层显示的是在线采样监测节点位置图，在每个在线采样监测节点分别标注有第1在线采样监测节点、第2在线采样监测节点直至第n在线采样监测节点，最上层显示的是第1在线采样监测节点、第2在线采样监测节点直至第n在线采样监测节点的水质检测分析数据；所述的存储模块中，按时间模块记录的时间日志进行数据的分类存放，需要调用数据时先输入时间数据，后控制处理器对存储模块中数据调用的具体方法是分别输入i值和j值，最后系统直接输出第i水体第j节点的水质数据，并通过显示模块以卫星图叠加的方式显示。

在进一步的实施例中，所述的底层水体卫星图、中层在线采样监测节点位置图以及最上层在线采样监测节点的水质检测分析数据对应叠加于同一平面。

在进一步的实施例中，所述在线采样监测节点在湖泊中的分布均匀，以每个在线采样监测节点为圆心画圆，所有在线采样监测节点的画圆范围能够覆盖整个水体，所述在线采样监测节点在河流上游和下游的分界口设置，在河流中间选择设置。

在进一步的实施例中，所述的控制处理器接收同一水体上不同位置的在线采样监测节点的数据时会对同一类数据进行对比，将偏离值标注，并在最后的显示模块上同时显示；所述的偏离值包括高值和低值，高值和低值用不同的方式进行标注。

在进一步的实施例中，所述总控台内置于仪器仪表箱，所述仪器仪表箱包括仪表箱箱体，所述仪表箱箱体的一侧安装有密封盖，所述密封盖的内侧安装有垫板，所述密封盖的顶部安装有防护盖板，所述防护盖板的顶部安装有防护条，所述防护盖板的顶端中部安装有手提把手，所述仪表箱箱体的内部两侧分别安装有电源箱和仪表设备放置槽，所述电源箱上安装有数据显示屏、电源开关、电源插座和插孔，所述仪表设备放置槽上设置有条槽、方槽和圆形槽，所述仪表设备放置槽的内部一侧中部通过连接架安装有固定架，所述固定架的内侧安装有收卷轴，所述收卷轴上安装有线缆。

在进一步的实施例中，所述垫板的背侧安装有缓冲弹簧，且缓冲弹簧的一端安装有连接板，且连接板通过螺栓安装在密封盖的内侧；所述密封盖的一端两侧设置有铰接槽，所述仪表箱箱体的一端两侧安装有铰接耳，所述铰接耳与铰接槽铰接连接；所述密封盖的另一端边侧安装有卡扣，所述仪表箱箱体的另一端边侧安装有卡扣耳，所述卡扣与卡扣耳固定连接；所述固定架与连接架铰接连接，且连接架通过螺栓安装在仪表设备放置槽的内侧。

在进一步的实施例中，所述仪表箱箱体的顶端端口和密封盖的底端的边框处均包覆有橡胶条，且仪表箱箱体和密封盖上的橡胶条相互对接；所述仪表箱箱体的底部安装有托座，所述托座的底部两侧安装有支撑脚；所述托座的顶端安装有气囊凸板，所述气囊凸板的顶部安装有镶嵌凸头，且托座通过气囊凸板和镶嵌凸头镶嵌安装在仪表箱箱体的底部。

一种水质在线采样监测分析方法，包括以下步骤：

步骤1、将在线采样监测节点在湖泊中的分布均匀，以每个在线采样监测节点为圆心画圆，所有在线采样监测节点的画圆范围能够覆盖整个水体，所述在线采样监测节点在河流上游和下游的分界口设置，在河流中间选择设置；

步骤2、北斗卫星收集各个水体的轮廓数据和位置数据以及各个在线采样监测节点上采样设备的定位数据，实现在线采样监测节点在水体内分布位置的显示；将水体符号设置为i，并对所有的水体从1开始标号；将在线采样监测节点符号设置为j，并对所有的在线采样监测节点从1开始标号；将水体和在线采样监测节点表述为（i.j）；

步骤3、采样设备对在线采样监测节点位置的水体采样，多参数水质传感器对采样设备采样的各项数据检测分析；节点mcu芯片接收多参数水质传感器的水质数据，控制采样设备进行采样，实现在线采样监测节点的任务处理；

步骤4、时间模块记录节点mcu芯片发送采样要求的时间数据，实现采样时间的记录；

步骤5、总控台收集在线采样监测节点传输的各项数据，并通过显示模块进行显示，通过存储模块进行存储，通过控制节点mcu芯片使采样设备和多参数水质传感器分别进行采样和监测分析；存储模块中按时间模块记录的时间日志进行数据的分类存放，需要调用数据时先输入时间数据，后控制处理器对存储模块中数据调用，输入i值和j值，最后系统直接输出第i水体第j节点的水质数据，并通过显示模块以卫星图叠加的方式显示；控制处理器接收同一水体上不同位置的在线采样监测节点的数据时会对同一类数据进行对比，将偏离值标注，并在最后的显示模块上同时显示，偏离值包括高值和低值，高值和低值用不同的方式进行标注以区分；

步骤6、节点无线传输模块实时传输在线采样监测节点各项数据，接收总控台的控制要求；传输与接收全双工运行；

步骤7、利用显示模块显示北斗卫星对该区域的水体分布图、各个在线采样监测节点的分布位置以及在线采样监测节点分析的数据，实现所有相关数据的分类清晰显示：在底层显示监测位置的水体卫星图，在每个水体旁分别标注第1水体、第2水体直至第n水体，在中层显示在线采样监测节点位置图，在每个在线采样监测节点分别标注第1在线采样监测节点、第2在线采样监测节点直至第n在线采样监测节点，在最上层显示第1在线采样监测节点、第2在线采样监测节点直至第n在线采样监测节点的水质检测分析数据；将底层水体卫星图、中层在线采样监测节点位置图以及最上层在线采样监测节点的水质检测分析数据对应叠加于同一平面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该发明中，总控台接收北斗卫星拍摄的水体卫星图，而各个在线采样监测节点的采样设备上安装有定位芯片，通过北斗卫星的定位能够直观的反映在水体中不同位置在线采样监测节点的采样设备采样位置，通过与水体卫星图的叠加数据显示，能够直观的观察到节点位置水样与整个水体的相关位置关系，通过对该水体不同节点位置的监测分析能够判断该水体中哪个位置的水体存在异常，从而能制定相应的措施进行治理；

2、该发明中，增加有时间模块，能够直接反映出同一监测节点位置不同时间的水质情况，一旦水质数据异常，出现数据的突然升高或者降低，根据时间模块能够将水质异常的时间锁定在一个时间范围内，从而有效的进行处理；

3、该发明中，显示模块显示的是在线监测区的水体卫星图，将各个监测节点位置在该卫星图上标注，反映各个监测节点在该水体的具体位置，即使监测水体为非地表水也能直观的反映出来对应位置关系，并在该位置上将水质相关数据显示出来，工作人员通过显示模块显示的图就能直接看出来在同一水体内不同设置节点的水质数据，能够更加直观的看出数据异常；

4、该发明中，预先对该地区的水体进行数字标号，并在同一水体内的监测节点进行数字标号，以（i，j）的形式显示，在存储模块内存储的数据按存储时间进行分类的情况下，在同一时间日志中通过对水体和节点标号的输入就能直接查找到该时间点该水体该节点的水质数据，使各个数据清晰可查。

附图说明

图1为本发明的总控台与水体的系统关系图。

图2为本发明的总控台与各节点的系统关系图。

图3为本发明的总控台与各在线采样监测节点的系统原理图。

图4为本发明的显示模块的显示数据图。

图5为本发明的存储模块的数据调用流程图。

图6为本发明的中用于安装总控台的仪器仪表箱的结构示意图；

图7为仪器仪表箱的主视图；

图8为仪器仪表箱的密封盖的俯视图；

图9为仪器仪表箱的垫板的侧视图；

图10为仪器仪表箱的托座的主视图；

图11为仪器仪表箱的固定架的俯视图。

图中各附图标记为：卡扣1、密封盖2、垫板3、铰接槽4、数据显示屏5、电源开关6、电源插座7、插孔8、电源箱9、方槽10、卡扣耳11、铰接耳12、固定架13、条槽14、仪表设备放置槽15、仪表箱箱体16、圆形槽17、防护盖板18、防护条19、手提把手20、橡胶条21、托座22、支撑脚23、缓冲弹簧24、连接板25、气囊凸板26、镶嵌凸头27、连接架28、收卷轴29、线缆30。

具体实施方式

申请人认为，现有的对水质的采样监测分析是对人工采样的水体进行监测分析，不能直观的反映监测节点位置的水样与水体整体的关联；因此市场急需研制一种水质在线采样监测分析系统来帮助人们解决现有的问题。

为此，本发明通过设计一种水质在线采样监测分析系统，旨在解决上述提到的问题，并进一步提供一种基于该系统的在线采样监测分析方法。

请参阅图1至图11，本发明提供的一种实施例：一种水质在线采样监测分析系统，包括北斗卫星，北斗卫星的输出端与总控台的输入端连接，北斗卫星的输入端与水体的输出端连接，且水体设置有n个，每个水体内设置有在线采样监测节点，且在线采样监测节点设置有n个，在线采样监测节点包括节点mcu芯片，节点mcu芯片与时间模块双向连接，节点mcu芯片与节点无线传输模块双向连接，节点mcu芯片的输入端与多参数水质传感器的输出端连接，节点mcu芯片的输出端与采样设备的输入端连接，多参数水质传感器的输入端与采样设备的输出端连接，采样设备包括定位芯片，定位芯片的输入端与北斗卫星的输出端连接，总控台包括控制处理器，控制处理器的输入端与北斗卫星的输出端连接，控制处理器的输出端分别与显示模块和存储模块的输出端连接，控制处理器与总控无线传输模块双向连接，总控无线传输模块与节点无线传输模块双向连接；

其中，北斗卫星用于收集各个水体的轮廓数据和位置数据以及各个在线采样监测节点上采样设备的定位数据，实现在线采样监测节点在水体内分布位置的显示；

总控台用于收集在线采样监测节点传输的各项数据，并通过显示模块进行显示，通过存储模块进行存储；以及通过控制节点mcu芯片使采样设备和多参数水质传感器分别进行采样和监测分析；水体为该监测区域的所有水体；在线采样监测节点用于水体中水质监测的节点，实现不同位置的水质监测；节点mcu芯片用于接收多参数水质传感器的水质数据，控制采样设备进行采样，实现在线采样监测节点的任务处理；时间模块用于记录节点mcu芯片发送采样要求的时间数据，实现采样时间的记录；节点无线传输模块用于在线采样监测节点各项数据的传输以及接收总控台的控制要求；多参数水质传感器用于采样设备采样的各项数据检测分析；

多参数水质传感器可以为yeokal621型多参数水质传感器，可实时检测水中多项指标，包括：温度、电导率、tds(溶解性总固体)、盐度、溶解氧、浊度、ph、orp(氧化还原电位)、水深(选配)；还可以增加测量：叶绿素a、淡水蓝绿藻(藻蓝蛋白)、海水蓝绿藻(藻红蛋白)、罗丹明、荧光素、水中油、cdom(有色可溶性有机物)、荧光增白剂等参数。数据通过rs232接口，以ascii形式向外输送，传输速率为9600或4800波特。此设备由pvc和不锈钢材料制成，坚固耐用，可适应各类水体环境。但不仅限于此种型号，应该根据不同水体需要监测和检测分析的不同数据情况选择相应的多参数水质传感器。若全部选用更为全面的多参数水质传感器，在某些水体中某些检测分析功能发挥不了其作用，导致功能的浪费。且多参数水质传感器的布设数量多，选用合适的多参数水质传感器即可，节约监测网的建设成本；

采样设备用于在线采样监测节点位置的水体采样；定位芯片用于在线采样监测节点位置的定位记录；控制处理器用于接收各项数据，实现各个结构的控制工作；因其处理任务多，所以主控台可以分开设置有多台服务器，通过多个控制处理器分开处理管辖区域的水质数据；显示模块用于显示北斗卫星对该区域的水体分布图、各个在线采样监测节点的分布位置以及在线采样监测节点分析的数据，实现所有相关数据的分类清晰显示；存储模块用于存储各项数据；总控无线传输模块用于接收节点无线传输模块传输的在线采样监测节点各项数据以及发送控制处理器的控制要求；节点无线传输模块和总控无线传输模块可选用同款型号进行无线数据传输，且需要设置有备。

水体符号设置为i，并对所有的水体从1开始标号；在线采样监测节点符号设置为j，并对所有的在线采样监测节点从1开始标号；水体和在线采样监测节点表述为（i.j）。各项标号是为了后续的数据整体以及数据查找，因此在本系统启用前就需要相应标号，水体或者节点与标号的对应关系始终保持不变，从而有效的记录和查找。

显示模块中，底层显示的是监测位置的水体卫星图，在每个水体旁分别标注有第1水体、第2水体直至第n水体，中层显示的是在线采样监测节点位置图，在每个在线采样监测节点分别标注有第1在线采样监测节点、第2在线采样监测节点直至第n在线采样监测节点，最上层显示的是第1在线采样监测节点、第2在线采样监测节点直至第n在线采样监测节点的水质检测分析数据。其具体显示为卫星图显示，非图4的框图显示方式，只是由框图代表地区和水体，使各个数据清晰的表述于同一张图上。

底层水体卫星图、中层在线采样监测节点位置图以及最上层在线采样监测节点的水质检测分析数据对应叠加于同一平面。

存储模块中，按时间模块记录的时间日志进行数据的分类存放，需要调用数据时先输入时间数据，后控制处理器对存储模块中数据调用的具体方法是分别输入i值和j值，最后系统直接输出第i水体第j节点的水质数据，并通过显示模块以卫星图叠加的方式显示。

在线采样监测节点在湖泊中的分布均匀，以每个在线采样监测节点为圆心画圆，所有在线采样监测节点的画圆范围能够覆盖整个水体，在线采样监测节点在河流上游和下游的分界口设置，在河流中间选择设置。

多参数水质传感器的输出信号通过信号滤波器信号放大后连接节点mcu芯片。

控制处理器接收同一水体上不同位置的在线采样监测节点的数据时会对同一类数据进行对比，将偏离值标注，并在最后的显示模块上同时显示。当对比同一水体不同在线采样监测节点的数据时，以浊度为例，第1节点，第3节点以至于第n节点的数值相差在可控范围内，则数据正常，而第2节点和第5节点数据明显高于常值，第8节点的数据明显低于常值，则第2节点、第5节点和第8节点的数据即为偏离值，因此偏离值可能没有，可能为1、2、3，也有可能更多。

偏离值包括高值和低值，高值和低值用不同的方式进行标注。高值的颜色标记为红色，并在数值后有一个向上的箭头；低值的颜色标记为绿色，并在数值后有一个向下的箭头；常值的颜色为黑色。

现有的总控台结构存在诸多的不足之处，例如，抗震抗压能力差，且防护能力差，箱体在使用过程，容易无意间掉落，导致箱体开裂，使用不方便，且无法在存放仪表装置的时候，对仪表结构进行接电控制，功能单一，无法辅助仪表结构使用，且排线布线不方便。

本发明将总控台内置于仪器仪表箱，该仪器仪表箱包括仪表箱箱体16，仪表箱箱体16的一侧安装有密封盖2，密封盖2用来对仪表箱箱体16的顶部进行密封，密封盖2的内侧安装有垫板3，垫板3可以通过其内侧的缓冲弹簧24进行减震防护，密封盖2的顶部安装有防护盖板18，防护盖板18可以对密封盖2进行防护，防护盖板18的顶部安装有防护条19，防护条19可以加强对防护盖板18进行防护，防护盖板18的顶端中部安装有手提把手20，手提把手20方便对仪表箱箱体16进行手提控制，仪表箱箱体16的内部两侧分别安装有电源箱9和仪表设备放置槽15，电源箱9和仪表设备放置槽15可以用于配电和仪表设备的放置，电源箱9上安装有数据显示屏5、电源开关6、电源插座7和插孔8，仪表设备放置槽15上设置有条槽14、方槽10和圆形槽17，条槽14、方槽10和圆形槽17可以对不同类型的仪表结构进行存放，仪表设备放置槽15的内部一侧中部通过连接架28安装有固定架13，固定架13的内侧安装有收卷轴29，收卷轴29方便对线缆30进行卷收，方便进行远距离配电，收卷轴29上安装有线缆30。

垫板3的背侧安装有缓冲弹簧24，且缓冲弹簧24的一端安装有连接板25，且连接板25通过螺栓安装在密封盖2的内侧，通过连接板25方便通过螺栓与密封盖2连接固定，且通过缓冲弹簧24使垫板3具有较强的缓冲抗震能力。密封盖2的一端两侧设置有铰接槽4，仪表箱箱体16的一端两侧安装有铰接耳12，且铰接耳12与铰接槽4铰接连接，通过此种设计方便控制密封盖2的启闭。密封盖2的另一端边侧安装有卡扣1，仪表箱箱体16的另一端边侧安装有卡扣耳11，且卡扣1与卡扣耳11固定连接，通过卡扣1和卡扣耳11方便密封盖2与仪表箱箱体16进行连接固定。固定架13与连接架28铰接连接，且连接架28通过螺栓安装在仪表设备放置槽15的内侧，通过铰接方式连接，可以控制固定架13摆动。仪表箱箱体16的顶端端口和密封盖2的底端的边框处均包覆有橡胶条，且仪表箱箱体16和密封盖2上的橡胶条相互对接，通过橡胶条使仪表箱箱体16和密封盖2的对接处进行保护。仪表箱箱体16的底部安装有托座22，托座22的底部两侧安装有支撑脚23，通过托座22可以对仪表箱箱体16的底部进行支撑保护。托座22的顶端安装有气囊凸板26，气囊凸板26的顶部安装有镶嵌凸头27，且托座22通过气囊凸板26和镶嵌凸头27镶嵌安装在仪表箱箱体16的底部，通过气囊凸板26可以对仪表箱箱体16的底部进行减震防护，且通过镶嵌凸头27方便托座22与仪表箱箱体16连接固定。

仪器仪表箱在使用时，将托座22的顶部通过气囊凸板26和其顶部的镶嵌凸头27镶嵌安装在仪表箱箱体16的底部，将不同类型和形状的仪表分别放置在对应形状的放置槽内，通过电源箱9方便对仪表结构进行配电使用，且通过收卷轴29方便对线缆30进行收卷，通过其方便进行远距离接电，通过密封盖2对仪表箱箱体16进行密封，且通过垫板3的内侧的缓冲弹簧24使垫板3具有缓冲减震效果，通过防护盖板18可以对密封盖2进行防护，通过防护条19可以提高防护盖板18的抗压能力，通过气囊凸板26可以对仪表箱箱体16的底部进行抗震保护。

该仪表箱箱体16的内部两侧分别安装有电源箱9和仪表设备放置槽15，通过电源箱9方便对储存的仪表结构进行供电，且在仪表设备放置槽15上设置有条槽14、方槽10和圆形槽17，通过条槽14、方槽10和圆形槽17方便仪表的放置，且在仪表设备放置槽15的内部一侧安装有固定架13，在固定架13的内侧安装有收卷轴29，且线缆30卷收在收卷轴29上，通过其方便线缆30的收放，通过其方便进行远距离配电，增大其功能性。密封盖2的内侧通过缓冲弹簧24安装有垫板3，通过垫板3方便对仪表箱箱体16与密封盖2之间进行防震保护，且在密封盖2的顶部安装有防护盖板18，在防护盖板18的顶部安装有防护条19，通过其可以对密封盖2进行防护，增大抗压能力，且在仪表箱箱体16的底部安装有托座22，在托座22的顶部安装有气囊凸板26，在气囊凸板26的顶部安装有镶嵌凸头27，通过其方便托座22的安装拆卸，且通过气囊凸板26可以对仪表箱箱体16进行抗震防护。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。