本发明涉及饮用水工程安全监测技术领域，涉及到一种基于大数据的饮水工程水质安全实时监测管理系统。
背景技术：
人类在生活和生产活动中都离不开水，生活饮用水水质的优劣与人类健康密切相关，随着社会经济发展、科学进步和人民生活水平的提高，人们对生活饮用水的水质要求不断提高，饮用水水质标准也相应地不断发展和完善。
水质检测是保证安全用水的前提，现有的水质检测通常是对用户端的自来水进行检测，检测点较为单一，且没有考虑到生活饮用水在供水管运输过程二次污染问题，生活饮用水从出厂后到用户端水龙头使用是通过供水管道来进行输送的，生活饮用水在连续、不间断的输送过程中，存在致使其二次污染而影响水质的多种因素，包括供水管老化腐蚀、开裂渗透等，供水公司无法进行预判，导致饮用水质量不高，为了解决上述问题，本发明设计一种基于大数据的饮水工程水质安全实时监测管理系统。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于大数据的饮水工程水质安全实时监测管理系统，通过对供水管设置若干水质检测点，对各个检测点的水质参数进行检测，统计各个检测点水质安全系数，与出厂水质安全系数进行对比，进而得出综合水质安全系数，根据综合水质安全系数与预设的综合水质安全系数阈值进行对比，若大于综合水质安全系数阈值，进行报警，同时结合供水管腐蚀分析模块和供水管渗透检测模块对导致供水二次污染的因素进行检测分析显示，方便供水公司进行预判，解决了背景技术中存在的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于大数据的饮水工程水质安全实时监测管理系统，包括检测点划分模块、水质参数检测模块、水质数据库、参数预处理模块、环境参数采集模块、分析云平台、管理服务器、报警模块、供水管渗透检测模块和总控中心显示终端；
检测点划分模块，用于对供水管水质检测点进行划分，将整个供水管的长度l等分为n段，每个等分端点作为水质检测点，各个水质检测点根据距离用户端水龙头的距离由近到远的顺序进行编号，分别为1,2,…,i,…,n；
水质参数检测模块，包括若干水质检测设备，与检测点划分模块连接，用于对各检测点的水质参数进行检测，所述若干水质检测设备分别安装在各个检测点，用于实时检测各检测点的水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数，并将检测到的各检测点的水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数发送至参数预处理模块；
参数预处理模块与水质参数检测模块连接，用于接收水质参数检测模块发送的各检测点的水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数，对接收的各个检测点的水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数按照采集时间段进行划分，获得各检测点时间段水质参数集合rij(rij1,rij2,…rijt,…,rij6)，rijt表示为第i个检测点第t个采集时间段第j个水质参数对应的数值，t＝1,2,3,4,5,6,t表示为采集时间段，j表示为水质参数，j＝w1,w2,w3,w4,w5,w6,w7,w1,w2,w3,w4,w5,w6,w7分别表示为色度、浑浊度、氟化物、ph值、硬度、细菌总数，参数预处理模块将各检测点时间段水质参数集合发送至分析云平台；
水质数据库存储各采集时间段对应的标准水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度和细菌总数，存储供水管所处环境的水温度、空气温度、空气湿度、水ph值标准值，存储出厂水质安全系数，存储综合水质安全系数阈值，存储各管壁厚度对应的腐蚀因子，存储供水管安全腐蚀系数阈值，存储供水管设定的流量差值阈值，存储各检测点水质影响因子，并存储水温度影响系数、空气温度影响因子、空气湿度影响因子和水ph值影响因子；
环境参数采集模块，包括水温度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器和ph计，用于对各检测点供水管所处环境的环境参数进行采集，所述水温度传感器用于实时采集各检测点供水管内的水温度，所述空气温度传感器用于实时采集各检测点供水管所处环境的空气温度，所述空气湿度传感器，用于实时采集各检测点供水管所处环境的空气湿度，所述ph计用于实时采集各检测点供水管内水的ph值，环境参数采集模块将采集的各检测点水温度、空气温度、空气湿度、水ph值发送至参数预处理模块；
参数预处理模块，与环境参数采集模块连接，用于接收环境参数采集模块发送的各检测点水温度、空气温度、空气湿度、水ph值，并将接收的各检测点水温度、空气温度、空气湿度、水ph值，构成检测点环境参数集合qi(qi1,qi2,qi3,qi4)，qi1、qi2、qi3、qi4分别表示为第i个检测点的水温度、空气温度、空气湿度、水ph值，参数预处理模块将检测点环境参数集合发送至分析云平台；
分析云平台，与参数预处理模块连接，用于接收参数预处理模块发送的各检测点时间段水质参数集合和检测点环境参数集合，并将接收的各检测点时间段水质参数与水质数据库中存储的各水质参数对应的标准值进行对比，得到各检测点时间段水质参数对比集合r′ij(r′ij1,r′ij2,…r′ijt,…,r′ij6)，r′ijt表示为第i个检测点在t个采集时间段第j个水质参数对应的数值与与水质数据库中存储的第t个采集时间段内第j个水质参数对应的标准值间的差值，根据各检测点时间段水质参数对比集合，统计各检测点水质安全系数，并发送至管理服务器；
同时，分析云平台将接收的检测点环境参数集合与水质数据库存储的供水管所处环境的水温度、空气温度、空气湿度、水ph值标准值进行对比，得到检测点环境参数对比集合q′i(q′i1,q′i2,q′13,q′14)，q′i1、q′i2、q′i3、q′i4表示为第i个检测点水温度、空气温度、空气湿度、水ph值与水质数据库中存储的供水管所处环境水温度、空气温度、空气湿度、水ph值对应的标准值间的差值，根据各检测点环境参数对比集合，统计各检测点供水管腐蚀系数，并发送至管理服务器；
管理服务器，与分析云平台连接，用于接收分析云平台发送的各检测点水质安全系数，并将接收的各检测点水质安全系数与出厂水质安全系数进行对比，统计综合水质安全系数，并将综合水质安全系数与预设的综合水质安全系数阈值进行对比，若大于综合水质安全系数阈值，则发送报警控制信号至报警模块，同时管理服务器将综合水质安全系数发送至总控中心显示终端；
同时，管理服务器接收分析云平台发送的各检测点供水管腐蚀系数，与预设的供水管安全腐蚀系数阈值进行对比，若大于预设的供水管安全腐蚀系数阈值，则发送该检测点的编号至总控中心显示终端；
报警模块，与管理服务器连接，用于接收管理服务器发送的报警控制信号，进行报警；
总控中心显示终端，与管理服务器连接，用于接收管理服务器发送的综合水质安全系数和腐蚀系数大于预设的安全腐蚀系数阈值的供水管检测点编号，并进行显示。
进一步地，所述若干水质检测设备包括浊度测定仪、余氯总氯测定仪、ph计、水质硬度计、细菌测定仪，所述浊度测定仪用于对各检测点水的浑浊度进行检测，所述余氯总氯测定仪用于对各检测点水的余氯量进行检测，所述ph计用于对各检测点水的ph值进行检测，所述水质硬度计用于对各检测点水的硬度进行检测，所述细菌测定仪用于对各检测点水的细菌总数进行检测。
进一步地，所述水的色度检测采用铂钴标准比色法，在各个检测点提取水样，各检测点提取的水样体积相同，用氯铂酸钾和氯化钴溶液配成标准色列，标准色列为0，5,10,…100,…500，将标准色列与水样进行比较，水样的色度计算公式为
进一步地，各检测点水质安全系数的计算公式为
表示为第i个检测点的水质安全系数，r′iw1t、r′iw2t、r′iw3t、r′iw4t、r′iw5t、r′iw6t分别表示为第i个检测点第t个采集时间段内水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数与水质数据库中存储的第t个采集时间段内所对应的水质参数的标准值间的差值，rw1t标准、rw2t标准、rw3t标准、rw4t标准、rw5t标准、rw6t标准分别表示为水质数据库中存储的第t个采集时间段内水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数对应的标准值。
进一步地，综合水质安全系数的计算公式为
进一步地，各检测点供水管腐蚀系数的计算公式为
进一步地，所述供水管渗透检测模块，包括流量计，用于检测供水管是否开裂渗透，从供水管的进水口沿各个水质检测点分别安装流量计，检测进水口和各个检测点的水流量，将各个检测点的水流量与进水口的水流量进行对比，若大于设定的流量差值阈值，则表明该检测点的供水管发生开裂渗透，供水管渗透检测模块将该检测点的编号发送总控中心显示终端。
有益效果：
(1)本发明通过检测点划分模块、水质参数检测模块、参数预处理模块对各检测点的水质参数进行检测处理，统计各检测点的水质安全系数，与出厂水质安全系数进行对比，进而得出综合水质安全系数，实现了对饮用水水质安全性的量化，根据综合水质安全系数与预设的综合水质安全系数阈值进行对比，若大于综合水质安全系数阈值，进行报警，使得供水公司能够对饮用水综合安全性进行实时监测，有效地保障了用户的饮水安全，提高了生活用水的质量。
(2)本发明结合环境参数采集模块、参数预处理模块对各个检测点供水管所处环境的环境参数进行采集处理，统计出各检测点供水管腐蚀系数，通过与预设的供水管安全腐蚀系数阈值进行对比，并将大于预设的供水管安全腐蚀系数阈值的供水管检测点通过管理服务器发送至总控中心显示终端，方便供水公司总控中心对供水管腐蚀现象进行提前预测，最大化地降低因供水管腐蚀导致的供水二次污染问题，体现了系统的智能性。
(3)本发明通过供水管渗透检测模块对各个检测点的水流量进行检测，与供水管进水口的水流量进行对比，根据对比结果，判断各个检测点供水管是否存在渗透，并将已渗透的检测点编号发送至总控中心显示终端，便于供水公司总控中心了解供水管的实际情况，及时对已渗透的供水管维修，减少因供水管渗透导致的水质安全问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的模块示意图。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，一种基于大数据的饮水工程水质安全实时监测管理系统，检测点划分模块、水质参数检测模块、水质数据库、参数预处理模块、环境参数采集模块、分析云平台、管理服务器、报警模块、供水管渗透检测模块和总控中心显示终端。
检测点划分模块，用于对供水管水质检测点进行划分，将整个供水管的长度l等分为n段，每个等分端点作为水质检测点，各个水质检测点根据距离用户端水龙头的距离由近到远的顺序进行编号，分别为1,2,…,i,…,n。
水质参数检测模块水质参数检测模块，包括若干水质检测设备，与检测点划分模块连接，用于对各检测点的水质参数进行检测，所述若干水质检测设备分别安装在各个检测点，用于实时检测各检测点的水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数，并将检测到的各检测点的水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数发送至参数预处理模块。
所述若干水质检测设备包括浊度测定仪、余氯总氯测定仪、ph计、水质硬度计、细菌测定仪，所述浊度测定仪用于对各检测点的水的浑浊度进行检测，所述余氯总氯测定仪用于对各检测点的水的余氯量进行检测，所述ph计用于对各检测点的水的ph值进行检测，所述水质硬度计用于对各检测点的水的硬度进行检测，所述细菌测定仪用于对各检测点的水的细菌总数进行检测。其中水的色度检测采用铂钴标准比色法，在各个水质检测点提取水样，各检测点提取的水样体积相同，将提取的水样放于比色管中，若水样较浑浊，可将水样放置澄清，或用离心法沉淀，取上清水样进行比色，用氯铂酸钾和氯化钴溶液配成标准色列，规定1毫克铂在1升水中所具有的颜色称为1度，作为色度单位，配成的标准色列为0，5,10,…100,…500,将标准色列与水样进行比较，水样的色度计算公式为
参数预处理模块与水质参数检测模块连接，用于接收水质参数检测模块发送的各检测点的水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数，对接收的各个检测点的水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数按照采集时间段进行划分，获得各检测点时间段水质参数集合rij(rij1,rij2,…rijt,…,rij6)，rijt表示为第i个检测点第t个采集时间段第j个水质参数对应的数值，t＝1,2,3,4,5,6,t表示为采集时间段，其中各采集时间段对应的采集时间分别为24:00-4:00,4:00-8:00,8:00-12:00,12:00-16:00,16:00-20:00,20:00-24:00，j表示为水质参数，j＝w1,w2,w3,w4,w5,w6,w7,w1,w2,w3,w4,w5,w6,w7分别表示为色度、浑浊度、氟化物、ph值、硬度、细菌总数，参数预处理模块将各检测点时间段水质参数集合发送至分析云平台。
水质数据库存储各采集时间段对应的标准水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度和细菌总数，存储供水管所处环境的水温度、空气温度、空气湿度、水ph值标准值，存储出厂水质安全系数，存储综合水质安全系数阈值，存储各管壁厚度对应的腐蚀因子，存储供水管安全腐蚀系数阈值，存储供水管设定的流量差值阈值，存储各检测点水质影响因子，并存储水温度影响因子、空气温度影响因子、空气湿度影响因子和水ph值影响因子。
环境参数采集模块，包括水温度传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器和ph计，用于对各检测点供水管所处环境的环境参数进行采集，所述水温度传感器用于实时采集各检测点供水管内的水温度，所述空气温度传感器用于实时采集各检测点供水管所处环境的空气温度，所述空气湿度传感器，用于实时采集各检测点供水管所处环境的空气湿度，所述ph计用于实时采集各检测点供水管内水的ph值，环境参数采集模块将采集的各检测点水温度、空气温度、空气湿度、水ph值发送至参数预处理模块。
参数预处理模块，与环境参数采集模块连接，用于接收环境参数采集模块发送的各检测点水温度、空气温度、空气湿度、水ph值，并将接收的各检测点水温度、空气温度、空气湿度、水ph值，构成检测点环境参数集合qi(qi1,qi2,qi3,qi4)，qi1、qi2、qi3、qi4分别表示为第i个检测点的水温度、空气温度、空气湿度、水ph值，参数预处理模块将检测点环境参数集合发送至分析云平台。
分析云平台，与参数预处理模块连接，用于接收参数预处理模块发送的各检测点时间段水质参数集合和检测点环境参数集合，并将接收的各检测点时间段水质参数与水质数据库中存储的各水质参数对应的标准值进行对比，得到各检测点时间段水质参数对比集合r′ij(r′ij1,r′ij2,…r′ijt,…,r′ij6)，r′ijt表示为第i个检测点在t个采集时间段第j个水质参数对应的数值与与水质数据库中存储的第t个采集时间段内第j个水质参数对应的标准值间的差值，根据各检测点时间段水质参数对比集合，统计各检测点水质安全系数
表示为第i个检测点的水质安全系数，r′iw1t、r′iw2t、r′iw3t、r′iw4t、r′iw5t、r′iw6t分别表示为第i个检测点第t个采集时间段内水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数与水质数据库中存储的第t个采集时间段内所对应的水质参数的标准值间的差值，rw1t标准、rw2t标准、rw3t标准、rw4t标准、rw5t标准、rw6t标准分别表示为水质数据库中存储的第t个采集时间段内水色度、浑浊度、余氯、ph值、硬度、细菌总数对应的标准值，各检测点水质安全系数越大，其水的安全性越高，分析云平台将统计的各检测点水质安全系数发送至管理服务器；
同时，分析云平台将接收的检测点环境参数与水质数据库存储的供水管所处环境的水温度、空气温度、空气湿度、水ph值标准值进行对比，得到检测点环境参数对比集合q′i(q′i1,q′i2,q′i3,q′i4)，q′i1、q′i2、q′i3、q′i4表示为第i个检测点水温度、空气温度、空气湿度、水ph值与水质数据库中存储的供水管所处环境水温度、空气温度、空气湿度、水ph值对应的标准值间的差值，根据各检测点环境参数对比集合，统计各检测点供水管腐蚀系数
管理服务器，与分析云平台连接，用于接收分析云平台发送的各检测点水质安全系数，并将接收的各检测点水质安全系数与出厂水质安全系数进行对比，统计综合水质安全系数
同时，管理服务器接收分析云平台发送的各检测点供水管腐蚀系数，与预设的供水管安全腐蚀系数阈值进行对比，若大于预设的供水管安全腐蚀系数阈值，则发送该检测点的编号至总控制中心显示终端，便于供水公司总控中心提前预测供水管腐蚀现象，进行相应举措，避免供水管腐蚀对饮用水造成的二次污染。
报警模块，与管理服务器连接，用于接收管理服务器发送的报警控制信号，进行报警。
供水管渗透检测模块，包括流量计，用于检测供水管是否开裂渗透，从供水管的进水口沿各个水质检测点分别安装流量计，检测进水口和各个检测点的水流量，将各个检测点的水流量与进水口的水流量进行对比，得到水流量对比值，若水流量对比值大于设定的流量差值阈值，则表明该检测点的供水管发生开裂渗透，供水管渗透检测模块将该检测点的编号发送总控中心显示终端，便于供水公司总控中心直观了解供水管的实际情况，及时对已渗透的供水管维修，减少因供水管渗透导致的水质安全问题。
总控中心显示终端，分别与管理服务器和供水管渗透检测模块连接，用于接收管理服务器发送的综合水质安全变化系数和腐蚀系数大于预设的安全腐蚀系数阈值上限值的供水管检测点编号，接收供水管渗透检测模块发送的水流量对比值大于设定的流量差值阈值的供水管检测点编号，并进行显示。
本发明通过检测点划分模块、水质参数检测模块、参数预处理模块对各检测点的水质参数进行检测处理，统计各检测点的水质安全系数，与出厂水质安全系数进行对比，进而得出综合水质安全系数，根据综合水质安全系数与预设的综合水质安全系数阈值进行对比，若大于综合水质安全系数阈值，进行报警，能够对饮用水综合安全性进行实时监测，再结合环境参数采集模块、参数预处理模块对各个检测点所处环境的环境参数进行采集处理，统计出各检测点供水管腐蚀系数，与预设的供水管安全腐蚀系数阈值进行对比，同时通过供水管渗透检测模块对各个检测点供水管的水流量进行检测，与供水管进水口的水流量进行对比，根据对比结果，判断各个检测点供水管是否存在渗透，系统通过管理服务器将大于预设的供水管安全腐蚀系数阈值的供水管检测点和已渗透的检测点编号发送至总控中心显示终端，方便供水公司总控中心对供水管腐蚀现象进行提前预测，及时了解供水管的实际情况，最大化地降低因供水管腐蚀导致的供水二次污染问题，提高了生活用水的质量。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。