一种基于物联网的水质监测系统及方法与流程

本发明涉及水质监测，尤其涉及一种基于物联网的水质监测系统及方法。

背景技术：

1、水质监测是水环境管理的重要环节，通过对采集到的监测数据进行分析评价，能够及时了解水质参数、分析污染情况、预测变化趋势，从而为水资源合理利用、优化配置和节约保护，以及水污染防治等决策工作提供科学支撑。

2、现有技术中的水质监测的装置，常常采用在固定位置设置采样监测点的方式，监测手段单一，而由于水质监测的环境较为复杂恶劣，水质监测装置容易出现故障，在故障时则完全无法获取故障位置的水质监测数据。现有技术中还存在船式水质监测装置，但是这种装置需要在监测区域巡回监测，对于水域广阔的水库、河道等，则无法及时有效地获取水质信息，因此无法快速判断出异常排污行为。此外在监测装置中，通常使用采样装置采集一定量的水样然后再进行水质检测分析，但是长期使用后采样装置中会存留很多残留水样，导致采样装置中的水样监测指标不准确。因此，如何利用多种不同的监测手段准确判断水质信息、如何能够准确判断出监测装置是否故障从而获取准确的监测信息、如何能够分析判断排污行为，则是水质监测过程中亟需解决的问题。

3、例如，现有技术中的专利文献cn115309157a提出一种水质监测船、水质监测船控制系统及方法，水质监测船包括通信模块，用于接收地面控制站发送的船舶航行信息和控制信息；船舶子系统，用于采集船舶自身状态信息和环境信息；整船域控制器，包括数据输入模块，接口模块、控制模块和存储模块，其中，数据输入模块用于接收第一通信模块发送的船舶状态信息和控制信息，接口模块用于与船舶子系统，接收船舶自身状态信息和环境信息，控制模块用于根据接收的船舶状态信息和控制信息进行解算，并结合船舶自身状态信息和环境信息得到对应的航行控制指令，对水质监测船进行控制。该发明实现了水质监测船在不同航行环境和航行模式下的作业能力、改善了控制效果，但是该发明依赖于船式水质监测装置，实时性差、也无法应对故障问题。此外，专利文献cn115014445b提出一种智慧渔场多维全景感知监控方法、系统与装置，采用时间序列分析方法对预处理的多维状态全景感知信息进行分析，得到线性拟合模型；根据线性拟合模型构建水质预测预警模型；将融合后的数据输入到卷积神经网络中进行训练得到电气设备故障诊断模型；利用水质预测预警模型和电气设备故障诊断模型对渔场进行监控。该发明通过利用线性拟合模型构建水质预测预警模型，然后将水质信息和电气设备状态信息进行融合并进行训练得到电气设备故障诊断模型，同时利用水质预测预警模型和电气设备故障诊断模型对渔场进行监控，当水质不合格或者电气设备发生故障时，发出警报，大大提高了渔场的运维效率。该发明虽然能够应对设备故障问题，但是其技术手段依赖于复杂的故障诊断模型，这种模型的参数调节非常复杂、难以寻优、适用性差。

技术实现思路

1、发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于物联网的水质监测系统及方法。

2、技术方案：

3、第一方面，本发明提出一种基于物联网的水质监测系统，包括水库监测区域，定点监测装置，移动监测装置，大数据服务平台，维护站，维护终端；所述定点监测装置、移动监测装置、维护站、维护终端均与大数据服务平台通信连接，优选地，

4、所述水库监测区域包含若干分区、第一移动监测区、第二移动监测区；

5、所述定点监测装置设置在每个分区内，用于对分区内的水样进行水质监测；所述定点监测装置包括第一水质监测模块和第二水质监测模块；

6、所述第一水质监测模块和第二水质监测模块用于监测水质的关键指标，包括：水温、溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数、化学需氧量、总氮、总磷；

7、所述移动监测装置用于在第一移动监测区、第二移动监测区内巡回进行水质监测；

8、所述移动监测装置用于监测水质的关键指标，包括：水温、溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数、化学需氧量、总氮、总磷；

9、所述维护站用于对移动监测装置进行定时检修换电；

10、所述维护终端用于接受大数据服务平台发送的故障警示信息。

11、优选地，所述移动监测装置包含驱动模块、采样模块、冲洗模块、通信模块；

12、所述驱动模块用于驱动移动监测装置在水库监测区域内移动；

13、所述采样模块用于采集水库监测区域内的水样；

14、所述冲洗模块用于对采样模块进行冲洗；

15、所述通信模块用于与大数据服务平台进行通信传输。

16、优选地，所述大数据服务平台包括通信模块、分区模块、移动监测设置模块、

17、第一故障判断模块、第二故障判断模块；

18、所述通信模块用于与定点监测装置和移动监测装置进行通信传输；

19、所述分区模块用于对水库监测区域进行分区划分；

20、所述移动监测设置模块用于设置第一移动监测区和第二移动监测区。

21、优选地，所述第一故障判断模块用于获取移动监测装置的监测数据中的gps定位数据，根据所述gps定位数据判断移动监测装置是否静止，判断静止地点是否为维护站地点，从而判断移动监测装置是否故障。

22、优选地，所述第二故障判断模块用于对定点监测装置进行故障判断。

23、第二方面，本发明还提供了一种基于物联网的水质监测方法，优选地，该方法包括：

24、s1、将被监测的水库水域划分为若干分区；包括：对被监测的水库水域每间隔预定距离做出纵横线，从而将被监测的水域划分为若干个分区；

25、s2、在每个分区内设置一个定点监测装置；

26、s3、大数据服务平台划分移动监测区并设置移动监测装置；

27、s4、移动监测装置进行移动水质监测；

28、s5、判断定点监测装置是否故障；

29、s6、判断移动监测装置是否故障。

30、优选地，所述步骤s3包括：

31、s31、获取每个分区的中心点至维护站的距离；

32、s32、将每n个相邻的分区合并为一个第一移动监测区，计算第k个第一移动监测区至维护站的等效距离为：

33、

34、其中li为第k个第一移动监测区所包含的第i个分区的中心点至维护站的距离；

35、s33、获取移动监测装置对第一移动监测区的巡回监测距离：

36、e＝m*n*d+2*dk；

37、其中，m为在第一移动监测区的巡回监测次数，d为每个分区中心点之间的距离；

38、s34、将每个第一移动监测区的巡回监测距离从小到大依次排序，判断是否有多个第一移动监测区的巡回监测距离小于其中为全部第一移动监测区的巡回监测距离的均值，e为预设值；

39、若是，则将巡回监测距离小于的第一移动监测区两两合并，合并后形成第二移动监测区。

40、优选地，所述步骤s4包括：

41、s41、在第二移动监测区内打开采样装置，使用第二移动监测区的水样冲洗采样装置预设时长；

42、s42、使用采样装置采集预定量的水样；

43、s43、通过多种水质监测传感器对水样进行检测分析；

44、s44、打开采样装置，再次使用水样冲洗采样装置预设时长；

45、s45、将监测数据上传至大数据服务平台。

46、优选地，所述步骤s5包括：

47、s51、定点监测装置以及移动监测装置将监测数据发送至大数据服务平台；

48、s52、大数据服务平台对第二移动监测区的定点监测装置的监测数据与移动监测装置的监测数据进行关联；

49、s53、获取移动监测装置的监测数据中的gps定位数据；

50、s54、根据所述gps定位数据判断移动监测装置是否静止；

51、s55、判断静止地点是否为维护站地点，若否，则判断移动监测装置有故障。

52、优选地，所述步骤s6包括：

53、s61、判断定点监测装置的第一监测数据q1与第二监测数据q2的差q＝|q1-q2|是否超过阈值，若是则表明存在异常，进入步骤s62；若否，则判断定点监测装置正常；

54、s62、获取与定点监测装置关联的移动监测装置的移动监测数据；

55、s63、根据移动监测数据中的时间帧得到移动监测数据的监测时间t；

56、s64、根据移动监测数据中的gps定位数据得到移动监测数据的监测位置p；

57、s65、计算移动监测数据的有效值u＝α*|t-t0|+β*|p-p0|，其中α、β为量纲系数，t0为定点监测装置的监测数据的监测时间，p0为定点监测装置的监测位置；

58、s66、选取有效值u小于预设值的移动监测数据，求平均值后得到移动监测数据的等效值

59、s67、将第一监测数据q1、第二监测数据q2以及移动监测数据的等效值进行比较，若小于阈值、大于等于阈值，则第二监测数据q2异常；若小于阈值、大于等于阈值，则第一监测数据q1异常。

60、本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

61、1、本发明综合使用多种监测手段对水库进行水质监测，定点监测装置中设置第一监测模块和第二监测模块，提高了水质监测的准确性。并且本发明设置移动监测装置对移动监测区进行巡回监测，能够保证每个移动监测装置的时效性，能够确保监测水域中每个监测位置均能够在相同的频率下被移动监测装置采样监测。并且，移动监测装置还能够定时返回维护站进行检修、换电操作，大大提高了移动监测装置的设备可靠性，能够提高监测的准确性。

62、2、本发明通过对移动监测装置的采样模块进行多次冲洗，从而避免了移动监测装置的采样模块中的残留水样造成的不良影响，提高了水质监测的准确性。

63、3、本发明根据移动监测装置的gps定位数据判断移动监测装置是否出现移动故障；解决了现有技术中的移动监测装置如无人船，因出现故障而无法行驶，导致其停止在某一地点进行水质监测的问题。

64、4、本发明中根据移动监测数据的情况来帮助判断定点监测数据是否准确以及定点监测设备是否故障异常；本发明利用移动监测分区内的大量移动监测数据通过有效值的计算筛选，获得移动监测的等效值，用于与第一监测数据与第二监测数据进行比较判断，从而高效判断出监测数据是否异常。