一种污水智能监测系统的制作方法

本发明涉及污水监测技术领域，具体涉及一种污水智能监测系统。

背景技术：

水域环境监测是环境保护的基础，其目的是为环境保护提供科学决策的依据。水域环境监测是环境保护管理部门监管的重要内容之一，目前我国对大江、大河、沿海流域、港口、海湾实施日常例行监测，对赤潮、溢油、重大污染物泄漏等污染事故，每天需进行一次监测。当大江、大河及大型湖泊等突发水环境污染事故时，现有常规手段无法实现迅速、准确、动态地监测与预报，以致环保相关部门难以快速、恰当地作出决策。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种污水智能监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种污水智能监测系统，包括无线传感器网络污水监测模块、通信模块和污水监测中心；所述的无线传感器网络污水监测模块用于基于无线传感器网络采集污水参数，并将污水参数通过通信模块传送至污水监测中心。

本发明的有益效果为：利用无线传感器技术实现了污水的监测，使得环保相关部门能够及时发现水环境污染事故，对事故的发生和发展进行监测评估，制定紧急对策和措施。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明的结构框图；

图2是本发明污水监测中心的连接框图。

附图标记：

无线传感器网络污水监测模块1、通信模块2、污水监测中心3、用户终端4、数据接收模块10、数据存储模块20、数据分析处理模块30、阈值数据库40、数据显示模块50。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本实施例提供的一种污水智能监测系统，包括无线传感器网络污水监测模块1、通信模块2和污水监测中心3；所述的无线传感器网络污水监测模块1用于基于无线传感器网络采集污水参数，并将污水参数通过通信模块2传送至污水监测中心3。

优选地，所述的污水监测中心3包括数据接收模块10、数据存储模块20、数据分析处理模块30、阈值数据库40、数据显示模块50；数据接收模块10与通信模块2连接，数据接收模块10、数据存储模块20、数据分析处理模块30、阈值数据库40依次连接，数据显示模块50与数据分析处理模块30连接。

进一步地，还包括用户终端4，所述的用户终端4与污水监测中心3通信连接，阈值数据库存储有污水参数阈值，所述的数据分析模块将收到的污水参数与阈值数据库中的对应污水参数阈值进行比较，当污水参数超过对应污水参数阈值时向用户终端4发送报警信号。

优选地，所述的污水参数包括水温、ph值、浊度、电导率、溶解氧含量。

优选地，所述的无线传感器网络污水监测模块1包括污水监测节点和移动基站，在部署污水监测节点之前，将无线传感器网络区域平均划分为4×4的方形网格，在每个方形网格中随机部署污水监测节点，所述的移动基站与通信模块2连接，移动基站在污水监测节点部署完成后进行污水监测节点的定位，并按照设定的访问路径移动，从而进行污水参数收集。

优选地，移动基站在污水监测节点部署完成后进行污水监测节点的定位，具体包括：

(1)按照下列公式设定移动基站的通信半径

式中，φ为无线传感器网络区域的面积，pγ表示第γ个污水监测节点失效的概率，n为部署的污水监测节点的个数；

(2)将每个方形网格的顶点作为移动基站的测距点，并确定各测距点的坐标，根据实际情况对测距点进行排序，初始时，移动基站位于无线传感器网络区域左下角所在的测距点，并按照排序情况顺序移动到每个测距点，移动基站每移动到一个测距点时，即暂时停留，与通信范围内的污水监测节点进行rssi测距并保存，并结合相邻两个测距点计算通信范围内污水监测节点的坐标，设移动基站在测距点ωb、ωc对污水监测节点sa进行rssi测距，测距点ωb的坐标为(xb,yb)，测距点ωc的坐标为(xc,yc)，则污水监测节点sa的位置坐标(xa,ya)通过结合下列两个公式计算：

其中，dab、dac分别为移动基站在测距点ωb、ωc对污水监测节点sa进行rssi测距获得的欧式距离。

本优选实施例进行污水监测节点的定位时，由移动基站负责大部分的计算和通信任务，能够有效降低污水监测节点通信及计算负载，并且定义了移动基站的通信半径设定公式，从而在保证对所有污水监测节点都能够进行rssi测距的前提下使得移动基站的通信半径最小化，从而节省污水参数收集的能耗。

优选地，所述的按照设定的访问路径移动，从而进行污水参数收集，具体为：

(1)设定相邻四个方形网格的中心点为移动基站进行污水参数收集时的停留站点，则无线传感器网络区域中共有四个停留站点，按照与移动基站初始位置的距离由近到远的顺序，将各停留站点直线连接形成的路径设定为移动基站的访问路径；

(2)对污水监测节点进行分簇，期间对于每个方形网格，在移动基站通信范围内的污水监测节点中选取状态值最大的污水监测节点作为该方形网格的簇头节点，共形成四个簇头节点，定义状态值的计算公式为：

式中，表示在移动基站通信范围内的方形网格中第i个污水监测节点即si的状态值，分别表示si的当前剩余能量、当前可用内存、一跳邻居节点数，为si的第j个一跳邻居节点的当前剩余能量，为si的初始内存，d(si,o)为si到方形网格所对应的停留站点的欧式距离；

其余的污水监测节点计算自身与四个簇头节点的欧式距离，并选择欧式距离最小值所对应的簇头节点加入簇；

当簇头节点的剩余能量低于初始能量的50％时，在移动基站通信范围内的污水监测节点中选取状态值最大的污水监测节点更新簇头节点；

(3)簇头节点收集簇内污水监测节点的污水参数，移动基站按照设定的访问路径移动到停留站点后停留，与该停留站点所对应的四个方形网格的簇头节点通信，从而接收簇头节点已收集的污水参数。

本优选实施例选择状态值最大的污水监测节点作为与移动基站通信的簇头节点，保证簇头节点能够较好地完成污水参数收集的任务，由簇头节点收集簇内污水监测节点的污水参数，不会引起太大的时延，并且能够很大程度上节省污水参数收集的能量消耗；本优选实施例还设置了簇头节点的更新策略，能够最大程度上节省簇头节点的更新时间，并且有助于节省无线传感器网络污水监测模块1的整体能耗。

优选地，簇内污水监测节点与对应簇头节点为多跳距离时，簇内污水监测节点计算其簇内邻居节点的优选值，选择优选值最大的对应邻居节点作为下一跳转发节点，进行污水参数转发，最终发送至簇头节点，定义优选值的计算公式为：

式中，sρv表示污水监测节点sρ的第v个簇内邻居节点，表示sρv的优选值，s0表示sρ对应的簇头节点，表示sρ到s0的最短跳数距离，表示sρv到s0的最短跳数距离，f(·)为设定的距离比较函数，当时，当时，y(·)为设定的数据类型比较函数，当sρ,sρv两者采集的污水参数类型不一致时，y(sρ,sρν)＝0，当sρ,sρν两者采集的污水参数类型一致时，y(sρ,sρv)＝1；表示sρ在设定时间段采集的污水参数的平均值，表示sρv在同一设定时间段采集的污水参数的平均值。

本优选实施例中，簇内污水监测节点进行转发节点选取时，综合考虑了邻居节点的最短跳数距离和数据相关度因素，通过选择优选值最大的对应邻居节点作为下一跳转发节点，能够减少通信开销，并且能够保障选出的转发节点具有较优的数据聚合率，进一步均衡无线传感器网络污水监测模块1的网络负载，降低污水智能监测系统在污水参数采集和处理方面的整体开销，达到节能的有益效果。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。