基于水环境传感器网络的监测预警系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种监测预警系统，具体地涉及一种基于水环境传感器网络的监测预警系统，将水环境无线传感器网络监测预警与Web服务技术、SMS信息服务技术相结合，低成本地面向更多的用户，提供实时动态的水环境监测预警信息服务。
【背景技术】
[0002]随着经济的不断发展以及经济全球化的不断深入，世界各国对于各种资源，例如石油、天然气等化石能源的需求不断增大。而其中，在这些多种资源当中，尤其以水资源的合理使用与保护需求更为迫切。因为水资源虽然是可再生资源，但是随着环境污染的加剧，有限清洁的水资源的获取成本变得越来越高。从某种意义上来看，如何根据水资源的分布及使用规律，通过一定的手段加强水资源的监测与保护显得十分重要。
[0003]随着自来水村村通工程的不断巩固和发展，地表淡水正成为绝大多数城乡居民首选的饮用水源。近年来，随着城镇化和工业化的不断发展，水体环境污染形势变得十分严峻。适应水环境的无线传感器网络的实时监测以及基于该网络的预警系统使得及时监测，使科学管理水资源变得更加高效。
[0004]目前现有的科研单位和企业制造出了一些测试设备，除了网络化、智能化程度不高外，这些设备往往还具有以下几个方面的缺陷:
O监测指标选取不合理。对于水环境监测指标往往只关注于PH、亚硝酸根离子浓度、COD浓度等指标的一个或者多个，选取监测指标往往具有盲目性。亚硝酸根离子浓度很容易被日常的氧化剂氧化成无毒的硝酸根离子，并不一定适合于重点监测且COD浓度的监测需要化学实验室的专门测试分析，并不适用于采用无线传感器网络进行实时监测预警。
[0005])可扩展性差。现有的产品往往根据实际需要进行定做，只能适用于一种特定的区域环境监测，若增大监测区域，需要重新开发新的系统，以适应监测区域的扩大，且现有产品并不一定适用于水体环境的监测。
[0006])部署具有局限性。现有的产品在监测时要求Sink节点的数据必须通过有线的方式，或者人工转存的方式存入服务器的数据库。因而，其只适合于监测区域距离服务器数据处理中心较近，或者人员可以到达的区域，并不适用于需要服务器远程处理数据的情况，以及不适合人员无法到达的监测区域。
[0007]国内外虽然已经有一些测试方案，但是都是针对上述的某一点或几点得缺陷来进行设计，而没有统筹考虑。
【发明内容】
[0008]针对以往的监测预警系统的问题，本发明目的是:提供一种基于水环境传感器网络的监测预警系统，通过部署水环境无线传感器节点进行组网，与Web服务技术、SMS信息服务技术相结合，成本低廉、易于扩展和部署。
[0009]本发明的技术方案是: 一种基于水环境传感器网络的监测预警系统，包括水环境无线传感器网络节点、网关节点、通信模块、远程服务器和Web应用模块；所述水环境无线传感器网络节点用于采集水体信息，并发送至网关节点，所述网关节点通过通信模块将数据发送至远程服务器，所述远程服务器通过监听开放到因特网的指定端口来获取水体信息并存入数据库中，所述Web应用模块用于对收集到的数据进行实时比对，如果大于设定的阈值，进行报警。
[0010]优选的，所述水环境无线传感器网络节点包括PH值传感器、溶解氧传感器、透明度传感器。
[0011]优选的，所述水环境无线传感器网络节点包括MC13213芯片以及MC13192无线收发器，所述MC13192无线收发器采用外置Whip天线。
[0012]优选的，所述网关节点为GPRS网关节点，采用MCF52223芯片，所述通信模块为GPRS无线通信模块，采用EM310模块。
[0013]本发明还公开了一种基于水环境传感器网络的监测预警方法，包括以下步骤:
1)通过水环境无线传感器网络节点对布置区域内的水体情况进行实时监测；
2)经过水环境无线传感器网络节点上的传感器采集的信息通过接力或者多跳的方式发送给GPRS网关节点；
3)GPRS网关节点通过移动通信运营商的GPRS网络将收集到的信息发送到通过以太网连接到因特网的远程服务器的指定端口中。
[0014]远程服务器控制计算机将监听到指定端口上的原始数据以及解析之后的数据存入服务器的本地数据库表当中保存；通过远程访问Web应用模块查询水环境的实时信息；对收集到的数据进行实时比对，如果大于设定的阈值，进行报警。
[0015]优选的，所述传感器采集的信息发送给GPRS网关节点之前进行数据聚合。
[0016]优选的，监控界面以红色文字和数字提示报警，并通过SMS短信发送模块报警信息。
[0017]优选的，所述水环境无线传感器网络节点上传数据的周期为30 S。
[0018]本发明的优点是:
1.监测指标选取合理。相比较于监测一种水体参数指标或者盲目监测较多中水体参数指标，本发明经过优选，选取了对日常农业生产养殖等影响最大的水体PH值、溶解氧浓度以及对水体的组成成分有重要表征的透明度作为监测指标，并设计出了相应的无线传感器监测节点，就有适用面广的特性。
[0019].易于扩展。硬件上无需进行大范围的改动，只需更改软件部分即可。如需扩大监测范围，增加无线传感器节点数目，在原来节点主板控制程序的基础上，重新设置源节点和目的节点信息即可。所需增加GPRS网关节点，仅需修改网关节点的识别号，并烧写入新增GPRS网关节点。
[0020].节约成本。传统的无线传感器网络监测系统由于受到无线通信距离限制，往往要求数据收集中心靠近网关节点或者采取布线的方式将采集的数据通过有线的方式传递到数据收集中心，这样往往加大了系统整体的成本。如果换成使用人工的方式定时去网关节点拷贝数据，则对硬件的存储容量、工人的工时增加等有更高或额外的要求，且不满足监测预警系统的智能化、网络化的设计需求。此外，通过利用移动通信运营商的GPRS网络高覆盖的特点，可以实现在偏远地区部署系统，实现真正的远程控制处理收集到的数据。
[0021].预警及时。通过远程数据中心服务器上运行的高层应用程序，实时对采集的数据与预设阈值进行比对，一旦超过阈值，会在远程中心服务器上通过红色等醒目的文字、数字等信息进行报警；同时，为了保证有效覆盖和可能的大范围覆盖，可以通过远程中心服务器上运行的短信群发系统给指定管理员或普通居民发送预警信息。
【附图说明】
[0022]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明基于水环境传感器网络的监测预警系统的结构示意图；
图2为本发明基于水环境传感器网络的监测预警系统的节点转发数据流程图；
图3为本发明基于水环境传感器网络的监测预警系统的服务器监听处理程序流程图；图4为本发明基于水环境传感器网络的监测预警系统的服务器实时监测预警处理流程图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0024]实施例:
如图1所示，本发明基于水环境无线传感器网络监测预警系统包括以下几个部分:水环境无线传感器网络节点1、GPRS网关节点2，移动网络通信基础设施3、4、5和远程服务器7及Web应用模块组成。水环境无线传感器节点I接入GPRS网关