CN103983304B - 一种河道水质监测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种河道水质监测***和方法，该***包括水质监控平台和按照一定的间隔部署在待监测河道上多个水质自动监测设备，其中，水质自动监测设备包括：水质参数感知与变送单元、水质取样单元、处理与控制单元、数据通信单元和电源适配单元；水质监控平台用于对所述多个水质自动监测设备进行管理，包括：数据接收存储单元、数据填报与编辑单元，用户展示与交互单元和管理单元。本发明建立了各水质监测设备之间的时间关联监测，解决了现有技术中无法及时捕捉小规模、随意性的排污情况的问题。

Description

一种河道水质监测***及方法

技术领域

本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种河道水环境质量监测***及方法。

背景技术

村镇河道流域污染源主要以生活污水为主，水质随着居民生产生活、天气变化而随时动态变化，其排污特点主要是小规模、随意性、突发性、流动性和扩散性等特点，相对独立的单点监测效果难以准确确定排污的时间、总量、对水体的影响等，导致不能及时全面的发现水质污染状况。另一方面由于水质传感器长期浸入在水下，污浊物、水藻、微生物等均会对传感器测定的精确度产生影响，现有技术并未提出有效可行的方法避免异常数据对***造成的影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种河道水质监测***及方法，建立了各水质监测设备之间的时间关联监测，解决了现有技术中无法及时捕捉小规模、随意性的排污情况的问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种河道水质监测***，包括水质监控平台和按照一定的间隔部署在待监测河道上多个水质自动监测设备，其中，

水质自动监测设备，用于自动获取水质参数测量值，包括：

水质参数感知与变送单元，包括采集模块和信号变送模块，其中采集模块包括水温探头、pH值探头、溶解氧探头、电导率探头、浊度探头、流速探头，用于采集各水质参数；信号变送模块，用于将各探头采集的各水质参数的测量值转化为电信号，并发送给处理与控制单元；

水质取样单元，包括采水管、微型蠕动泵、水样储存瓶，用于根据控制命令进行水质取样；

处理与控制单元，包括模数转换模块、处理器、存储模块和时钟模块，用于接收信号变送模块发送的电信号，经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，处理器根据存储模块中预先存储的各探头的感知特性和经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，得到各探头的水质参数测量值，发送给数据通信单元；

处理与控制单元还用于向采集模块发送控制命令，控制水质取样单元进行水质取样；

数据通信单元，用于将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台；

电源适配单元，用于完成不同输入电压的转换适配，为水质自动监测设备各单元提供能量供给；

水质监控平台，用于对所述多个水质自动监测设备进行管理，包括：

数据接收存储单元，用于接收所有水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值，并进行存储；

数据填报与编辑单元，用于根据所述水质取样的实验室测定结果，对水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值进行扩展填报，并对存在故障的探头测量数据进行编辑修正；

用户展示与交互单元，用于显示实时的水质监测数据，并提供历史数据的查询浏览，提供用户对水质自动监测设备的配置值设定，包括正常采集时间间隔、各参数正常阈值范围、单次水质取样量的设定；

管理单元，用于将用户的配置值下发至水质自动监测设备，并在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测。

优选地，所述数据通信单元支持多种通信方式，包括3G/GPRS、以太网、Zigbee、WIFI和RS232/485有线通信。

优选地，所述水质自动监测设备还包括超声波清洗器，用于在各探头进行水质参数采集前和采集中对所述各探头进行清洗。

优选地，所述管理单元在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测包括：

设A、B、C、D为河道流域上游到下游的四个相邻水质自动监测设备，若T_B时刻B设备最先发现某水质参数超过设定的正常阈值范围，则管理单元对污染物到达其相邻监测设备的时间进行关联求解，计算方法如下：

当A为B的上游节点时，且v₀＞v_B，其中v₀为该污染物在静水中的扩散速度，v_B为B点处的水流速度，则污染物扩散至上游节点A，的时刻T_A为：

$T_A=T_B+\frac{S_{\mathrm{AB}}}{v_0-v_B}$

其中，S_BC为A、B两点间的河道距离

当C为B的下游节点时，则污染物到达C点的时刻T_C为：

$T_C=T_B+\frac{S_{\mathrm{BC}}}{v_0+v_B}$

其中，S_BC为B、C两点间的河道距离，v_B为B点处的水流速度；

管理单元将采样控制指令发送至A、C监测设备，分别在T_A和T_C时刻开始密集的水质采样，若A点或C点也存在某水质参数超过设定的正常阈值范围的现象，则对其相邻流域节点重复上述步骤。

优选地，所述水质监控平台还包括数据处理与报警单元，当任意水质自动监测设备采集的水质参数出现超阈值情况时，数据处理与报警单元通过多种方式发布报警提示，包括网页报警提示与短信报警提示，在网页端根据河道的流域流向，提示目前水质超标出现的区域范围，并根据超标程度设定不同的报警显示方式，轻微超标为橙色、严重超标为红色。

一种应用所述***的河道水质监测方法，该方法包括：

S1.采集模块中的各探头采集各水质参数；水质取样单元根据处理与控制单元下发的控制命令进行水质取样；

S2.信号变送模块将各探头采集的各水质参数的测量值转化为电信号，并发送给处理与控制单元；

S3.处理与控制单元接收信号变送模块发送的电信号，经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，处理器根据存储模块中预先存储的各探头的感知特性和经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，得到各探头的水质参数测量值，发送给数据通信单元；

S4.数据通信单元将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台；

S5.水质监控平台接收所有水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值，并进行存储；

S6.水质监控平台根据所述水质取样的实验室测定结果，对水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值进行扩展填报，并对存在故障的探头测量数据进行编辑修正；

S7水质监控平台负责显示实时的水质监测数据，并提供历史数据的查询浏览，提供用户对水质自动监测设备的配置值设定，包括正常采集时间间隔、各参数正常阈值范围、单次水质取样量的设定；

S8.将用户的配置值下发至水质自动监测设备，并在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测。

优选地，所述步骤S4中数据通信单元支持多种通信方式将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台，包括3G/GPRS、以太网、Zigbee、WIFI和RS232/485有线通信。

优选地，所述步骤S1中，在采集模块中的各探头采集各水质参数之前和采集各水质参数的过程中，超声波清洗器对所述各探头进行清洗。

优选地，所述步骤S8中在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测包括：

设A、B、C、D为河道流域上游到下游的四个相邻水质自动监测设备，若T_B时刻B设备最先发现某水质参数超过设定的正常阈值范围，则管理单元对污染物到达其相邻监测设备的时间进行关联求解，计算方法如下：

当A为B的上游节点时，且v₀＞v_B，其中v₀为该污染物在静水中的扩散速度，v_B为B点处的水流速度，则污染物扩散至上游节点A，的时刻T_A为：

$T_A=T_B+\frac{S_{\mathrm{AB}}}{v_0-v_B}$

其中，S_BC为A、B两点间的河道距离

当C为B的下游节点时，则污染物到达C点的时刻T_C为：

$T_C=T_B+\frac{S_{\mathrm{BC}}}{v_0+v_B}$

其中，S_BC为B、C两点间的河道距离，v_B为B点处的水流速度；

管理单元将采样控制指令发送至A、C监测设备，分别在T_A和T_C时刻开始密集的水质采样，若A点或C点也存在某水质参数超过设定的正常阈值范围的现象，则对其相邻流域节点重复上述步骤。

优选地，该方法还包括当任意水质自动监测设采集的水质参数出现超阈值情况时，水质监控平台通过多种方式发布报警提示，包括网页报警提示与短信报警提示，在网页端根据河道的流域流向，提示目前水质超标出现的区域范围，并根据超标程度设定不同的报警显示方式，轻微超标为橙色、严重超标为红色。

本发明至少具有如下的有益效果：

1、本发明通过在多个水质自动监测设备间进行时间关联监测，保证了最大限度捕捉小规模、随意性的排污想象。

2、本发明采用在线监测和取样备份相结合的方法，保证和提高了水质自动监测设备的监测精度。

3、本发明提出了在线超声波清洗的方法，对水质监测前和监测中的探头进行清洁，避免水体杂质、水生藻类或微生物对探头的覆盖或污染造成的参数测量不准的情况。另外，超声波清洗方式对探头不造成磨损，可有效延长探头的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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是本发明一个实施例中河道水质监测***的结构示意图；

图2是本发明一个实施例中河道水质监测方法的流程图；

图3是本发明一个实施例中水质自动监测设备工作方法流程图；

图4是本发明一个实施例中水质监控平台工作方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提出了一种河道水质监测***，参见图1，包括水质监控平台101和按照一定的间隔部署在待监测河道上多个水质自动监测设备102，其中，

水质自动监测设备102，用于自动获取水质参数测量值，包括：

水质参数感知与变送单元1020，包括采集模块和信号变送模块，其中采集模块包括水温探头、pH值探头、溶解氧探头、电导率探头、浊度探头、流速探头，用于采集各水质参数；信号变送模块，用于将各探头采集的各水质参数的测量值转化为电信号，并发送给处理与控制单元，信号变送模块一般输出为4-20mA电流信号或0-5V电压信号。

水质取样单元1021，包括采水管、微型蠕动泵、水样储存瓶，用于根据控制命令进行水质取样，水样可作为对自动探头监测数据的进一步确认，也可作为其他复杂水质参数的扩展监测，采水管的吸嘴应紧靠各探头，一般情况下，单次采样量为10-500ml，吸程一般小于5米，连续取样最小间隔为2分钟，最大水样瓶数量为10个。

处理与控制单元1022，包括模数转换模块、处理器、存储模块和时钟模块，用于接收信号变送模块发送的电信号，经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，处理器根据存储模块中预先存储的各探头的感知特性和经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，得到各探头的水质参数测量值，发送给数据通信单元；

处理与控制单元1022还用于向采集模块发送控制命令，控制水质取样单元进行水质取样；

数据通信单元1023，用于将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台；

电源适配单元1024，用于完成不同输入电压的转换适配，为水质自动监测设备各单元提供能量供给，其中输入电压可支持220V交流市电，也可支持太阳能电池供电。

水质监控平台101，用于对所述多个水质自动监测设备进行管理，包括：

数据接收存储单元1010，用于接收所有水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值，并进行存储；

数据填报与编辑单元1011，用于根据所述水质取样的实验室测定结果，对水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值进行扩展填报，并对存在故障的探头测量数据进行编辑修正；

用户展示与交互单元1012，用于显示实时的水质监测数据，并提供历史数据的查询浏览，提供用户对水质自动监测设备的配置值设定，包括正常采集时间间隔、各参数正常阈值范围、单次水质取样量的设定；

管理单元1013，用于将用户的配置值下发至水质自动监测设备，并在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测。

其中，所述数据通信单元支持多种通信方式，包括3G/GPRS、以太网、Zigbee、WIFI和RS232/485有线通信，具体使用时，可根据实际使用情况选择一种方式与水质监控平台进行连接交互，对于村镇河道水质监测***，基础设施有限，一般优选3G/GPRS通信方式。

其中，所述水质自动监测设备还包括超声波清洗器，用于在各探头进行水质参数采集前和采集中对所述各探头进行清洗，避免水体杂质、水生藻类或微生物对探头的覆盖或污染造成参数测量不准，超声波清洗方式对探头不造成磨损，可有效延长探头的使用寿命。

其中，所述水质监控平台还包括数据处理与报警单元，当水质异常发生时，即当任意水质自动监测设备采集的水质参数出现超阈值情况时，数据处理与报警单元通过多种方式发布报警提示，包括网页报警提示与短信报警提示，在网页端根据河道的流域流向，提示目前水质超标出现的区域范围，并根据超标程度设定不同的报警显示方式，轻微超标为橙色、严重超标为红色。

当所述管理单元在水质异常发生时，即当任意水质自动监测设备采集的水质参数出现超阈值情况时，数据处理与报警单元发布报警提示，同时管理对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测包括：

设A、B、C、D为河道流域上游到下游的四个相邻水质自动监测设备，若T_B时刻B设备最先发现某水质参数超过设定的正常阈值范围，则管理单元对污染物到达其相邻监测设备的时间进行关联求解，计算方法如下：

当A为B的上游节点时，且v₀＞v_B，其中v₀为该污染物在静水中的扩散速度，v_B为B点处的水流速度，则污染物扩散至上游节点A，的时刻T_A为：

$T_A=T_B+\frac{S_{\mathrm{AB}}}{v_0-v_B}$

其中，S_BC为A、B两点间的河道距离

当C为B的下游节点时，则污染物到达C点的时刻T_C为：

$T_C=T_B+\frac{S_{\mathrm{BC}}}{v_0+v_B}$

其中，S_BC为B、C两点间的河道距离，v_B为B点处的水流速度；

管理单元将采样控制指令发送至A、C监测设备，分别在T_A和T_C时刻开始密集的水质采样，若A点或C点也存在某水质参数超过设定的正常阈值范围的现象，则对其相邻流域节点重复上述步骤。

本发明实施例通过在多个水质自动监测设备间进行时间关联监测，保证了最大限度捕捉小规模、随意性的排污想象。另外本实施例采用多个探头在线监测和水质取样单元取样备份相结合的方法，保证和提高了水质自动监测设备的监测精度。

本发明另一个实施例提出了一种河道水质监测方法，参见图2，该方法包括：

步骤201：采集模块中的水温探头、pH值探头、溶解氧探头、电导率探头、浊度探头、流速探头采集各水质参数；水质取样单元根据处理与控制单元下发的控制命令进行水质取样。

在本步骤中，各探头负责以预定的正常采集时间间隔采集水质参数测量值，所述探头不限于以上几种。水质取样单元用于在处理与控制单元的控制下间歇性地收集水样，一般情况下，单次水质取样量为10-500ml，收集的水样可作为对自动探头监测数据的进一步确认，也可作为其他复杂水质参数的扩展监测。在采集模块中的各探头采集各水质参数之前和采集各水质参数的过程中，超声波清洗器对所述各探头进行清洗。

步骤202：信号变送模块将各探头采集的各水质参数的测量值转化为电信号，并发送给处理与控制单元。

在本步骤中，信号变送模块将各类型探头的测量值转化为电信号，一般输出为4-20mA电流信号或0-5V电压信号。

步骤203：处理与控制单元接收信号变送模块发送的电信号，经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，处理器根据存储模块中预先存储的各探头的感知特性和经模数转化模块处理后得到对应的数字信号，得到各探头的水质参数测量值，发送给数据通信单元。

步骤204：数据通信单元将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台。

在本步骤中，数据通信单元支持多种通信方式将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台，包括3G/GPRS、以太网、Zigbee、WIFI和RS232/485有线通信。具体使用时，可根据实际使用情况选择一种方式与水质监控平台进行连接交互，对于村镇河道水质监测***，基础设施有限，一般优选3G/GPRS通信方式。

步骤205：水质监控平台接收所有水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值，并进行存储。

步骤206：水质监控平台根据所述水质取样的实验室测定结果，对水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值进行扩展填报，并对存在故障的探头测量数据进行编辑修正。

步骤207：水质监控平台负责显示实时的水质监测数据，并提供历史数据的查询浏览，提供用户对水质自动监测设备的配置值设定，包括正常采集时间间隔、各参数正常阈值范围、单次水质取样量的设定。

步骤208：将用户的配置值下发至水质自动监测设备，并在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测。

在本步骤中，在水质异常发生时，即当任意水质自动监测设采集的水质参数出现超阈值情况时，水质监控平台通过多种方式发布报警提示，包括网页报警提示与短信报警提示，在网页端根据河道的流域流向，提示目前水质超标出现的区域范围，并根据超标程度设定不同的报警显示方式，轻微超标为橙色、严重超标为红色。

在水质异常发生时，水质监控平台开始对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测包括：

设A、B、C、D为河道流域上游到下游的四个相邻水质自动监测设备，若T_B时刻B设备最先发现某水质参数超过设定的正常阈值范围，则管理单元对污染物到达其相邻监测设备的时间进行关联求解，计算方法如下：

当A为B的上游节点时，且v₀＞v_B，其中v₀为该污染物在静水中的扩散速度，v_B为B点处的水流速度，则污染物扩散至上游节点A，的时刻T_A为：

$T_A=T_B+\frac{S_{\mathrm{AB}}}{v_0-v_B}$

其中，S_BC为A、B两点间的河道距离

当C为B的下游节点时，则污染物到达C点的时刻T_C为：

$T_C=T_B+\frac{S_{\mathrm{BC}}}{v_0+v_B}$

其中，S_BC为B、C两点间的河道距离，v_B为B点处的水流速度；

管理单元将采样控制指令发送至A、C监测设备，分别在T_A和T_C时刻开始密集的水质采样，若A点或C点也存在某水质参数超过设定的正常阈值范围的现象，则对其相邻流域节点重复上述步骤。

本发明实施例通过在多个水质自动监测设备间进行时间关联监测，保证了最大限度捕捉小规模、随意性的排污想象。另外本实施例采用在线监测和取样备份相结合的方法，保证和提高了水质自动监测设备的监测精度。

下面以一个具体的例子，来详细说明本发明所述河道水质监测方法的工作过程。

一般地，***水质自动监测设备的部署位置应重点选择在河流交接断面、河道进出口、固定排污点(污水排污口、村民固定清洗点等)附近以及部分河道弯度大，水流不畅等区域，通过监测设备的部署能反映河道流域总体水质状况。

其中，水质自动监测设备的工作过程可参见图3，水质自动监测设备工作分为正常监测模式和特殊监测模式。在正常监测模式下，设备按预设的周期间隔进行水质参数的采集监测与数据回传上报，预设的监测周期由水质监控平台下发指令配置。设备对监测数据按预设的阈值范围进行判断，若某参数监测值超出预设阈值范围，则设备转入密集监测阶段并进行水质取样，记录水质取样时间，将取样时间与水样瓶编号回传上报监控平台，如当前水样瓶编号已大于最大水样瓶数量，则放弃当前水质取样，并向水质监控平台回传水样瓶已满错误代码。在密集监测阶段，监测设备以更小的采集间隔对水质参数进行监测，密集采样间隔一般为2－5分钟，水质监控平台通过密集采样的数据判断当前监测点的污染物处于快速上升、基本稳定或逐渐消散状态，用以决定其他邻近监测点的监测策略以及报警级别。监测设备接收到水质监控平台的动作指令即进入特殊监测模式，按照动作指令进行感知监测或水质取样等动作，完成后重新返回正常监测模式。监测设备的传感器探头需要定期或不定期地进行清洗或重新标定。

水质监测设备间隔固定时间会向水质监控平台发送“心跳”，该固定时间长度根据网络通讯方式不同而稍有区别，对于3G/GPRS网络，该时间长度可优选设为4－5分钟。水质监测设备中各模块的工作状态由处理与控制单元统一调度管理，通过对电源适配单元的控制，对其他模块的电源供给情况进行调节。当需要进行环境参数感知采集时，处理与控制单元连通感知与变送单元电源，感知采集完成后，断开感知与变送单元电源，进行数据转换与处理；若需要进行水质取样时，连通水质取样单元电源，进行水质取样，完成后断开电源；数据通信单元大部分时间处于休眠状态，当需要进行数据通信时，由控制单元唤醒并进行数据上报工作，完成当前工作后，处理与控制单元自身也进入休眠状态，由自身时钟模块或水质监控平台指令唤醒。

其中，水质监控平台的工作过程可参见图4，水质监控平台通过某预设网络地址端口接收自动监测设备回传上报的数据，并进行存储。定期收集设备采集的水质样品，进行实验室分析，获取一些难以采用在线监测方式获取的水质参数数值，如：氨氮、高锰酸盐指数、总磷、生化需氧量等，分析参数与收集水质样品的间隔有关，在此时间内不会发生明显变化的部分参数。对于在线监测结果超出预设阈值的水样，还需检测前述常规水质参数，用于对比验证水质自动监测设备是否正常工作以及各探头精度，若实验室分析结果与设备监测结果超出各探头精度范围，则需要对各探头进行清洗或重新标定，若差异较大，则需要考虑更换探头或检测排除设备其他问题。将实验室分析的结果以人工方式通过水质监控平台的数据填报与编辑单元进行填报录入，对于与自动监测设备结果不一致的，采用编辑模式，用以对设备故障情况进行统计分析，填报数据与设备回传数据均统一存储、处理。

水质监控平台将获取存储的数据通过用户展示模块进行WEB页面展示，展示的内容包括实时数据、全部历史数据等，还可根据用户需求进行数据统计分析等。用户可通过交互模块对各监测设备的监测周期、不同参数的报警阈值等进行个性化设定，并由水质监控平台的管理单元对所有监测设备进行配置管理。管理单元除了对上述设备运营参数进行配置外，还记录和保存各监测设备间的地理位置以及河道流径信息，当某监测设备监测指标超出阈值时，即存在污染物排放现象，管理单元根据当前各设备的河道流速情况，对污染物流向和扩散的时间进行估算，并控制各监测设备在污染物预计到达各监测点的时间前后进行密集采集监测，按河道水流方向，污染物每到达一个监测点，便由管理单元根据最新的数据重新估算下游设备的关联采集时间。污染物已到达区域的自动监测设备在管理单元的调度下维持在特殊监测模式，具体方式为：

设A、B、C、D为河道流域上游到下游的四个相邻水质自动监测设备，若T_B时刻B设备最先发现某水质参数超过设定的正常阈值范围，则管理单元对污染物到达其相邻监测设备的时间进行关联求解，计算方法如下：

当A为B的上游节点时，且v₀＞v_B，其中v₀为该污染物在静水中的扩散速度，v_B为B点处的水流速度，则污染物扩散至上游节点A，的时刻T_A为：

$T_A=T_B+\frac{S_{\mathrm{AB}}}{v_0-v_B}$

其中，S_BC为A、B两点间的河道距离

当C为B的下游节点时，则污染物到达C点的时刻T_C为：

$T_C=T_B+\frac{S_{\mathrm{BC}}}{v_0+v_B}$

其中，S_BC为B、C两点间的河道距离，v_B为B点处的水流速度；

管理单元将采样控制指令发送至A、C监测设备，分别在T_A和T_C时刻开始密集的水质采样，若A点或C点也存在某水质参数超过设定的正常阈值范围的现象，则对其相邻流域节点重复上述步骤。

最后根据最近三次监测指标判定污染物浓度是否上升？如上升，则维持密集采集，如未上升，则逐步延长采集监测时间间隔，直至设备恢复正常监测模式。为避免频繁的水质取样，在设备进入特殊监测模式后，只在污染物浓度最高处进行水质取样，即超阈值监测参数脱离上升趋势的拐点处进行水质取样。

当任意监测设备出现水质参数超阈值情况时，数据处理与报警单元通过多种方式向管理部门人员发布报警提示，方式包括但不限于，网页报警提示与短信报警提示。在网页端根据河道的流域流向，提示目前水质超标出现的区域范围，并根据超标程度设定不同的报警显示方式，轻微超标为橙色、严重超标为红色。

针对在线水质监测感知参数少、精度较低、传感器故障率高等特点，本发明实施例提供在线水质监测与关键水质取样相结合的设计，常规监测时主要使用传感器在线监测，可由水质监控平台定期或手动设置水样采样，用于全参数的水质抽样监测。此外，当在线监测数据异常时，该方法可自动进行异常水质取样，获得第一手的污染水质样本，无论是对污染源、污染情况的进一步分析，或是对传感器校准与故障排查都有十分重要的意义。

正常情况下的水质监测时间频度较低，对于村镇河道小规模、零散性生活污水容易造成漏检，针对现有技术中各监测设备完全独立感知监测的不足，本发明提供一种时间关联采集感知方法，在出现污染源后，对污染物扩散情况进行计算估计，并进行针对性密集采集监测，使监测数据能够完整体现水质的变化情况。对于部分生活污水，如扩散速度快，浓度降低迅速，则可依靠水体的自净能力消除，全面完整的监测数据是客观全面反映村镇河道生态环境建设的基础，为河道水质研究治理、科学保护提供数据资料和技术支撑。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种河道水质监测***，其特征在于，包括水质监控平台和按照一定的间隔部署在待监测河道上多个水质自动监测设备，其中，

水质自动监测设备，用于自动获取水质参数测量值，包括：

水质参数感知与变送单元，包括采集模块和信号变送模块，其中采集模块包括水温探头、pH值探头、溶解氧探头、电导率探头、浊度探头和流速探头，用于采集各水质参数；信号变送模块，用于将各探头采集的各水质参数测量值转化为电信号，并发送给处理与控制单元；

水质取样单元，包括采水管、微型蠕动泵和水样储存瓶，用于根据控制命令进行水质取样；

处理与控制单元，包括模数转换模块、处理器、存储模块和时钟模块，用于接收信号变送模块发送的电信号，经模数转换模块处理后得到对应的数字信号，处理器根据存储模块中预先存储的各探头的感知特性和经模数转换模块处理后得到对应的数字信号，得到各探头的水质参数测量值，发送给数据通信单元；

处理与控制单元还用于向采集模块发送控制命令，控制水质取样单元进行水质取样；

数据通信单元，用于将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台；

电源适配单元，用于完成不同输入电压的转换适配，为水质自动监测设备各单元提供能量供给；

水质监控平台，用于对所述多个水质自动监测设备进行管理，包括：

数据接收存储单元，用于接收所有水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值，并进行存储；

数据填报与编辑单元，用于根据所述水质取样的实验室测定结果，对水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值进行扩展填报，并对存在故障的探头测量数据进行编辑修正；

用户展示与交互单元，用于显示实时的水质监测数据，并提供历史数据的查询浏览，提供用户对水质自动监测设备的配置值设定，包括正常采集时间间隔、各参数正常阈值范围和单次水质取样量的设定；

管理单元，用于将用户的配置值下发至水质自动监测设备，并在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各水质自动监测设备的时间关联监测；

其中，所述管理单元在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各水质自动监测设备的时间关联监测包括：

设A、B、C、D为河道流域上游到下游的四个相邻的水质自动监测设备，若T_B时刻B水质自动监测设备最先发现某水质参数超过设定的正常阈值范围，则执行如下步骤F：

管理单元对污染物到达其相邻水质自动监测设备的时间进行关联求解，计算方法如下：

当A水质自动监测设备为B水质自动监测设备的上游节点时，且v₀＞v_B，其中v₀为该污染物在静水中的扩散速度，v_B为B水质自动监测设备处的水流速度，则污染物扩散至上游节点A水质自动监测设备的时刻T_A为：

$T_A=T_B+\frac{S_{AB}}{v_0-v_B}$

其中，S_AB为A、B两水质自动监测设备间的河道距离；

当C水质自动监测设备为B水质自动监测设备的下游节点时，则污染物到达C水质自动监测设备的时刻T_C为：

$T_C=T_B+\frac{S_{BC}}{v_0+v_B}$

其中，S_BC为B、C两水质自动监测设备间的河道距离，v_B为B水质自动监测设备处的水流速度；

管理单元将采样控制指令发送至A、C水质自动监测设备，分别在T_A和T_C时刻开始密集的水质采样，若A水质自动监测设备或C水质自动监测设备也存在某水质参数超过设定的正常阈值范围的现象，则对其相邻流域节点重复上述步骤F。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述数据通信单元支持多种通信方式，包括3G/GPRS、以太网、Zigbee、WIFI和RS232/485有线通信。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述水质自动监测设备还包括超声波清洗器，用于在各探头进行水质参数采集前和采集中对所述各探头进行清洗。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述水质监控平台还包括数据处理与报警单元，当任意水质自动监测设备采集的水质参数出现超阈值情况时，数据处理与报警单元通过多种方式发布报警提示，包括网页报警提示与短信报警提示，在网页端根据河道的流域流向，提示目前水质超标出现的区域范围，并根据超标程度设定不同的报警显示方式，轻微超标为橙色、严重超标为红色。

5.一种应用权利要求1所述***的河道水质监测方法，其特征在于，该方法包括：

S1.采集模块中的各探头采集各水质参数；水质取样单元根据处理与控制单元下发的控制命令进行水质取样；

S2.信号变送模块将各探头采集的各水质参数测量值转化为电信号，并发送给处理与控制单元；

S3.处理与控制单元接收信号变送模块发送的电信号，经模数转换模块处理后得到对应的数字信号，处理器根据存储模块中预先存储的各探头的感知特性和经模数转换模块处理后得到对应的数字信号，得到各探头的水质参数测量值，发送给数据通信单元；

S4.数据通信单元将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台；

S5.水质监控平台接收所有水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值，并进行存储；

S6.水质监控平台根据所述水质取样的实验室测定结果，对水质自动监测设备上报的各探头的水质参数测量值进行扩展填报，并对存在故障的探头测量数据进行编辑修正；

S7水质监控平台负责显示实时的水质监测数据，并提供历史数据的查询浏览，提供用户对水质自动监测设备的配置值设定，包括正常采集时间间隔、各参数正常阈值范围和单次水质取样量的设定；

S8.将用户的配置值下发至水质自动监测设备，并在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各水质自动监测设备的时间关联监测；

其中，所述S8中在水质异常发生时，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各水质自动监测设备的时间关联监测包括：

设A、B、C、D为河道流域上游到下游的四个相邻水质自动监测设备，若T_B时刻B水质自动监测设备最先发现某水质参数超过设定的正常阈值范围，则执行如下步骤F：

管理单元对污染物到达其相邻水质自动监测设备的时间进行关联求解，计算方法如下：

当A水质自动监测设备为B水质自动监测设备的上游节点时，且v₀＞v_B，其中v₀为该污染物在静水中的扩散速度，v_B为B水质自动监测设备处的水流速度，则污染物扩散至上游节点A水质自动监测设备的时刻T_A为：

$T_A=T_B+\frac{S_{AB}}{v_0-v_B}$

其中，S_AB为A、B两水质自动监测设备间的河道距离；

当C水质自动监测设备为B水质自动监测设备的下游节点时，则污染物到达C水质自动监测设备的时刻T_C为：

$T_C=T_B+\frac{S_{BC}}{v_0+v_B}$

其中，S_BC为B、C两水质自动监测设备间的河道距离，v_B为B水质自动监测设备处的水流速度；

管理单元将采样控制指令发送至A、C水质自动监测设备，分别在T_A和T_C时刻开始密集的水质采样，若A水质自动监测设备或C水质自动监测设备也存在某水质参数超过设定的正常阈值范围的现象，则对其相邻流域节点重复上述步骤F。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S4中数据通信单元支持多种通信方式将各探头的水质参数测量值发送给水质监控平台，包括3G/GPRS、以太网、Zigbee、WIFI和RS232/485有线通信。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S1中，在采集模块中的各探头采集各水质参数之前和采集各水质参数的过程中，超声波清洗器对所述各探头进行清洗。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括当任意水质自动监测设备采集的水质参数出现超阈值情况时，水质监控平台通过多种方式发布报警提示，包括网页报警提示与短信报警提示，在网页端根据河道的流域流向，提示目前水质超标出现的区域范围，并根据超标程度设定不同的报警显示方式，轻微超标为橙色、严重超标为红色。