CN108267178A - 一种河流环境的监测预警方法及其*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河流环境的监测预警方法及其***，方法包括步骤：S10、实时获取河流的水文数据及其地理位置信息；S20、将水文数据与相对应的预设阈值进行比较分析，根据水文数据及其分析结果确定预警级别；S30、根据预警级别发出相应的预警提醒信息。本发明根据污染物在河流环境中的迁移转化规律，估算污染物影响范围，提出防治污染的技术和措施，分析污染物浓度进行预警，为河流环境保护监督管理提供科学的理论依据和客观的数据基础；同时，分等级的预警可以减少人力、物力、时间上的浪费。

Description

一种河流环境的监测预警方法及其***

技术领域

本发明涉及河流环境监测技术领域，尤其涉及一种河流环境的监测预警方法及其***。

背景技术

随着国民经济的快速发展，产生了一系列的水质、沙尘暴、雾霾等等环境问题。其中，河流水质状况直接关系到农村灌溉、居民饮水及生态环境等问题。近年来对河流的气象、水文、水质等监测越来越为人们所关注，河流水资源整体的保护、调度与综合利用成为必然。国家对河流的监测投入了大量的人力、物力和财力，建设了许多大型水文站、水位站、气象站以及环境监测站，这些监测站的投入和使用对河流流域的监测和保护起到了至关重要的作用，但是现有的监测站还不能满足对河流流域整体监测的要求。

传统的河流水质监测主要通过采样分析和建站分析，导致河流水质监测不连续和监测成本过高，并且预警信息发布不及时，浪费人力、物力及时间，不利于统一管理。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种河流环境的监测预警方法及其***，旨在针对河流监测不连续、预警发布不及时，浪费人力物力的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种河流环境的监测预警方法，包括步骤：

S10、实时获取河流的水文数据及其地理位置信息；所述水文数据包括河流的水位、水温、流速、pH、COD、氨氮的至少一种；

S20、将所述水文数据与相对应的预设阈值进行比较分析，根据所述水文数据及其分析结果确定预警级别；

S30、根据所述预警级别发出相应的预警提醒信息，所述预警提醒信息包括异常的水文数据、时间信息及其地理位置信息。

优选的，步骤S20之后还包括步骤：S21、根据所述河流的水文数据绘制出所述河流的水文指数的变化趋势。

优选的，步骤S20具体包括：若所述河流的水文数据大于相对应的一级预警的预设阈值时，预警级别为一级；若所述河流的水文数据大于相对应的二级预警的预设阈值时，预警级别为二级。

优选的，步骤S30具体包括：若预警级别为一级时，则所述预警提醒信息包括向管理人员发送预警界面提示和预警邮件；若预警级别为二级时，则所述预警提醒信息包括向管理人员发送预警短信、预警微信、预警界面提示和预警邮件。

本发明还提供一种河流环境的监测预警***，包括监测预警服务器、以及与监测预警服务器进行无线通信的多个监测终端；

所述监测预警服务器包括：第一处理器、第一存储器及存储在所述第一存储器上并可在所述第一处理器上运行的监测预警程序，所述监测预警程序被所述第一处理器执行时实现如上文所述的监测预警方法。

优选的，所述监测终端包括：监测主体与所述监测主体相的多接口数据采集装置，所述多接口数据采集装置连接多个用于采集水文数据的水文传感器；所述监测主体包括第二处理器、用于存储所述水文数据的第二存储器、用于和所述监测预警服务器进行无线通信的无线通信模块、以及用于供电的电源模块；每一所述水文传感器分别与相对应的所述监测主体的第二处理器相连接。

优选的，所述监测主体还包括用于获取所述监测终端的地理位置信息的定位模块。

优选的，每一所述监测主体通过第一防水固定装置固定安装在所述河流的岸边；与每一所述监测主体相对应的多个所述水文传感器通过第二防水固定装置固定安装在河流两边架起的绳索位于河流中央的位置。

优选的，所述电源模块包括将太阳光转化为电能的太阳能电池板以及与所述太阳能电池板相连用于存储所述电能的蓄电池；所述太阳能电池板固定在所述第一防水固定装置上表面。

优选的，与每一所述监测主体相对应的多个所述水文传感器包括水位传感器、水温传感器、流速传感器、pH传感器、COD传感器和/或氨氮传感器。

本发明河流环境的监测预警方法及其***，旨在通过对河流水文环境的自动实时监测，实时监控河流中污染物种类及其指标，根据污染物在河流环境中的迁移转化规律，估算污染物影响范围，提出防治污染的技术和措施，分析污染物浓度进行及时预警，为河流环境保护监督管理提供科学的理论依据和客观的数据基础；同时，分等级的预警可以减少人力、物力、时间上的浪费。

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中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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，附图中：

图1是本发明河流环境的监测预警方法实施例的流程图；

图2是本发明河流环境的监测预警***的结构示意图；

图3是本发明河流环境的监测预警***中的监测终端的结构示意图；

图4是本发明河流环境的监测预警***中的监测预警程序的功能模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种实施例。应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

终端可以以各种形式来实施。例如，本发明中描述的终端可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、导航装置、传感装置等移动终端，以及诸如数字TV、台式计算机等固定终端。

存储器可用于存储软件程序以及各种数据。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序（比如预警***软件，通讯配置软件等）等；存储数据区可存储根据使用所创建的数据（比如水文数据、配置数据等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

处理器是终端的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，执行终端的各种功能和处理数据，从而对终端进行整体监控。处理器可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作***、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器中。

终端还可以包括给各个部件供电的电源（比如电池），优选的，电源可以通过电源管理***与处理器逻辑相连，从而通过电源管理***实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。需要说明的是，上述终端是本发明中的河流环境监测预警服务器和监测终端的统称，处理器是第一处理器和第二处理器的统称，存储器是第一存储器和第二存储器的统称。

如图1所示，本发明提供一种河流环境的监测预警方法实施例，监测预警方法具体包括以下步骤：

S10、实时获取河流的水文数据及其地理位置信息；具体的，所述水文数据包括河流的水位、水温、流速、pH、COD、氨氮等中的至少一种，当然也可以包括其他水文数据等等；地理位置信息主要是指监测终端所在的地点、位置等，便于管理人员可以根据该地理位置信息找到监测终端所在的位置；可选的，在每条河流不同位置处设置有多个监测点位，以便监测河流不同位置、不同时间的水文数据，获取河流全流域的更准确的水文数据。

S20、将水文数据与相对应的预设阈值进行比较分析，根据水文数据及其分析结果确定预警级别；也就是说凡是监测到的每一种水文数据都要跟其相对应的预设阈值进行比较分析；

若河流的水文数据中的任一个数据大于其相对应的一级预警的预设阈值时，预警级别为一级；若河流的水文数据任一个数据大于其相对应的二级预警的预设阈值时，预警级别为二级；

S30、根据预警级别发出相应的预警提醒信息，具体的，预警提醒信息包括异常的水文数据、时间信息及其地理位置信息。

其中，若预警级别为一级时，则预警提醒信息包括向管理人员发送预警界面提示和预警邮件；若预警级别为二级时，则预警提醒信息包括向管理人员发送预警短信、预警微信、预警界面提示和预警邮件，增强及时性，全方位实时提醒管理人员，以便管理人员能第一时间获取到预警信息并及时采取措施。也就是说，预警级别越高说明越严重，严重时增强及时性，以便管理人员处理时可以主次分明，轻重缓急，并及时采取相应的措施。

可选的，步骤S20之后还包括步骤：

S21、根据水文数据绘制出河流的水文指数的变化趋势。

具体的，由于长时间实时获取了河流的不同监测点位的水文数据，形成了整条河流的水文大数据，因此，可以绘制出河流的不同时间、不同位置的水文指数的变化趋势图。更为具体的，变化趋势图可以采用的是折线图、柱状图等等方式，还可以是三维折线图，如选取时间作为X坐标，选取地理位置信息作为Y坐标，选取河流的水文数据为Z坐标，进而可以直观反映整条河流不同时间、不同位置的详细水文情况，直观明了。

更进一步的，在步骤S30之后还可包括步骤：

S40、获取管理人员的预防措施请求指令信息；

S50、根据预警级别确定在河流的监测点位下游需采取的预防措施，并发送给管理人员。

由于实时采集了整条河流的水文大数据，污染物在河流流动时，根据上游的实时水文数据，管理员可以通知下游及时采取相应的预防措施，这样可以方便管理人员在第一时间获取有效的预防措施，只要按照预防措施操作即可，因此管理人员不用非得是专业性人才，以帮助环保部门更有效的进行河流监管。

如图2所示，本发明还提供一种河流环境的监测预警***实施例，该监测预警***包括监测预警服务器100、以及与监测预警服务器100进行无线通信的多个监测终端200。具体的，多个监测终端200分布设置于不同河流、河流的不同位置，进而整个监测预警***可以对区域（区域可以是村、乡/镇、区/县、市、省/自治区、国家等等）内的所有河流进行全流域的监控，管理人员及时了解整个区域的河流的水文状况。

具体的，监测预警服务器100包括：第一处理器101、第一存储器102、及存储在第一存储器102上并可在第一处理器101上运行的监测预警程序。该监测预警程序被第一处理器101执行时实现前文所述的监测预警方法的步骤。

如图3所示，监测终端200包括：监测主体201以及与监测主体201相连的多接口数据采集装置，所述多接口数据采集装置连接多个用于采集河流的水文数据的水文传感器203。所述监测主体201包括第二处理器202、用于存储水文数据及其他数据的第二存储器204、用于和监测预警服务器100进行无线通信的无线通信模块205、用于供电的电源模块206以及用于获取监测终端200的地理位置信息的定位模块207。还可以包括与第二处理器202相连用于对监测终端进行初始配置及调试的调试串口208，以及与无线通信模块205连接的信号天线209，用于增强无线通信模块的无线信号。

具体的，监测终端200的形式可以有多种，例如，可以通过防水固定装置将整个监测终端200固定于河流中央，通过固定在河流岸边的绳索进行固定，不至于被河流的流水冲走或轻易被移动。例如，还可以是每一个监测主体通过第一防水固定装置固定安装在河流的岸边，第一防水固定装置固定在河流的岸边，具有防水和防盗的功能，在此不做具体限制。与每一个监测主体相对应的多接口数据采集装置及多个水文传感器203通过第二防水固定装置固定安装在河流两边架起的绳索位于河流中央的位置，更为具体的，第二防水固定装置主要是用于对多接口数据采集装置进行防水固定，多个水文传感器203通过导线与多接口数据采集装置连接，而且这些水文传感器203根据实际情况需要放置在河流的水里，这样使得水文要素探头位置较为固定，监测数据的稳定性好，不容易产生异常数据，使得预警信息可靠度更强。

具体的，电源模块206包括将太阳光转化为电能的太阳能电池板261以及与太阳能电池板261相连用于存储电能的蓄电池262；太阳能电池板261固定在第一防水固定装置上表面。由于监测终端200都位于河流上，没有直接电源供应，也不便于充电或更换电池，因此，采用太阳能电池板261和蓄电池262的形式，以便给监测终端200进行实时有效的电源。

具体的，所述多接口数据采集装置是一个开放式的接口终端，可以预先设置不同水文传感器接口，以便根据实际需要连接不同的水文传感器，更为具体的，多接口数据采集装置可以是1带1、1带多的形式，多接口数据采集装置包括转接头、以及与转换接头连接可以连接不同水文传感器的可更换的水文传感器接口，因此，可以根据需要连接至少一个水文传感器。多个水文传感器203包括水位传感器231、水温传感器232、流速传感器233、pH传感器234、COD传感器235和/或氨氮传感器236等，但不限于此。还可以包括其他水文传感器，以便对河流的各项参数进行全面的监测。

具体的，无线通信模块205可以为GPRS模块、3G模块、4G模块、5G模块以及NB-IoT模块等。由于河流可能位置相对偏僻，可以优先采用NB-IoT模块，进而监测终端200与监测预警服务器100之间通过无线通信模块205进行无线通信。该河流的监测终端主要采用GPRS通信方式SIM卡接口，用于实现GPRS和SMS网络服务；调试串口，用于监测终端的通信模块的初始配置。更为具体的，窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。NB-IoT设备电池寿命可以提高至至少10年。

如图4所示，所述监测预警程序300可以被分割成一个或多个模块，所述一个或多个模块存储于所述第一存储器中，并由一个或多个第一处理器所执行，以完成监测预警方法的步骤。监测预警程序300被分割成数据获取模块301、预警级别确定模块302、预警发送模块303、水文数据绘制模块304。该模块是指一种能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，比计算机程序更适合于描述软件在所述终端中的执行过程。以下将就上述各功能模块的具体功能进行详细描述。

所述数据获取模块301用于获取河流的水文数据及其地理位置信息，其中，水文数据包括河流的水位、水温、流速、pH、COD、氨氮中的至少一种，但不限于此；地理位置信息主要是指地点、位置等，便于管理人员可以根据该地理位置信息找到其所在位置；更为具体的，在每条河流不同位置处设置有多个监测点位，以便监测河流不同位置的水文数据，获取河流全流域的更准确的水文数据。

所述预警级别确定模块302用于将水文数据与相对应的预设阈值进行比较分析，根据水文数据及其分析结果确定预警级别；也就是说凡是监测到的每一种水文数据都要跟其相对应的预设阈值进行比较；若水文数据中的任一个数据大于其相对应的一级预警的预设阈值时，预警级别为一级；若水文数据任一个数据大于其相对应的二级预警的预设阈值时，预警级别为二级。

所述预警发送模块303用于根据预警级别发出相应的预警提醒信息，预警提醒信息包括时间、异常的水文数据及其地理位置信息。具体地，若预警级别为一级时，则预警提醒通知包括向管理人员发送预警界面提示和预警邮件；若预警级别为二级时，则预警提醒通知包括向管理人员发送预警短信、预警微信、预警界面提示和预警邮件，增强及时性。也就是说，预警级别越高说明越严重，增强及时性，以便管理人员处理时可以主次分明，轻重缓急。

进一步地，监测预警程序300还被分割成指令信息获取模块、预防措施确定模块和预防措施发送模块（未有图标示）。

指令信息获取模块用于获取管理人员的预防措施请求指令信息。

预防措施确定模块用于根据预警级别确定在河流的监测点位于下游需实施的预防措施。

预防措施发送模块用于将预防措施发送给管理人员。这样可以方便管理人员在第一时间获取有效的预防措施，只要按照预防措施操作即可，因此管理人员不用非得是专业性人才。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有监测预警程序，所述监测预警程序被第一处理器执行时实现上述的河流环境的监测预警方法的步骤。

本发明的河流环境的监测预警***适用于饮用水源、普通河流、工业区排水等河流水域环境监测中。根据需要在监测河流安装监测终端，包括了多串口数据读取模块、水文要素探头、无线发送模块和电源。通过GPRS网络实现监测点位与监测预警服务器之间的通信。监测预警服务器实现监测数据的收集、存储、管理和预警。由监测预警服务器上的监测预警程序通过对河流水质异常情况进行预警短信、预警微信、预警邮件、界面提示等等对相应管理人员通知。管理员用户可以通过局域网登录预警信息***平台进行管理，普通用户可以通过互联网登录Web网站获取数据。该方法使得水文要素探头位置较为固定，监测数据的稳定性好，不容易产生异常数据，使得预警信息可靠度更强。

河流的监测终端返回监测数据及地理位置信息到监测预警服务器。配置在监测预警服务器上的预警提醒通知***可以通过局域网直接配置、查询和管理或通过Web网页进行查看和管理。管理人员可以通过局域网配置和管理，其他用户可以通过Web管理网站查看和管理获取相应信息。管理人员通过设置河流的水文数据的预设阈值和预警级别，若出现大于设定预设阈值的异常值即通过界面提示，发送短信、微信和邮件等方式通知相应管理人员。发送内容包括：时间、地点、异常值、预警级别等信息。

本发明的河流环境的监测预警方法及其***，适用于一般河流、工业区河流、饮用水河流污染情况监测和预警。采用物联网技术和无线通信技术，为河流实时监测和预警提供了解决方案。同时还具有至少以下优点：（1）具有实时监控和实时预警的特点，能够及时对管理人员提示预警，方便管理人员及时在监测点位下游实施预防措施，并且能够通过查找异常原因，更有效找到造成河流水质异常原因；（2）监测信息多样，可以根据各个河流特点安装不同的水文要素探头，适应多种河流水文要素监测，可扩展性强，环境适应性强；（3）采用固定点安装方式，使得监测数据稳定，数据受环境其他要素影响小，预警信息可靠程度高；（4）采用自动化监测，使得监测数据客观；采用智能化管理，有效提高管理效率；（5）采用GPRS网络通信或NB-IoT通信技术，节约架设监测站和通信线缆的成本。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在阅读完下面将要描述的内容之后，本领域的技术人员应当明白，本文描述的各种特征可通过方法、数据处理***或计算机程序产品来实现。因此，这些特征可部采用硬件的方式、全部采用软件的方式或者采用硬件和软件结合的方式来表现。此外，上述特征也可采用存储在一种或多种计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式来表现，该计算机可读存储介质中包含计算机可读程序代码段或者指令，其存储在存储介质中。可以使用任何使用的计算机可读存储介质，包括硬盘、CD-ROM、光存储设备、磁存储设备和/或上述设备的组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种河流环境的监测预警方法，其特征在于，包括步骤：

S10、实时获取河流的水文数据及其地理位置信息；所述水文数据包括所述河流的水位、水温、流速、pH、COD、氨氮的至少一种；

S20、将所述水文数据与相对应的预设阈值进行比较分析，根据所述水文数据及其分析结果确定预警级别；

S30、根据所述预警级别发出相应的预警提醒信息，所述预警提醒信息包括异常的水文数据、时间信息、及其地理位置信息。

2.根据权利要求1所述的监测预警方法，其特征在于，步骤S20之后还包括步骤：S21、根据所述河流的水文数据绘制出所述河流的水文指数的变化趋势。

3.根据权利要求1所述的监测预警方法，其特征在于，步骤S20具体包括：

若所述河流的水文数据大于相对应的一级预警的所述预设阈值时，所述预警级别为一级；

若所述河流的水文数据大于相对应的二级预警的所述预设阈值时，所述预警级别为二级。

4.根据权利要求3所述的监测预警方法，其特征在于，步骤S30具体包括：

若所述预警级别为一级时，则所述预警提醒信息包括向管理人员发送预警界面提示和预警邮件；

若所述预警级别为二级时，则所述预警提醒信息包括向管理人员发送预警短信、预警微信、预警界面提示和预警邮件。

5.一种河流环境的监测预警***，其特征在于，包括监测预警服务器、以及与所述监测预警服务器进行无线通信的多个监测终端；

所述监测预警服务器包括：第一处理器、第一存储器及存储在所述第一存储器上并可在所述第一处理器上运行的监测预警程序，所述监测预警程序被所述第一处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的监测预警方法。

6.根据权利要求5所述的监测预警***，其特征在于，所述监测终端包括：监测主体与所述监测主体相连的多接口数据采集装置，所述多接口数据采集装置连接多个用于采集所述河流的水文数据的水文传感器；

所述监测主体包括第二处理器、用于存储所述水文数据的第二存储器、用于和所述监测预警服务器进行无线通信的无线通信模块、以及用于供电的电源模块；所述多接口数据采集装置与所述监测主体的第二处理器相连接。

7.根据权利要求6所述的监测预警***，其特征在于，所述监测主体还包括用于获取所述监测终端的地理位置信息的定位模块。

8.根据权利要求6所述的监测预警***，其特征在于，每一所述监测主体通过第一防水固定装置固定安装在所述河流的岸边；与每一所述监测主体相对应的所述多接口数据采集装置及多个所述水文传感器通过第二防水固定装置固定安装在河流两边架起的绳索位于河流中央的位置。

9.根据权利要求8所述的监测预警***，其特征在于，所述电源模块包括将太阳光转化为电能的太阳能电池板以及与所述太阳能电池板相连用于存储所述电能的蓄电池；所述太阳能电池板固定在所述第一防水固定装置上表面。

10.根据权利要求9所述的监测预警***，其特征在于，多个所述水文传感器包括水位传感器、水温传感器、流速传感器、pH传感器、COD传感器和/或氨氮传感器。