CN109413003A - 一种基于物联网的水环境数据传输***和方法 - Google Patents

一种基于物联网的水环境数据传输***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于物联网的水环境数据传输***和方法，属于物联网技术领域。所述水环境数据传输***包括采集模块、协议解析转换模块、数据处理模块、数据传输管理模块和数据库和应用层模块；所述方法包括采集步骤、协议解析转换步骤、数据处理步骤、数据传输管理步骤和数据库和应用层步骤。本发明可应用于各种水环境监测***中，具有数据监测实时，准确度高等优点。

Description

一种基于物联网的水环境数据传输***和方法
技术领域
本发明涉及一种基于物联网的水环境数据传输***和方法，属于物联网技术领域。
背景技术
地下水监测是地下水规划管理、合理开发利用和水资源优化配置调度的重要基础工作，地下水监测信息对于农田灌溉、生活用水及生态环境保护等都具有重要作用，直接关系到人民生活、工农业生产的布局。水环境远程实时测控与数据传输存储***是一个软硬件结合的自动化网络***，它是在水源地或者用水单位设备上安装一个水资源测控终端，实现对水表流量、水井水位、水温等参数的采集，通过通信网络和水资源管理单位计算机***联网，可对水资源相关参数监测和管理，相关流量、水井水位、水温等参数借助通信技术自动存入水资源监测与综合管理***中心数据库。这一部分是在水环境水位、水温、水量远程监测***基础上，研制水环境开采设备启、停等功能的控制子***和相应的设施设备，通过动态分析进一步研究监测点水库动态的变化规律，根据监测结果和决策结果控制水环境的数据分析。
目前关于地下水资源的实时监测与管理，国外一些发达国家已经有几十年甚至上百年的历史，其中，美国、日本、荷兰的产品在技术性能上处于领先地位。美国从上世纪80年代开始就建立了全国的地下水监测信息网。国内的地下水监测发展与发达国家相比还存在较大的差距，在最近几十年利用水资源的过程中，我国各地已经逐步形成了相当规模的监测网，特别在以地下水为主要水源的北方地区，据不完全统计，已经在中国北方以地下水供水为主的17个省市建立了初步的地下水位监测网，为我国水资源的科学评价和管理做出了应有的贡献。在1995年就曾以河南省为例，研制了区域地下水信息管理***，该***在危机环境下，把地下水管理有关图形、数据、文字信息进行检索和分析，为地下水资源管理提供辅助决策工具。目前国内对地下水的监测绝大部分以人工观测为主，即每隔一定时间由专人到每个监测点，用一根测绳去测量水位的变化。这种监测方式费时、费力、人为误差大、容易受环境影响。国内一些地区在水资源基本数据的采用了一些测量仪器进行非实时采集，相比美国、日本等发达国家，还处于较低层次，在信息技术的综合应用上集成度还不够高、网络化和智能化的发展潜力还比较大。在我国直接使用国外的设备和技术也存在诸多问题，首先引进设备和技术的成本较高，不适合我国大量普及；其次，国外的的通讯标准与我国有较大差异，不能直接在我国直接应用；再次，国外地下水情和我国不同，评测标准也不一样，因此国外设备可能不适合我国。综上急迫需要一种实用于我国国情的水资源管理先进技术，服务国内发展需要。
发明内容
本发明为了解决现有技术中水资源数据传输、管理、检测费时费力的问题，提出了一种一种基于物联网的水环境数据传输***和方法，所采取的技术方案如下：
一种基于物联网的水环境数据传输***，所述水环境数据传输***包括：
用于采集水环境数据的采集模块；
用于将所述采集模块采集到的水环境数据进行协议解析与转换的协议解析转换模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行处理的数据处理模块；
用于将所述数据处理模块获得的数据进行传输和管理的数据传输管理模块；
用于接收所述数据传输模块传输数据的数据库和应用层模块，其中应用层模块为其他应用设备，如监控显示***设备等。
进一步地，所述数据处理模块包括：
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行压缩的数据压缩模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行差错控制的数据差错控制模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据转换为统一格式的数据格式统一模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行异构容错的数据异构容错模块。
进一步地，所述数据异构容错模块通过BP神经网络完成互补信息之间的融合。
进一步地，所述数据传输管理模块包括：
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息进行地下水参数计算的地下水参数计算模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息进行资源量计算的资源量计算模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息进行组件二次开发的组件式二次开发模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息建立地下水动态预测模块的地下水动态预测模型建立模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息自动生成等值线的等值线自动生成模块。
进一步地，所述采集模块包括温度传感器、湿度传感器、水位传感器、水量传感器、PH值传感器和北斗定位装置。
一种基于物联网的水环境数据传输方法，所述水环境数据传输方法包括：
用于采集水环境数据的采集步骤；
用于将所述采集步骤采集到的水环境数据进行协议解析与转换的协议解析转换步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行处理的数据处理步骤；
用于将所述数据处理步骤获得的数据进行传输和管理的数据传输管理步骤；
用于接收所述数据传输步骤传输数据的数据库和应用层步骤。
进一步地，所述数据处理步骤包括：
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行压缩的数据压缩步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行差错控制的数据差错控制步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据转换为统一格式的数据格式统一步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行异构容错的数据异构容错步骤。
进一步地，所述数据异构容错步骤通过BP神经网络完成互补信息之间的融合。
进一步地，所述数据传输管理步骤包括：
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息进行地下水参数计算的地下水参数计算步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息进行资源量计算的资源量计算步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息进行组件二次开发的组件式二次开发步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息建立地下水动态预测步骤的地下水动态预测模型建立步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息自动生成等值线的等值线自动生成步骤。
进一步地，所述采集步骤中的采集数据包括温度传感器采集的温度数据、湿度传感器采集的湿度数据、水位传感器采集的水位数据、水量传感器采集的水量数据、PH值传感器采集的PH值数据和北斗定位装置采集的位置数据。
本发明有益效果：
(1)本发明提出的一种基于物联网的水环境数据传输***和方法是水环境监控***的传输中间件***以及相应传输方法，主要通过是协议解析转换、数据处理和数据传输管理，并通过不同的采集设备进行数据采集，并能够实现屏蔽不同的硬件接口，转换不同的传输协议和数据格式，最终展示采集到的水环境数据和监测数据。本方法能够实时采集水环境数据，并自动精确处理大量的水环境信息并完成数据整理和展示，无需大量工作人间人为处理，极大程度上提高了水环境数据监控的准确度，完全避免了人为处理所产生的误差。
(2)本发明提出的一种基于物联网的水环境数据传输***和方法完全适用于中国本土水环境各项指标的监测，制造成本低，实用性强。
(3)本发明提出的一种基于物联网的水环境数据传输***和方法通过数据处理模块实现水环境数据的实时处理和检测，将水环境多种数据进行融合，大大降低数据处理的不完整性，有效提高了数据处理的准确性(数据处理准确度提高到98％)，极大程度上降低了数据处理误差；
(4)本发明提出的一种基于物联网的水环境数据传输***和方法通过协议解析转换模块将不同的通信协议转换成统一格式，使本发明提出的一种基于物联网的水环境数据传输***在不需要人为二次设置的情况下，使本发明所述***适用于各种网络协议，极大程度提高了本发明所述一种基于物联网的水环境数据传输***的实际应用的适应性以及应用环境的广泛性。
附图说明
图1为本发明所述一种基于物联网的水环境数据传输***的***结构图。
图2为本发明所述数据异构容错模块内部涉及的算法模型图。
图3为本发明提出一种基于物联网的水环境数据传输***中，监测预警***的***模型图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
实施例1，参照图1进行说明：
一种基于物联网的水环境数据传输***，所述水环境数据传输***包括：
用于采集水环境数据的采集模块；
用于将所述采集模块采集到的水环境数据进行协议解析与转换的协议解析转换模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行处理的数据处理模块；
用于将所述数据处理模块获得的数据进行传输和管理的数据传输管理模块；
用于接收所述数据传输模块传输数据的数据库和应用层模块。
本实施例提出的一种基于物联网的水环境数据传输***是水环境监控***的传输中间件***，主要通过是协议解析转换、数据处理和数据传输管理，并通过不同的采集设备进行数据采集，并能够实现屏蔽不同的硬件接口，转换不同的传输协议和数据格式，最终展示采集到的水环境数据和监测数据。本方法能够实时采集水环境数据，并自动精确处理大量的水环境信息并完成数据整理和展示，无需大量工作人间人为处理，极大程度上提高了水环境数据监控的准确度，完全避免了人为处理所产生的误差。
实施例2，参照图1进行说明：
实施例2是对实施例1所述一种基于物联网的水环境数据传输***的进一步限定，所述数据处理模块包括：
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行压缩的数据压缩模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行差错控制的数据差错控制模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据转换为统一格式的数据格式统一模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行异构容错的数据异构容错模块。
本实施例是对所述数据处理模块的进一步限定，所述数据处理模块将采集到的不同数据进行格式统一，并依次进行数据压缩，差错控制和异构容错方法对采集到的数据进行处理，用以改善数据后期传输效果；所述数据处理模块能够实现水环境数据的实时处理和检测，将水环境多种数据进行融合，大大降低数据处理的不完整性，有效提高了数据处理的准确性(数据处理准确度提高到98％)，极大程度上降低了数据处理误差。
实施例3，参照图2进行说明：
实施例3是对实施例3所述一种基于物联网的水环境数据传输***的进一步限定，所述数据异构容错模块通过BP神经网络完成互补信息之间的融合。图2中，X1,X2...Xn是指定的多种传感器的传输信息，T1,T2...Tn是指的是相对的加权权重，是指的是最后优化估计结论。
所述异构容错的步骤包括：
步骤一：通过模型获得加权系数，其中，向量T＝[T1,T2,...,Tn]T,e＝[1,1,...1]T，矩阵A为传输信息的误差方差阵的迹，相应的最优信息融合估计的误差方差阵为：
且有关系为对n维随机向量z的L个无偏估计，其中，i与j代表常数，代表不同物理量时，可根据物理量的实际意义选取不同的范围，记估计误差为且与相关，误差方差和互协方差阵分别为和
步骤二：利用总均方差做收敛指标，通过获得最小均方误差值其中，总均方差模型为：其中X1,X2...Xn是指定的多种传感器的传输信息，由此可知E[(X-Xi)(X-Xj)]＝0,而且i≠j,i,j＝1,2...n。
步骤三：将步骤二中所述总均方差模型简化为：即可获得总均方误差是与加权因子相关的多元二次函数，其中，σi表示Xi对应的均方差。
步骤四：根据约束条件获得模型其中，k为常数， 并且k＝1、2、3……n，并根据此模型获得最终的最小均方误差：
步骤五：利用模型以及来获得所述最小均方误差值所对应的最优估值结论
所述数据异构容错模块能够将水环境多种数据进行融合，大大降低数据处理的不完整性，有效提高了数据处理的准确性(数据处理准确度提高到98％)，极大程度上降低了数据处理误差。
实施例4
实施例4是对实施例1所述一种基于物联网的水环境数据传输***的进一步限定，所述数据传输管理模块包括：
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息进行地下水参数计算的地下水参数计算模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息进行资源量计算的资源量计算模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息进行组件二次开发的组件式二次开发模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息建立地下水动态预测模块的地下水动态预测模型建立模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息自动生成等值线的等值线自动生成模块。
实施例5
实施例5是对实施例1所述一种基于物联网的水环境数据传输***的进一步限定，所述采集模块包括温度传感器、湿度传感器、水位传感器、水量传感器、PH值传感器和北斗定位装置。
实施例6
一种基于物联网的水环境数据传输方法，所述水环境数据传输方法包括：
用于采集水环境数据的采集步骤；
用于将所述采集步骤采集到的水环境数据进行协议解析与转换的协议解析转换步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行处理的数据处理步骤；
用于将所述数据处理步骤获得的数据进行传输和管理的数据传输管理步骤；
用于接收所述数据传输步骤传输数据的数据库和应用层步骤。
实施例7
实施例7是对实施例6所述一种基于物联网的水环境数据传输***的进一步限定，所述数据处理步骤包括：
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行压缩的数据压缩步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行差错控制的数据差错控制步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据转换为统一格式的数据格式统一步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行异构容错的数据异构容错步骤。
实施例8
实施例8是对实施例7所述一种基于物联网的水环境数据传输***的进一步限定，所述数据异构容错步骤通过BP神经网络完成互补信息之间的融合。
实施例9
实施例9是对实施例6所述一种基于物联网的水环境数据传输***的进一步限定，所述数据传输管理步骤包括：
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息进行地下水参数计算的地下水参数计算步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息进行资源量计算的资源量计算步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息进行组件二次开发的组件式二次开发步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息建立地下水动态预测步骤的地下水动态预测模型建立步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息自动生成等值线的等值线自动生成步骤。
实施例10
实施例10是对实施例6所述一种基于物联网的水环境数据传输***的进一步限定，，所述采集步骤中的采集数据包括温度传感器采集的温度数据、湿度传感器采集的湿度数据、水位传感器采集的水位数据、水量传感器采集的水量数据、PH值传感器采集的PH值数据和北斗定位装置采集的位置数据。
本发明提供的一种基于物联网的水环境传输方法创新性的解决水环境现场数据采集向中心服务器传输中的多源异构问题，通过数据信息融合，提高采集信息的精确度再传向中心服务器，构建水环境数据传输中间件***，采用典型的三层***结构，包括底层感知层，传输中间层，数据应用层；其中，底层感知层即为数据采集模块，包括各种水环境信息采集所用的各种传感器，而传输中间层包括智能网关层、数据处理层以及传输管理层，具体如图1所示。本方法通过采集地下水的水环境信息数据作为数据源，研究建立针对水环境数据的传输中间件***(如图1所示)，对于***的智能网关层、数据处理层以及传输管理层结构做了具体的研究，最后进行***实现并展示了多源异构数据的接收和人机交互界面。为实现水环境自动在线监测数据传输存储和在全国范围内构建水环境监测网络提供可靠数据与方法***。
面向水环境的数据传输中间件***的主要技术是智能网关层、数据处理层和数据传输层。通过不同的采集设备进行数据采集，并经过中间层处理屏蔽不同的硬件接口，不同的传输协议和数据格式，最终通过人机交互界面形式展示集到的水环境数据和监测数据。中间件***主要用于描述网络连接管理软件，由于开发分布式应用的需要引入中间件***，它是一种独立的***软件或服务程序，用以管理计算机网络资源和网络通信，是连接两个不同应用程序或***的软件***，充分解决了计算机操作***、数据结构和网络通信方面的多源异构性，将复杂的协议处理、并行操作等问题与应用程序的开发应用隔离开来，为上层应用软件提供简单单一标准的运行开发环境。在实际的应用过程中，水环境现场如水库、地下水等水环境的地方有大量的传感器以及水泵，变压器等受控装置，还有一些摄像头等监控设备，这些都属于感知层中的底层硬件设备，有不同的数据存储结构，传输协议以及不同的电气特征，通过本方法处理这些多源异构问题，给水资源处理应用中的数据采集问题提供了有效的技术手段。
传输中间件***首先通过智能网关层采集地下水的水环境实时数据，同时将不同的通信协议转换成内部统一格式，在数据处理层将采集到的不同数据进行格式统一，并进行数据压缩，差错控制等方法改善数据后期传输效果，最后通过传输管理层使用统一的传输协议传输至应用层或者是集成应用的数据库中，如图1给出。水环境数据传输常用到CAN，RS485，Zigbee和GPRS/3G技术，多种传输协议混用使用上层应用层的开发存在困难，信息融合和统一难以实现。而本方法根据北方的气候特点及水资源情况，利用先进的遥感遥测与远程控制技术、计算机通信和网络技术，以及信息工程、人工智能和GIS(GeographicInformation Systems)技术等一系列高新技术手段，建立水资源实时数据传输与监测***。
本方法将建立一个分布式***，主要由水环境(水位、水温和水量)远程监控终端***、水环境取水远程实时测控与数据存储传输***和通讯传输***三部分组成，数据处理过程中，***将各个监测点基本信息通过GSM、GPRS、3G等方式向监测管理中心传输，监测管理中心接受来自各个监测点的监测数据并自动保存到相应的数据库中，监测管理中心由通讯***、信息***以及数据库***组成，各应用***数据高度集成，资源共享。***主要工作原理是通过在取水现场，水位传感器、水温传感器、流量计、取水开关等设备根据各自的接口被接入到监控终端相应的位置，监控终端根据设置对各个传感器和设备的信号进行采集，如果是模拟电信号(如4～20mA信号)则经过相应的前端电路进行处理，转换为稳定的电压信号，送入A/D转换器，将之转换为数字信号送入主控制器中进行处理；如果设备送入的是数字信号(如CAN总线接入的流量计)，则处理器经过自身的数据端口接收总线数据，并进行处理。处理器处理信号之后，将数据按照固定的格式存储到SD卡中。本地用户可以通过终端提供的操作界面查询当前和历史数据、查询余额、配置参数等。终端和管理中心的通讯方式与两端接入网的方式有关，如果管理中心计算机具有公网固定口，可以将管理中心计算机的m配置到终端上，终端定时发送包含自身ID的数据包到管理中心计算机上，从而建立连接，如果管理中心计算机是通过GPRS Modem接入网的，那么管理中心计算机在每次接入网时都可能改变，这就需要管理中心每次重新接入网时要通过短信的方式将自身IP通知给各个监控终端，从而建立连接。当监控终端和管理中心计算机建立起连接后，管理中心可以向各个监控终端发出水文数据采集、瞬时流量采集、余额查询、取水控制等指令数据包，监控终端收到指令数据包后作出相应的操作，并返回相应数据包到监控终端计算机。监控中心计算机收到上传的数据后进行筛选、分类、统计、分析并存储到数据库中。用户可以随时查询各个取水点的水文信息、取水量信息、瞬时取水流量信息、余额信息等。用户也可以通过监控计算机软件对各个取水点进行取水控制和充值操作。主要内容有以下几个部分：
1、数据接收
数据传输工作对***功能的实现有重要的影响，当前自动测报***通常采用自报式、查询应答式、自报/应答兼容式三种工作方式。数据接收子***要完成的工作是将监测数据根据用户操作同步到***中，为下一步数据应用做准备。主要确定传感器选择，传感器是信息采集的主要部件，更是对于地下水监测的主要环节，本方法中依赖传统的基础传感器，构建智能化的传感器***，常见的传感器如下：
(1)水位传感器水位是水资源监测中的一个重要参数，掌握水位的动态规律，可以更好的了解地下水的变化特征，常见的有压力式水位传感器
水位测量公式为h＝P/γ
其中：h为测点的水深，P为测点的净水压力，γ为水体容重。
(2)水温传感器当前常见的水温传感器为集成温度传感器，传统的热电偶监测灵敏度较低，已经不能满足当前市场对于精确温度的测量需要。
(3)水质传感器水质信息一般包括PH值、溶解氧、电导率等，随着计算机技术的发展与应用，水质自动采集技术得到了快速发展，可以分别通过不同的传感器进行直接的数据采集，比如PH值传感器等。
(4)水量传感器通过水位可以粗略的估算水量变化，在一些精度要求高的场合，一般常用水表传感器可以得到更准确的水量值。
2、数据应用
通过无线传输网络，实现对水量、水位等数据的采集，并将采集结果存储到数据库，本方法创新解决采集来的数据向中心服务器传输中的多源异构问题，主要通过数据信息融合处理不同种类的信息，解决了数据传输的复杂性。数据融合指的是应用计算机技术对通过各个传感器来监测到的数据在专业标准下以自动分析、优化综合来得到需要的决策的数据处理过程。本方法将采用互补数据融合和冗余数据融合两种方式来研究水环境在线监测***的数据融合。
冗余信息融合。在这个地方，冗余信息是一种传感器对一种监测对象进行了很多次监测以后获得的监测信息。比如在某一地点的水环境的温度的监测，就是很多次监测的温度数据组成的统一的一组温度数据，这就是所谓的水质的温度的冗余信息。利用信息融合能够大大变低信息的不完整以及提高其准确性，加大监测信息安全可靠度。本方法设计的自适应加权算法，把得到的数据信息进行加权平均，其最后的结论就是融合值。该算法以均方误差因计算，来提升数据的准确性，并且将会压缩传输数据的量以及得出更加合理的综合评价。
本方法所研究***将监测到的三类数据作为多传感器数据融合的信息源，进行水环境监测***的多传感器数据融合互补信息融合。鉴于对水环境情况的测验，无法仅仅利用的单一数据测评，这需要很多信息的综合处理来进行评定。互补信息指的是很多种类不同、功能不同的并且互相之间毫无关联的传感器，在不一样的时间点和不一样的空间之中检测到的关于水环境的互相独立的多组信息。在方法设计时，利用特殊的BP神经网络的建立成功完成互补信息之间的融合，通过理论的学习与时间的推理，能够把现实中复杂多变的水环境***变化为整个网络***能够理解的信息，并且BP模型具有很强的自组织、学习以及修复适应的功能，从来完成比较艰难的映射设计。由此利用对野外监测到的有关水环境质量信息数据，例如温度、PH至等，将其融合设计，从而将监测信息数据的准确性以及对于数据传输的安全性大大拔高，有利于我们对整个水环境***水质的全面研究。
利用自适应融合算法将水环境监测到的信息来完成冗余信息的融合。自适应加权算法指的是将不同传感器传输来的信息，利用其特质寻找其相应的权值，利用加法来得到最终的结论。这其中算法模型就如下图2表示。
X1,X2...Xn是指定的多种传感器的传输信息，
T1,T2...Tn是指的是相对的加权权重，是指的是最后的结论。
这三种信息应该有着下面所示的关系：
这里的加权***，通过下式求得：
其中，向量T＝[T1,T2,...,Tn]T,e＝[1,1,...1]T，矩阵A为传输信息的误差方差阵的迹，相应的最优信息融合估计的误差方差阵为
且有关系为对n维随机向量z的L个无偏估计，记估计误差为且与相关，误差方差和互协方差阵分别为和
算法将利用均方误差来做收敛指标，利用解决最小均方误差值，来得到其相应的最优估值结论。总均方误差的表示方式为下式：
其中X1,X2...Xn是指定的多种传感器的传输信息，由此可知E[(X-Xi)(X-Xj)]＝0,而且i≠j,i,j＝1,2...n。所以上式简化为
利用上式就能得出：总均方误差是与加权因子相关的多元二次函数。所以根据约束条件得出下式：
由此能够得到最终的最小均方误差
最终就能够得出最终的结论利用信息融合后得到的数据信息，更加充分的反应出水环境的基本信息，有利于进一步加工处理。
3、监测预警
监测预警***模型如图3所示，对不同测区的监测数据设置不同的监测预警阈值，当测区监测数据超过允许阈值，结合GIS技术，在图上高亮显示报警位置，并发出报警音，鼠标移至该高亮点，可以查看监测预警的超标值，并获取相关信息。预警信息提示要随地下水信息预警子***的启动同时启动。通过调取数据库中最新的重点水文信息，以滚动字幕的形式，进行预警信息循环显示。以实现对水资源量、漏斗区要素变化等因素的自动预警功能。此外，预警信息还要随数据库中的水文信息数据的更新而同步更新，进一步达到实时、准确的预警目的。
4、数据传输存储管理
地下水信息管理***是一个专业性很强的***，有一些关键性的需求，主要包括地下水参数与资源量计算、组件式二次开发、建立地下水动态预测模型和等值线自动生成。用户需要经过严格的认证才能获得合法授权使用本***，本***为水行政主管部门预留专门的接口。为了保障***的安全性，***用户必须通过身份验证方能使用***。授权用户登录***后只能看到自己能够使用的功能，和权限范围内的信息，进行符合***规定的权限范围的内各项功能操作。在地下水信息管理中，有两大数据需要计算，即①参数和②资源量。
①参数计算是指计算给水度等水文地质参数。***要提供各种水文地质参数的计算方法，实现用户只需输入参数计算所需要的数值就可以计算出相应的参数并可将计算的结果保存到数据库中的功能。
②资源量计算要实现利用二次评价时计算各项资源量的公式，输入相应的参数就可以计算出相应的资源量。
水环境资源监控***，将数据采集、数据传输和远程监控融为一体，可以满足准确及时地获取地下水水文信息，取水控制，计费控制，取水量监测等要求，这对地下水监控工作有着非常重要的意义。利用具有准确度高、可靠性高、稳定性好，而且具备一定的数据处理能力，并能够自检、自校、自补偿的智能传感器，传输并监测水环境信息包括水位、水温、水质等各项参数，并实时通过移动、联通、电信的GSM或3G数据业务传输至中央监控处理中心，一方面，为控制和合理开发水环境资源提供保护方案的基础资料，另一方面，也是检验水资源开发利用是否合理，水质环境保护措施是否得当，通过长期监测资料的分析，找出开发利用中存在的问题，提出改进方向和进一步的保护措施。
本方法的目的在于，设计出适用于水环境多源异构数据传输的统一通信协议及数据格式转换的统一格式规范；其次是提高传输效率和可靠性，并可以通过仿真与实际分析数据传输层的误码率和数据压缩比；最后是实现水环境数据传输中间件的人机交互界面。借鉴国内外数据传输及通信中间件方面的经验，为解决水环境现场数据采集向中心服务器传输中的多源异构问题，将构建普适的水环境数据传输与监测***。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种基于物联网的水环境数据传输***，其特征在于，所述水环境数据传输***包括：
用于采集水环境数据的采集模块；
用于将所述采集模块采集到的水环境数据进行协议解析与转换的协议解析转换模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行处理的数据处理模块；
用于将所述数据处理模块获得的数据进行传输和管理的数据传输管理模块；
用于接收所述数据传输模块传输数据的数据库和应用层模块。
2.根据权利要求1所述水环境数据传输***，其特征在于，所述数据处理模块包括：
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行压缩的数据压缩模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行差错控制的数据差错控制模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据转换为统一格式的数据格式统一模块；
用于将所述协议解析转换模块获得的解析和转换后的数据进行异构容错的数据异构容错模块。
3.根据权利要求2所述水环境数据传输***，其特征在于，所述数据异构容错模块通过BP神经网络完成互补信息之间的融合。
4.根据权利要求1所述水环境数据传输***，其特征在于，所述数据传输管理模块包括：
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息进行地下水参数计算的地下水参数计算模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息进行资源量计算的资源量计算模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息进行组件二次开发的组件式二次开发模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息建立地下水动态预测模块的地下水动态预测模型建立模块；
用于根据所述数据处理模块获得的数据信息自动生成等值线的等值线自动生成模块。
5.根据权利要求1所述水环境数据传输***，其特征在于，所述采集模块包括温度传感器、湿度传感器、水位传感器、水量传感器、PH值传感器和北斗定位装置。
6.一种基于物联网的水环境数据传输方法，其特征在于，所述水环境数据传输方法包括：
用于采集水环境数据的采集步骤；
用于将所述采集步骤采集到的水环境数据进行协议解析与转换的协议解析转换步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行处理的数据处理步骤；
用于将所述数据处理步骤获得的数据进行传输和管理的数据传输管理步骤；
用于接收所述数据传输步骤传输数据的数据库和应用层步骤。
7.根据权利要求6所述水环境数据传输方法，其特征在于，所述数据处理步骤包括：
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行压缩的数据压缩步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行差错控制的数据差错控制步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据转换为统一格式的数据格式统一步骤；
用于将所述协议解析转换步骤获得的解析和转换后的数据进行异构容错的数据异构容错步骤。
8.根据权利要求7所述水环境数据传输方法，其特征在于，所述数据异构容错步骤通过BP神经网络完成互补信息之间的融合。
9.根据权利要求6所述水环境数据传输方法，其特征在于，所述数据传输管理步骤包括：
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息进行地下水参数计算的地下水参数计算步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息进行资源量计算的资源量计算步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息进行组件二次开发的组件式二次开发步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息建立地下水动态预测步骤的地下水动态预测模型建立步骤；
用于根据所述数据处理步骤获得的数据信息自动生成等值线的等值线自动生成步骤。
10.根据权利要求6所述水环境数据传输方法，其特征在于，所述采集步骤中的采集数据包括温度传感器采集的温度数据、湿度传感器采集的湿度数据、水位传感器采集的水位数据、水量传感器采集的水量数据、PH值传感器采集的PH值数据和北斗定位装置采集的位置数据。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110146129A (zh) * 2019-05-17 2019-08-20 广州航海学院 一种基于北斗短报文的船舶实时污染监测***及方法
CN112880748A (zh) * 2021-03-16 2021-06-01 海南科技职业大学 一种基于物联网的水环境监测装置
CN113900407A (zh) * 2021-09-16 2022-01-07 深圳市广汇源环境水务有限公司 水环境处理***
CN114528325A (zh) * 2022-01-22 2022-05-24 宁波东海集团有限公司 一种水表诊断监控方法、***、存储介质及智能终端

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030186663A1 (en) * 2002-03-26 2003-10-02 Hai-Wen Chen Method and system for multi-sensor data fusion
CN101976494A (zh) * 2010-08-26 2011-02-16 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 录井实时数据采集及同步预警方法
CN104880225A (zh) * 2015-06-10 2015-09-02 河南科技学院 基于物联网的农作物种植田间小气候信息感知***
CN105872858A (zh) * 2016-04-27 2016-08-17 亦非云互联网技术（上海）有限公司 一种视频分享方法和***、视频处理***、及客户端
CN205809657U (zh) * 2016-07-15 2016-12-14 佛山市派能机电有限公司 船舶远程监控***

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030186663A1 (en) * 2002-03-26 2003-10-02 Hai-Wen Chen Method and system for multi-sensor data fusion
CN101976494A (zh) * 2010-08-26 2011-02-16 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 录井实时数据采集及同步预警方法
CN104880225A (zh) * 2015-06-10 2015-09-02 河南科技学院 基于物联网的农作物种植田间小气候信息感知***
CN105872858A (zh) * 2016-04-27 2016-08-17 亦非云互联网技术（上海）有限公司 一种视频分享方法和***、视频处理***、及客户端
CN205809657U (zh) * 2016-07-15 2016-12-14 佛山市派能机电有限公司 船舶远程监控***

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周丽丽: "基于物联网的水环境数据传输***的设计与实现", 《自动化技术与应用》 *
杨旭东: "具有随机时延的多传感器最优标量加权融合估计", 《机电工程》 *
赵忠杰: "数据融合技术在公路隧道火灾探测中的应用", 《西安科技大学学报》 *
陈春玲: "日光温室无线传感器多数据融合技术研究", 《沈阳农业大学学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110146129A (zh) * 2019-05-17 2019-08-20 广州航海学院 一种基于北斗短报文的船舶实时污染监测***及方法
CN110146129B (zh) * 2019-05-17 2021-10-15 广州航海学院 一种基于北斗短报文的船舶实时污染监测***及方法
CN112880748A (zh) * 2021-03-16 2021-06-01 海南科技职业大学 一种基于物联网的水环境监测装置
CN112880748B (zh) * 2021-03-16 2023-12-26 海南科技职业大学 一种基于物联网的水环境监测装置
CN113900407A (zh) * 2021-09-16 2022-01-07 深圳市广汇源环境水务有限公司 水环境处理***
CN114528325A (zh) * 2022-01-22 2022-05-24 宁波东海集团有限公司 一种水表诊断监控方法、***、存储介质及智能终端
CN114528325B (zh) * 2022-01-22 2023-03-14 宁波东海集团有限公司 一种水表诊断监控方法、***、存储介质及智能终端

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