CN110146671A - 一种组网水质监测***及其水质监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组网水质监测***，水质监测浮标组由分别布放在各个流域内的至少一水质监测浮标组成，水质监测浮标用于对水质实时监测，并将监测数据发送至附近监测站与移动终端；附近监测站用于将监测数据发送至远程控制中心；移动终端用于对监测数据进行汇总，在APP操作界面上显示，并在APP操作界面呈现出整个区域内水质动态监测参数；远程控制中心用于对监测数据进行解算，在操作界面上显示出区域电子地图上水质实时参数，供终端人员查看；由数个水质监测浮标布放于各个流域内，并分别与移动终端和远程控制中心进行通讯，组成三级网络拓扑结构，对流域水质进行实时在线监测。本发明还公开了基于组网水质监测***的水质监测方法。

Description

一种组网水质监测***及其水质监测方法

技术领域

本发明涉及水质监测领域，尤其涉及一种组网水质监测***及其水质监测方法。

背景技术

现有的水质监测设备，主要由各类传感器(例如：余氯器、PH传感器等)，主要作为对已经污染或者需要进行检测水质等室内检测化验用设备。这类设备技术成熟，且操作简单，价格低廉。另外，在一些重点水域，主要是针对重点区域的水质进行采样，并由相关的检测机构用试验设备对水质的参数进行化学检测，并于室内分析设备进行水质参数分析，并出具水样分析报告。目前环保部门主要采用COD监测仪测接入污染线监测网络，用于在线水质监测。

但上述水样监测方式均存在一定的局限性。单个的水质参数传感器只能在固定地点进行水样参数检测，但无法并网或者对于水域水质进行监测，无法实现联网和实时在线监测。水质采样分析，需要定时定区域进行采样，分析结果可信度较高，但需要大量人工操作，并只对某一个水样进行检测，无法达到监测水平。COD监测仪接入污染线监测网络能实现实时监测，但在监测过程中存在着以下不足：(1)仅能满足部分水域监测需要，无法实现区域联网；(2)在操作过程中需采用化学试剂进行化学反应分析，管路复杂，操作复杂，***维护复杂，故障率相对较高；(3)测定值受到温度、时间以及实验选用的试剂的影响，而影响测试结果，并存在二次污染的问题；(4)采样点设置、***校准，设备维护、水质中特殊成分对于监测结果影响很大；(5)在整个监测结果上与***复杂性上，不如水质传感器可靠，稳定。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种组网水质监测***及其水质监测方法，具有实时监测、组网通讯、数值预警、动态发布、***兼容等特点，监测数据准确，操作维护简单方便、组网性能好，智能化、信息化程度高，用户界面多样化，实时监测性能显著提高，特别适合环保部门对辖区内江河、湖泊、水源地等地区的水质进行实时监测。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

一种组网水质监测***，包括水质监测浮标组、附近监测站、移动终端、及远程控制中心，其中，

水质监测浮标组，主要由分别布放在各个流域内的至少一水质监测浮标组成，水质监测浮标用于对所在流域的水质进行实时监测，并将获得的监测数据通过附近的无线电通讯基站发送至附近监测站，通过移动通讯基站发送至移动终端；

附近监测站，用于将接收到的监测数据通过局域网发送至远程控制中心；

移动终端，用于对监测数据进行汇总，在其APP操作界面上显示出各个水质监测浮标的水质实时监测结果，并在其APP操作界面呈现出整个布放有水质监测浮标的区域内水质动态监测参数；

远程控制中心，其为CP终端，用于对接收到的监测数据进行解算，在其操作界面上显示出区域电子地图上水质实时参数，供终端人员查看任意一水质监测浮标监测到的参数，并对水质监测浮标工作模式进行设置；

由数个水质监测浮标布放于各个流域内，并分别与移动终端和远程控制中心进行通讯，组成三级网络拓扑结构，对流域水质进行实时在线监测。

作为本发明的进一步改进，所述水质监测浮标包括一仪器罐、设置于仪器罐上端的一无线电天线、设置于仪器罐上端的一GPS天线、设置于仪器罐上端的一PH传感器、设置于仪器罐上的一下传感器组、及通过一锚索连接于仪器罐下端的一锚，其中，在该仪器罐内由上至下依次内置有电连接至下传感器组的一微机控制器、电连接至微机控制器的一数据解算板、电源控制器板、电源与耐压舱，该微机控制器用于对水质监测浮标采集到的水质参数通过无线电、GPRS信道进行传输，并留有按照时序发送的多模块程序，在CP端进行设置选用，并同时转发给移动终端；该数据解算板主要用于对收集到的水质参数进行解算，并对照预先设定水质参数阙值进行对比，并将解算结果以及对比结果传输给微机控制器进行发送；该电源控制器板用于执行水质监测浮标内用电设备的用电分配，并监控电池安全状况，并在电量达到预警值时，向微机控制器发送维护指令。

作为本发明的进一步改进，在所述仪器罐内且位于耐压舱下方分别设置有一锚泊自动定深机构、连接于锚泊自动定深机构的一电机、及连接于电机的一电机控制板，其中，该锚索连接于锚泊自动定深机构，该锚泊自动定深机构包括连接于电机的输出轴端的一锚索盘、连接于锚索盘侧边上的一传动释放机构、及连接于传动释放机构侧边上的一锁紧释放机构，其中，该锚索缠绕于锚索盘上。

作为本发明的进一步改进，所述下传感器组包括分别设置于上的一余氯传感器、一ORP传感器、一浊度传感器、一PH传感器与一电导率传感器。

基于上述组网水质监测***的水质监测方法，包括以下步骤：

(1)将数个水质监测浮标放到不同的水域中，水质监测浮标自动定深布放，布放后，对所在流域中的水质进行实时监测，获得监测数据，并通过附近的无线电通讯基站将监测数据发送至附近监测站，通过移动通讯基站将监测数据发送至移动终端；

(2)移动终端对接收到的监测数据进行汇总，然后，通过移动终端APP操作界面显示各个水质监测浮标的水质实时监测结果，最终，在移动终端操作界面呈现出，布放有水质监测浮标的水域内水质的动态监测参数；

(3)附近监测站将接收到的监测数据通过局域网发送至远程控制中心，远程控制中心接收到监测数据后，后台自动解算数据，并在操作界面显示出区域电子地图上的水质实时参数，终端人员可选择任意一水质监测浮标的监测数据进行查看，

其中，步骤(2)与步骤(3)无先后顺序。

作为本发明的进一步改进，还包括以下步骤：

(4)水质监测浮标将监测数据与预设的水质指标阙值进行对比分析，若分析出监测数据中的参数超出水质指标阙值，则经由数据传输通道向移动终端与远程控制中心发送预警指令，并在移动终端与远程控制中心上进行预警显示，并传输超标的具体数值，终端人员查看预警信号的实际位置，采取相应措施。

作为本发明的进一步改进，还包括以下步骤：

(5)当需要切换工作模式时，远程控制中心在操作界面进行设置，并经由原先上传的通信信道传输指令给任意一水质监测浮标，水质监测浮标接收传输指令后，调动数据库内的不同工作模式，进行工作模式调用及切换，新工作模式开始运行，并分别向移动终端与附近监测站发送最新监测数据。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤(1)中，水质监测浮标进行自动定深布放具体包括以下步骤：

(1.1)由深度传感器测算出水域深度，并传输给微机控制器，微机控制器接收到水域深度后，计算出电机需要的转速、及单位时间内电机转的圈数，并将计算出的转速与圈数以指令的方式传递给电机控制板；

(1.2)电机控制板驱动电机转动，电机带动锚索盘转动松开锚索，传动释放机构释放锚索，锁紧释放机构控制锚索释放相应的长度，并补偿计算释放锚索长度的误差，锚索到达释放长度后锁紧机构，电机停止运动，不再释放锚索；

(1.3)最后，水质监测浮标稳定悬浮在水上，且水质监测浮标的无线电天线、GPS天线与指示灯露出水面。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤(1)中，水质监测浮标对布放水域内至少5公里流域及流向范围内的水质参数进行采集、分析、监测，水质参数包括温度、PH、浊度、溶氧与电导。

本发明的有益效果为：通过由数个水质监测浮标布放于各个流域内，并分别与移动终端和远程控制中心进行通讯，组成三级网络拓扑结构，实现大范围流域的水质实时在线监测，整个数据传输组网经过拓扑结构优化，运行流畅。具有实时监测、组网通讯、数值预警、动态发布、***兼容等特点，监测数据准确，操作维护简单方便、组网性能好，智能化、信息化程度高，用户界面多样化，实时监测性能显著提高，特别适合环保部门对辖区内江河、湖泊、水源地等地区的水质进行实时监测。

上述是发明技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明中组网水质监测***的拓扑结构图；

图2为本发明中水质监测浮标的结构示意图；

图3为本发明中水质监测浮标的内部结构示意图；

图4为本发明中锚泊自动定深机构的结构示意图；

图5为本发明中水质监测浮标悬浮在水上的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达到预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式详细说明。

本发明实施例提供一种组网水质监测***，包括水质监测浮标组、附近监测站、移动终端、及远程控制中心，其中，

水质监测浮标组，主要由分别布放在各个流域内的至少一水质监测浮标组成，水质监测浮标用于对所在流域的水质进行实时监测，即在一定时间段内进行水质直接检测，并分析检测数据，对比检测数据，水质监测浮标内置的存储模块对一定时间段内的水质参数数据进行存储；并将获得的监测数据通过附近的无线电通讯基站发送至附近监测站，通过移动通讯基站发送至移动终端，水质监测浮标合理布放于水域中，并形成网路，实现单点通讯，但水质监测浮标之间不能通讯；

附近监测站，作为现场监控端，用于将接收到的监测数据通过局域网(例如4G网络)发送至远程控制中心；

移动终端，用于对监测数据进行汇总，在其APP操作界面上显示出各个水质监测浮标的水质实时监测结果，并在其APP操作界面呈现出整个布放有水质监测浮标的区域内水质动态监测参数；例如，移动终端可选用手机APP终端；

远程控制中心，其为CP终端，用于对接收到的监测数据进行解算，在其操作界面上显示出区域电子地图上水质实时参数，供终端人员查看任意一水质监测浮标监测到的参数，并对水质监测浮标工作模式进行设置；

由数个水质监测浮标布放于各个流域内，并分别与移动终端和远程控制中心进行通讯，组成三级网络拓扑结构，实现大范围流域的水质实时在线监测，整个数据传输组网经过拓扑结构优化，运行流畅。其中，布放在各个流域内的单个水质监测浮标为第一级，其为水质监测的终端，附近监测站与移动终端为第二级，远程控制中心(CP终端)为第三级。

如图1所示，本实施例组网水质监测***形成的三级网络拓扑结构，每一水质监测浮标作为一个无线采集节点，数个水质监测浮标构成数个无线采集节点，并通过基于无线电通讯基站与移动通讯基站形成的无线节点分别与手机APP端和现场监控端进行无线通讯，再由手机APP端和现场监控端分别与远程控制中心进行无线通讯，实现监测数据的交互。

在本实施例中，如图2与图3所示，所述水质监测浮标包括一仪器罐1、设置于仪器罐1上端的一无线电天线2、设置于仪器罐1上端的一GPS天线3、设置于仪器罐1上端的一PH传感器4、设置于仪器罐1上的一下传感器组5、及通过一锚索6连接于仪器罐1下端的一锚7，其中，在该仪器罐1内由上至下依次内置有电连接至下传感器组5的一微机控制器8、电连接至微机控制器8的一数据解算板9、电源控制器板10、电源11与耐压舱12。其中，无线电天线2与微机控制器8相结合形成无线电通讯模块，GPS天线3与微机控制器8相结合形成GPRS通讯模块，无线电通讯模块主要针对无线电通讯基站并接入水域附近监测站，并上传至CP终端。CP终端能够对水质监测浮标进行指令下达，并通过原信道传输指令。GPRS通讯模块主要针对手机APP终端，并借由附近移动通讯基站进行数据发送，手机APP端无法对监测浮标下达指令。同时，GPS天线能够对水质监测浮标实现精准定位，并将所监测的区域位置信息发送至附近监测站与移动终端。

具体的，该微机控制器8中灌装固化的中控软件，用于对水质监测浮标采集到的水质参数通过无线电、GPRS信道进行传输，并留有按照时序发送的多模块程序，在CP端进行设置选用，并同时转发给移动终端。

具体的，该数据解算板9主要用于对收集到的水质参数进行解算，并对照预先设定水质参数阙值进行对比，并将解算结果以及对比结果传输给微机控制器进行发送。对比结果如果超出预先设定的水质指标阙值，则发送报警指令，同时上传实测数值，数据解算板会进行时序内多参数对比，防止误报警。

具体的，该电源控制器板10用于执行水质监测浮标内用电设备的用电分配，并监控电池安全状况，并在电量达到预警值时，向微机控制器发送维护指令。

本实施例提供的水质监测浮标可以用于对排污管道、城市自来水水源地、需要重点监控的水域进行水质实时在线监测。在监测区域水质时，运用已有的移动通讯基站、无线电通讯基站、环保部门现场监测站点的开放数据通道传输监测数据，而无需另外增加设备及建设项目。结合本***开发的嵌入式***接口，可以与电脑或者手机中地图软件对接，行成地域监测操作界面，能直接供环保部门在***终端查看辖区内布放组网水质监测***水域的实时水质参数。

在本实施例中，在所述仪器罐1内且位于耐压舱12下方分别设置有一锚泊自动定深机构13、连接于锚泊自动定深机构13的一电机14、及连接于电机14的一电机控制板15，其中，该锚索6连接于锚泊自动定深机构13，具体的，如图4所示，该锚泊自动定深机构13包括连接于电机14的输出轴端的一锚索盘131、连接于锚索盘131侧边上的一传动释放机构132、及连接于传动释放机构132侧边上的一锁紧释放机构133，其中，该锚索6缠绕于锚索盘131上。

在本实施例中，所述下传感器组5包括分别设置于上的一余氯传感器51、一ORP传感器52、一浊度传感器53、一PH传感器54与一电导率传感器。实现对布放水域内至少5公里流域及流向范围内的水质参数进行采集、分析、监测，水质参数包括温度、PH、浊度、溶氧与电导。

本实施例中的水质监测浮标中集成有嵌入式软件解算***，移动终端(手机APP终端)中集成有手机APP端开放式***，远程控制中心(CP终端)中集成有CP端开放式***。

具体的，所述嵌入式软件解算***是控制算法核心，采用嵌入式***框架，对于水质监测浮标内传输的参数进行综合控制，能接受指令，并控制无线电通讯模块、GPRS通讯模块传输以及接受数据，并下达浮标工作指令。具体的，通过无线电通讯模块进行数据发送，同时也通过GPRS通讯模块进行数据发送。并根据深度传感器传输的深度指令，驱动电机及电机控制板，释放锚泊自动定深机构。同时，嵌入式软件解算***解算CP端发送的指令，调用软件库里对应的工作模式，并同时对数据解算板及电源控制板下达指令。

具体的，所述手机APP端开放式***能够兼容手机操作***(安卓)，包括操作界面，手机***兼容端口。能够在手机上运行，并对接收到的数据进行处理分析，并在操作界面显示不同区域的水质动态实时数据。

具体的，所述CP端开放式***，包括界面显示，与CP操作***(windos)兼容。并能够嵌入监控区域内电子地图，在操作界面实时显示监测区域各个水质监测浮标传输的水质参数。同时，CP端开放式***能够向指定浮标发送指令。

本发明实施例还提供了基于上述组网水质监测***的水质监测方法，包括以下步骤：

(1)将数个水质监测浮标放到不同的水域中，水质监测浮标自动定深布放，布放后，对所在流域中的水质进行实时监测，获得监测数据，并通过附近的无线电通讯基站将监测数据发送至附近监测站，通过移动通讯基站采用GPRS信号将监测数据发送至移动终端；

(2)移动终端对接收到的监测数据进行汇总，然后，通过移动终端APP操作界面显示各个水质监测浮标的水质实时监测结果，最终，在移动终端操作界面呈现出，布放有水质监测浮标的水域内水质的动态监测参数；并可以在移动终端查看某一水质监测浮标的运行状态及水质监测数据；

(3)附近监测站将接收到的监测数据通过局域网(可以为环保部门开放的数据通道)发送至远程控制中心，远程控制中心接收到监测数据后，后台自动解算数据，并在操作界面显示出区域电子地图上的水质实时参数，终端人员可选择任意一水质监测浮标的监测数据进行查看，

其中，步骤(2)与步骤(3)无先后顺序。

本实施例水质监测方法还包括以下步骤：

(4)水质监测浮标将监测数据与预设的水质指标阙值进行对比分析，若分析出监测数据中的参数超出水质指标阙值，则经由数据传输通道向移动终端与远程控制中心发送预警指令，并在移动终端与远程控制中心上进行预警显示，并传输超标的具体数值，终端人员(例如环保部门人员)查看预警信号的实际位置，采取相应措施。

本实施例水质监测方法还包括以下步骤：

(5)当需要切换工作模式时，远程控制中心在操作界面进行设置，并经由原先上传的通信信道传输指令给任意一水质监测浮标，水质监测浮标接收传输指令后，调动数据库内的不同工作模式，进行工作模式调用及切换，新工作模式开始运行，并分别向移动终端与附近监测站发送最新监测数据。

在所述步骤(1)中，水质监测浮标进行自动定深布放具体包括以下步骤：

(1.1)由深度传感器测算出水域深度，并传输给微机控制器，微机控制器接收到水域深度后，计算出电机需要的转速、及单位时间内电机转的圈数，并将计算出的转速与圈数以指令的方式传递给电机控制板；

(1.2)电机控制板驱动电机转动，电机带动锚索盘转动松开锚索，传动释放机构释放锚索，锁紧释放机构控制锚索释放相应的长度，并补偿计算释放锚索长度的误差，锚索到达释放长度后锁紧机构，电机停止运动，不再释放锚索；

(1.3)最后，水质监测浮标稳定悬浮在水上，如图5所示，且水质监测浮标的无线电天线、GPS天线与指示灯露出水面，指示灯设置于水质监测浮标上，指示灯夜间会发光，避免航道船只误撞水质监测浮标。

本实施例水质监测浮标通过自动定深布放，定位于选定的布放水域，长期值守，水域环境适应性强。

在所述步骤(1)中，水质监测浮标对布放水域内至少5公里流域及流向范围内的水质参数进行采集、分析、监测，水质参数包括温度、PH、浊度、溶氧与电导，主要依赖于余氯传感器、ORP传感器、浊度传感器、PH传感器与电导率传感器检测出。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故采用与本发明上述实施例相同或近似的技术特征，而得到的其他结构，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种组网水质监测***，其特征在于，包括水质监测浮标组、附近监测站、移动终端、及远程控制中心，其中，

水质监测浮标组，主要由分别布放在各个流域内的至少一水质监测浮标组成，水质监测浮标用于对所在流域的水质进行实时监测，并将获得的监测数据通过附近的无线电通讯基站发送至附近监测站，通过移动通讯基站发送至移动终端；

附近监测站，用于将接收到的监测数据通过局域网发送至远程控制中心；

移动终端，用于对监测数据进行汇总，在其APP操作界面上显示出各个水质监测浮标的水质实时监测结果，并在其APP操作界面呈现出整个布放有水质监测浮标的区域内水质动态监测参数；

远程控制中心，其为CP终端，用于对接收到的监测数据进行解算，在其操作界面上显示出区域电子地图上水质实时参数，供终端人员查看任意一水质监测浮标监测到的参数，并对水质监测浮标工作模式进行设置；

由数个水质监测浮标布放于各个流域内，并分别与移动终端和远程控制中心进行通讯，组成三级网络拓扑结构，对流域水质进行实时在线监测。

2.根据权利要求1所述的组网水质监测***，其特征在于，所述水质监测浮标包括一仪器罐、设置于仪器罐上端的一无线电天线、设置于仪器罐上端的一GPS天线、设置于仪器罐上端的一PH传感器、设置于仪器罐上的一下传感器组、及通过一锚索连接于仪器罐下端的一锚，其中，在该仪器罐内由上至下依次内置有电连接至下传感器组的一微机控制器、电连接至微机控制器的一数据解算板、电源控制器板、电源与耐压舱，该微机控制器用于对水质监测浮标采集到的水质参数通过无线电、GPRS信道进行传输，并留有按照时序发送的多模块程序，在CP端进行设置选用，并同时转发给移动终端；该数据解算板主要用于对收集到的水质参数进行解算，并对照预先设定水质参数阙值进行对比，并将解算结果以及对比结果传输给微机控制器进行发送；该电源控制器板用于执行水质监测浮标内用电设备的用电分配，并监控电池安全状况，并在电量达到预警值时，向微机控制器发送维护指令。

3.根据权利要求2所述的组网水质监测***，其特征在于，在所述仪器罐内且位于耐压舱下方分别设置有一锚泊自动定深机构、连接于锚泊自动定深机构的一电机、及连接于电机的一电机控制板，其中，该锚索连接于锚泊自动定深机构，该锚泊自动定深机构包括连接于电机的输出轴端的一锚索盘、连接于锚索盘侧边上的一传动释放机构、及连接于传动释放机构侧边上的一锁紧释放机构，其中，该锚索缠绕于锚索盘上。

4.根据权利要求2所述的组网水质监测***，其特征在于，所述下传感器组包括分别设置于上的一余氯传感器、一ORP传感器、一浊度传感器、一PH传感器与一电导率传感器。

5.基于权利要求1至4中任一所述组网水质监测***的水质监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将数个水质监测浮标放到不同的水域中，水质监测浮标自动定深布放，布放后，对所在流域中的水质进行实时监测，获得监测数据，并通过附近的无线电通讯基站将监测数据发送至附近监测站，通过移动通讯基站将监测数据发送至移动终端；

(2)移动终端对接收到的监测数据进行汇总，然后，通过移动终端APP操作界面显示各个水质监测浮标的水质实时监测结果，最终，在移动终端操作界面呈现出，布放有水质监测浮标的水域内水质的动态监测参数；

(3)附近监测站将接收到的监测数据通过局域网发送至远程控制中心，远程控制中心接收到监测数据后，后台自动解算数据，并在操作界面显示出区域电子地图上的水质实时参数，终端人员可选择任意一水质监测浮标的监测数据进行查看，

其中，步骤(2)与步骤(3)无先后顺序。

6.根据权利要求5所述的水质监测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

(4)水质监测浮标将监测数据与预设的水质指标阙值进行对比分析，若分析出监测数据中的参数超出水质指标阙值，则经由数据传输通道向移动终端与远程控制中心发送预警指令，并在移动终端与远程控制中心上进行预警显示，并传输超标的具体数值，终端人员查看预警信号的实际位置，采取相应措施。

7.根据权利要求5所述的水质监测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

(5)当需要切换工作模式时，远程控制中心在操作界面进行设置，并经由原先上传的通信信道传输指令给任意一水质监测浮标，水质监测浮标接收传输指令后，调动数据库内的不同工作模式，进行工作模式调用及切换，新工作模式开始运行，并分别向移动终端与附近监测站发送最新监测数据。

8.根据权利要求5所述的水质监测方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，水质监测浮标进行自动定深布放具体包括以下步骤：

(1.1)由深度传感器测算出水域深度，并传输给微机控制器，微机控制器接收到水域深度后，计算出电机需要的转速、及单位时间内电机转的圈数，并将计算出的转速与圈数以指令的方式传递给电机控制板；

(1.2)电机控制板驱动电机转动，电机带动锚索盘转动松开锚索，传动释放机构释放锚索，锁紧释放机构控制锚索释放相应的长度，并补偿计算释放锚索长度的误差，锚索到达释放长度后锁紧机构，电机停止运动，不再释放锚索；

(1.3)最后，水质监测浮标稳定悬浮在水上，且水质监测浮标的无线电天线、GPS天线与指示灯露出水面。

9.根据权利要求5所述的水质监测方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，水质监测浮标对布放水域内至少5公里流域及流向范围内的水质参数进行采集、分析、监测，水质参数包括温度、PH、浊度、溶氧与电导。