CN110346761A - 基于物联网的水源污染快速定位***和方法 - Google Patents

基于物联网的水源污染快速定位***和方法 Download PDF

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孙新娟
陆桂明
董怡
许丽
张帆
张晓华
杨阳蕊
张彤彤
李明浩
曾荣兴
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    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明公开了基于物联网的水源污染快速定位***和方法，涉及水环境定位技术领域，包括下位机和上位机，下位机包括主节点、三个参考节点和多个待测节点；上位机包括PC机，PC机内安装有应用管理软件；主节点接收处理待测节点和参考节点发送的数据后，并发送至上位机，上位机通过应用管理软件进行数据显示。本发明实现了水源位置的精确定位，简化了水源监管程序，提高了监督部门对水源环境的监管效率，有利于监督部门及时制止污水源污水的排放，减少对环境污染的进一步扩散。

Description

基于物联网的水源污染快速定位***和方法
技术领域
本发明涉及水环境定位技术领域，特别是涉及基于物联网的水源污染快速定位***和方法。
背景技术
目前，环境治理不仅在国内备受关注，其他国家也十分关注。水源污染是十分重要的一项，随着水污染的加剧，人们对水源污染也越来越关心。因此，水源污染的监测变得很重要。水源污染的监测，需要快速确定污染位置、污染指标，但是水源污染监测较为困难，水体时时刻刻在移动，其中指标也会不停的变化。所以，水源污染中非常重要的一环就是对水源污染的快速定位，快速的确定污染源的位置，有助于及时对水体污染进行处理。
发明内容
为了解决上述背景技术中水源污染监测较为困难的问题，本发明提供了基于物联网的水源污染快速定位***和方法。
本发明的技术方案：
基于物联网的水源污染快速定位***，包括下位机和上位机；下位机包括主节点、三个参考节点和多个待测节点；其中，三个所述参考节点的位置已知，所述主节点与上位机连接；上位机包括PC机，所述PC机内安装有应用管理软件；
所述待测节点和参考节点均用于获取水污染数据，并将水污染数据发送至主节点进行处理，所述主节点将处理结果发送至上位机，上位机将水污染数据通过应用管理软件进行显示。
优选的，所述应用管理软件包括个人中心模块和数据库模块；所述个人中心模块用于用户个人信息的管理、水污染数据的显示和查询以及水污染数据的图形化显示；所述数据库模块用于对角色数据、用户信息和水源污染的定位、指标信息的储存、查询和分析。
优选的，所述应用管理软件还包括Auth认证模块，所述Auth认证模块用于用户的注册、登陆验证和密码修改。
优选的，所述主节点、参考节点和待测节点均是无线传输模块；其中，所述参考节点和待测节点均携带有数据采集模块。
优选的，所述主节点、参考节点和待测节点均连接有按键模块和指示模块，所述按键模块用于组网方式的切换和电路的复位，所述指示模块用于组网指示、数据传输指示。
优选的，所述主节点还包括报警模块；所述报警模块用于水污染报警。
优选的，所述主节点还包括串口通信模块，所述主节点与上位机通过所述串口通信模块连接。
优选的，所述主节点、参考节点和待测节点还包括仿真接口，所述仿真接口用于给所述主节点、参考节点和待测节点烧录程序及进行在线仿真与调试。
基于物联网的水源污染快速定位***的方法，包括：
当某待测节点检测到该处水源出现污染，所述待测节点同时向三个所述参考节点发出数据请求，三个所述参考节点接收到来自所述待测节点的信号后提取接收信号强度值，对接收信号强度值进行处理后，并发送至所述主节点，所述主节点根据三个所述参考节点已知的位置和处理后的接收信号强度值得出所述待测节点的位置，并发送至上位机，上位机将所述待测节的位置信息通过应用管理软件进行显示
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明通过无线通信技术可以定位监督不同的水源环境，不仅可以实现水源位置的精确定位，还有利于监管人员的安全，同时简化了水源监管程序，以便监督人员通过PC端及时制止污水源污水的排放，减少对环境污染的进一步扩散。
2、本发明通过各种传感器采集模块可以实时反映水源不同位置不同污染物质的浓度指标，当污染物质的浓度指标超标时，超过此浓度自动在PC端或手机端进行检测预警提示，使得监督部门指挥更加便捷、准确，同时有利于监管效率的提高。
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。
图1为本发明的定位***总体结构框图；
图2为本发明的应用管理软件的结构图；
图3为本发明参考节点或待测节点的硬件***框图；
图4为本发明主节点的硬件***框图；
图5为三个圆两两相交的两种示意图；
图6为两个圆相交示意图；
图7为本发明的定位方法流程图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
如图1所示，本发明实施例中提供了基于物联网的水源污染快速定位***，包括下位机和上位机；
下位机包括主节点、三个参考节点和多个待测节点；其中，三个所述参考节点的位置已知，所述主节点与上位机连接；上位机包括PC机，所述PC机内安装有应用管理软件；
所述待测节点和参考节点均用于获取水污染数据，并将水污染数据发送至主节点进行处理，所述主节点将处理结果发送至上位机，上位机将水污染数据通过应用管理软件进行显示。
如图2所示，应用管理软件包括个人中心模块、数据库模块和Auth认证模块；个人中心模块包括用户个人信息、数据查询和图形显示三个子模块。用户通过用户个人信息子模块对用户的用户名和密码等相关信进行管理；用户通过数据查询子模块输入特定信息查询,可查询所有信息或查询特定信息，如查询污染源的位置信息、水污染程度信息和污染物的种类等；图形显示子模块主要负责监测值的历史数据信息的对比查询，并将对比的数据以图形化显示出来，比如污染处的温度、浊度等。
数据库模块包括角色数据、用户信息和定位、指标信息三个模块；角色数据、用户信息和定位、指标信息三个子模块；角色数据子模块的执行者是管理员，管理员可以修改相关信息，一般用户只能查看信息，即角色不同权限不同。用户信息子模块用于存储用户的用户名个登录密码。定位、指标信息子模块负责记录和存储水源污染处的坐标值、监测的水环境的相关值，比如温度、浊度等。
Auth认证模块用户注册、注册认证和修改密码模块，用户注册模块用于用户账号的注册，注册认证模块用于对用户的账号就进行认证，密码修改模块负责用户账号密码的修改。
具体的，主节点、参考节点和待测节点均是无线传输模块，三个参考节点和多个待测节点均携带有数据采集模块，且主节点、参考节点和待测节之间互相进行无线通信。其中，实现无线传输可采用ZigBee、WiFi、UWB等定位技术。本实施例采用ZigBee定位技术，无线传输模块采用CC2530ZigBee模块，数据采集模块与ZigBee模块连接，数据采集模块，包括多种用于测量水质指标的传感器，用于实时对监测区的水质污染数据进行检测。
如图3和图4所示，主节点、参考节点和待测节点均连接有按键模块、指示模块和仿真接口，按键模块用于组网方式的切换和电路的复位，指示模块用于组网指示、数据传输指示；再通过按键切换主节点、参考节点和待测节点之间的组网方式时，通过主节点、参考节点和待测节点上指示模块可以确认组网切换是否成功。当主节点、参考节点和待测节点之间互相进行数据传输时，通过指示模块可以确认主节点、参考节点和待测节点之间的数据传输是否正常。仿真接口用于给主节点、参考节点和待测节点烧录程序及在线仿真与调试，方便后期对主节点、参考节点和待测节进行维护。
主节点还包括报警模块和串口通信模块；报警模块用于出现水污染时报警，主节点与上位机通过串口通信模块连接。
本发明的定位工作原理：
选择某水源为监测区域，将三个参考节点和多个待测节点分散布置在该水源监测区域中，以三个参考节点为基础点，应理解为三个参考节点的坐标已知，多个待测节点的位置是未知的坐标。
其中，待测节点坐标的计算如下：
如图5所示，三个参考节点A,B,C坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)，待测节点D坐标为(x,y)，实际测得的待测节点与三个参考节点的距离分别为d1,d2,d3，分别以三个参考节点为圆心，以到待测节点间的距离为半径画圆，可出现两两相交但不交于一点的情况，利用质心定位算法计算待测节点D的坐标。
两圆出现两两相交时，质心的算法是：
1.首先以参考节点A(记为圆A)、参考节点B(记为圆B)为例，找出两圆相交的两个交点(Xa，Ya)和(Xb,Yb)，然后对两者进行比较，取距离参考节点C(记为圆C)的圆心最近的点，记为(X1,Y1)。
2.同理找到圆A圆C的交点，取距离圆B圆心最近的点，记为(X2,Y2)；找到圆B圆C的交点，取距离圆A圆心最近的点，记为(X3,Y3)。
3.以取得的三个交点为顶点构建一个三角形，三角形的质心坐标便可近似作为待测节点的坐标。质心坐标为
两圆交点的求解，如图6所示：
设圆A半径为d1，圆B半径为d2，两圆交点为C,D，AB与CD交点为E(x0,y0)。F为过点E的水平线与过点C的垂线的交点。
令L为AB长度，k1为直线AB的斜率，k2为直线CD的斜率。则有：
由
可得:
进一步得:
令R＝CE2，则有
由此可得：
故可得交点C、D坐标分别为：
可得，已知两圆心坐标A(x1,y1),B(x2,y2)，两圆半径d1,d2，可利用以下算法计算两交点坐标：
另
则
具体的，本发明的定位方法如图7所示：当某待测节点检测到该处水源出现污染，待测节点同时向三个参考节点发出数据请求，三个参考节点接收到来自待测节点的信号后提取接收信号强度(RSSI)值，对RSSI值进行处理后，并发送至主节点，主节点根据三个参考节点已知的位置和处理后的接收信号强度值得出待测节点的位置信息，主节点通过串口通信模块发送至上位机，上位机将待测节的位置信息通过应用管理软件显示出来，监督部门通过PC机端可以对水源环境进行实时监控。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于物联网的水源污染快速定位***，其特征在于，包括下位机和上位机；
下位机包括主节点、三个参考节点和多个待测节点；其中，三个所述参考节点的位置已知，所述主节点与上位机连接；
上位机包括PC机，所述PC机内安装有应用管理软件；
所述待测节点和参考节点均用于获取水污染数据，并将水污染数据发送至主节点进行处理，所述主节点将处理结果发送至上位机，上位机将水污染数据通过应用管理软件进行显示。
2.如权利要求1所述的基于物联网的水源污染快速定位***，其特征在于，所述应用管理软件包括个人中心模块和数据库模块；所述个人中心模块用于用户个人信息的管理、水污染数据的显示和查询以及水污染数据的图形化显示；所述数据库模块用于对角色数据、用户信息和水源污染的定位、指标信息的储存、查询和分析。
3.如权利要求1所述的基于物联网的水源污染快速定位***，其特征在于，所述应用管理软件还包括Auth认证模块，所述Auth认证模块用于用户的注册、登陆验证和密码修改。
4.如权利要求1所述的基于物联网的水源污染快速定位***，其特征在于，所述主节点、参考节点和待测节点均是无线传输模块；其中，所述参考节点和待测节点均携带有数据采集模块。
5.如权利要求1所述的基于物联网的水源污染快速定位***，其特征在于，所述主节点、参考节点和待测节点均连接有按键模块和指示模块，所述按键模块用于组网方式的切换和电路的复位，所述指示模块用于组网指示、数据传输指示。
6.如权利要求1所述的基于物联网的水源污染快速定位***，其特征在于，所述主节点还包括报警模块；所述报警模块用于水污染报警。
7.如权利要求1所述的基于物联网的水源污染快速定位***，其特征在于，所述主节点还包括串口通信模块，所述主节点与上位机通过所述串口通信模块连接。
8.如权利要求1所述的基于物联网的水源污染快速定位***，其特征在于，所述主节点、参考节点和待测节点还包括仿真接口，所述仿真接口用于给所述主节点、参考节点和待测节点烧录程序及在线仿真与调试。
9.应用权利要求1中基于物联网的水源污染快速定位***的方法，其特征在于，包括：
当某待测节点检测到该处水源出现污染，所述待测节点同时向三个所述参考节点发出数据请求，三个所述参考节点接收到来自所述待测节点的信号后提取接收信号强度值，对接收信号强度值进行处理后，并发送至所述主节点，所述主节点根据三个所述参考节点已知的位置和处理后的接收信号强度值得出所述待测节点的位置，并发送至上位机，上位机将所述待测节的位置信息通过应用管理软件进行显示。
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