專利名稱：一種水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
一種水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及海水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測領(lǐng)域，具體為一種海洋環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，海洋環(huán)境污染問題日益突出，認(rèn)知海洋環(huán)境典型污染物的含量和遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律，深入研究海洋環(huán)境過程機(jī)制，已經(jīng)受到了人們的日益關(guān)注，海洋環(huán)境已成為影響沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。然而，相關(guān)監(jiān)測技術(shù)的缺乏嚴(yán)重制約了我國在這一重要研究領(lǐng)域的發(fā)展。目前我國海水污染物的檢測方法是將大體積海水樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，首先進(jìn)行繁瑣的分離和富集，然后通過大型設(shè)備(如GC-MS)完成樣品分析。這種檢測手段不僅耗費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力，而且在時(shí)間尺度上不便于深入研究這些污染物在海水中的環(huán)境地球化學(xué)行為。因此，目前急需發(fā)展相應(yīng)的現(xiàn)場快速檢測技術(shù)及系統(tǒng)，能夠?qū)０稁Лh(huán)境中的典型污染物濃度進(jìn)行動(dòng)態(tài)的檢測，從而獲得在時(shí)間和空間尺度上的大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，探索海洋環(huán)境要素的現(xiàn)場快速分析技術(shù)，突破信息提取的關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行若干前沿技術(shù)的集成，實(shí)現(xiàn)對海岸帶、近海海洋環(huán)境、深遠(yuǎn)海海洋過程監(jiān)測。在此基礎(chǔ)上，核心傳感器向模塊化、智能化，進(jìn)一步向小型化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化方向已經(jīng)成為海洋監(jiān)測儀器發(fā)展的總體趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有海洋監(jiān)測技術(shù)中存在的實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測步驟繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的現(xiàn)狀，在在線自動(dòng)分析技術(shù)的基礎(chǔ)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出了一種利用網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)進(jìn)行水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測的系統(tǒng)。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是
一種水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，安裝于載體上，包括控制單元、傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理單元、以及傳輸單元；
其中控制單元包括進(jìn)樣控制模塊、采集控制模塊；進(jìn)樣控制模塊與監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)水閥門相連控制進(jìn)水和排水，采集控制模塊與進(jìn)樣控制模塊相連控制采集頻率、采集開始/停止;
數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)分析模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊與傳感器模塊連接，接受傳感器模塊上傳感器的信號并將信號發(fā)送至數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行分析；
傳輸單元與數(shù)據(jù)處理單元的輸出端連接，將分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理并將數(shù)據(jù)無線傳輸至客戶端。進(jìn)一步地，所述傳感器為微縮實(shí)驗(yàn)室傳感器、探頭式傳感器、和/或氣象參數(shù)傳感器。進(jìn)一步地,所述載體為浮標(biāo)或岸基式支撐體。進(jìn)一步地,所述進(jìn)樣控制模塊采用Datalogger數(shù)據(jù)采集器、單片機(jī)或PLC控制器。進(jìn)一步地，微縮實(shí)驗(yàn)室傳感器包括利用濕法化學(xué)進(jìn)行的氨氮、硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、亞硝酸鹽、和/或重金屬參數(shù)測量傳感器。
進(jìn)一步地，探頭式傳感為溫度、電導(dǎo)率、pH、溶解氧、葉綠素、藍(lán)綠藻、和/或石油污染物參數(shù)的光學(xué)傳感器。進(jìn)一步地，氣象傳感器為風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度、雨量、和/或太陽輻照度的氣象參數(shù)傳感器。進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理單元還包括數(shù)據(jù)備份模塊，所述數(shù)據(jù)備份模塊與數(shù)據(jù)采集模塊連接，接受數(shù)據(jù)采集模塊的原始數(shù)據(jù)并對采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初次備份。進(jìn)一步地，所述無線傳輸采用GSM、CDMA或衛(wèi)星通訊模式。進(jìn)一步地，所用傳感器模塊具有RS232、RS485、和SDI12標(biāo)準(zhǔn)化擴(kuò)展接口。本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果
I)本發(fā)明是一種水體(尤其是海洋)環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠建立以海洋定位浮標(biāo)為載體的高質(zhì)量的、連續(xù)的、實(shí)時(shí)的多參數(shù)監(jiān)測裝備，有利于建設(shè)區(qū)域性長期立體觀測系統(tǒng)，能夠更好的滿足我國緊迫的多參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警安全需求。2)本發(fā)明是一種全天候遠(yuǎn)程無線監(jiān)測系統(tǒng)，通過無線傳輸、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對海洋環(huán)境的立體監(jiān)測，用戶可以通過各種網(wǎng)絡(luò)終端，對海洋環(huán)境信息實(shí)時(shí)查詢、監(jiān)測信息動(dòng)態(tài)發(fā)布，能夠極大提高海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用水平，為加強(qiáng)應(yīng)對海洋災(zāi)害、輔助制定應(yīng)急管理決策提供堅(jiān)實(shí)科學(xué)依據(jù)和強(qiáng)大技術(shù)支持。3)本發(fā)明可以應(yīng)用于海洋環(huán)境的污染監(jiān)控、海洋生態(tài)(赤潮、營養(yǎng)鹽等)、漁業(yè)養(yǎng)殖(溶解氧、溫度、營養(yǎng)鹽、富營養(yǎng)化等)、海上航運(yùn)監(jiān)控、港口管理(潮汐、水流、風(fēng)浪、視頻監(jiān)控等)、水上運(yùn)動(dòng)及旅游(水質(zhì)、溫度、水流、風(fēng)浪等)等方面，另外可以根據(jù)需要進(jìn)行拓展傳感器，應(yīng)用于除海洋以外的其它水域(湖泊、河口等)，并可拓展應(yīng)用到土壤環(huán)境等污染監(jiān)測。


圖I是海洋環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)主要功能模塊示意 圖2是海洋環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)具體功能模塊示意 圖3是海洋環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)列表顯示界面；
圖4是海洋環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)圖形顯示界面；
其中I為控制單元、2為傳感器模塊、3為數(shù)據(jù)處理單元、4為傳輸單元、5為載體；6為進(jìn)樣控制模塊、7為采集控制模塊、8為電源控制模塊、9為微縮實(shí)驗(yàn)室傳感器10為探頭式傳感器、11為氣象傳感器、12為數(shù)據(jù)采集模塊、13為數(shù)據(jù)分析模塊、14為數(shù)據(jù)備份模塊、15為數(shù)據(jù)打包與傳輸模塊、16為客戶端。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖I和2所示，為本發(fā)明專利的海洋環(huán)境多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)單元結(jié)構(gòu)示意圖包括一種水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，整體安裝于載體上，載體可以為浮標(biāo)載體，也可以為岸基支撐體，測量包括控制單元I、傳感器模塊2、數(shù)據(jù)處理單元3、以及傳輸單元4 ；
其中控制單元I包括進(jìn)樣控制模塊6、采集控制模塊7 ;進(jìn)樣控制模塊6與監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)水閥門相連控制進(jìn)水和排水，采集控制模塊7與進(jìn)樣控制模塊相連控制采集頻率、采集開始/停止，進(jìn)樣控制模塊6采用Datalogger數(shù)據(jù)采集器、單片機(jī)或PLC控制器?？刂茊卧狪為監(jiān)測系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)傳感模塊2、數(shù)據(jù)處理單元3、傳輸單元4的協(xié)調(diào)與信息傳輸。數(shù)據(jù)處理單元3包括數(shù)據(jù)采集模塊12與數(shù)據(jù)分析模塊13，數(shù)據(jù)采集模塊12與傳感器模塊2連接，接受傳感器模塊2上傳感器的信號并將信號發(fā)送至數(shù)據(jù)分析模塊13進(jìn)行分析；傳感器為微縮實(shí)驗(yàn)室傳感器9、探頭式傳感器10、和/或氣象參數(shù)傳感器11，微縮實(shí)驗(yàn)室傳感器9包括利用濕法化學(xué)進(jìn)行的氨氮、硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、亞硝酸鹽、和/或重金屬參數(shù)測量傳感器。探頭式傳感為溫度、電導(dǎo)率、pH、溶解氧、葉綠素、藍(lán)綠藻、和/或石油污染物參數(shù)的光學(xué)傳感器。氣象傳感器為風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度、雨量、和/或太陽輻照度的氣象參數(shù)傳感器。數(shù)據(jù)處理單元3還包括數(shù)據(jù)備份 模塊14，數(shù)據(jù)備份模塊14與數(shù)據(jù)采集模塊連接12，接受數(shù)據(jù)采集模塊12的原始數(shù)據(jù)并對采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初次備份。系統(tǒng)的供電擬以太陽能供電或風(fēng)力發(fā)電為主，輔以蓄電池供電，供電系統(tǒng)由電源控制模塊8控制，可以滿足系統(tǒng)長期、實(shí)時(shí)監(jiān)測的需求。傳輸單元I主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理單元3的數(shù)據(jù)無線傳送，主要包括數(shù)據(jù)打包與傳輸模塊15，與數(shù)據(jù)處理單元的輸出端連接，將分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理并將數(shù)據(jù)無線傳輸至客戶端16。無線傳輸采用GSM、CDMA或衛(wèi)星通訊模式等無線接入控制中心，用戶終端通過internet與中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，客戶端16將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行本地存儲(chǔ)，并按照中心服務(wù)器的指令將數(shù)據(jù)發(fā)送至中心服務(wù)器。中心服務(wù)器負(fù)責(zé)各個(gè)浮標(biāo)終端的狀態(tài)管理及各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的水位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并提供一個(gè)基于GIS的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。各個(gè)相關(guān)單位通過授權(quán)密碼訪問，獲取中心服務(wù)器提供的各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)以及相關(guān)報(bào)表。如圖3所示，為本發(fā)明專利海洋環(huán)境多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示界面。用戶可以通過web網(wǎng)絡(luò)，直接查看現(xiàn)場測量的各類數(shù)據(jù)，本數(shù)據(jù)為2012年4月20日某海洋觀測點(diǎn)的現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)。通過本發(fā)明同時(shí)檢測的各類數(shù)據(jù)可直觀地顯示。如圖4所示，為本發(fā)明專利海洋環(huán)境多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行PC機(jī)中的數(shù)據(jù)列表顯示界面后，用戶可以通過查詢功能，查詢最近一段時(shí)間的存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)。本歷史曲線圖顯示的是2012年4月12日16點(diǎn)36分到2012年4月19日16點(diǎn)36分之間的水溫變化曲線。
權(quán)利要求
1.一種水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，安裝于載體上，其特征在于，包括控制單元、傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理單元、以及傳輸單元； 其中控制單元包括進(jìn)樣控制模塊、采集控制模塊；進(jìn)樣控制模塊與監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)水閥門相連控制進(jìn)水和排水，采集控制模塊與進(jìn)樣控制模塊相連控制采集頻率、采集開始/停止; 數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)分析模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊與傳感器模塊連接，接受傳感器模塊上傳感器的信號并將信號發(fā)送至數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行分析； 傳輸單元與數(shù)據(jù)處理單元的輸出端連接，將分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理并將數(shù)據(jù)無線傳輸至客戶端。
2.按照權(quán)利要求I所述的水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器為微縮實(shí)驗(yàn)室傳感器、探頭式傳感器、和/或氣象參數(shù)傳感器。
3.按照權(quán)利要求I所述的水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述載體為浮標(biāo)或岸基式支撐體。
4.按照權(quán)利要求I所述的水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)樣控制模塊采用Datalogger數(shù)據(jù)采集器、單片機(jī)或PLC控制器。
5.按照權(quán)利要求2所述的水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，微縮實(shí)驗(yàn)室傳感器包括利用濕法化學(xué)進(jìn)行的氨氮、硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、亞硝酸鹽、和/或重金屬參數(shù)測量傳感器。
6.按照權(quán)利要求2所述的水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，探頭式傳感為溫度、電導(dǎo)率、pH、溶解氧、葉綠素、藍(lán)綠藻、和/或石油污染物參數(shù)的光學(xué)傳感器。
7.按照權(quán)利要求2所述的水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，氣象傳感器為風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、濕度、雨量、和/或太陽輻照度的氣象參數(shù)傳感器。
8.按照權(quán)利要求I所述的水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元還包括數(shù)據(jù)備份模塊，所述數(shù)據(jù)備份模塊與數(shù)據(jù)采集模塊連接，接受數(shù)據(jù)采集模塊的原始數(shù)據(jù)并對采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初次備份。
9.按照權(quán)利要求I所述的水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳輸采用GSM、CDMA或衛(wèi)星通訊模式。
10.按照權(quán)利I所述的水體環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所用傳感器模塊具有RS232、RS485、和SDI12標(biāo)準(zhǔn)化擴(kuò)展接口。
全文摘要
本發(fā)明為一種海洋環(huán)境多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)安裝于載體上，包括控制單元、傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理單元、以及傳輸單元；控制單元包括進(jìn)樣控制模塊、采集控制模塊；進(jìn)樣控制模塊與監(jiān)測系統(tǒng)的進(jìn)水閥門相連控制進(jìn)水和排水，采集控制模塊與數(shù)據(jù)采集器相連控制采集頻率、采集開始/停止；數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)分析模塊，數(shù)據(jù)采集模塊與傳感器模塊連接，接受傳感器模塊上傳感器的信號并將信號發(fā)送至數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行分析；傳輸單元與數(shù)據(jù)處理單元的輸出端連接，將分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理并將數(shù)據(jù)無線傳輸至客戶端。本發(fā)明建立以海洋定位浮標(biāo)為載體的高質(zhì)量的、連續(xù)的、實(shí)時(shí)的多參數(shù)監(jiān)測裝備，有利于建設(shè)區(qū)域性長期立體觀測系統(tǒng)。
文檔編號G01D21/02GK102879038SQ20121037798
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者趙君才, 張文秀, 陳令新, 馮巍巍, 紀(jì)靈, 郭建國 申請人:煙臺(tái)海誠高科技有限公司, 中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所, 國家海洋局煙臺(tái)海洋環(huán)境監(jiān)測中心站