一種河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)和按照一定的間隔部署在待監(jiān)測(cè)河道上多個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，其中，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備包括：水質(zhì)參數(shù)感知與變送單元、水質(zhì)取樣單元、處理與控制單元、數(shù)據(jù)通信單元和電源適配單元；水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)用于對(duì)所述多個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行管理，包括：數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)填報(bào)與編輯單元，用戶(hù)展示與交互單元和管理單元。本發(fā)明建立了各水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備之間的時(shí)間關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法及時(shí)捕捉小規(guī)模、隨意性的排污情況的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種河道水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]村鎮(zhèn)河道流域污染源主要以生活污水為主，水質(zhì)隨著居民生產(chǎn)生活、天氣變化而隨時(shí)動(dòng)態(tài)變化，其排污特點(diǎn)主要是小規(guī)模、隨意性、突發(fā)性、流動(dòng)性和擴(kuò)散性等特點(diǎn)，相對(duì)獨(dú)立的單點(diǎn)監(jiān)測(cè)效果難以準(zhǔn)確確定排污的時(shí)間、總量、對(duì)水體的影響等，導(dǎo)致不能及時(shí)全面的發(fā)現(xiàn)水質(zhì)污染狀況。另一方面由于水質(zhì)傳感器長(zhǎng)期浸入在水下，污濁物、水藻、微生物等均會(huì)對(duì)傳感器測(cè)定的精確度產(chǎn)生影響，現(xiàn)有技術(shù)并未提出有效可行的方法避免異常數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)造成的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，建立了各水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備之間的時(shí)間關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法及時(shí)捕捉小規(guī)模、隨意性的排污情況的問(wèn)題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0005]一種河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)和按照一定的間隔部署在待監(jiān)測(cè)河道上多個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，其中，
[0006]水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于自動(dòng)獲取水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值，包括:
[0007]水質(zhì)參數(shù)感知與變送單元，包括采集模塊和信號(hào)變送模塊，其中采集模塊包括水溫探頭、PH值探頭、溶解氧探頭、電導(dǎo)率探頭、濁度探頭、流速探頭，用于采集各水質(zhì)參數(shù)；信號(hào)變送模塊，用于將各探頭采集的各水質(zhì)參數(shù)的測(cè)量值轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并發(fā)送給處理與控制單兀；
[0008]水質(zhì)取樣單元，包括采水管、微型蠕動(dòng)泵、水樣儲(chǔ)存瓶，用于根據(jù)控制命令進(jìn)行水質(zhì)取樣；
[0009]處理與控制單元，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、處理器、存儲(chǔ)模塊和時(shí)鐘模塊，用于接收信號(hào)變送模塊發(fā)送的電信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊處理后得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，處理器根據(jù)存儲(chǔ)模塊中預(yù)先存儲(chǔ)的各探頭的感知特性和經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊處理后得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，得到各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值，發(fā)送給數(shù)據(jù)通信單元；
[0010]處理與控制單元還用于向采集模塊發(fā)送控制命令，控制水質(zhì)取樣單元進(jìn)行水質(zhì)取樣；
[0011]數(shù)據(jù)通信單元，用于將各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值發(fā)送給水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)；
[0012]電源適配單元，用于完成不同輸入電壓的轉(zhuǎn)換適配，為水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備各單元提供能量供給；
[0013]水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)，用于對(duì)所述多個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行管理，包括:
[0014]數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)單元，用于接收所有水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備上報(bào)的各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值，并進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0015]數(shù)據(jù)填報(bào)與編輯單元，用于根據(jù)所述水質(zhì)取樣的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果，對(duì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備上報(bào)的各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值進(jìn)行擴(kuò)展填報(bào)，并對(duì)存在故障的探頭測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯修正；
[0016]用戶(hù)展示與交互單元，用于顯示實(shí)時(shí)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并提供歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)?yōu)g覽，提供用戶(hù)對(duì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置值設(shè)定，包括正常采集時(shí)間間隔、各參數(shù)正常閾值范圍、單次水質(zhì)取樣量的設(shè)定；
[0017]管理單元，用于將用戶(hù)的配置值下發(fā)至水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，并在水質(zhì)異常發(fā)生時(shí)，對(duì)各水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備間的采集監(jiān)測(cè)時(shí)間進(jìn)行總體計(jì)算與調(diào)度，控制完成各監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)間關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)。
[0018]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)通信單元支持多種通信方式，包括3G/GPRS、以太網(wǎng)、Zigbee、WIFI和RS232/485有線通信。
[0019]優(yōu)選地，所述水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備還包括超聲波清洗器，用于在各探頭進(jìn)行水質(zhì)參數(shù)采集前和采集中對(duì)所述各探頭進(jìn)行清洗。
[0020]優(yōu)選地，所述管理單元在水質(zhì)異常發(fā)生時(shí)，對(duì)各水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備間的采集監(jiān)測(cè)時(shí)間進(jìn)行總體計(jì)算與調(diào)度，控制完成各監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)間關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)包括:
[0021]設(shè)A、B、C、D為河道流域上游到下游的四個(gè)相鄰水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，若Tb時(shí)刻B設(shè)備最先發(fā)現(xiàn)某水質(zhì)參數(shù)超過(guò)設(shè)定的正常閾值范圍，則管理單元對(duì)污染物到達(dá)其相鄰監(jiān)測(cè)設(shè)備的時(shí)間進(jìn)行關(guān)聯(lián)求解，計(jì)算方法如下:
[0022]當(dāng)A為B的上游節(jié)點(diǎn)時(shí),且Vtl > vB，其中VtI為該污染物在靜水中的擴(kuò)散速度，vB為B點(diǎn)處的水流速度，則污染物擴(kuò)散至上游節(jié)點(diǎn)A，的時(shí)刻Ta為:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)和按照一定的間隔部署在待監(jiān)測(cè)河道上多個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，其中， 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于自動(dòng)獲取水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值，包括: 水質(zhì)參數(shù)感知與變送單元，包括采集模塊和信號(hào)變送模塊，其中采集模塊包括水溫探頭、PH值探頭、溶解氧探頭、電導(dǎo)率探頭、濁度探頭、流速探頭，用于采集各水質(zhì)參數(shù)；信號(hào)變送模塊，用于將各探頭采集的各水質(zhì)參數(shù)的測(cè)量值轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并發(fā)送給處理與控制單元； 水質(zhì)取樣單元，包括采水管、微型蠕動(dòng)泵、水樣儲(chǔ)存瓶，用于根據(jù)控制命令進(jìn)行水質(zhì)取樣； 處理與控制單元，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、處理器、存儲(chǔ)模塊和時(shí)鐘模塊，用于接收信號(hào)變送模塊發(fā)送的電信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊處理后得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，處理器根據(jù)存儲(chǔ)模塊中預(yù)先存儲(chǔ)的各探頭的感知特性和經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊處理后得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，得到各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值，發(fā)送給數(shù)據(jù)通信單元； 處理與控制單元還用于向采集模塊發(fā)送控制命令，控制水質(zhì)取樣單元進(jìn)行水質(zhì)取樣； 數(shù)據(jù)通信單元，用于將各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值發(fā)送給水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)； 電源適配單元，用 于完成不同輸入電壓的轉(zhuǎn)換適配，為水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備各單元提供能量供給； 水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)，用于對(duì)所述多個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行管理，包括: 數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)單元，用于接收所有水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備上報(bào)的各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值，并進(jìn)行存儲(chǔ)； 數(shù)據(jù)填報(bào)與編輯單元，用于根據(jù)所述水質(zhì)取樣的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果，對(duì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備上報(bào)的各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值進(jìn)行擴(kuò)展填報(bào)，并對(duì)存在故障的探頭測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯修正； 用戶(hù)展示與交互單元，用于顯示實(shí)時(shí)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并提供歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)?yōu)g覽，提供用戶(hù)對(duì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置值設(shè)定，包括正常采集時(shí)間間隔、各參數(shù)正常閾值范圍、單次水質(zhì)取樣量的設(shè)定； 管理單元，用于將用戶(hù)的配置值下發(fā)至水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，并在水質(zhì)異常發(fā)生時(shí)，對(duì)各水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備間的采集監(jiān)測(cè)時(shí)間進(jìn)行總體計(jì)算與調(diào)度，控制完成各監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)間關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)通信單元支持多種通信方式，包括 3G/GPRS、以太網(wǎng)、Zigbee、WIFI 和 RS232/485 有線通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備還包括超聲波清洗器，用于在各探頭進(jìn)行水質(zhì)參數(shù)采集前和采集中對(duì)所述各探頭進(jìn)行清洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述管理單元在水質(zhì)異常發(fā)生時(shí)，對(duì)各水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備間的采集監(jiān)測(cè)時(shí)間進(jìn)行總體計(jì)算與調(diào)度，控制完成各監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)間關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)包括: 設(shè)A、B、C、D為河道流域上游到下游的四個(gè)相鄰水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，若Tb時(shí)刻B設(shè)備最先發(fā)現(xiàn)某水質(zhì)參數(shù)超過(guò)設(shè)定的正常閾值范圍，則管理單元對(duì)污染物到達(dá)其相鄰監(jiān)測(cè)設(shè)備的時(shí)間進(jìn)行關(guān)聯(lián)求解，計(jì)算方法如下:當(dāng)A為B的上游節(jié)點(diǎn)時(shí)，且V。> Vb，其中V。為該污染物在靜水中的擴(kuò)散速度，Vb為B點(diǎn)處的水流速度，則污染物擴(kuò)散至上游節(jié)點(diǎn)A，的時(shí)刻Ta為:

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)還包括數(shù)據(jù)處理與報(bào)警單元，當(dāng)任意水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備采集的水質(zhì)參數(shù)出現(xiàn)超閾值情況時(shí)，數(shù)據(jù)處理與報(bào)警單元通過(guò)多種方式發(fā)布報(bào)警提示，包括網(wǎng)頁(yè)報(bào)警提示與短信報(bào)警提示，在網(wǎng)頁(yè)端根據(jù)河道的流域流向，提示目前水質(zhì)超標(biāo)出現(xiàn)的區(qū)域范圍，并根據(jù)超標(biāo)程度設(shè)定不同的報(bào)警顯示方式，輕微超標(biāo)為橙色、嚴(yán)重超標(biāo)為紅色。
6.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，該方法包括: 51.采集模塊中的各探頭采集各水質(zhì)參數(shù)；水質(zhì)取樣單元根據(jù)處理與控制單元下發(fā)的控制命令進(jìn)行水質(zhì)取樣； 52.信號(hào)變送模塊將各探頭采集的各水質(zhì)參數(shù)的測(cè)量值轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并發(fā)送給處理與控制單元； 53.處理與控制單元接收信號(hào)變送模塊發(fā)送的電信號(hào)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊處理后得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，處理器根據(jù)存儲(chǔ)模塊中預(yù)先存儲(chǔ)的各探頭的感知特性和經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊處理后得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，得到各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值，發(fā)送給數(shù)據(jù)通信單元； 54.數(shù)據(jù)通信單元將各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值發(fā)送給水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)； 55.水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)接收所有水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備上報(bào)的各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值，并進(jìn)行存儲(chǔ)； 56.水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)所述水質(zhì)取樣的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果，對(duì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備上報(bào)的各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值進(jìn)行擴(kuò)展填報(bào)，并對(duì)存在故障的探頭測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯修正； S7水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)負(fù)責(zé)顯示實(shí)時(shí)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并提供歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)?yōu)g覽，提供用戶(hù)對(duì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置值設(shè)定，包括正常采集時(shí)間間隔、各參數(shù)正常閾值范圍、單次水質(zhì)取樣量的設(shè)定； S8.將用戶(hù)的配置值下發(fā)至水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，并在水質(zhì)異常發(fā)生時(shí)，對(duì)各水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備間的采集監(jiān)測(cè)時(shí)間進(jìn)行總體計(jì)算與調(diào)度，控制完成各監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)間關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中數(shù)據(jù)通信單元支持多種通信方式將各探頭的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值發(fā)送給水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)，包括3G/GPRS、以太網(wǎng)、Zigbee、WIFI和RS232/485有線通信。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟SI中，在采集模塊中的各探頭采集各水質(zhì)參數(shù)之前和采集各水質(zhì)參數(shù)的過(guò)程中，超聲波清洗器對(duì)所述各探頭進(jìn)行清洗。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S8中在水質(zhì)異常發(fā)生時(shí)，對(duì)各水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備間的采集監(jiān)測(cè)時(shí)間進(jìn)行總體計(jì)算與調(diào)度，控制完成各監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)間關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)包括: 設(shè)A、B、C、D為河道流域上游到下游的四個(gè)相鄰水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，若Tb時(shí)刻B設(shè)備最先發(fā)現(xiàn)某水質(zhì)參數(shù)超過(guò)設(shè)定的正常閾值范圍，則管理單元對(duì)污染物到達(dá)其相鄰監(jiān)測(cè)設(shè)備的時(shí)間進(jìn)行關(guān)聯(lián)求解，計(jì)算方法如下: 當(dāng)A為B的上游節(jié)點(diǎn)時(shí)，且V(l > vB，其中V(l為該污染物在靜水中的擴(kuò)散速度，vB為B點(diǎn)處的水流速度，則污染物擴(kuò)散至上游節(jié)點(diǎn)A，的時(shí)刻Ta為:
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括當(dāng)任意水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)采集的水質(zhì)參數(shù)出現(xiàn)超閾值情況時(shí)，水質(zhì)監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)多種方式發(fā)布報(bào)警提示，包括網(wǎng)頁(yè)報(bào)警提示與短信報(bào)警提示，在網(wǎng)頁(yè)端根據(jù)河道的流域流向，提示目前水質(zhì)超標(biāo)出現(xiàn)的區(qū)域范圍，并根據(jù)超標(biāo)程度設(shè)定不同的報(bào)警顯示方式，輕微超標(biāo)為橙色、嚴(yán)重超標(biāo)為紅色。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK103983304SQ201410188834
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】郝鵬, 繆祎晟, 吳華瑞, 李飛飛, 馬為紅, 劉論 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心