一种用于检测水体富营养化的智能化监测系统

1.本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种用于检测水体富营养化的智能化监测系统。


背景技术：

2.我国拥有众多天然河流及湖泊，大部分水深较浅，局部存在滞留区，导致部分流域氮磷浓度远超水体富营养化阈值，在夏秋季节存在较大的富营养化风险。根据调查资料和国内外评价湖泊富营养化指标，我国37个主要湖泊的营养状况为：中营养型和中富营养型的占55.8％，富营养型的占14.7％，重富营养型的占8.8％。目前来看我国主要湖泊氮、磷污染依然严重，导致富营养化问题突出。及时有效的监测湖泊水体是否富营养化，这成为解决湖泊水质问题的一个重要方法。随着信号网络在社会上的广泛使用，利用网络的高效、快捷等优点，可以做到“人在办公室坐，数据从天上来”。这会大范围的减少人力物力的浪费，也能更大程度的防止湖泊富营养化。


技术实现要素：

3.本发明为了监测天然湖泊水质状态，及时了解湖泊水资源富营养化状态，本发明提供了一种用于检测水体富营养化的智能化监测系统，利用远程数据传输实现实时在线接收数据，并且立刻分析数据。如果数据超出正常范围，则会立刻报警，让相关工作人员第一时间了解水质情况。若数据正常的情况下，则会继续进行新一轮的监测，过程重复并一直继续下去。
4.本发明提供了一种用于检测水体富营养化的智能化监测系统，具有这样的特征，包括：数据监测设备以及与该数据监测设备远程通讯的监测终端设备，其中，数据监测设备包括感知装置、定位装置以及存储发射装置，感知装置包括至少一个感知探头，感知探头对待监测水体的水质情况进行检测得到水体检测数据，定位装置包括至少一个定位芯片，定位芯片设置在感知探头上收集感知探头的位置信息，存储发射装置对水体检测数据以及位置信息进行存储并向外发射，监测终端设备包括数据接收装置以及平台管理装置，数据接收装置包括第一数据处理模块以及通讯模块，第一数据处理模块接收存储发射装置输出的水体检测数据并进行初步筛选，得到无效数据及筛选后数据，通讯模块向外传递筛选后数据，平台管理装置包括第二数据处理模块和状态判断模块，第二数据处理模块接收筛选后数据并进行计算，得到水体检测结果，状态判断模块预设有水体标准，根据水体检测结果及水体标准判断待监测水体的营养化状态。
5.在本发明提供的用于检测水体富营养化的智能化监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，第一数据处理模块包括微型处理器和第一云盘，微型处理器接收水体检测数据后进行初步筛选，得到无效数据及筛选后数据，第一云盘对筛选后数据进行存储。
6.在本发明提供的用于检测水体富营养化的智能化监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，第二数据处理模块包括大数据计算处理器和第二云盘，大数据计算处理器内存
储有预设公式，根据预设公式及筛选后数据进行计算得到水体检测结果，第二云盘储存水体检测结果。
7.在本发明提供的用于检测水体富营养化的智能化监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，监测终端设备还包括控制装置及显示装置。
8.在本发明提供的用于检测水体富营养化的智能化监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，状态判断模块包括实时监控单元、数据存储单元、报警决策分析单元以及自动调度处理单元，实时监控单元监测用于检测水体富营养化的智能化监测系统是否正常运转，数据存储单元接收存储水体检测结果且存储有水体标准，报警决策分析单元根据水体标准以及水体检测结果判断待监测水体的营养化状态从而得出水质状态结论，数据存储单元对水质状态结论进行存储，该水质状态结论分为低富营养化状态、中富营养化状态和高富营养化状态三个等级，当待监测水体为高富营养化状态时，显示装置上显示红色报警框，当待监测水体为低富营养化状态时，自动调度处理单元控制微型处理器进行新一轮的初步筛选。
9.在本发明提供的用于检测水体富营养化的智能化监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，大数据计算处理器具有水质分析管理软件，该水质分析管理软件根据预设公式进行计算，预设公式为：
[0010][0011][0012][0013]
zei＝lnchl+tei
[0014]
式中：zei为综合富营养化指数，ten为综合总氮指数，tep为综合总磷指数，tei为剩余营养化指数，chl为感知装置测得的叶绿素指数，n为感知装置测得的总氮指数，p为感知装置测得的总磷指数。
[0015]
在本发明提供的用于检测水体富营养化的智能化监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，显示装置为显示器，
[0016]
水质分析管理软件具有登录界面，该登录界面包括用户名输入框及密码输入框，用户名输入框及密码输入框显示在显示器上，输入用户名及密码后，显示器显示管理平台界面。
[0017]
在本发明提供的用于检测水体富营养化的智能化监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，管理平台界面包括原始数据显示部分、计算结果显示部分、历史数据查找按钮以及数据对比生成按钮。
[0018]
在本发明提供的用于检测水体富营养化的智能化监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，控制装置为可操控式键盘，该可操控式键盘控制第一数据处理模块及第二数据处理模块。
[0019]
在本发明提供的用于检测水体富营养化的智能化监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，数据监测设备还包括配电装置，配电装置对感知装置、定位装置以及存储装置
供电。
[0020]
发明的作用与效果
[0021]
根据本发明提供的用于检测水体富营养化的智能化监测系统，感知装置进行水质检测，定位装置对感知装置进行定位，存储发射装置将水质数据和位置信息通过云端联网技术发送到监测终端设备，该监测终端设备对水质数据进行计算和预警处理。该系统利用现代云端联网技术、远距离的监测仪器以及现代化的终端管理，将软硬件相结合，将数据监测设备放置到无人船上可以监测湖泊中的任何地方的水质状态并实时通过云端传递到监测终端设备，然后进行计算和预警处理，实时监控水质状态。相比于传统的检测设备来说更快捷、高效并且节省了大量的人力物力。
附图说明
[0022]
图1是本发明的实施例中的智能化监测系统的结构示意图；以及
[0023]
图2是本发明的实施例中的智能化监测系统的工作流程示意图。
具体实施方式
[0024]
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明一种用于检测水体富营养化的智能化监测系统作具体阐述。
[0025]
图1是本发明的实施例中的智能化监测系统的结构示意图；图2是本发明的实施例中的智能化监测系统的工作流程示意图。
[0026]
如图1、2所示，用于检测水体富营养化的智能化监测系统100(以下简称为智能化监测系统)包括数据监测设备10以及监测终端设备20。数据监测设备10与监测终端设备20通过云端网络传输信号和云端联网技术实现远程通讯。
[0027]
数据监测设备10包括感知装置、定位装置、存储发射装置以及配电装置。配电装置对感知装置、定位装置以及存储装置供电，提供这些装置工作时需要的电能。
[0028]
感知装置包括至少一个或者多个感知探头11以及用于安装感知探头的便携式的手提箱体。这些感知探头可以是各种感知探头，对待监测水体的水质情况进行检测得到水体检测数据。这种感知探头都可以用市场上常见的传感器探头(例如hach、ysi等)。手提箱体的下端设置多个螺旋孔，将感知探头分别旋转连接到进去，这样感知探头可方便地被替换，便于维修及根据需要更换探头的种类。
[0029]
定位装置包括至少一个定位芯片。定位芯片插入感知探头内，收集感知探头工作时的位置信息。可以在每个感知探头内都插入一个定位芯片，也可以仅选择一个或者几个感知探头分别插入一个定位芯片。定位装置是为了实时定位感知探头的位置，工作运行时的具体位置。
[0030]
存储发射装置为数据存储芯片，与定位装置电连接，接收定位芯片收集的感知探头工作时的位置信息以及感知探头检测得到的水体检测数据并通过云端网络传输信号和云端联网技术向外发射到监测终端设备20上。
[0031]
考虑到后面的监测终端设备万一有故障，数据存在丢失情况，存储发射装置因为设计成既能存储又能发射的功能，数据发射后仍然能存储在这个装置中。就算后面的设备出现故障，也可以人工读取存储发射装备的数据，进行预判或者后续继续传递给监测终端
设备。
[0032]
监测终端设备20包括数据接收装置、平台管理装置、控制装置及显示装置。控制装置为可操控式键盘，显示装置为显示器。
[0033]
数据接收装置包括第一数据处理模块以及通讯模块。平台管理装置包括第二数据处理模块和状态判断模块。其中，第一数据处理模块包括微型处理器和第一云盘；通讯模块包括芯片发射端；第二数据处理模块包括大数据计算处理器和第二云盘。
[0034]
第一数据处理模块中的微型处理器接收存储发射装置发射的水体检测数据以及感知探头的位置信息并进行初步筛选，得到无效数据及筛选后数据。筛选的条件是微型处理器中预先储存的设定水质的范围(水质范围参照《地表水环境标准》(gb3838-2002)设定一个最大限值和最低限值)，在该范围内的数据为筛选后数据，高于该范围或者低于该范围的数据为无效数据。
[0035]
微型处理器一方面将筛选后数据传递到第一云盘中进行保存，另一方面将筛选后数据通过通讯模块的芯片发射端传递到平台管理装置的大数据计算处理器中，由大数据计算处理器进行进一步的计算和分析得到水体检测结果，计算后的水体检测结果由第二云盘进行储存。可操控式键盘用于调取第一数据处理模块的原始数据和第二数据处理模块的处理后数据。
[0036]
大数据计算处理器内具有水质分析管理软件，该水质分析管理软件根据预设公式进行计算，该预设公式为：
[0037][0038][0039][0040]
zei＝lnchl+tei
[0041]
式中：zei为综合富营养化指数，ten为综合总氮指数，tep为综合总磷指数，tei为剩余营养化指数，chl为感知装置测得的叶绿素指数，n为感知装置测得的总氮指数，p为感知装置测得的总磷指数。
[0042]
上述公式适用于水体的富营养化状态的判断，在实际应用中，如果需要监测别的一些指数，可以安装相应的感知探头，用相应的计算公式代替上式。
[0043]
状态判断模块包括实时监控单元、数据存储单元、报警决策分析单元以及自动调度处理单元。状态判断模块内预设有水体标准，根据水体检测结果及水体标准判断待监测水体的营养化状态。
[0044]
实时监控单元监测用于检测水体富营养化的智能化监测系统是否正常运转。实时监控就是监控监测终端设备有没有正常的运行和接收数据，例如如果数据接收装置没有正常的接收数据，或者不工作，实时监控单元都会出现将结果反应在显示器上，对其他装置的监测也是如此，监控是否正常运行和工作。
[0045]
实时监控单元在数据监测设备的感知探头一开始工作的时候就开始进行监控，它主要对于整个系统中的装置是否能正常运转进行监测，一旦设备出现任何的故障，实时监
控单元可以将结果显示在显示器上。
[0046]
数据存储单元接收存储水体检测结果且存储有水体标准，报警决策分析单元根据水体标准以及水体检测结果判断待监测水体的营养化状态从而得出水质状态结论，同时数据存储单元对水质状态结论进行存储。在未来有需要的情况下可以查看某一时间的水质状态时，数据存储单元的数据能快速给出当时湖泊水质状态的结论。
[0047]
水质状态结论分为低富营养化状态、中富营养化状态和高富营养化状态三个等级，当待监测水体为高富营养化状态时，显示装置上显示红色报警框，当待监测水体为低富营养化状态时，自动调度处理单元控制微型处理器进行新一轮的初步筛选。即，感知探头一直在工作，存储发射装置也一直在发送水体检测数据，当水质状态结论分为低富营养化状态时，自动调度处理单元控制微型处理器进行新一轮的初步筛选。
[0048]
当报警决策分析单元算出当天的水质状态为中、高富营养化状态时，报警决策分析单元会联合显示器在屏幕端显示出红色长方形方框图案意为警报，提醒当天值班人员注意，尽早找到水质状态变化原因。自动调度处理单元是接收报警决策分析单元处理后的低富营养化状态的数据，这时候并不需要引起工作人员的注意，显示器上自动弹出自动调度功能让微型处理器进行新一轮的监测。
[0049]
水质分析管理软件具有登录界面，该登录界面包括用户名输入框及密码输入框，用户名输入框及密码输入框显示在显示器上，输入用户名及密码后，显示器显示管理平台界面。管理平台界面包括原始数据显示部分、计算结果显示部分、历史数据查找按钮以及数据对比生成按钮。在管理平台的界面，可以看到传输过来的原始数据，以及各种计算结果。也可以在管理平台查找到历史数据，将历史数据与现有数据进行对比、分析。并且如果需要的话，管理软件还可以将数据进行图表绘制，更加清晰直观的将数据呈现给值班人员。
[0050]
智能化监测系统的整个工作流程如下：先将数据监测设备放入无人船中，启动无人船的同时，定位芯片也开始启动，感知探头开始检测水质情况，得到的数据迅速由5g网络传输到监测终端设备，监测终端设备得到相应的命令开始工作，开始调度各项装置进行工作，对于数据进行计算、分析以及存储。
[0051]
实施例的作用与效果
[0052]
根据本实施例提供的用于检测水体富营养化的智能化监测系统，感知装置进行水质检测，定位装置对感知装置进行定位，存储发射装置将水质数据和位置信息通过云端联网技术发送到监测终端设备，该监测终端设备对水质数据进行计算和预警处理。该系统利用现代云端联网技术、远距离的监测仪器以及现代化的终端管理，将软硬件相结合，将数据监测设备放置到无人船上可以监测湖泊中的任何地方的水质状态并实时通过云端传递到监测终端设备，然后进行计算和预警处理，实时监控水质状态。相比于传统的检测设备来说更快捷、高效并且节省了大量的人力物力。
[0053]
另外，监测终端设备有效并合理利用数据库技术，时刻保存原始数据，可以方便观察水质在近期或者近几年内的变化情况，也会实时的掌握着水质动态与静态变化，和之前的水体水质状态进行分析比较，通过时间找到水质变差的原因，对于未来湖泊水质的改善情况有着积极的作用。
[0054]
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。