水质智能监测系统及方法与流程

水质智能监测系统及方法
【技术领域】
1.本发明涉及水质检测技术领域，更具体地说，本发明涉及一种水质智能监测系统及方法。


背景技术：

2.目前，我国的水质监测仍有相当大部分以人工监测为主，主要方法包括移动监测(手持式设备)与采样后进行实验室监测，因此导致监测数据的时效性无法保证。同时，由于检测仪器设备精密度不够、试剂误差、试验人员操作不当、不规范等系统误差的存在，检测数据的准确性无法得到保证。
3.其次，我国在水质自动监测方面起步较晚，在水质自动监测、移动快速分析等预警预报体系建设方面尚处于探索阶段。当前国内所用的自动化监测系统种类繁多，且多为国外进口设备。此外，这些仪器设备所传送的监测数据的时效性、真实性、准确性无法保证，水质自动化监测装置在制造上已不能满足快速发展的水质监测的需要。
4.最后，水质信息公开事关公众知情权、参与权和监督权。现阶段水质监测站的常用做法是定期公布监测数据和分析结果，但就实施效果来看，民众对水质信息的关注度不高。当遭遇水污染问题时，将大大降低公众对相关部门公信力的认可程度。
5.有鉴于此，实有必要提供一种水质智能监测系统及方法，以克服上述缺陷。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于：提供一种水质智能监测系统及方法，旨在解决目前水质监测的检测数据的准确性无法得到保证的问题，提高水质监测的时效性、准确性和可靠性。
7.为了实现上述发明目的，本发明提供一种水质智能监测系统，包括监测模块、通信模块与显示模块；所述监测模块包括水质检测单元、处理器与边缘计算模块；所述显示模块包括云计算平台与显示终端；
8.所述水质检测单元包括温度传感器、浊度传感器、酸碱度传感器、余氯传感器、电导率传感器、toc传感器中的一种或多种，用于相应采集目标水体的水质信息；
9.所述处理器用于控制所述水质检测单元进行水质信息采集，并将采集到的所述水质信息传输至所述边缘计算模块；
10.所述边缘计算模块对接收到的所述水质信息进行数据处理，并筛选有效数据，然后将所述有效数据通过所述通信模块发送至所述云计算平台；
11.所述云计算平台用于根据所述有效数据进行计算，得到所述目标水体的水质监测数据，并将所述水质监测数据发送至所述显示终端进行显示。
12.根据本发明水质智能监测系统的一个实施方式，所述显示模块还包括区块链单元，所述区块链单元用于对所述云计算平台计算得到的所述水质监测数据进行上链。
13.根据本发明水质智能监测系统的一个实施方式，所述监测模块还包括gps定位单元、稳压单元与电源的一种或多种；其中，所述gps定位单元、所述稳压单元与所述电源分别
于所述处理器连接。
14.根据本发明水质智能监测系统的一个实施方式，所述边缘计算模块根据嵌入的大数据神经网络计算方法与主成分分析法，分析所有水质信息数据的相关性，从而对所述监测模块采集并发送的水质信息数据进行处理筛选。
15.根据本发明水质智能监测系统的一个实施方式，所述边缘计算模块还包括第一报警单元；所述第一报警单元用于判断所述水质信息数据的参数是否超出相应预设的阈值范围，若结果为是，则发出警报。
16.根据本发明水质智能监测系统的一个实施方式，所述边缘计算模块还包括第二报警单元；所述第二报警单元用于判断所述水质信息数据的参数在预设时间段内的变化量是否超出相应预设的变化量阈值，若结果为是，则发出警报。
17.根据本发明水质智能监测系统的一个实施方式，所述边缘计算模块包括通过组态软件架构连接的处理单元、控制界面与分析界面；所述分析界面包括与所述水质检测单元的载体设备配套使用的控制软件，用于自动识别载体设备配置以及远程设置载体设备的量程、滤波及采样参数，从而完成信号的实时采集分析处理；所述控制界面用于载体设备识别、参数配置、实时采集、数据预处理、格式转换及数据保存。
18.根据本发明水质智能监测系统的一个实施方式，所述通信模块为nb-iot通信模块。
19.为了实现上述发明目的，本发明还提供一种水质智能监测方法，其包括以下步骤：
20.处理器控制水质检测单元进行水质信息采集，并将采集到的所述水质信息传输至边缘计算模块；
21.边缘计算模块对接收到的所述水质信息进行数据处理，并筛选有效数据，然后将所述有效数据通过通信模块发送至云计算平台；
22.云计算平台根据所述有效数据进行计算，得到所述目标水体的水质监测数据，并将所述水质监测数据发送至显示终端进行显示。
23.相对于现有技术，本发明提供的水质智能监测系统及方法通过监测模块对水质信息进行采集，同时利用边缘计算快速响应的特点，提高水质监测数据的传输速度，减少延迟，利用边缘计算模块对采集到的水质数据进行处理，筛选有效数据，提高数据准确度，缓解后续云计算平台的运算压力，从而提升了水质监测的时效性、准确性和可靠性。
【附图说明】
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
25.图1为本发明提供的水质智能监测系统的架构图；
26.图2为本发明提供的水质智能监测系统中水质检测单元的架构图；
27.图3为本发明提供的水质智能监测系统中边缘计算模块的架构图；
28.图4为本发明提供的水质智能监测方法的流程图。
29.图中标号：
30.100
‑‑
水质智能监测系统；10
‑‑
监测模块；11
‑‑
水质检测单元；12
‑‑
处理器；13
‑‑
边缘计算模块；131
‑‑
控制界面；132
‑‑
分析界面；14
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gps定位单元；15
‑‑
稳压单元；16
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电源；20
‑‑
通信模块；30
‑‑
显示模块；31
‑‑
云计算平台；32
‑‑
显示终端；33
‑‑
区块链单元。
【具体实施方式】
31.为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
32.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
33.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
34.为了便于理解本发明的发明点与相应的技术效果，对其中涉及到的名词先进行解释，如下：
35.边缘计算：是指在数据源头的附近，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近直接提供最近端的服务。
36.nb-iot：是iot(物联网)领域的一个新兴技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫做低功耗广域网，具有覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点。
37.区块链：作为一个共享数据库，存储于其中的数据或信息，具有“不可伪造”、“全程留痕”、“可追溯”、“公开透明”、及“集体维护”等特征。基于以上特征，区块链技术奠定了坚实的“信任”基础，创造了可靠的“合作”机制。
38.实施例一
39.在本发明的实施例中，提供一种水质智能监测系统100，用于对目标水体的水质进行自动监测，提升用水的安全性。
40.如图1所示，水质智能监测系统100包括监测模块10、通信模块20与显示模块30。
41.监测模块10包括水质检测单元11、处理器12与边缘计算模块13。显示模块30包括云计算平台31与显示终端32。
42.如图2所示，水质检测单元11包括温度传感器、浊度传感器、酸碱度传感器、余氯传感器、电导率传感器、toc(总有机碳)传感器中的一种或多种，用于相应采集目标水体的水质信息，即能够相应的采集目标水体的温度、浊度、酸碱度、余氯、电导率与toc等，然后传输至处理器12。
43.处理器12用于控制水质检测单元11进行水质信息采集，并将采集到的水质信息传输至边缘计算模块13。其中，处理器12的型号可采用sim32 f103zet6，能够有效的提高数据处理与通信模块20的数据处理能力。
44.在本发明的一些实施例中，监测模块10还包括gps(全球定位系统)定位单元14、稳压单元15与电源16的一种或多种。其中，gps定位单元14、稳压单元15与电源16分别于处理器12连接，便于提高监测位置的准确性和监测模块10各部件工作的稳定性。
45.在本实施例中，通信模块20为nb-iot通信模块。通过将nb-iot技术应用于水质监测领域，不仅扩展了nb-lot的应用范围，还提高了水质监测的精度和准确性，并利用nb-lot技术功耗低级信号覆盖广的特点，提高了发送端的续航能力，降低了偏远区域水质监测的成本。
46.在本发明的实施例中，边缘计算模块13对接收到的水质信息进行数据处理，并筛选有效数据，然后将有效数据通过通信模块20发送至云计算平台31。即，利用边缘计算快速响应的特点，提高水质监测数据的传输速度，减少延迟，同时利用边缘计算技术对采集到的水质信息数据进行处理，筛选有效数据，提高数据准确度，缓解后续服务器(即云计算平台)的运算压力。
47.具体的，边缘计算模块13根据嵌入的大数据神经网络计算方法与主成分分析法，分析所有水质信息数据的相关性，从而对水质检测单元11采集并发送的水质信息数据进行处理筛选。
48.如图3所示，边缘计算模块13包括通过组态软件架构连接的处理单元(图中未示出)、控制界面131与分析界面132，从而把处理、显示、分析等模块分离。
49.分析界面132包括底部驱动程序，通讯协议等与水质检测单元11的载体设备配套使用的控制软件，用于自动识别载体设备配置以及远程设置载体设备的量程、滤波及采样参数，从而完成信号的实时采集分析处理。即，分析界面132能够完成时差域分析、幅值域分析、频率域分析、相关分析等功能。
50.控制界面131用于载体设备识别、参数配置、实时采集、数据预处理、格式转换及数据保存，从而完成相应的功能。
51.因此，边缘计算的应用程序是在数据源头边缘侧发起的，减少了数据在网络上的转移的过程，所产生的的网络服务也会更快，可以为用户提供更快地响应，大大提升处理效率，减轻云端的负荷，将需求在边缘端解决，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。
52.在本发明的一个实施例中，边缘计算模块13还包括第一报警单元(图中未示出)。第一报警单元用于判断水质信息数据的参数是否超出相应预设的阈值范围，若结果为是，表明存在超标风险，则发出警报。
53.在本发明的另一个实施例中，边缘计算模块13还包括第二报警单元(图中未示出)。第二报警单元用于判断水质信息数据的参数在预设时间段内的变化量是否超出相应预设的变化量阈值，若结果为是，表明水体的水质质量存在着剧烈波动，短期内有外因在影响水体的水质，则发出警报，从而排查出水质质量发生剧烈波动的原因。
54.在本发明的实施例中，云计算平台31用于根据边缘计算模块计算得到的有效数据进行计算，得到目标水体的水质监测数据，并将水质监测数据发送至显示终端32进行显示，从而向公众进行水质信息发布，或者便于公众通过客户端进行水质查询。
55.进一步的，在本发明的一个实施例中，显示模块30还包括区块链单元33，区块链单元33用于对云计算平台31计算得到的水质监测数据进行上链，从而加入到区块链中。
56.具体的，经过筛选的有效数据通过nb-iot通信模块20传输到区块链单元33与云计算平台31，利用区块链的去中心化、数据不可篡改的特性，解决制约云计算发展的“可信、可靠、可控制”三大问题，保证水质监测数据安全可靠，提高公众对水质监测数据的信任度，从
而提高政府相关部门公信力。同时，利用云计算已有的基础设施，快速、便捷的搭建区块链去中心化底层架构平台、降低各企业部署区块链和运营维护成本。不同用户可随时从客户端(手机端/pc端)直接在储存于区块链与云计算平台查看水质信息。
57.本发明还提供一种水质智能监测方法，用于对目标水体的水质进行自动监测，提升用水的安全性。
58.如图4所示，水质智能监测方法包括以下步骤s101-s103：
59.步骤s101，处理器控制监测模块进行水质信息采集，并将采集到的水质信息传输至边缘计算模块。
60.步骤s102，边缘计算模块对接收到的水质信息进行数据处理，并筛选有效数据，然后将有效数据通过通信模块发送至云计算平台；
61.步骤s103，云计算平台根据有效数据进行计算，得到目标水体的水质监测数据，并将水质监测数据发送至显示终端进行显示。
62.进一步的，在本发明的一个实施例中，水质智能监测方法还包括步骤：对云计算平台计算得到的水质监测数据进行上链，从而加入到区块链中。
63.综上所述，本发明提供的水质智能监测系统及方法，通过监测模块对水质信息进行采集，同时利用边缘计算快速响应的特点，提高水质监测数据的传输速度，减少延迟，同时利用边缘计算模块对采集到的水质数据进行处理，筛选有效数据，提高数据准确度，缓解后续云计算平台的运算压力，从而提升了水质监测的时效性、准确性和可靠性。
64.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
65.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
66.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
67.在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统或装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统或装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
68.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
69.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
70.本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。