一种水源环境监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及环境监测领域，具体而言，涉及一种水源环境监测系统。


背景技术：

2.饮用水水源地分为地表水饮用水源地和地下水饮用水源地。地表水饮用水源地包括一定面积的水域和陆域，常用的地表水源为江河水、湖泊水、水库水等。地下水饮用水源地指地下水饮用水源地的地表区域，常用的地下水源有深井水、潜流水等。
3.居民饮用水的水质是否达标是饮用水安全的首要条件，但随着经济的不断发展，工业、生活排放的污染物急剧增加，造成了严重的水资源污染。对水源地进行环境监测是防止水源污染的重要手段，目前，水源地环境监测主要有两种方式：1、人工巡检：需要人工前往水源地现场手动检测和巡检，检测周期长、时效性低，无法实时监测水源地环境。2、在线水质监测设备：该设备采用无线通信发送数据，可定点检测河湖水质情况，但是不能监测地下水源，无法适用于地貌复杂、多种水源环境的监测。
4.如果水源地环境污染得不到全面的监测和有效的处理，将对人民群众的饮水安全造成极大的威胁。因此，如何创造一种适用于多类型水源环境监测的水源环境监测系统是环境监测领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供了一种水源环境监测系统，适用于多类型水源环境监测。
6.本实用新型是这样实现的：
7.一种水源环境监测系统，包括水质采集装置、监测主站、云服务器和远程监控平台；监测主站包括：控制器，支撑基台、固定架；控制器与云服务器、远程监控平台无线网络连接；支撑基台固定安装于固定架上，控制器安装于支撑基台上并与水质采集装置电连接；控制器设有数据存储装置和无线通信装置；使用时，监测主站安装于水源地面，水质采集装置被投放于水体中，水质采集装置设有电气密封盒及多个水质传感器，多个水质传感器通过电气密封盒与控制器电连接。
8.进一步，监测主站还包括支撑杆，支撑杆包括近地杆和远地杆，近地杆为中空管且设有开孔。
9.进一步，远地杆上设有第一侧向杆和第二侧向杆，第一侧向杆上安装有摄像头，摄像头为边缘计算摄像头，与云服务器无线连接且与控制器电连接。
10.进一步，远地杆的远地端安装有避雷针，第二侧向杆上安装有温湿压传感器和空气颗粒物检测仪，控制器分别与温湿压传感器和空气颗粒物检测仪电连接。
11.进一步，控制器包括蓄电池，远地杆上安装有光伏板，光伏板与蓄电池电连接。
12.进一步，水质采集装置还包括球形浮头和固定块，固定块与球形浮头可拆卸连接，球形浮头与固定块之间形成有空腔，固定块上设有浮块及出线口。
13.进一步，电气密封盒设置于空腔内，电气密封盒包括进线端和出线端。
14.进一步，支撑基台为中空结构，支撑基台包括固定部和活动部，固定部和活动部活动连接，支撑基台内设有绕线器。
15.进一步，绕线器包括固定轴和卷管，固定轴固定于支撑基台中，卷管套设于固定轴上，卷管一端设有手柄。
16.进一步，水质传感器包括氨氮传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、ph值传感器、电导率传感器、总磷传感器中的至少一种。
17.与现有技术相比，本实用新型提供的水源环境监测系统，至少具有以下有益效果：
18.1.将监测主站及水质采集装置分别设置，一个监测主站可以同时连接多个水质采集装置，能够覆盖区域水源的监测，通过远程监控平台查看管理范围内所有水源环境数据，对数据的监控更加全面，适用于地貌复杂的水源环境。
19.2.监测主站安装于水源地面，水质采集装置投放于采集点，监测主站和水质采集装置电连接，有效解决了在采集深井水、潜流水时的数据传输问题，水质采集装置能够将实时数据的快速准确地传输至地面的控制器，适用于河湖水、地下水等多类型水源环境的监测。
20.3.监测主站同时向水质采集装置供电，解决了水质采集装置的长时间开机的用电问题，从而无需定期充电或更换电池，使得水源环境监测系统的运营维护更加方便，从而降低了后期维护成本。
21.4.可以根据水源地的实际监测需求配置不同类型的一种或多种水质传感器，从而有针对性的监测水源水质，进一步扩大水源监测的适用范围，提高水质监测的有效性。
22.5.监测主站可以配置多种环境监测设备如摄像头等，采集水质数据的同时也能够监测区域内的地面环境，通过设置多个监测主站，每个监测主站连接多个水质采集装置，形成多参数、灵活配置、全面覆盖的组网式、综合性环境监测布局系统。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式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实用新型的某些实施例，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。
24.图1是本实用新型实施方式提供的水源环境监测系统可选实施方式的一种结构原理图；
25.图2是本实用新型实施方式提供的水源环境监测系统可选实施方式的另一种结构示意图；
26.图3是本实用新型实施方式提供的水源环境监测系统可选实施方式中监测主站的一种结构示意图；
27.图4是本实用新型实施方式提供的水源环境监测系统可选实施方式中的水质采集装置的一种结构示意图；
28.图5是本实用新型实施方式提供的水源环境监测系统可选实施方式中的水质采集装置的另一种结构示意图；
29.图6是本实用新型实施方式提供的水源环境监测系统可选实施方式的一种应用场景示意图；
30.图7是本实用新型实施方式提供的水源环境监测系统可选实施方式中监测主站的另一种结构示意图；
31.图标：100
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监测主站，50
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水质采集装置，10
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控制器，11
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通信天线，1
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摄像头，2
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光伏板，3
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温湿压传感器，4
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空气颗粒物检测仪，5
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避雷针，7
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云服务器，8
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远程监控平台，20
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支撑杆，21
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第一侧向杆，22
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第二侧向杆，23
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远地杆，24
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近地杆，25
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开孔，30
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支撑基台，31
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卷管，32
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固定轴，33
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手柄，34
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活动部，35
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固定部，36
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绕线器，40
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固定架，41
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防护栏，42
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支脚，51
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球形浮头，52
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固定块，53
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浮块，54
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ph值传感器，55
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氨氮传感器、56
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溶解氧传感器、57
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浊度传感器，58
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出线口，61
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电气密封盒，62
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出线端，63
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进线端。
具体实施方式
32.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
33.在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
34.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.实施例：
36.请参考图1和图2，图1是本实用新型实施方式提供的水源环境监测系统可选实施方式的结构原理图，图2是监测主站100和水质采集装置50可选实施方式的结构示意图，本实施例提供了一种水源环境监测系统，包括水质采集装置50、监测主站100、云服务器7和远程监控平台8；监测主站100包括：控制器10，支撑基台30、固定架40；控制器10与云服务器7无线网络连接，支撑基台30固定安装于固定架40上，控制器10安装于支撑基台30上并与水质采集装置50电连接；控制器10设有数据存储装置和无线通信装置；使用时，监测主站100安装于水源地面，水质采集装置50被投放于水体中，水质采集装置50设有电气密封盒61及多个水质传感器，多个水质传感器通过电气密封盒61与控制器10电连接。
37.图1展示了水源环境监测系统中数据的传输路径，位于监测主站100上的控制器10与水质采集装置50有线连接，因此，水质采集装置50中的水质传感器能够将实时水质数据传输至控制器10，控制器10通过运营商网络将数据传输至云服务器7和远程监控平台8，云
服务器7将数据分析后将结果发送至远程监控平台8。通过设置电气密封盒61，工作人员安装时，可以根据现场情况，将多种类型的水质传感器自由组合，安装在水质采集装置上，从而可以获取多种水质参数。
38.图2详细展示了水源环境监测系统在监测地下暗渠水源时的工作状态，图1中，水源环境监测系统由设于地表面的监测主站100和地下暗渠水源的水质采集装置50构成，固定架40用于将支撑基台30固定于地面，控制器10固定安装在支撑基台30上，水质采集装置50通过电线与控制器10电连接，在水质采集装置50上设有多种类型的水质传感器，实时采集原位水体的水质数据，如溶解氧、温度、电导率、ph值、浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮水质等，并将数据传输至控制器10。
39.在具体的安装过程中，工作人员先在地下水采集点的地面开挖，直到挖入地下暗渠，埋入地下管道通向暗渠，将水质采集装置50沿地下管道投放于水体中后，最后将地表重新封埋，并安装好固定架40及支撑基台30，将水质采集装置50与控制器10通过电线相连接，有利于采集到的水质参数快速准确的传输。
40.本实施例中，将水质传感器与控制器10分开设置，将监测主站100设置于水源地表面，控制器10安装于监测主站100，一方面控制器10能够接收来自水质采集装置50的水质数据，另一方面控制器10具有无线通信装置，具体的，在控制器外侧设有无线通信天线11，可以将水质数据通过无线网络传送至远程监控平台，从而便于水源地管理人员实时调取查看水质数据，控制器10位于地面有利于无线信号的传输，从而解决了水质传感器在地下封闭空间无法进行无线通信或信号不稳定的问题。在控制器10内还设有数据存储装置，例如内存卡和硬盘等，用于将接收的各类水质数据本地备份，从而防止在无线通信时部分数据丢失。可选的，控制器可配置数据分析模块，对采集到的数据进行初步的分析和筛选。
41.可以理解的是，水质采集装置50可以设置一个或者多个，通常一个监测主站同时适配多个水质采集装置50，有利于扩大监测范围，提高设备利用率，图2仅为表现水质采集装置50与监测主站100的分布而只展现了一个水质采集装置50，在实际安装中，将多个水质采集装置50分别投放于固定监测点，将形成组网式监测系统，所采集的水质数据更加全面准确。
42.在一些可选的实施方式中，监测主站100还包括支撑杆20，支撑杆20包括近地杆24和远地杆23，近地杆24为中空管且设有开孔25。
43.请参考图2和图3，本实施例中的支撑基台30和支撑杆20一般情况下由钢、铁或铝合金等刚性材料制成，可以起到很好的支撑固定作用，支撑杆20通过焊接、粘接等方式固定在支撑基台30上。具体的，支撑杆20的近地杆24固定在支撑基台30上，远地杆23通过焊接或粘接的方式与近地杆24固定连接或通过一体成型工艺将支撑杆20直接固定，本实施方式中，为了便于运输和包装，优选地将近地杆24和远地杆23分离，运输到现场后进行固定安装，远地杆23用于支撑固定监测主站上的其他环境监测设备和仪器，其材料为轻质刚性材料，如钢杆、合金杆、木杆、塑料杆等，为了防止雨水腐蚀，支撑基台30和支撑杆20外侧均涂有防水聚氨酯涂料。
44.请继续参考图3，图3中，近地杆24通向地面，其内部中空，一般为圆形管道，作为监测主站100与水质采集装置50的连接通道，对水质采集装置50与控制器10的连接线起到封闭式防护作用，防止电线遭到外力破坏或拉扯，水质采集装置50的连接线缆穿过近地杆上
的开孔与固定在支撑基台上的控制器10相连接。可以理解的是，在使用时，水质采集装置50一般有多个，则连接线也有多条，为了防止连接线相互缠绞，近地杆24上的开孔25可以有多个，本实施例并不限制其开孔25的大小及的具体数量。
45.在一些可选的实施方式中，控制器10包括蓄电池，远地杆24上安装有光伏板2，光伏板2与蓄电池电连接。请继续参考图1，本实施例中，当水源地位于人烟稀少的郊区时，往往无法接入市电，因此采用太阳能为各类仪器设备供电，在监测主站100安装光伏板2，为控制器10内设置的蓄电池充电，能够为控制器10提供稳定电源，维持控制器10和水质传感器的正常运行，在控制器10内设置充电功率控制等电子元器件，保护蓄电池以及电源电路。图2中，光伏板2安装在远地杆的高处，有利于吸收光照，产生更多电能。
46.在一些可选的实施方式中，远地杆23的远地端安装有避雷针5，当监测主站100安装在空旷地带时，在远地端设置避雷针5能够防止监测主站100遭到雷击破坏。在一些可选的实施方式中，远地杆23上设有第一侧向杆21，第一侧向杆21上安装有摄像头1，控制器10与摄像头1电连接，摄像头1为边缘计算摄像头，是具有边缘计算功能的智能摄像头，具有运动识别、人像识别功能，能够进行简单的环境入侵分析计算，摄像头1与云服务器7通过运营商网络无线连接，并且与控制器10电连接，由控制器10的蓄电池提供电源。
47.请继续参考图2，摄像头1用于采集实时水源地周围的视频信息，如监测主站100安装在河湖沿案时，摄像头1可以拍摄水面和沿岸的环境，其下方的支架可进行三向转动，当遇到可疑人入侵时，摄像头可自动跟踪拍摄，通过边缘计算技术，当识别到水面有垃圾时，自动拍摄，在本地完成视频的分析后，仅将分析结果发送至云端。例如当有人员入侵时仅将警告报文及拍摄的人像照片发送至云端，智能摄像头的应用，能够快速过滤无关信息，有利于现场情报的快速传输。
48.在一些可选的实施方式中，远地杆23上设有第二侧向杆22，第二侧向杆22上安装有温湿压传感器3和空气颗粒物检测仪4，控制器10分别与温湿压传感器3和空气颗粒物检测仪4电连接。具体的，第二侧向杆22沿靠近远地杆23方向依次设置温湿压传感器3和空气颗粒物检测仪4，温湿压传感器3用于采集监测主站周围环境的温度湿度和大气压力等参数，而空气颗粒物检测仪4用于监测周围空气中的pm10、pm2.5粒子数量。本实施例中，为了便于供电管理，将控制器10分别与温湿压传感器3和空气颗粒物检测仪4电连接，由控制器10的蓄电池统一为温湿压传感器3和空气颗粒物检测仪4供电，有利于简化线路，同时，可在控制器10中设置电源保护装置电源保护电路，防止短路等损坏电池和电源电路。温湿压传感器3和空气颗粒物检测仪4将环境监测数据传输至控制器10，由控制器10统一发送至云服务器7和远程监控平台8。
49.在一些可选的实施方式中，水质采集装置50还包括球形浮头51和固定块52，固定块52与球形浮头51可拆卸连接，球形浮头51与固定块52之间形成有空腔，固定块52上设有浮块53及出线口58。
50.请参考图4至图6，图4中，固定块52安装在球形浮头51下方，可选的，固定块52通过螺纹或弹性卡扣等与球形浮头51可拆卸连接，形成半封闭的空腔结构，在工作人员安装时，可将固定块51拆下，安装好水质传感器后再将固定块52与球形浮头51重新组装，使得水质采集装置50的投放和安装十分方便。
51.球形浮头51以及在固定块52上设置的浮块53可以使水质采集装置的上半部分浮
在水面上，防止水体侵蚀入电气设备导致漏电、短路等情况发生，球形浮头51和浮块53都采用防水防腐的轻质材料，如聚脲高分子弹性材料，具有阻燃、防碰撞、防腐蚀、穿孔不下沉等特点，能够承受极端恶劣气候环境。值得一提的是，本实施方式中球形浮头51的形状并不限于标准的球形，也可以是椭球型、半球型。请参考图5，图5展示了水质采集装置采集河湖水时的工作情况，当水质采集装置被投放于江河湖泊中时，本实施例采用的球形浮头51，可以减小风阻，防止极端天气下风力过大而导致水质采集装置侧翻，因此，球形浮头51的应当理解为上半部分为曲面的结构，由于制造工艺的差别应当允许浮块53和球形浮头51有一定程度的变形。
52.请继续参考图5，在一些可选的实施方式中，在球形浮头内部，电气密封盒61设置于空腔内，电气密封盒61包括进线端63和出线端62。电气密封盒61能够将电线密封防止水体侵蚀对内部连接电路造成破坏，现场工作人员在安装时将多种配置的水质传感器的连接线接入电气密封盒的多个进线端中，再将控制器10的连接线接入出线端，并通过固定块52的出线口58引出，水质传感器通过电气密封盒61统一连接控制器10，能够实现根据现场水质监测需求自由配置传感器，如在化学污染严重的地方配置高锰酸钾测定仪、ph值测定仪等。
53.请参考图7，在一些可选的实施方式中，支撑基台30为中空结构，支撑基台30包括固定部35和活动部34，固定部35和活动部34活动连接，支撑基台30内设有绕线器36。图6中，支撑基台30为上下两个部分对称形成的内部中空的环状结构，下部为固定部35，而活动部34安装于固定部35上，并与固定部35通过销轴、卡扣等结构活动连接，设置活动部34便于监测基站100的设备养护，在支撑基台30内部设有若干绕线器36，用于卷绕和储存多余电线，防止缠绞打结等，可选的，绕线器36包括固定轴32和卷管31，固定轴32固定于支撑基台30中，卷管31套设于固定轴32上，卷管31一端设有手柄33，便于在回收水质采集装置50时及时拉起，更加省时省力。在支撑基台30内部可以设置多个绕线器36，分别卷绕不同水质采集装置的连接线。由于设置了绕线器36，即使一些离监测主站100较远的水体监测点也能投放水质采集装置50，并且不用担心水体中实时数据传输受阻的问题。可选的，可在固定轴32上设置限位块，在卷管上设置卡扣，当完成放线后将卡扣卡在限位块上，防止卷管31自转滑线的情况发生。
54.请参考图3和图4，在一些可选的实施方式中，支撑基台30环绕支撑杆20，支撑基台30近地端安装有固定架40，固定架40包括至少四根支脚42及固定安装于支脚42上的防护栏41。支撑基台30将支撑杆20环绕在中间，从而使监测主站100的结构上保持稳定和平衡，防止大风天气下倾倒，固定架40用于固定支撑基台30，设置支脚42和防护栏41能够防止监测主站遭到路人损坏，其结构更加牢固。
55.在一些可选的实施方式中，水质传感器包括氨氮传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、ph值传感器、电导率传感器、总磷传感器中的至少一种。水质传感器是集数字传感器、数据采集及传输为一体的水质监测设备，能原位实时监测水体各类数据，不同的水质传感器采集不同类型的水质数据，可以实时采集水源地的溶解氧、温度、电导率、ph值、浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮等水质数据信息。图5中，配置了氨氮传感器55、溶解氧传感器56、浊度传感器57、ph值传感器54的水质采集装置，适用于地下水、河湖水等多种水体的监测，水质传感器将这些数据传输至控制器，由控制器10通过无线运营商网络统一发送至水
质监测平台，以便管理人员及时查看数据，从而实现多种水体的水源环境监测。