一种河流水情及污染监测的智能化信息采集及管理系统的制作方法

1.本发明涉及水利、计算机领域，尤其涉及一种河流水情及污染监测的智能化信息采集及管理系统。


背景技术：

2.水情监测是水文行业最为基础，也是最为重要的一项工作，在每年汛期显得尤为重要，是对河流健康状态、流域水资源开发利用、区域水资源承载力等的综合考虑。现有对于水情的监测多是碎片化的，数据之间难以建立一定的逻辑联系，不利于做更深层次的数据挖掘。
3.我国专利申请号：cn201811601348，公开日：2019.03.29，公开了一种集成多平台实时在线水情监测系统，包括水情数据采集系统、传输网络、数据服务器以及用户计算机；水情数据采集系统用于对各个监测点处的水情数据进行监测，并与传输网络相连接，通过传输网络实时地将监测数据发送至数据服务器；传输网络用于将实时采集的监测数据传输至数据服务器；数据服务器用于接收监测数据，并按照各个监测数据的数据源信息进行分别存储；用户计算机用于与数据服务器进行网络连接，对数据服务器中的数据进行查询、读取和显示。
4.但本技术发明人在实现本技术实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：现有技术对于河流水情数据采集不够智能化，根据采集数据对河流的水情状态分析单一，不便于监测多角度的水文情况，无法直观地展示河流水体的水质情况，对河流水情没有全面的了解。


技术实现要素：

5.本发明通过提供一种河流水情及污染监测的智能化信息采集及管理系统，解决了现有技术中对于河流水情数据采集不够智能化，根据采集数据对河流的水情状态分析单一，不便于监测多角度的水文情况，无法直观地展示河流水体的水质情况，对河流水情没有全面的了解的问题。实现了智能化信息的采集和管理，根据采集的河流水情数据分析得到河流水情状态和水质安全状态，实时监测河流污染情况。
6.本技术提供了一种河流水情及污染监测的智能化信息采集及管理系统具体包括以下技术方案：一种河流水情及污染监测的智能化信息采集及管理系统,包括以下部分：复合传感器、数据汇集设备、透传网关和河流管理中心；所述数据汇集设备，用于汇集监测站点范围内所有所述复合传感器监测到的河流水情数据，并将采集的河流水情数据录入电子表单，将电子表单通过无线传输的方式发送给所述透传网关；所述河流管理中心，用于对采集到的河流水情数据进行分析、处理，得到河流水情各因素的状态和污染情况；所述河流管理中心包括信息传输模块、任务发布模块、数据清洗
模块、水情梳理模块、污染检测模块、污染警示模块、情势展示模块和河流水情数据库；所述污染检测模块用于根据水质信息和其他河流水情数据对河流污染进行检测，计算水质检测值，所述污染检测模块将水质检测值发送给所述污染警示模块；所述污染警示模块用于根据水质检测值判断水质情况，得到水质判断结果，并将水质判断结果发送给所述河流水情数据库和所述情势展示模块。
7.一种河流水情及污染监测的智能化信息采集及管理方法，包括以下步骤：a. 构建河流-河段-站点的空间拓扑关系，部署传感器网络，根据信息采集任务采集河流水情数据，由数据汇集设备对采集数据进行智能化汇集和管控；b. 根据河流水情数据得到河流水情状态，根据河水流速对河流水体区域进行划分，计算水质检测值对河流污染进行检测，得到河流水质安全状况。
8.优选的，所述步骤a具体包括：每个监测站点设有数据汇集设备，用于汇集当前监测站点范围内所有复合传感器监测到的河流水情数据，数据汇集设备对河流水情数据进行并行汇集和智能化管控；同时，将采集的河流水情数据录入电子表单。
9.优选的，所述步骤b具体包括：污染检测模块根据水质信息和其他河流水情数据对河流污染进行检测，首先将同一监测站点中不同复合传感器的采集数据按照河流流速进行聚类划分，得到流速子区域，然后计算水质检测值。
10.优选的，所述步骤b具体包括：污染警示模块根据水质检测值判断水质情况，所述判断标准为：若水质检测值大于0，则表明检测的河流水情状态符合安全标准，且水质检测值越大，则表明水质安全性越高；反之，若水质检测值小于0，则表明检测的河流水质不符合安全性，且水质检测值越小，则表明水质污染危险性越大。
11.本发明的有益效果是：1、通过数据汇集设备对采集数据进行并行汇集处理，保证数据的全面性和及时性，使数据采集更高效和易于管理，可以更好地呈现数据价值；2、通过河流水情状态针对不同因素进行预警，提前准备相应的解决方案，通过水体区域划分，并根据水质信息和河流水情因素的偏离值计算水质检测值，对水质安全进行判断，直观地展示了河流水体的水质情况，便于了解河流污染情况，该系统大大提高了对河水水质的监测与分析效率，具有可靠性高、准确性高的特点，为河流环境的治理提供有效的数据支持。
12.3、本技术的技术方案能够有效解决对于河流水情数据采集不够智能化，根据采集数据对河流的水情状态分析单一，不便于监测多角度的水文情况，无法直观地展示河流水体的水质情况，对河流水情没有全面的了解。并且，上述系统或方法经过了一系列的效果调研，通过验证，最终能够实现智能化信息采集和管理，根据采集的河流水情数据分析得到河流水情状态和水质安全状态，实时监测河流污染情况。
附图说明
13.图1为本技术所述的一种河流水情及污染监测的智能化信息采集及管理系统结构
图；图2为本技术所述的河流管理中心结构图；图3为本技术所述的一种河流水情及污染监测的智能信息采集管理方法流程图。
具体实施方式
14.本发明通过提供一种河流水情及污染监测的智能化信息采集及管理系统，解决了现有技术中对于河流水情数据采集不够智能化，根据采集数据对河流的水情状态分析单一，不便于监测多角度的水文情况，无法直观地展示河流水体的水质情况，对河流水情没有全面的了解的问题。
15.本发明中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：通过数据汇集设备对采集数据进行并行汇集处理，保证数据的全面性和及时性，使数据采集更高效和易于管理，可以更好地呈现数据价值；通过河流水情状态针对不同因素进行预警，提前准备相应的解决方案，通过水体区域划分，并根据水质信息和河流水情因素的偏离值计算水质检测值，对水质安全进行判断，直观地展示了河流水体的水质情况，便于了解河流污染情况，该系统大大提高了对河水水质的监测与分析效率，具有可靠性高、准确性高的特点，为河流环境的治理提供有效的数据支持。
16.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
17.参照附图1，本技术所述的一种河流水情及污染监测的智能化信息采集及管理系统包括以下部分：复合传感器10、数据汇集设备20、透传网关30和河流管理中心40所述复合传感器10，用于监测采集河流水情数据，并将河流水情数据通过无线传输的方式发送给数据汇集设备20；所述数据汇集设备20，用于汇集监测站点范围内所有复合传感器10监测到的河流水情数据，并将采集的河流水情数据录入电子表单，将电子表单通过无线传输的方式发送给透传网关30；所述透传网关30，用于实现数据汇集设备20、复合传感器10与河流管理中心40之间的透明传输，将信息采集任务通过无线传输的方式发送给各复合传感器10、将采集的河流水情数据通过无线传输的方式发送给河流管理中心40；所述河流管理中心40，用于对采集到的河流水情数据进行分析、处理，得到河流水情各因素的状态和污染情况。河流管理中心40包括信息传输模块401、任务发布模块402、数据清洗模块403、水情梳理模块404、污染检测模块405、污染警示模块406、情势展示模块407和河流水情数据库408。所述信息传输模块401用于接收透传网关30传输的数据发送给数据清洗模块403，并将河流管理中心40产生的数据传输给透传网关30；所述任务发布模块402用于发布信息采集任务给信息传输模块401；所述数据清洗模块403用于对河流水情数据进行数据清洗，将清洗后的水位、流量、流速、水温、冰情、泥沙等因素传输给水情梳理模块404，将清洗后的所有河流水情数据传输给河流水情数据库408和污染检测模块405；所述水情梳理模块404用于根据预设的河流水情状态划分标准初步确定接收到的河流水情数据的当前状态，得到河流的水位、流量、流速、水温、冰情、泥沙等因素所处的不同情势状态，并根
据河流水情状态标准计算得到每个河流水情因素的偏离值，水情梳理模块404将得到的情势状态结果发送给河流水情数据库408和情势展示模块407，将河流水情因素的偏离值发送给污染检测模块405；所述污染检测模块405用于根据水质信息和其他河流水情数据对河流污染进行检测，计算水质检测值，污染检测模块405将水质检测值发送给污染警示模块406；所述污染警示模块406用于根据水质检测值判断水质情况，得到水质判断结果，并将水质判断结果发送给河流水情数据库408和情势展示模块407；所述情势展示模块407用于将河流水情的情势变化以图表的方式展示给用户；所述河流水情数据库408用于存储智能信息采集及管理系统产生的所有数据。河流管理中心40中各模块之间的信息传输采用数据传输的方式。
18.本技术所述一种河流水情及污染监测的智能化信息采集及管理方法包括以下步骤：a. 构建河流-河段-站点的空间拓扑关系，部署传感器网络，根据信息采集任务采集河流水情数据，由数据汇集设备对采集数据进行智能化汇集和管控；a1.为了准确把握河流水情变换情势，提前预测重大水情变故，需要摸清河流水情情况，建立完备的河流水情数据库408，提高河流水情管理水平和信息化水平。首先对河流水情进行精确高效的智能化采集，结合河流边界嵌套行政区划边界对河流进行分段，在每一河段设立监测站点，构建河流-河段-站点的空间拓扑关系，形成单流域多区域的水情管控单元。
19.在每个监测站点内部署至少一个复合传感器10，复合传感器10的数量取决于监测站点的面积，根据所选用的复合传感器10所能监测的范围进行部署。所有复合传感器10构成传感器网络，所述复合传感器10可以监测获得河流水情数据。所述河流水情数据包括河流的水位、流量、流速、水温、冰情、泥沙、水质等变化情势。
20.河流管理中心40的信息传输模块401将信息采集任务发送给对应监测站点的透传网关30，由透传网关30分发给对应的一至多个复合传感器10。复合传感器10根据河流管理中心40的任务发布模块402所传达的信息采集任务进行河流水情数据监测采集，所述信息采集任务以任务电子表单的形式下发，任务电子表单中可以包含一个复合传感器10的任务，也可以包含多个复合传感器10的任务。作为一个具体实施例，为复合传感器10分配的河流水情数据监测采集任务以任务列表的形式展示，任务列表中的内容包括：任务id、任务量、采集时间、任务范围、备注信息。所述任务id是对不同种类河流水情数据的区分；所述任务量表示采集精确度；所述采集时间包括开始采集的时间、结束采集的时间和采集频率；所述任务范围用于针对采集不同河流水情数据时所需采集的范围。
21.a2.每个监测站点设有数据汇集设备20，用于汇集当前监测站点范围内所有复合传感器10监测到的河流水情数据，数据汇集设备20对河流水情数据进行并行汇集和智能化管控。同时，为了提高数据采集和管理效率，将采集的河流水情数据录入电子表单，提升河流信息采集的智能化水平，有效降低用户的操作量。
22.所述数据汇集设备20对数据的采集和管控方法具体如下：各监测站点的数据汇集设备20对采集到的河流水情数据进行并行处理，设立某个监测站点的数据汇集设备20需要对n个复合传感器10的数据进行汇集处理，数据汇集设备20所需总带宽为：
其中，为数据汇集设备20所需总带宽，为第i个复合传感器10上传数据包的数量，为每个数据包的平均传输速率。若数据汇集设备20所需总带宽c超过数据汇集设备20的总调度容量，则需计算出数据汇集设备20的最大并行处理能力，从而控制数据包的传输数量。设立数据汇集设备20的总调度容量为c，计算数据汇集设备20的最大并行处理能力：其中，n为数据汇集设备20的最大并行处理能力。从而将河流水情数据分配到各个站点的数据汇集设备20中进行并行处理，使数据采集更高效和易于管理。
23.由透传网关30将汇集的河流水情数据传输给河流管理中心40。在所述河流管理中心40的信息采集展示模块中可以直观了解每个监测站点内的每个复合传感器10对于水情监测任务的完成情况。
24.所述步骤a的有益效果为：通过数据汇集设备对采集数据进行并行汇集处理，保证数据的全面性和及时性，使数据采集更高效和易于管理，可以更好地呈现数据价值。
25.b. 根据河流水情数据得到河流水情状态，根据河水流速对河流水体区域进行划分，计算水质检测值对河流污染进行检测，得到河流水质安全状况。
26.b1.数据汇集设备20将根据信息采集任务采集得到的河流水情数据通过透传网关30传输给河流管理中心40的信息传输模块401，再由信息传输模块401传输给数据清洗模块403，数据清洗模块403对河流水情数据进行数据清洗，所述数据清洗方法采用现有技术。再将清洗后的水位、流量、流速、水温、冰情、泥沙等因素传输给水情梳理模块404，将清洗后的所有河流水情数据传输给河流水情数据库408和污染检测模块405。
27.所述水情梳理模块404根据预设的河流水情状态划分标准初步确定接收到的河流水情数据的当前状态，得到河流的水位、流量、流速、水温、冰情、泥沙等因素所处的不同情势状态，并根据河流水情状态标准计算得到每个河流水情因素的偏离值。
28.所述河流水情状态划分标准根据不同地区不同河流的实际情况自行设定，作为一个具体实施例，河流水位状态标准可以预先设定水位上限阈值和下限阈值，当河流水位值位于上下限阈值范围内时，表明此时河流水位正常；否则说明河流水位因素处于预警状态，并进行相应的准备工作和处理。例如，若河流水位超过上限阈值，则需关注近期雨水情况，并做好开闸放水的准备；若河流水位低于下限阈值，则除了关注近期雨水情况外，还需限制河流用水，以及对上流水情的分析。
29.b2.污染检测模块405根据水质信息和其他河流水情数据对河流污染进行检测，所述水质信息包括河流的ph值、浑浊度、臭和味、含氧量、氨氮含量、磷含量、细菌数量等参数。首先将同一监测站点中不同复合传感器10的采集数据按照河流流速进行聚类划分，得到k个流速子区域，所述聚类划分方法采用现有技术。
30.将ph值、浑浊度、臭和味、含氧量、氨氮含量、磷含量、细菌数量等水质参数用
表示，，为水质参数的总数量。计算水质检测值：其中，表示在第k个流速子区域内的第j个水质参数的标准值，，为实际测得的第k个流速子区域内的第j个水质参数的平均值，为第b个河流水情状态的负偏离值，所述河流水情状态的负偏离值是指河流水情状态中未达到标准的偏离程度，正偏离值取0，为除了水质因素外其他河流水情因素的总数。若河流水情状态的偏离值均为正偏离值，则上述水质检测值的公式为：污染检测模块405将计算得到的水质检测值发送给污染警示模块406，由污染警示模块406根据水质检测值判断水质情况，所述判断标准为：若水质检测值大于0，则表明检测的河流水情状态符合安全标准，且u数值越大，则表明水质安全性越高；反之，若水质检测值小于0，则表明检测的河流水质不符合安全性，且u数值越小，则表明水质污染危险性越大。
31.将水情梳理模块404得到的情势状态结果和污染警示模块406得到的水质判断结果发送给河流水情数据库408和情势展示模块407，所述情势展示模块407将河流水情的情势变化以图表的方式展示给用户。
32.所述步骤b的有益效果为：通过河流水情状态针对不同因素进行预警，提前准备相应的解决方案，通过水体区域划分，并根据水质信息和河流水情因素的偏离值计算水质检测值，对水质安全进行判断，直观地展示了河流水体的水质情况，便于了解河流污染情况，该系统大大提高了对河水水质的监测与分析效率，具有可靠性高、准确性高的特点，为河流环境的治理提供有效的数据支持。
33.综上所述，便完成了本技术所述的一种河流水情及污染监测的智能化信息采集及管理系统。
34.上述本发明中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：1、通过数据汇集设备对采集数据进行并行汇集处理，保证数据的全面性和及时性，使数据采集更高效和易于管理，可以更好地呈现数据价值；2、通过河流水情状态针对不同因素进行预警，提前准备相应的解决方案，通过水体区域划分，并根据水质信息和河流水情因素的偏离值计算水质检测值，对水质安全进行判断，直观地展示了河流水体的水质情况，便于了解河流污染情况，该系统大大提高了对河水水质的监测与分析效率，具有可靠性高、准确性高的特点，为河流环境的治理提供有效的数据支持。
35.效果调研：本技术的技术方案能够有效解决对于河流水情数据采集不够智能化，根据采集数
据对河流的水情状态分析单一，不便于监测多角度的水文情况，无法直观地展示河流水体的水质情况，对河流水情没有全面的了解的问题。并且，上述系统或方法经过了一系列的效果调研，通过验证，最终能够实现智能化信息采集和管理，根据采集的河流水情数据分析得到河流水情状态和水质安全状态，实时监测河流污染情况。
36.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
37.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
38.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
39.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。