專利名稱：水質(zhì)在線預測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水質(zhì)在線預測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
水產(chǎn)養(yǎng)殖水體是水生動植物賴以生存必需的條件。不僅各水質(zhì)參數(shù)之間存在相互影響，而且各水質(zhì)參數(shù)易受氣象參數(shù)的影響，因此，在對水質(zhì)參數(shù)預測時必須考慮各種參數(shù)的影響?？焖?、準確的水質(zhì)參數(shù)預測對防范水質(zhì)惡化，提高水產(chǎn)品質(zhì)量和水產(chǎn)品健康養(yǎng)殖、 推進漁業(yè)信息現(xiàn)代化中將發(fā)揮重要的作用。目前常用的水質(zhì)自動監(jiān)測預測系統(tǒng)中硬件以在線式自動分析儀器為核心，預測方法采用多項式回歸、數(shù)理統(tǒng)計法、灰色系統(tǒng)理論法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型法、水質(zhì)模擬模型法等方法，該系統(tǒng)對水質(zhì)預測取得了一定成效，但在應用過程中仍存在一些問題沒有充分考慮水質(zhì)各參數(shù)及氣象參數(shù)的相互影響，監(jiān)測的參數(shù)少，缺乏對水質(zhì)變化進行全天候長時間的監(jiān)控預測，且預測方法存在非線性、不確定性、高維數(shù)、易陷入局部極小點等不足，嚴重降低了其應用效果。

實用新型內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可實現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域水質(zhì)多參數(shù)的精確預測，并可實現(xiàn)對所預測數(shù)據(jù)進行實時、自動和遠程監(jiān)測的水質(zhì)預測系統(tǒng)。( 二 )技術(shù)方案為解決上述問題，本實用新型提供了一種水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括參數(shù)采集節(jié)點，采集水質(zhì)以及氣象參數(shù)，并將處理后的數(shù)據(jù)傳送至路由中繼節(jié)點；路由中繼節(jié)點， 接收所述參數(shù)采集節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將其傳送至無線匯聚節(jié)點；無線匯聚節(jié)點，匯聚并轉(zhuǎn)發(fā)所述路由中繼節(jié)傳送的數(shù)據(jù)；云處理預測平臺，對所述無線匯聚節(jié)點傳送的數(shù)據(jù)進行在線處理并將處理后的數(shù)據(jù)存儲后傳送至現(xiàn)場控制中心；現(xiàn)場控制中心，接收所述云處理預測平臺傳送的數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進行實時傳送、顯示、查詢、存儲以及下載；遠程監(jiān)控中心，接收所述現(xiàn)場控制中心傳送的數(shù)據(jù)，并對接收到的數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)控。其中，所述參數(shù)采集節(jié)點進一步包括水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點，采集水質(zhì)參數(shù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行處理；氣象參數(shù)采集節(jié)點，采集氣象參數(shù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行處理；電源管理器，與所述水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點、氣象參數(shù)采集節(jié)點、以及無線控制器均相連；太陽能板，與所述電源管理器相連；蓄電池，與所述電源管理器相連；無線控制器，通過RS485接口與所述水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點以及所述氣象參數(shù)采集節(jié)點均相連。其中，所述水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點進一步包括水質(zhì)傳感器單元，采集水質(zhì)參數(shù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行處理，與所述電源管理器以及所述無線控制器均相連；所述氣象參數(shù)采集節(jié)點進一步包括氣象傳感器單元，采集氣象參數(shù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行處理，與所述電源管理器以及所述無線控制器均相連。[0010]其中，所述水質(zhì)傳感器單元進一步包括智能溶解氧傳感器、智能水位傳感器、 智能電導率傳感器、智能水溫傳感器、智能酸堿度傳感器、智能濁度傳感器、以及分別于上述傳感器一一對應連接的六個智能變送器接口模塊STIM，所述六個智能變送器接口模塊 STIM均與所述電源管理器相連，且分別通過所述RS485接口與所述無線控制器相連。其中，所述氣象傳感器單元進一步包括智能氣溫傳感器、智能降雨量傳感器、智能太陽輻射傳感器、智能風速傳感器、智能氣壓傳感器以及與上述五個傳感器一一對應連接的五個智能變送器接口模塊STIM，所述五個智能變送器接口模塊STIM均與所述電源管理器相連，且分別通過所述RS485接口與所述無線控制器相連。其中，所述云處理預測平臺進一步包括計算服務(wù)器，對所述無線匯聚節(jié)點傳送的數(shù)據(jù)進行在線處理；存儲服務(wù)器，對所述計算服務(wù)器處理后的數(shù)據(jù)進行存儲。其中，所述云處理預測平臺通過網(wǎng)絡(luò)將處理后的數(shù)據(jù)傳送至所述現(xiàn)場控制中心。其中，所述無線控制器進一步包括通用異步收發(fā)裝置，與所述RS485接口相連； 電源控制器；串行外圍設(shè)備接口 SPI ；無線通訊模塊，與所述遠程監(jiān)控中心進行無線通訊。其中，所述無線控制器采用JENNIC公司的JN5121芯片。(三)有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(1)本系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計，太陽能供電，環(huán)保經(jīng)濟；(2)本系統(tǒng)可實現(xiàn)對多種水質(zhì)參數(shù)和氣象參數(shù)連續(xù)在線監(jiān)測；(3)利用LS-SVR預測模型可有效解決傳統(tǒng)預測方法存在的問題，在對水質(zhì)參數(shù)進行預測時充分考慮多元水質(zhì)因子和氣象因子的影響，預測的結(jié)果更接近實際測量值，精度更高更可靠。

圖1為依照本實用新型一種實施方式的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為依照本實用新型一種實施方式的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)中的水質(zhì)參數(shù)采集結(jié)構(gòu)框圖；圖3為依照本實用新型一種實施方式的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)中的氣象參數(shù)采集結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
本實用新型提出的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，結(jié)合附圖及實施例詳細說明如下。如圖1-3所示，依照本實用新型一種實施方式的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)包括參數(shù)采集節(jié)點，優(yōu)選地，其進一步包括水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點1以及氣象采集節(jié)點2，水質(zhì)采集節(jié)點 1用于采集水質(zhì)參數(shù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行處理；氣象參數(shù)采集節(jié)點2，用于采集氣象參數(shù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行處理；路由中繼節(jié)點3，用于接收水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點1和氣象參數(shù)采集節(jié)點2傳輸?shù)慕?jīng)過處理的數(shù)據(jù)；無線匯聚節(jié)點4，用于匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)所述路由中繼節(jié)點 3所傳送的數(shù)據(jù)；云處理預測平臺5，優(yōu)選地，包括計算服務(wù)器6和存儲服務(wù)器7，計算服務(wù)器6，用于對無線匯聚節(jié)點4所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行在線處理；存儲服務(wù)器7用于存儲經(jīng)計算服務(wù)器6所處理的數(shù)據(jù)。云處理預測平臺5通過網(wǎng)絡(luò)傳輸經(jīng)處理后的數(shù)據(jù)；現(xiàn)場控制中心8，用于接收云處理預測平臺5所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并對所接收的數(shù)據(jù)進行實時顯示、查詢、存儲和下載；遠程監(jiān)控中心9，用于接收現(xiàn)場控制中心8傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并對所接收的數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)控。其中，參數(shù)采集節(jié)點還包括太陽能板10、蓄電池11、電源管理器12、RS485接口和無線控制器13。太陽能板10和蓄電池11分別與電源管理器12連接，電源管理器12用于為水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點1以及氣象參數(shù)采集節(jié)點2提供激勵電壓，為無線控制器13提供電源， 水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點1以及氣象參數(shù)采集節(jié)點2均通過RS485接口與無線控制器13連接。水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點1進一步包括水質(zhì)傳感器單元，包括采用RS485標準接口且具有自校準、自補償和自診斷功能的智能溶解氧傳感器14、智能水位傳感器15、智能電導率傳感器16、智能水溫傳感器17、智能酸堿度傳感器18和智能濁度傳感器19以及六個智能變送器接口模塊STIM1、2、3、4、5、6，智能溶解氧傳感器14、智能水位傳感器15、智能電導率傳感器16、智能水溫傳感器17、智能酸堿度傳感器18和智能濁度傳感器19與六個智能變送器接口模塊STIM1、2、3、4、5、6形成一對一連接。氣象參數(shù)采集節(jié)點2進一步包括氣象傳感器單元，包括采用RS485標準接口且具有自校準、自補償和自診斷功能的智能氣溫傳感器20、智能降雨量傳感器21、智能太陽輻射傳感器22、智能風速傳感器23和智能氣壓傳感器M以及五個智能變送器接口模塊STIM I、II、III、IV、V，所述智能氣溫傳感器20、智能降雨量傳感器21、智能太陽輻射傳感器22、 智能風速傳感器23和智能氣壓傳感器M與五個智能變送器接口模塊STIM I、II、III、IV、 V形成一對一連接。其中，無線控制器13進一步包括通用異步收發(fā)裝置，與所述RS485接口相連；電源控制器；串行外圍設(shè)備接口 SPI ；無線通訊模塊，與所述遠程監(jiān)控中心進行無線通訊。優(yōu)選地，采用JENNIC公司的JN5121芯片。本實用新型基于最小二乘支持向量回歸(LS-SVR)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)的水質(zhì)在線預測控制系統(tǒng)的工作過程如下水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點1和氣象參數(shù)采集節(jié)點2將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)路由中繼節(jié)點3傳送至無線匯聚節(jié)點4，無線匯聚節(jié)點4將接收到的數(shù)據(jù)傳送至云處理預測平臺5，計算服務(wù)器6將無線匯聚節(jié)點4所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行在線處理，調(diào)用LS-SVR的水質(zhì)預測程序，對水質(zhì)參數(shù)進行在線實時精確預測、分析處理，經(jīng)計算服務(wù)器6所處理的數(shù)據(jù)存儲于存儲服務(wù)器7 中，供現(xiàn)場控制中心8瀏覽或查詢，現(xiàn)場控制中心8將接收到的數(shù)據(jù)傳輸至遠程監(jiān)控中心9， 從而實現(xiàn)對水質(zhì)預測數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控。以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括參數(shù)采集節(jié)點，采集水質(zhì)以及氣象參數(shù)，并將處理后的數(shù)據(jù)傳送至路由中繼節(jié)點(3)； 路由中繼節(jié)點(3)，接收所述參數(shù)采集節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將其傳送至無線匯聚節(jié)點⑷；無線匯聚節(jié)點G)，匯聚并轉(zhuǎn)發(fā)所述路由中繼節(jié)點( 傳送的數(shù)據(jù)； 云處理預測平臺(5)，對所述無線匯聚節(jié)點(4)傳送的數(shù)據(jù)進行在線處理并將處理后的數(shù)據(jù)存儲后傳送至現(xiàn)場控制中心(8)；現(xiàn)場控制中心(8)，接收所述云處理預測平臺( 傳送的數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進行實時傳送、顯示、查詢、存儲以及下載；遠程監(jiān)控中心(9)，接收所述現(xiàn)場控制中心(8)傳送的數(shù)據(jù)，并對接收到的數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)控。
2.如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，其特征在于，所述參數(shù)采集節(jié)點進一步包括水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點(1)，采集水質(zhì)參數(shù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行處理； 氣象參數(shù)采集節(jié)點O)，采集氣象參數(shù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行處理； 電源管理器(12)，與所述水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點(1)、氣象參數(shù)采集節(jié)點O)、以及無線控制器(13)均相連；太陽能板(10)，與所述電源管理器(12)相連； 蓄電池(11)，與所述電源管理器(12)相連；無線控制器(13)，通過RS485接口與所述水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點(1)以及所述氣象參數(shù)采集節(jié)點⑵均相連。
3.如權(quán)利要求2所述的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，其特征在于，所述水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點(1) 進一步包括水質(zhì)傳感器單元，采集水質(zhì)參數(shù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行處理，與所述電源管理器(12) 以及所述無線控制器(1 均相連；所述氣象參數(shù)采集節(jié)點( 進一步包括氣象傳感器單元，采集氣象參數(shù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行處理，與所述電源管理器(12) 以及所述無線控制器(1 均相連。
4.如權(quán)利要求3所述的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，其特征在于，所述水質(zhì)傳感器單元進一步包括智能溶解氧傳感器、智能水位傳感器、智能電導率傳感器、智能水溫傳感器、智能酸堿度傳感器、智能濁度傳感器、以及分別于上述傳感器一一對應連接的六個智能變送器接口模塊STIM，所述六個智能變送器接口模塊STIM均與所述電源管理器(1 相連，且分別通過所述RS485接口與所述無線控制器(1 相連。
5.如權(quán)利要求4所述的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，其特征在于，所述氣象傳感器單元進一步包括智能氣溫傳感器、智能降雨量傳感器、智能太陽輻射傳感器、智能風速傳感器、智能氣壓傳感器以及與上述五個傳感器一一對應連接的五個智能變送器接口模塊STIM，所述五個智能變送器接口模塊STIM均與所述電源管理器(1 相連，且分別通過所述RS485接口與所述無線控制器(13)相連。
6.如權(quán)利要求1所述的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，其特征在于，所述云處理預測平臺(5)進一步包括計算服務(wù)器(6)，對所述無線匯聚節(jié)點(4)傳送的數(shù)據(jù)進行在線處理； 存儲服務(wù)器(7)，對所述計算服務(wù)器(6)處理后的數(shù)據(jù)進行存儲。
7.如權(quán)利要求6所述的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，其特征在于，所述云處理預測平臺(5)通過網(wǎng)絡(luò)將處理后的數(shù)據(jù)傳送至所述現(xiàn)場控制中心(8)。
8.如權(quán)利要求2所述的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線控制器(13)進一步包括通用異步收發(fā)裝置，與所述RS485接口相連； 電源控制器； 串行外圍設(shè)備接口 SPI;無線通訊模塊，與所述遠程監(jiān)控中心進行無線通訊。
9.如權(quán)利要求2-5任一項所述的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線控制器 (13)采用JENNIC公司的JN5121芯片。
10.如權(quán)利要求7或8所述的水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線控制器(13)采用JENNIC公司的JN5121芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種水質(zhì)在線預測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括參數(shù)采集節(jié)點，采集水質(zhì)及氣象參數(shù)，并將處理后的數(shù)據(jù)傳送至路由中繼節(jié)點(3)；路由中繼節(jié)點(3)，接收參數(shù)采集節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將其傳送至無線匯聚節(jié)點(4)；無線匯聚節(jié)點(4)，匯聚并轉(zhuǎn)發(fā)路由中繼節(jié)點(3)傳送的數(shù)據(jù)；云處理預測平臺(5)，對接收的數(shù)據(jù)進行在線處理并將處理后的數(shù)據(jù)存儲后傳送至現(xiàn)場控制中心(8)；現(xiàn)場控制中心(8)，對接收到的數(shù)據(jù)進行實時傳送、顯示、查詢、存儲以及下載；遠程監(jiān)控中心(9)，對接收到的數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)控。本實用新型的系統(tǒng)可實現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域水質(zhì)多參數(shù)的精確預測，并可實現(xiàn)對所預測數(shù)據(jù)進行實時、自動和遠程監(jiān)測。
文檔編號G01N33/18GK202002923SQ20112003565
公開日2011年10月5日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者位耀光, 劉雙印, 臺海江, 孫亞寧, 徐龍琴, 李道亮 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學