本發(fā)明涉及污水監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污水智能監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水域環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，其目的是為環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)決策的依據(jù)。水域環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)管理部門監(jiān)管的重要內(nèi)容之一，目前我國對大江、大河、沿海流域、港口、海灣實(shí)施日常例行監(jiān)測，對赤潮、溢油、重大污染物泄漏等污染事故，每天需進(jìn)行一次監(jiān)測。當(dāng)大江、大河及大型湖泊等突發(fā)水環(huán)境污染事故時，現(xiàn)有常規(guī)手段無法實(shí)現(xiàn)迅速、準(zhǔn)確、動態(tài)地監(jiān)測與預(yù)報，以致環(huán)保相關(guān)部門難以快速、恰當(dāng)?shù)刈鞒鰶Q策。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種污水智能監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

提供了一種污水智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)污水監(jiān)測模塊、通信模塊和污水監(jiān)測中心；所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)污水監(jiān)測模塊用于基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集污水參數(shù)，并將污水參數(shù)通過通信模塊傳送至污水監(jiān)測中心。

本發(fā)明的有益效果為：利用無線傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)了污水的監(jiān)測，使得環(huán)保相關(guān)部門能夠及時發(fā)現(xiàn)水環(huán)境污染事故，對事故的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)行監(jiān)測評估，制定緊急對策和措施。

附圖說明

利用附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明污水監(jiān)測中心的連接框圖。

附圖標(biāo)記：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)污水監(jiān)測模塊1、通信模塊2、污水監(jiān)測中心3、用戶終端4、數(shù)據(jù)接收模塊10、數(shù)據(jù)存儲模塊20、數(shù)據(jù)分析處理模塊30、閾值數(shù)據(jù)庫40、數(shù)據(jù)顯示模塊50。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參見圖1、圖2，本實(shí)施例提供的一種污水智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)污水監(jiān)測模塊1、通信模塊2和污水監(jiān)測中心3；所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)污水監(jiān)測模塊1用于基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集污水參數(shù)，并將污水參數(shù)通過通信模塊2傳送至污水監(jiān)測中心3。

優(yōu)選地，所述的污水監(jiān)測中心3包括數(shù)據(jù)接收模塊10、數(shù)據(jù)存儲模塊20、數(shù)據(jù)分析處理模塊30、閾值數(shù)據(jù)庫40、數(shù)據(jù)顯示模塊50；數(shù)據(jù)接收模塊10與通信模塊2連接，數(shù)據(jù)接收模塊10、數(shù)據(jù)存儲模塊20、數(shù)據(jù)分析處理模塊30、閾值數(shù)據(jù)庫40依次連接，數(shù)據(jù)顯示模塊50與數(shù)據(jù)分析處理模塊30連接。

進(jìn)一步地，還包括用戶終端4，所述的用戶終端4與污水監(jiān)測中心3通信連接，閾值數(shù)據(jù)庫存儲有污水參數(shù)閾值，所述的數(shù)據(jù)分析模塊將收到的污水參數(shù)與閾值數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)污水參數(shù)閾值進(jìn)行比較，當(dāng)污水參數(shù)超過對應(yīng)污水參數(shù)閾值時向用戶終端4發(fā)送報警信號。

優(yōu)選地，所述的污水參數(shù)包括水溫、ph值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量。

優(yōu)選地，所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)污水監(jiān)測模塊1包括污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)和移動基站，在部署污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)之前，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域平均劃分為4×4的方形網(wǎng)格，在每個方形網(wǎng)格中隨機(jī)部署污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，所述的移動基站與通信模塊2連接，移動基站在污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)部署完成后進(jìn)行污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的定位，并按照設(shè)定的訪問路徑移動，從而進(jìn)行污水參數(shù)收集。

優(yōu)選地，移動基站在污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)部署完成后進(jìn)行污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的定位，具體包括：

(1)按照下列公式設(shè)定移動基站的通信半徑

式中，φ為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的面積，pγ表示第γ個污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)失效的概率，n為部署的污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的個數(shù)；

(2)將每個方形網(wǎng)格的頂點(diǎn)作為移動基站的測距點(diǎn)，并確定各測距點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)實(shí)際情況對測距點(diǎn)進(jìn)行排序，初始時，移動基站位于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域左下角所在的測距點(diǎn)，并按照排序情況順序移動到每個測距點(diǎn)，移動基站每移動到一個測距點(diǎn)時，即暫時停留，與通信范圍內(nèi)的污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行rssi測距并保存，并結(jié)合相鄰兩個測距點(diǎn)計算通信范圍內(nèi)污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，設(shè)移動基站在測距點(diǎn)ωb、ωc對污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)sa進(jìn)行rssi測距，測距點(diǎn)ωb的坐標(biāo)為(xb,yb)，測距點(diǎn)ωc的坐標(biāo)為(xc,yc)，則污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)sa的位置坐標(biāo)(xa,ya)通過結(jié)合下列兩個公式計算：

其中，dab、dac分別為移動基站在測距點(diǎn)ωb、ωc對污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)sa進(jìn)行rssi測距獲得的歐式距離。

本優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的定位時，由移動基站負(fù)責(zé)大部分的計算和通信任務(wù)，能夠有效降低污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)通信及計算負(fù)載，并且定義了移動基站的通信半徑設(shè)定公式，從而在保證對所有污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)都能夠進(jìn)行rssi測距的前提下使得移動基站的通信半徑最小化，從而節(jié)省污水參數(shù)收集的能耗。

優(yōu)選地，所述的按照設(shè)定的訪問路徑移動，從而進(jìn)行污水參數(shù)收集，具體為：

(1)設(shè)定相鄰四個方形網(wǎng)格的中心點(diǎn)為移動基站進(jìn)行污水參數(shù)收集時的停留站點(diǎn)，則無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中共有四個停留站點(diǎn)，按照與移動基站初始位置的距離由近到遠(yuǎn)的順序，將各停留站點(diǎn)直線連接形成的路徑設(shè)定為移動基站的訪問路徑；

(2)對污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇，期間對于每個方形網(wǎng)格，在移動基站通信范圍內(nèi)的污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)中選取狀態(tài)值最大的污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)作為該方形網(wǎng)格的簇頭節(jié)點(diǎn)，共形成四個簇頭節(jié)點(diǎn)，定義狀態(tài)值的計算公式為：

式中，表示在移動基站通信范圍內(nèi)的方形網(wǎng)格中第i個污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)即si的狀態(tài)值，分別表示si的當(dāng)前剩余能量、當(dāng)前可用內(nèi)存、一跳鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)，為si的第j個一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前剩余能量，為si的初始內(nèi)存，d(si,o)為si到方形網(wǎng)格所對應(yīng)的停留站點(diǎn)的歐式距離；

其余的污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)計算自身與四個簇頭節(jié)點(diǎn)的歐式距離，并選擇歐式距離最小值所對應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)加入簇；

當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)的剩余能量低于初始能量的50％時，在移動基站通信范圍內(nèi)的污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)中選取狀態(tài)值最大的污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)更新簇頭節(jié)點(diǎn)；

(3)簇頭節(jié)點(diǎn)收集簇內(nèi)污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的污水參數(shù)，移動基站按照設(shè)定的訪問路徑移動到停留站點(diǎn)后停留，與該停留站點(diǎn)所對應(yīng)的四個方形網(wǎng)格的簇頭節(jié)點(diǎn)通信，從而接收簇頭節(jié)點(diǎn)已收集的污水參數(shù)。

本優(yōu)選實(shí)施例選擇狀態(tài)值最大的污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)作為與移動基站通信的簇頭節(jié)點(diǎn)，保證簇頭節(jié)點(diǎn)能夠較好地完成污水參數(shù)收集的任務(wù)，由簇頭節(jié)點(diǎn)收集簇內(nèi)污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的污水參數(shù)，不會引起太大的時延，并且能夠很大程度上節(jié)省污水參數(shù)收集的能量消耗；本優(yōu)選實(shí)施例還設(shè)置了簇頭節(jié)點(diǎn)的更新策略，能夠最大程度上節(jié)省簇頭節(jié)點(diǎn)的更新時間，并且有助于節(jié)省無線傳感器網(wǎng)絡(luò)污水監(jiān)測模塊1的整體能耗。

優(yōu)選地，簇內(nèi)污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與對應(yīng)簇頭節(jié)點(diǎn)為多跳距離時，簇內(nèi)污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)計算其簇內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)的優(yōu)選值，選擇優(yōu)選值最大的對應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行污水參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)，最終發(fā)送至簇頭節(jié)點(diǎn)，定義優(yōu)選值的計算公式為：

式中，sρv表示污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)sρ的第v個簇內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)，表示sρv的優(yōu)選值，s0表示sρ對應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)，表示sρ到s0的最短跳數(shù)距離，表示sρv到s0的最短跳數(shù)距離，f(·)為設(shè)定的距離比較函數(shù)，當(dāng)時，當(dāng)時，y(·)為設(shè)定的數(shù)據(jù)類型比較函數(shù)，當(dāng)sρ,sρv兩者采集的污水參數(shù)類型不一致時，y(sρ,sρν)＝0，當(dāng)sρ,sρν兩者采集的污水參數(shù)類型一致時，y(sρ,sρv)＝1；表示sρ在設(shè)定時間段采集的污水參數(shù)的平均值，表示sρv在同一設(shè)定時間段采集的污水參數(shù)的平均值。

本優(yōu)選實(shí)施例中，簇內(nèi)污水監(jiān)測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選取時，綜合考慮了鄰居節(jié)點(diǎn)的最短跳數(shù)距離和數(shù)據(jù)相關(guān)度因素，通過選擇優(yōu)選值最大的對應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，能夠減少通信開銷，并且能夠保障選出的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)具有較優(yōu)的數(shù)據(jù)聚合率，進(jìn)一步均衡無線傳感器網(wǎng)絡(luò)污水監(jiān)測模塊1的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，降低污水智能監(jiān)測系統(tǒng)在污水參數(shù)采集和處理方面的整體開銷，達(dá)到節(jié)能的有益效果。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。