一種汙水智能監測系統的製作方法

2023-04-23 07:30:12 5

本發明涉及汙水監測技術領域，具體涉及一種汙水智能監測系統。

背景技術：

水域環境監測是環境保護的基礎，其目的是為環境保護提供科學決策的依據。水域環境監測是環境保護管理部門監管的重要內容之一，目前我國對大江、大河、沿海流域、港口、海灣實施日常例行監測，對赤潮、溢油、重大汙染物洩漏等汙染事故，每天需進行一次監測。當大江、大河及大型湖泊等突發水環境汙染事故時，現有常規手段無法實現迅速、準確、動態地監測與預報，以致環保相關部門難以快速、恰當地作出決策。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提供一種汙水智能監測系統。

本發明的目的採用以下技術方案來實現：

提供了一種汙水智能監測系統，包括無線傳感器網絡汙水監測模塊、通信模塊和汙水監測中心；所述的無線傳感器網絡汙水監測模塊用於基於無線傳感器網絡採集汙水參數，並將汙水參數通過通信模塊傳送至汙水監測中心。

本發明的有益效果為：利用無線傳感器技術實現了汙水的監測，使得環保相關部門能夠及時發現水環境汙染事故，對事故的發生和發展進行監測評估，制定緊急對策和措施。

附圖說明

利用附圖對本發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制，對於本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。

圖1本發明的結構框圖；

圖2是本發明汙水監測中心的連接框圖。

附圖標記：

無線傳感器網絡汙水監測模塊1、通信模塊2、汙水監測中心3、用戶終端4、數據接收模塊10、數據存儲模塊20、數據分析處理模塊30、閾值資料庫40、數據顯示模塊50。

具體實施方式

結合以下實施例對本發明作進一步描述。

參見圖1、圖2，本實施例提供的一種汙水智能監測系統，包括無線傳感器網絡汙水監測模塊1、通信模塊2和汙水監測中心3；所述的無線傳感器網絡汙水監測模塊1用於基於無線傳感器網絡採集汙水參數，並將汙水參數通過通信模塊2傳送至汙水監測中心3。

優選地，所述的汙水監測中心3包括數據接收模塊10、數據存儲模塊20、數據分析處理模塊30、閾值資料庫40、數據顯示模塊50；數據接收模塊10與通信模塊2連接，數據接收模塊10、數據存儲模塊20、數據分析處理模塊30、閾值資料庫40依次連接，數據顯示模塊50與數據分析處理模塊30連接。

進一步地，還包括用戶終端4，所述的用戶終端4與汙水監測中心3通信連接，閾值資料庫存儲有汙水參數閾值，所述的數據分析模塊將收到的汙水參數與閾值資料庫中的對應汙水參數閾值進行比較，當汙水參數超過對應汙水參數閾值時向用戶終端4發送報警信號。

優選地，所述的汙水參數包括水溫、ph值、濁度、電導率、溶解氧含量。

優選地，所述的無線傳感器網絡汙水監測模塊1包括汙水監測節點和移動基站，在部署汙水監測節點之前，將無線傳感器網絡區域平均劃分為4×4的方形網格，在每個方形網格中隨機部署汙水監測節點，所述的移動基站與通信模塊2連接，移動基站在汙水監測節點部署完成後進行汙水監測節點的定位，並按照設定的訪問路徑移動，從而進行汙水參數收集。

優選地，移動基站在汙水監測節點部署完成後進行汙水監測節點的定位，具體包括：

(1)按照下列公式設定移動基站的通信半徑

式中，φ為無線傳感器網絡區域的面積，pγ表示第γ個汙水監測節點失效的概率，n為部署的汙水監測節點的個數；

(2)將每個方形網格的頂點作為移動基站的測距點，並確定各測距點的坐標，根據實際情況對測距點進行排序，初始時，移動基站位於無線傳感器網絡區域左下角所在的測距點，並按照排序情況順序移動到每個測距點，移動基站每移動到一個測距點時，即暫時停留，與通信範圍內的汙水監測節點進行rssi測距並保存，並結合相鄰兩個測距點計算通信範圍內汙水監測節點的坐標，設移動基站在測距點ωb、ωc對汙水監測節點sa進行rssi測距，測距點ωb的坐標為(xb,yb)，測距點ωc的坐標為(xc,yc)，則汙水監測節點sa的位置坐標(xa,ya)通過結合下列兩個公式計算：

其中，dab、dac分別為移動基站在測距點ωb、ωc對汙水監測節點sa進行rssi測距獲得的歐式距離。

本優選實施例進行汙水監測節點的定位時，由移動基站負責大部分的計算和通信任務，能夠有效降低汙水監測節點通信及計算負載，並且定義了移動基站的通信半徑設定公式，從而在保證對所有汙水監測節點都能夠進行rssi測距的前提下使得移動基站的通信半徑最小化，從而節省汙水參數收集的能耗。

優選地，所述的按照設定的訪問路徑移動，從而進行汙水參數收集，具體為：

(1)設定相鄰四個方形網格的中心點為移動基站進行汙水參數收集時的停留站點，則無線傳感器網絡區域中共有四個停留站點，按照與移動基站初始位置的距離由近到遠的順序，將各停留站點直線連接形成的路徑設定為移動基站的訪問路徑；

(2)對汙水監測節點進行分簇，期間對於每個方形網格，在移動基站通信範圍內的汙水監測節點中選取狀態值最大的汙水監測節點作為該方形網格的簇頭節點，共形成四個簇頭節點，定義狀態值的計算公式為：

式中，表示在移動基站通信範圍內的方形網格中第i個汙水監測節點即si的狀態值，分別表示si的當前剩餘能量、當前可用內存、一跳鄰居節點數，為si的第j個一跳鄰居節點的當前剩餘能量，為si的初始內存，d(si,o)為si到方形網格所對應的停留站點的歐式距離；

其餘的汙水監測節點計算自身與四個簇頭節點的歐式距離，並選擇歐式距離最小值所對應的簇頭節點加入簇；

當簇頭節點的剩餘能量低於初始能量的50％時，在移動基站通信範圍內的汙水監測節點中選取狀態值最大的汙水監測節點更新簇頭節點；

(3)簇頭節點收集簇內汙水監測節點的汙水參數，移動基站按照設定的訪問路徑移動到停留站點後停留，與該停留站點所對應的四個方形網格的簇頭節點通信，從而接收簇頭節點已收集的汙水參數。

本優選實施例選擇狀態值最大的汙水監測節點作為與移動基站通信的簇頭節點，保證簇頭節點能夠較好地完成汙水參數收集的任務，由簇頭節點收集簇內汙水監測節點的汙水參數，不會引起太大的時延，並且能夠很大程度上節省汙水參數收集的能量消耗；本優選實施例還設置了簇頭節點的更新策略，能夠最大程度上節省簇頭節點的更新時間，並且有助於節省無線傳感器網絡汙水監測模塊1的整體能耗。

優選地，簇內汙水監測節點與對應簇頭節點為多跳距離時，簇內汙水監測節點計算其簇內鄰居節點的優選值，選擇優選值最大的對應鄰居節點作為下一跳轉發節點，進行汙水參數轉發，最終發送至簇頭節點，定義優選值的計算公式為：

式中，sρv表示汙水監測節點sρ的第v個簇內鄰居節點，表示sρv的優選值，s0表示sρ對應的簇頭節點，表示sρ到s0的最短跳數距離，表示sρv到s0的最短跳數距離，f(·)為設定的距離比較函數，當時，當時，y(·)為設定的數據類型比較函數，當sρ,sρv兩者採集的汙水參數類型不一致時，y(sρ,sρν)＝0，當sρ,sρν兩者採集的汙水參數類型一致時，y(sρ,sρv)＝1；表示sρ在設定時間段採集的汙水參數的平均值，表示sρv在同一設定時間段採集的汙水參數的平均值。

本優選實施例中，簇內汙水監測節點進行轉發節點選取時，綜合考慮了鄰居節點的最短跳數距離和數據相關度因素，通過選擇優選值最大的對應鄰居節點作為下一跳轉發節點，能夠減少通信開銷，並且能夠保障選出的轉發節點具有較優的數據聚合率，進一步均衡無線傳感器網絡汙水監測模塊1的網絡負載，降低汙水智能監測系統在汙水參數採集和處理方面的整體開銷，達到節能的有益效果。

最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本發明作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和範圍。