CN101266254A - 水质自动在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水质监测系统，是一种用于饮用水和污水及废水处理的水质在线自动监测系统。是由数据采集模块、数据传输模块和数据处理模块三个部分组成的连续自动监测系统，其数据采集部分为多参数智能数据采集仪，数据传输部分为移动通信的GPRS通用分组业务网，利用无线数传终端DTU对数据进行传输，数据处理部分的在线自动分析仪器将数据分析打包以UDP包的形式经空中接口传送到移动的服务器后经公用Internet网送到监控中心数据服务器，GPRS数据中心与系统的应用软件接口以动态连接库以UDP/IP链路进行数据转发。
Description
技术领域
本发明涉及一种水质监测系统，是一种用于饮用水和污水及废水处理的水质在线自动监测系统。
背景技术
目前，国内自动监测仪器研制技术发展较慢，大量购买国外产品价格昂贵。引进国外的水质自动监测仪、自动采集数据和信息传递系统成本高，为建立全国主要水系重点河段水质、水量自动监测和预警预报系统提供经济的、适合我国国情的设备，实现汛期防污、防疫和突发性污染事故快速测报，及时、准确地反映全国水环境质量状况，实现水质监测自动化，研制一种使用成本低、测量精度高、应用面广的水质自动监测系统已迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在克服现有技术的不足，提供一种使用成本低、测量精度高、应用面广的水质自动在线监测系统。
本发明的目的可以通过下述的技术方案来实现：
水质在线自动监测系统，是主要由数据采集模块、数据传输模块和数据处理模块三个部分组成的连续自动监测系统，其数据采集部分为多参数智能数据采集仪，数据传输部分为移动通信的GPRS通用分组业务网，利用无线数传终端DTU对数据进行传输，数据处理部分的在线自动分析仪器将数据分析打包以UDP包的形式经空中接口传送到移动的服务器后经公用Internet网送到监控中心数据服务器，GPRS数据中心与系统的应用软件接口以动态连接库以UDP/IP链路进行数据转发。
本发明的目的还可以通过下述的技术方案来实现：
本发明在一个水系或者是一个地区设置多个有连续自动监测仪器的固定监测子站，由一个中心站控制若干个固定监测子站，对该区域的水质进行连续自动监测，形成一个连续自动监测系统，各子站的工作是连续运行，中心站是各个子站的监控中心和网络指挥中心和信息数据中心。
本发明监控中心的服务器采用固定IP连接至Internet，数据经公用Internet实现数据的透明传输，监控中心服务器上安装相关系统软件，包括通信服务器，监控中心服务器，数据库服务器，WEB服务器，通信服务器负责数据通信协议，数据代理转发通信设备状态监控等功能，数据库服务器进行数据存储、备份，监控中心服务器实现数据分析、存储、反控，监控中心有WEB服务器，监控中心可通过GPRS向现场运行的GPRSDTU和水质监测设备发送远程配置命令，实现对设备的控制。
本发明的系统说明和系统特点如下：
本发明的在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测体系。可尽早发现水质的异常变化，为防止下游水质污染迅速做出预警预报，及时追踪污染源，从而为管理决策服务。水质污染自动监测系统是同时配备了完善的辅助系统。
水质在线自动监测系统利用中国移动的GPRS业务实现了水质监测终端设备与监控中心的数据通信。GPRSDTU(GPRSDataTerminalUnit)与水质监测设备通讯，将现场水质监测设备的数据和运行信息打包，通过GPRS网络实时传输到监控中心，实现水质监测设备的远程数据获取和数据的统一管理。
数据采集：选用美国YSI公司的多参数智能数据采集仪。可同时采集11项参数。
数据传输：利用中国移动的GPRS(GeneralPacketRadioServerce)通用分组业务网。利用无线数传终端DTU对数据进行可靠传输。传输的有实时的水质参数和观测点实时的视频图像。
监控中心服务器采用固定IP连接至Internet。数据经公用Internet实现数据的透明传输。监控中心服务器上安装相关系统软件，包括通信服务器，监控中心服务器，数据库服务器，WEB服务器。通信服务器负责数据通信协议，数据代理转发通信设备状态监控等功能。数据库服务器进行数据存储、备份。监控中心服务器实现数据分析、存储、反控等功能。WEB服务器用于今后的扩展，以实现普通GPRS终端的无缝接入。
监控中心经应用软件初始化后呼叫数据采集模块。，数据采集模块将采集的数据送至DTU。DTU将数据打包以UDP包的形式经空中接口传送到移动的服务器，最后经公用Internet网送到监控中心数据服务器。
GPRS数据中心与系统的应用软件接口以动态连接库以UDP/IP链路进行数据转发。本系统单次采集的数据量小，安全要求低。因此采用UDP方式，这样就省却了建立TCP/IP链路的消耗。经测试，丢包较少，可以满足设计需求。对于经常性传输和实时性要求较高的数据传输其心跳间隔根据网络质量和应用要求进行设置。对于不希望对原有系统软件进行改动的应用方式通常可采用虚拟串行口(VSP)的连接方式。易于网络采集点的扩展，几乎不受网点规模的限制，可以在中国移动的全网覆盖范围内使用。跨省份、跨地区的网络也非常容易组建。可实现集中网络管理，可用SNMP协议实现所有网点设备的集中管理。
遇到汛期，流域水体污染等水质异常情况，监控中心能主动发出预警并启动相应处理预案。在监控中心数据服务器应用程序中添加预警监测功能。利用成熟的人工神经网络(ANN)技术结合相应的行业技术标准编制在线专家诊断系统。监控中心应用程序将下位机传输来的数据进行分析，统计。正常情况下对其存储和显示，异常时立即发出警报并自动启动相应处理预案。这样就实现了水质的实时在线测量与水情的自动控制与异常处理。
辅助设备
UPS电源：可以在停电情况下自动投切，对测量站的数据采集，数据传输供电，使系统可靠工作。
安防系统：探照灯和红外报警器。在数据采集仪投放处安放。红外报警器和探照灯实现联动，非工作人员无故靠近时，会自动声音告警，并打开照射数据采集仪的探照灯，保障设备的安全运行。
浮漂：使用网络摄像机对智能数据采集仪处实行监控，画面由CDMA视频无线传输终端实时地传送到监控端。使监控人员对水质采集点的水情有直观了解。
本发明是在一个水系或一个地区设置若干个有连续自动监测仪器的监测站，由一个中心站控制若干个固定监测子站，随时对该区的水质污染状况进行连续自动监测，形成一个连续自动监测系统。各子站的工作是常年连续运行的，中心站是各个子站的网络指挥中心，又是信息数据中心。它配有功能齐全、存贮容量大的计算机系统，由通讯联络设备及数据显示、分析、传输和接收的管理软件构成。中心站的主要功能：数据通信、实时数据库、报警、安全管理、数据打印，中心站的工作一般是间歇式的。
本发明利用中国移动的GPRS业务实现了水质监测终端设备与监控中心的数据通信。GPRSDTU(GPRSDataTerminalUnit)与水质监测设备通讯，将现场水质监测设备的数据和运行信息打包，通过GPRS网络实时传输到监控中心，实现水质监测设备的远程数据获取和数据的统一管理。同时，监控中心可通过GPRS向现场运行的GPRSDTU和水质监测设备发送远程配置命令，实现对设备的控制。
本发明的工作原理如下：
(1)数据采集模块：运用YSI公司的多参数智能采集仪对监测水体进行长期自动监测。数据采集周期定为一个小时。到采集时间点时，监控端向设备发送采集命令，多参数智能采集仪经预热后开始对监测水体进行水质数据的采集。采集后将数据打包经GPRSDTU将数据发送到监控端。监控端对收到的数据进行分析处理，若数据在正常范围内，将数据存储。若数据超出正常范围，立即予以告警，并自动启动相应的处理预案，并上报上级领导机关。数据正常与否取决于：各个探头具有严格的精度范围，超出即有异常；当地水利部门提供的水体水质的基本参数，超出即表明异常的发生；监控端ANN人工神经网络程序经长期的观测总结出的与外界条件的相关程度，如若超出，即表明外界条件发生了变化，水质情况有异常。
(2)数据传输模块：以中国移动的GPRS/CDMA业务网传送采集的水质数据及当前采集点的水情情况的视频。其中水质具有一定的采集时段，而水情视频采用实时实况传送。智能采集仪已将数据打包形成可读的数据报，GPRSDTU仅起到转发数据报的功能。水情视频信号经一系列的压缩加密后经GPRS/CDMA业务网实时，动态的传送到监控端。
(3)数据处理模块。监控端对接收到的数据进行分析，处理，将正常范围的数据存储。遇异常数据时自动告警并启动相应的处理预案。同时安装在监控端的ANN人工神经网络程序对数据进行长期的跟踪，分析，总结与外界条件的相关程度，推导监测水体内在的变化规律。监控端WEB服务器可以对授权的手机用户提供实时，在线的数据查询服务。这样可以使监控人员及相关部门人员随时，随地了解水质情况。在重大水体污染事故发生时及时采取措施。
(4)辅助设备。数据传输模块配有UPS电源，在子站停电时，自动投切，使数据采集，数据传输可以无间断运行。
红外报警器，联动探照灯可以在工作人员以外人员无许可进入时及时示警，保障了监控子站设备的运行安全。
本发明的有益效果在于：
1、水质在线自动监测系统是一套用于饮用水和污水及废水处理的自动在线监测系统，可连续或间歇地对系统中水质实现多种参数的在线监测，为水质监控提供完整的解决方案；可及时地掌握水处理系统中各流程点的水质状况，有效地保证饮用水、污水及废水处理系统的正常运行；可满足企业生产高效、低耗、现场无人值守等要求。
2、实施水质自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，达到及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况、预警预报重大或流域性水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况、排放达标情况等目的。
3、水质自动监测仪具有最佳现场使用效果，可以对水质进行自动、连续监测，数据远程自动传输，随时可以查询到所设站点的水质数据。这对于解决现行的水质监测周期长，劳动强度大，数据采集、传输速度慢等问题，具有深远的社会效益和经济效益。其先进性在于在实验室(中央控制室)可以实时显示现场数据，仪器发生故障时，报警功能可提醒用户并告知故障原因。
4、实现水污染的预警预报，水质自动监测工作的开展，一改过去总在事后才能向有关部门提供水质信息的被动局面，实现了在水质发生恶化时，仪器自动报警或响应，对流域下游发出水质污染的预警预报，防患于未然，充分体现了水利部门水量水质综合管理的优越性。2001年夏季，淮河泄污监测中，淮南石头埠断面的电导率上升趋势极为明显，成功地预测了污水团对下游的影响。2003年1月底至4月初，长江最大支流--汉江接连三次发生“水华”污染事件，武汉宗关水质自动站通过pH值和溶解氧的异常变化，多次率先监测到“水华”的产生，并连续进行了跟踪、监视，掌握了污染事件的发生、发展、结束过程。这对于防止污染事件的进一步发展有重要意义。
5、实现水质信息的在线查询和互访共享，水质自动监测系统促进水利部门水环境监测系统计算机联网，改革环境质量和污染源报告的编报，加速全国水环境监测技术向统一化、标准化发展，实现水质信息的在线查询、分析、计算、图表显示、打印等，随时实现各单位之间水质信息的互访共享，实现全流域水环境综合评价，可迅速为领导决策提供科学依据。
附图说明
图1是水质在线自动监测系统的工作原理框图
图2是YSI多参数智能数据采集仪工作原理框图
具体实施方式
图1和图2所示：水质在线自动监测系统，是主要由数据采集模块、数据传输模块和数据处理模块三个部分组成的连续自动监测系统，其数据采集部分为多参数智能数据采集仪，数据传输部分为移动通信的GPRS通用分组业务网，利用无线数传终端DTU对数据进行传输，数据处理部分的在线自动分析仪器将数据分析打包以UDP包的形式经空中接口传送到移动的服务器后经公用Internet网送到监控中心数据服务器，GPRS数据中心与系统的应用软件接口以动态连接库以UDP/IP链路进行数据转发。所述的水质在线自动监测系统，在一个水系或者是一个地区设置多个有连续自动监测仪器的固定监测子站，由一个中心站控制若干个固定监测子站，对该区域的水质进行连续自动监测，形成一个连续自动监测系统，中心站是各个子站的监控中心和网络指挥中心和信息数据中心。所述的监控中心的服务器采用固定IP连接至Internet，数据经公用Internet实现数据的透明传输，监控中心服务器上安装相关系统软件，包括通信服务器，监控中心服务器，数据库服务器，WEB服务器，通信服务器负责数据通信协议，数据代理转发通信设备状态监控等功能，数据库服务器进行数据存储、备份，监控中心服务器实现数据分析、存储、反控，监控中心有WEB服务器，监控中心可通过GPRS向现场运行的GPRSDTU和水质监测设备发送远程配置命令，实现对设备的控制。
Claims (3)
1、水质在线自动监测系统，是主要由数据采集模块、数据传输模块和数据处理模块三个部分组成的连续自动监测系统，其特征在于：数据采集部分为多参数智能数据采集仪，数据传输部分为移动通信的GPRS通用分组业务网，利用无线数传终端DTU对数据进行传输，数据处理部分的在线自动分析仪器将数据分析打包以UDP包的形式经空中接口传送到移动的服务器后经公用Internet网送到监控中心数据服务器，GPRS数据中心与系统的应用软件接口以动态连接库以UDP/IP链路进行数据转发。
2、根据权利要求1所述的水质在线自动监测系统，其特征在于：在一个水系或者是一个地区设置多个有连续自动监测仪器的固定监测子站，由一个中心站控制若干个固定监测子站，对该区域的水质进行连续自动监测，形成一个连续自动监测系统，各子站的工作是连续运行，中心站是各个子站的监控中心和网络指挥中心和信息数据中心。
3、根据权利要求1所述的水质在线自动监测系统，其特征在于：监控中心的服务器采用固定IP连接至Internet，数据经公用Internet实现数据的透明传输，监控中心服务器上安装相关系统软件，包括通信服务器，监控中心服务器，数据库服务器，WEB服务器，通信服务器负责数据通信协议，数据代理转发通信设备状态监控等功能，数据库服务器进行数据存储、备份，监控中心服务器实现数据分析、存储、反控，监控中心有WEB服务器，监控中心可通过GPRS向现场运行的GPRSDTU和水质监测设备发送远程配置命令。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080917 |