CN101943694A - 水质在线监测系统 - Google Patents

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梁永刚
王小泉
陈文杰
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Liu Zhongmin
Shanghai Hengwei Information Technology Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种水质在线监测系统，包括数据采集装置，服务器，客户机。数据采集装置包括第一数据通信模块，设备操作维护模块和参数采集单元；服务器包括第二数据通信模块，网络服务器和数据库服务器；数据采集装置的第一数据通信模块通过以太网或无线通信网络与服务器的第二数据通信模块连接，双向传输数据；服务器的第二数据通信模块通过以太网与客户机连接，双向传输数据；客户机包括信息显示模块，远程控制模块，水质预警模块和信令跟踪模块。该系统建设和运维成本低，监测数据实时，数据显示直观；系统还具有信令跟踪、远程升级和水质预警功能。特别适合对现有企业排污状况，地表水、饮用水质量等进行实时监测、统计分析和管理。

Description

水质在线监测系统
技术领域
本发明涉及一种水质监测装置，尤其涉及一种水质在线网络监测系统。
背景技术
随着工业技术的发展，人们在大规模工业生产的同时排放了大量的工业废弃物，这些工业废弃物已经对人类生存环境构成极大的威胁。环境保护尤其是淡水资源的保护是世界各国面临的紧迫问题。
目前常用的水质在线监测系统采用的是在测量技术上针对水质中各个参数分别购买相应设备，采样并与标准试剂对比进行单独测量，再通过转换设备将测量值转换成数字信号送到通信设备，由通信设备集中将各个参数统一上报。
上述方法的缺陷在于：第一，整个系统设备众多，对野外数据采集设备的管理不便，建设和运维成本高；第二，采集数据不实时，监测过程被动，没有利用监测数据进行水质预警；第三，监测结果的地理位置显示不直观，不利于大规模监测系统的管理。
发明内容
本发明的目的是提供一种水质在线监测系统，其具有建设和运维成本低，监测数据实时传输，数据显示直观的优点，而且系统还提供信令跟踪，远程升级，和水质预警功能，有利于大规模水质监测系统的管理。
为了达到上述目的，本发明提供一种水质在线监测系统，包括若干个数据采集装置，服务器，和若干个客户机，其特点是，
所述的数据采集装置包括第一数据通信模块，设备操作维护模块，参数采集单元和自动清洗单元；
所述的设备操作维护模块电路连接参数采集单元和第一数据通信模块；设备操作维护模块分别管理和控制参数采集单元和第一数据通信模块；
所述的服务器包括第二数据通信模块，网络服务器和数据库服务器；
所述的数据库服务器电路连接第二数据通信模块和网络服务器；
网络服务器通过第二数据通信模块接收来自客户机命令数据并将其发送给数据采集装置；
所述的数据采集装置的第一数据通信模块通过以太网或无线通信网络与服务器的第二数据通信模块进行双向传输数据；
所述的服务器的第二数据通信模块通过以太网与客户机进行双向传输数据；
所述的客户机包括电路连接的信息显示模块，远程控制模块，水质预警模块和信令跟踪模块。
网络服务器通过第二数据通信模块接收来自数据采集装置的采集数据；如果此数据是数据采集装置自动采集的，网络服务器将数据保存在数据库服务器中；如果此数据是按照客户机的命令采集的，网络服务器将数据保存在数据库服务器中，并且将接收到的采集数据发送回客户机；
数据库服务器对客户机和网络服务器提供数据查询维护支持。
上述的水质在线监测系统，其中，
所述的信息显示模块包括地理信息系统，显示各个站点的数据采集装置在地图上的位置。
所述的远程控制模块通过服务器向数据采集装置发送命令数据；
所述的命令数据包括远程升级命令，数据采集命令，和自动清洗命令。
所述的水质预警模块通过比较水质指标数据和服务器发送给客户机的采集数据，得到各个数据采集装置所在站点的水质检测结果，并对一段时间内的若干数据进行趋势统计分析；如果有恶化趋势，向管理员发送提示信息；所述的提示信息包括短信提示，邮件提示和在线提示；除了支持主动提示外，该水质预警模块还支持系统管理人员的短信查询，将水质参数的查询结果以短信形式反馈给系统管理人员。
上述的水质在线监测系统，其中，所述的信令跟踪模块通过记录数据采集装置和服务器之间的交互数据和命令，实现对各个站点的所有交互信息进行实时监控。
上述的水质在线监测系统，其中，所述的设备操作维护模块包括触摸屏、控制电路和外部接口，控制电路通过数据线连接触摸屏和外部接口；
所述的外部接口包括SD卡接口，USB接口，和数字传感器接口。
本发明由于实现了上述的技术方案，与现有技术相比，其优点和积极效果是：1，整个系统支持多个采集装置，最大化的共享网络和存储设备，降低了建设成本；远程控制模块可以远程升级数据采集装置的系统，降低了维护成本；2，水质监测数据可以通过无线或有线网络实时传递，数据传输及时；3，通过在客户机结合地理信息系统，为用户提供直观的数据表示；4，充分利用水质监测数据，进行水质趋势分析，使整个系统具有早期预报、主动预警的优点。
附图说明
图1是本发明的水质在线网络监测系统的系统框图；
图2是本发明的水质在线网络监测系统的数据采集装置的结构示意图；
图3是本发明的水质在线网络监测系统的服务器系统结构图；
图4是本发明的水质在线网络监测系统的水质监测应用实施图；
图5是本发明的水质在线网络监测系统的客户机系统结构图。
具体实施方式
以下结合附图，详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供的水质在线监测系统，包括若干个数据采集装置10，服务器30，和若干个客户机40。
如图2所示，所述的数据采集装置10安装在机柜中，其包括第一数据通信模块，设备操作维护模块14，参数采集单元17和自动清洗单元15；还包括电源防护和转换模块12，对外接口模块13，设备储能模块16。
所述的设备操作维护模块14电路连接参数采集单元17和第一数据通信模块；设备操作维护模块14分别管理和控制参数采集单元17和第一数据通信模块。
所述的设备操作维护模块14包括触摸屏、控制电路和外部接口，控制电路通过数据线连接触摸屏和外部接口；所述的外部接口包括SD卡接口，USB接口，和数字传感器接口。
所述的电源防护和转换模块12包括依次连接的防雷器121，滤波器122，整流器123；其中，该整流器123的输出端与设备储能模块16、设备操作维护模块14和自动清洗单元15连接，为数据采集装置10提供工作电源。
所述的参数采集单元17由多种不同类型的传感器构成，针对所需测量的不同参数而采用不同类型的传感器采集数据。具体包括：采用光谱测量技术的紫外光谱传感器，用于测量化学需氧量、硝氮、亚硝氮、悬浮微粒总量；荧光传感器，用于测量溶解氧、叶绿素、蓝藻、有色溶解性有机物等；以及超声波传感器，用于测量流量。另外，还包括采用离子测量技术的电极传感器，其用于测量PH、电导率、温度、氨氮等。
所述的电源防护和转换模块12分别电路连接自动清洗单元15、设备储能模块16和设备操作维护模块14；所述的设备操作维护模块14分别电路连接参数采集单元17、自动清洗单元15和第一数据通信模块，该设备操作维护模块14与参数采集单元17、自动清洗单元15和第一数据通信模块之间分别双向传输数据。
所述的电源防护和转换模块12输入端连接交流电源，输出端分别给自动清洗单元15、设备储能模块16和设备操作维护模块14馈电；在外接电源断电的情况下，由设备储能模块16向自动清洗单元15和设备操作维护模块14馈电。
所述的第一数据通信模块包括无线数据收发器和以太网接口；所述的无线数据收发器通过无线通信网络传输GPRS数据和短信数据。
设备操作维护模块14采用主频200MHz的ARM9内核主控芯片。
如图3所示，服务器30包括第二数据通信模块31，网络服务器32和数据库服务器33；
所述的数据库服务器33电路连接第二数据通信模块31和网络服务器32；
网络服务器32通过第二数据通信模块31接收来自客户机40命令或数据并将其发送给数据采集装置10；
网络服务器32通过第二数据通信模块31接收来自数据采集装置10的采集数据；如果此数据是数据采集装置10自动采集的，网络服务器32将数据保存在数据库服务器；如果此数据是按照客户机40的命令采集的，网络服务器32将数据保存在数据库服务器，并且将接收到的采集数据发送回客户机40；
所述的第二数据通信模块31包括无线数据收发器和以太网接口；所述的无线数据收发器通过无线通信网络传输GPRS数据和短信数据；第二数据通信模块与第一数据通信模块相匹配，双向传输数据。
客户机40和网络服务器32从数据库服务器33取得数据。网络服务器32连接以太网，向相关人员或者公众提供信息查询服务。
所述的数据采集装置10的第一数据通信模块通过以太网或无线通信网络与服务器30的第二数据通信模块31连接，双向传输数据；
所述的服务器30的第二数据通信模块31通过以太网与客户机40连接，双向传输数据；
如图5所示，所述的客户机40包括电路连接的信息显示模块41，远程控制模块42，水质预警模块43和信令跟踪模块44。
所述的信息显示模块41包括地理信息系统，标记并显示各个站点的数据采集装置10在地图上的位置。地理信息系统：负责站点地图的显示，告警的地图显示；地图缩放、平移、测距；鹰眼图；站点添加标示等功能。站点与地理信息系统双向关联，鼠标双击站点名称，则在GIS地图中心显示地理位置。同时与站点相关的告警等信息，也在地图站点对应位置以不同颜色闪烁。方便用户的使用。
所述的远程控制模块42通过服务器30向数据采集装置10发送命令数据；所述的命令数据包括远程升级命令，数据采集命令，自动清洗命令。
所述的水质预警模块43通过比较水质指标数据和服务器30发送给客户机40的采集数据，得到各个数据采集装置10所在站点的水质检测结果，并对一段时间内的若干数据进行趋势统计分析；如果有恶化趋势，向管理员发送提示信息；所述的提示信息包括短信提示，邮件提示和在线提示。除了支持主动提示外，水质预警模块还支持系统管理人员的短信查询，将水质参数的查询结果以短信形式反馈给系统管理人员。
所述的信令跟踪模块44通过记录数据采集装置和服务器之间的交互数据和命令，可以实现对特定站点的所有交互信息进行实时监控。
数据采集装置10除了可以接收远程控制，完成相应工作外，还具有自动清洗，自动采集，告警上报功能，设备操作维护模块14定时启动参数采集单元17的传感器装置，将传感器采集数据与水质指标数据进行比较，如果污水参数超标，则通过第一数据通信模块向服务器发送告警数据。
参见图4，多个室外型数据采集装置安装于河流或湖泊边，采集水质参数，数据采集装置通过无线网络与通讯机房相连，服务器通过专线(DDN)与通信机房相连。客户机通过局域网与服务器相连，用户通过客户机查询信息，并发送命令进行远程控制。
客户机对数据采集装置进行远程控制的步骤如下：
步骤1：用户登陆为管理员；
步骤2：选择监测站点；
步骤3：选择命令发送；包括数据采集命令，自动清洗命令，远程升级命令；
步骤3.1：如果选择数据采集命令；
步骤3.1.1：数据采集装置的设备操作维护模块得到操作维护管理中心的命令数据；
步骤3.1.2：设备操作维护模块启动参数采集单元采集水质参数；
步骤3.1.3：传感器完成采集工作；
步骤3.1.4：参数采集单元将采集数据传送回设备操作维护模块；
步骤3.2：如果选择清洗命令；
步骤3.2.1：设备操作维护模块启动自动清洗单元；
步骤3.2.2：清洗单元对若干个传感器进行清洗；
步骤3.2.3：自动清洗单元清洗完成后，向设备操作维护模块发送完成信号；
步骤3.3：如果选择远程升级命令；
步骤3.3.1：客户机将更新的软件通过服务器发送给数据采集装置；
步骤3.3.2：数据采集装置的设备操作维护模块得到更新软件后自动安装升级；
步骤3.3.3：升级完成后，向设备操作维护模块发送完成信号；
步骤4：设备操作维护模块通过通信接口模块将采集的数据或者完成信号传送给通讯机房；
步骤5：通讯机房将得到的信息自动转送给服务器，服务器保存数据，并返回给客户。
本发明与现有技术相比，其优点和积极效果是：1，整个系统支持多个采集装置，最大化的共享网络和存储设备，降低了建设成本；远程控制模块可以远程升级数据采集装置的系统，自动清洗模块自动化清洗采集装置的传感器部件，降低了维护成本；2，水质监测数据可以通过无线或有线网络实时传递，数据传输及时；3，通过在客户机结合地理信息系统，为用户提供直观的数据表示；4，充分利用水质监测数据，进行水质趋势分析，使整个系统具有早期预报、主动预警的优点。
客户机结合地理信息系统，在地图上显示各个水质采集设备所在的地点。如果数据采集装置传回的水质参数不满足国家规定的标准，客户机上的地理信息系统在对应的电子地图位置以不同颜色闪烁，表示警告；并且，相关的信息将以短消息的形式发送到相关责任人。通过系统提供的站点所属的行业、类别、排放工艺的信息，用户可以对超标站点进行初步原因分析。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种水质在线监测系统，包括若干个数据采集装置(10)，服务器(30)，和若干个客户机(40)，其特征在于：
所述的数据采集装置(10)包括第一数据通信模块，设备操作维护模块(14)，参数采集单元(17)和自动清洗单元(15)；
所述的设备操作维护模块(14)电路连接参数采集单元(17)和第一数据通信模块；设备操作维护模块(14)分别管理和控制参数采集单元(17)和第一数据通信模块；
所述的服务器(30)包括第二数据通信模块(31)，网络服务器(32)和数据库服务器(33)；
所述的数据库服务器(33)电路连接第二数据通信模块(31)和网络服务器(32)；数据库服务器(33)通过第二数据通信模块(31)接收来自客户机(40)命令数据并将其发送给数据采集装置(10)；
所述的数据采集装置(10)的第一数据通信模块通过以太网或无线通信网络与服务器(30)的第二数据通信模块(31)双向传输数据；
所述的服务器(30)的第二数据通信模块(31)通过以太网与客户机(40)双向传输数据；
所述的客户机(40)包括信息显示模块(41)，远程控制模块(42)，水质预警模块(43)和信令跟踪模块(44)。
2.如权利要求1所述的水质在线监测系统，其特征在于：
所述的网络服务器(32)通过第二数据通信模块(31)接收来自数据采集装置(10)的采集数据；如果此数据是数据采集装置(10)自动采集的，网络服务器(32)将数据保存在数据库服务器(33)；如果此数据是按照客户机(40)的命令采集的，网络服务器(32)将数据保存在数据库服务器(33)，并且将接收到的采集数据发送回客户机(40)；
所述的客户机(40)和网络服务器(32)从数据库服务器(33)取得数据。
3.如权利要求1所述的水质在线监测系统，其特征在于：
所述的信息显示模块(41)包括地理信息系统，标记并显示各个站点的数据采集装置(10)在地图上的位置。
4.如权利要求1所述的水质在线监测系统，其特征在于：
所述的远程控制模块(42)通过服务器(30)向数据采集装置(10)的设备操作维护模块(14)发送命令数据；
所述的命令数据包括远程升级命令，数据采集命令，自动清洗命令。
5.如权利要求1所述的水质在线监测系统，其特征在于：
所述的水质预警模块(43)通过比较水质指标数据和服务器(30)发送给客户机(40)的采集数据，得到各个数据采集装置(10)所在站点的水质检测结果，并对一段时间内的若干数据进行趋势统计分析；如果有恶化趋势，向管理员发送提示信息；
所述的提示信息包括主动短信提示，邮件提示和在线提示；还支持管理员的短信查询，并将水质参数的查询结果以短信形式反馈给系统管理人员。
6.如权利要求1所述的水质在线监测系统，其特征在于：
所述的信令跟踪模块(44)记录数据采集装置(10)和服务器(30)之间的交互数据和命令，实现对各个站点的所有交互信息进行实时监控。
7.如权利要求1或2所述的水质在线监测系统，其特征在于：
所述的设备操作维护模块(14)包括触摸屏、控制电路和外部接口，控制电路通过数据线连接触摸屏和外部接口；
所述的外部接口包括SD卡接口，USB接口，和数字传感器接口。
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