CN102879038B - 一种水体环境多参数在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种海洋环境多参数在线监测系统。该系统安装于载体上，包括控制单元、传感器模块、数据处理单元、以及传输单元；控制单元包括进样控制模块、采集控制模块；进样控制模块与监测系统的进水阀门相连控制进水和排水，采集控制模块与数据采集器相连控制采集频率、采集开始/停止；数据处理单元包括数据采集模块与数据分析模块，数据采集模块与传感器模块连接，接受传感器模块上传感器的信号并将信号发送至数据分析模块进行分析；传输单元与数据处理单元的输出端连接，将分析后的数据进行打包处理并将数据无线传输至客户端。本发明建立以海洋定位浮标为载体的高质量的、连续的、实时的多参数监测装备，有利于建设区域性长期立体观测系统。
Description
技术领域
本发明涉及海水环境自动监测领域，具体为一种海洋环境多参数在线监测系统。
背景技术
随着我国工农业生产的快速发展，海洋环境污染问题日益突出，认知海洋环境典型污染物的含量和迁移、转化规律，深入研究海洋环境过程机制，已经受到了人们的日益关注，海洋环境已成为影响沿海地区经济和社会可持续发展的关键问题。然而，相关监测技术的缺乏严重制约了我国在这一重要研究领域的发展。目前我国海水污染物的检测方法是将大体积海水样品带回实验室，首先进行繁琐的分离和富集，然后通过大型设备(如GC-MS)完成样品分析。这种检测手段不仅耗费了大量的人力、物力和财力，而且在时间尺度上不便于深入研究这些污染物在海水中的环境地球化学行为。因此，目前急需发展相应的现场快速检测技术及系统，能够对海岸带环境中的典型污染物浓度进行动态的检测，从而获得在时间和空间尺度上的大量的实时数据，探索海洋环境要素的现场快速分析技术，突破信息提取的关键技术，并进行若干前沿技术的集成，实现对海岸带、近海海洋环境、深远海海洋过程监测。在此基础上，核心传感器向模块化、智能化，进一步向小型化、集成化和网络化方向已经成为海洋监测仪器发展的总体趋势。
发明内容
本发明针对现有海洋监测技术中存在的实验室监测步骤繁琐、费时费力的现状，在在线自动分析技术的基础，结合物联网技术，提出了一种利用网络传感技术进行水体环境多参数在线监测的系统。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种水体环境多参数在线监测系统，安装于载体上，包括控制单元、传感器模块、数据处理单元、以及传输单元；
其中：控制单元包括进样控制模块、采集控制模块；进样控制模块与监测系统的进水阀门相连控制进水和排水，采集控制模块与进样控制模块相连控制采集频率、采集开始/停止；
数据处理单元包括数据采集模块与数据分析模块，所述数据采集模块与传感器模块连接，接受传感器模块上传感器的信号并将信号发送至数据分析模块进行分析；
传输单元与数据处理单元的输出端连接，将分析后的数据进行打包处理并将数据无线传输至客户端；客户端将采集到的现场数据进行本地存储，并按照中心服务器的指令将数据发送至中心服务器；中心服务器负责各个浮标终端的状态管理及各个监测点的水位数据存储，并提供一个基于GIS的数据管理平台；各个相关单位通过授权密码访问，获取中心服务器提供的各个监测点的实时和历史数据以及相关报表；
微缩实验室传感器包括利用湿法化学进行的氨氮、硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、亚硝酸盐、和/或重金属参数测量传感器。
进一步地，所述传感器为微缩实验室传感器、探头式传感器、和/或气象参数传感器。
进一步地，所述载体为浮标或岸基式支撑体。
进一步地，所述进样控制模块采用Datalogger数据采集器、单片机或PLC控制器。
进一步地，微缩实验室传感器包括利用湿法化学进行的氨氮、硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、亚硝酸盐、和/或重金属参数测量传感器。
进一步地，探头式传感器为温度、电导率、pH、溶解氧、叶绿素、蓝绿藻、和/或石油污染物参数的光学传感器。
进一步地，气象参数传感器为风速、风向、气温、湿度、雨量、和/或太阳辐照度的气象传感器。
进一步地，所述数据处理单元还包括数据备份模块，所述数据备份模块与数据采集模块连接，接受数据采集模块的原始数据并对采集的原始数据进行初次备份。
进一步地，所述无线传输采用GSM、CDMA或卫星通讯模式。
进一步地，所用传感器模块具有RS232、RS485、和SDI12标准化扩展接口。
本发明具有以下的优点和有益效果：
1)本发明是一种水体(尤其是海洋)环境多参数在线监测系统，能够建立以海洋定位浮标为载体的高质量的、连续的、实时的多参数监测装备，有利于建设区域性长期立体观测系统，能够更好的满足我国紧迫的多参数实时监测与预警安全需求。
2)本发明是一种全天候远程无线监测系统，通过无线传输、远程监控技术，实现对海洋环境的立体监测，用户可以通过各种网络终端，对海洋环境信息实时查询、监测信息动态发布，能够极大提高海洋监测数据的应用水平，为加强应对海洋灾害、辅助制定应急管理决策提供坚实科学依据和强大技术支持。
3)本发明可以应用于海洋环境的污染监控、海洋生态(赤潮、营养盐等)、渔业养殖(溶解氧、温度、营养盐、富营养化等)、海上航运监控、港口管理(潮汐、水流、风浪、视频监控等)、水上运动及旅游(水质、温度、水流、风浪等)等方面，另外可以根据需要进行拓展传感器，应用于除海洋以外的其它水域(湖泊、河口等)，并可拓展应用到土壤环境等污染监测。
附图说明
图1是海洋环境多参数在线监测系统主要功能模块示意图；
图2是海洋环境多参数在线监测系统具体功能模块示意图；
图3是海洋环境多参数在线监测系统数据列表显示界面；
图4是海洋环境多参数在线监测系统图形显示界面；
其中1为控制单元、2为传感器模块、3为数据处理单元、4为传输单元、5为载体；6为进样控制模块、7为采集控制模块、8为电源控制模块、9为微缩实验室传感器10为探头式传感器、11为气象传感器、12为数据采集模块、13为数据分析模块、14为数据备份模块、15为数据打包与传输模块、16为客户端。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1和2所示，为本发明专利的海洋环境多参数监测系统单元结构示意图：包括一种水体环境多参数在线监测系统，整体安装于载体上，载体可以为浮标载体，也可以为岸基支撑体，测量包括控制单元1、传感器模块2、数据处理单元3、以及传输单元4；
其中：控制单元1包括进样控制模块6、采集控制模块7；进样控制模块6与监测系统的进水阀门相连控制进水和排水，采集控制模块7与进样控制模块相连控制采集频率、采集开始/停止，进样控制模块6采用Datalogger数据采集器、单片机或PLC控制器。控制单元1为监测系统的核心，负责传感模块2、数据处理单元3、传输单元4的协调与信息传输。
数据处理单元3包括数据采集模块12与数据分析模块13，数据采集模块12与传感器模块2连接，接受传感器模块2上传感器的信号并将信号发送至数据分析模块13进行分析；传感器为微缩实验室传感器9、探头式传感器10、和/或气象参数传感器11，微缩实验室传感器9包括利用湿法化学进行的氨氮、硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、亚硝酸盐、和/或重金属参数测量传感器。探头式传感为温度、电导率、pH、溶解氧、叶绿素、蓝绿藻、和/或石油污染物参数的光学传感器。气象传感器为风速、风向、气温、湿度、雨量、和/或太阳辐照度的气象参数传感器。
数据处理单元3还包括数据备份模块14，数据备份模块14与数据采集模块连接12，接受数据采集模块12的原始数据并对采集的原始数据进行初次备份。
系统的供电拟以太阳能供电或风力发电为主，辅以蓄电池供电，供电系统由电源控制模块8控制，可以满足系统长期、实时监测的需求。
传输单元1主要负责数据数据处理单元3的数据无线传送，主要包括数据打包与传输模块15，与数据处理单元的输出端连接，将分析后的数据进行打包处理并将数据无线传输至客户端16。无线传输采用GSM、CDMA或卫星通讯模式等无线接入控制中心，用户终端通过internet与中心服务器实现数据通信，客户端16将采集到的现场数据进行本地存储，并按照中心服务器的指令将数据发送至中心服务器。中心服务器负责各个浮标终端的状态管理及各个监测点的水位数据存储，并提供一个基于GIS的数据管理平台。各个相关单位通过授权密码访问，获取中心服务器提供的各个监测点的实时和历史数据以及相关报表。
如图3所示，为本发明专利海洋环境多参数监测系统数据显示界面。用户可以通过web网络，直接查看现场测量的各类数据，本数据为2012年4月20日某海洋观测点的现场测量数据。通过本发明同时检测的各类数据可直观地显示。
如图4所示，为本发明专利海洋环境多参数监测系统进行PC机中的数据列表显示界面后，用户可以通过查询功能，查询最近一段时间的存储的历史数据。本历史曲线图显示的是2012年4月12日16点36分到2012年4月19日16点36分之间的水温变化曲线。
Claims (8)
1.一种水体环境多参数在线监测系统，安装于载体上，其特征在于，包括控制单元、传感器模块、数据处理单元、以及传输单元；
其中：控制单元包括进样控制模块、采集控制模块；进样控制模块与监测系统的进水阀门相连控制进水和排水，采集控制模块与进样控制模块相连控制采集频率、采集开始/停止；
数据处理单元包括数据采集模块与数据分析模块，所述数据采集模块与传感器模块连接，接受传感器模块上传感器的信号并将信号发送至数据分析模块进行分析；
传输单元与数据处理单元的输出端连接，将分析后的数据进行打包处理并将数据无线传输至客户端；客户端将采集到的现场数据进行本地存储，并按照中心服务器的指令将数据发送至中心服务器；中心服务器负责各个浮标终端的状态管理及各个监测点的水位数据存储，并提供一个基于GIS的数据管理平台；各个相关单位通过授权密码访问，获取中心服务器提供的各个监测点的实时和历史数据以及相关报表；
所述传感器为微缩实验室传感器、探头式传感器、和/或气象参数传感器；
微缩实验室传感器包括利用湿法化学进行的氨氮、硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、亚硝酸盐、和/或重金属参数测量传感器。
2.按照权利要求1所述的水体环境多参数在线监测系统，其特征在于，所述载体为浮标或岸基式支撑体。
3.按照权利要求1所述的水体环境多参数在线监测系统，其特征在于，所述进样控制模块采用Datalogger数据采集器、单片机或PLC控制器。
4.按照权利要求2所述的水体环境多参数在线监测系统，其特征在于，探头式传感器为温度、电导率、pH、溶解氧、叶绿素、蓝绿藻、和/或石油污染物参数的光学传感器。
5.按照权利要求2所述的水体环境多参数在线监测系统，其特征在于，气象参数传感器为风速、风向、气温、湿度、雨量、和/或太阳辐照度的气象传感器。
6.按照权利要求1所述的水体环境多参数在线监测系统，其特征在于，所述数据处理单元还包括数据备份模块，所述数据备份模块与数据采集模块连接，接受数据采集模块的原始数据并对采集的原始数据进行初次备份。
7.按照权利要求1所述的水体环境多参数在线监测系统，其特征在于，所述无线传输采用GSM、CDMA或卫星通讯模式。
8.按照权利要求1所述的水体环境多参数在线监测系统，其特征在于，所用传感器模块具有RS232、RS485、和SDI12标准化扩展接口。
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