CN102890142B - 基于物联网的在线湖泊水质监测系统 - Google Patents

基于物联网的在线湖泊水质监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及物联网技术、无线传感网络技术、GPS定位技术和GIS电子地图技术应用领域,是一种基于物联网的在线湖泊水质监测系统,包括节点监测装置、数据视频基站以及远程监测中心;节点监测装置设置在待监测的湖泊中,用于监测湖泊水质,并将监测所得的监测数据通过ZigBee网络传送至数据视频基站;数据视频基站亦设置在待监测的湖泊中,用于将接收到的监测数据、以及所述数据视频基站采集的水质信息和视频信息一起通过移动通讯网络传送至远程监测中心;远程监测中心包括GIS模块,远程监测中心在接收到监测数据及所有信息后,根据GIS模块所提供的水质地图信息,远程控制数据视频基站的航行,并对待监测湖泊的水质进行辅助治理。

Description

基于物联网的在线湖泊水质监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及物联网技术、无线传感网络技术、GPS定位技术和GIS电子地图技术应用领域,尤其涉及一种基于物联网、ZigBee无线传感网络和GIS电子地图导航的在线湖泊水质监测系统。
背景技术
[0002] 湖泊是地表水资源的重要载体,是维系生态系统健康的重要因子,具有调节河川泾流、发展灌溉、提供工业和饮用的水源、繁衍水生生物、沟通航运、改善区域生态环境以及开发矿产等多种功能,在支撑经济社会发展和维持生态环境平衡中发挥了重要作用。
[0003] 近20年来,随着社会经济的发展以及工业化、城市化进程的加快,人类的活动使湖泊正遭受着严重污染,水生态系统受到不同程度的皮坏,藻类大量繁殖,水体透明度下降,水生植物逐渐消亡,污染严重的湖泊还会出现水体发黑或出现水华,气温升高时还会散发出腥臭味。这同时也警示我们,目前亟需通过控源截污、建立污染物监测网络和加强监测能力等不同措施,以提升河湖管理水平,维护河湖健康生命,并保障水资源可持续利用。
[0004] 现有的水环境监测方法主要分为四种:
[0005] (I)采用便携式水质监测仪人工采样、实验室分析的方式,这种方式无法对水质参数进行远程实时监测,而且不能很好地反映水环境的连续动态变化。
[0006] (2)采用由监控中心和若干监测子站组成的自动监测系统,能实现自动连续监测和数据的远程传输,但需预先铺设电缆和建立多个监测子站,易破坏监测区域的生态环境,并且监测范围有限,系统投资成本高。
[0007] (3)采用遥感技术进行监测,其监测精度还有待提高,并且测量时易受地形地貌的限制。
[0008] (4)采用水生物监测水质技术,它只能反映水质的变化,而无法找到导致水质变化的有害物质的来源。
[0009] 现有的水质监测手段,都存在着一些不足:例如,对于大面积水域、复杂地形水域以及人们难以到达水域的水质参数,不仅无法满足实时在线监测的需求,而且无法对复杂水域水环境进行有效监测和管理。
发明内容
[0010] 本发明的目的在于提供一种基于物联网的在线湖泊水质监测系统。本发明拟在克服现有监测技术不足的基础上,通过采用ZigBee (ZigBee译为“紫蜂”,是一种近距离无线通信技术)无线传感网络技术和GIS (Geographic Informat1n System,地理信息系统)电子地图技术完成实时动态、大范围监测、简便易行地监测湖泊水质,同时使本发明具有完整的监测、分析和控制功能。
[0011] 为实现上述目的,本发明采用下述的技术方案:
[0012] 一种基于物联网的在线湖泊水质监测系统,包括多个节点监测装置、一数据视频基站以及一远程监测中心,所述节点监测装置设置在待监测的湖泊中,用于监测湖泊水质,并将监测所得的监测数据通过ZigBee网络传送至所述数据视频基站;所述数据视频基站亦设置在待监测的湖泊中,用于将接收到的监测数据、以及所述数据视频基站采集的水质信息和视频信息一起通过移动通讯网络传送至所述远程监测中心;所述远程监测中心包括GIS模块,所述远程监测中心在接收到监测数据及所有信息后,根据所述GIS模块所提供的水质地图信息,远程控制所述数据视频基站的航行,并对待监测湖泊的水质进行辅助治理。
[0013] 进一步,所述节点监测装置包括数据采集模块、数据处理模块和数据传输模块;所述数据采集模块包括水质传感器和GPS (Global Posit1ning System,全球定位系统)单元;所述水质传感器用于监测湖泊水质,并将采集的监测数据传送至数据处理模块;所述GPS单元用于获取所述节点监测装置的定位信息并传送至数据处理模块;所述数据处理模块包括一处理器、485总线接口和信号处理单元;所述处理器通过所述485总线接口或所述信号处理单元与所述水质传感器连接,所述处理器通过USART (Universal SynchronousAsynchronous Receiver Transmitter,通用同步异步收发器)方式与所述GPS单元连接;所述数据传输模块包括ZigBee发送终端,所述数据传输模块通过USART方式与所述数据处理模块通信,用于将收集的所述监测数据通过ZigBee网络发射至所述数据视频基站。
[0014] 进一步,所述ZigBee发送终端包括一个唯一的ID。
[0015] 进一步,所述节点监测装置还包括浮体设备,所述浮体设备设置在湖泊中;所述数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块、水质传感器和GPS单元均设置在所述浮体设备的内部,所述浮体设备用于使所述节点监测装置漂浮在待监测的湖泊中。
[0016] 进一步,所述节点监测装置还包括太阳能供电模块;所述太阳能供电模块设置在所述浮体设备内部;所述太阳能供电模块包括蓄电池、太阳能电板和电源控制单元;所述电源控制单元分别与所述太阳能电板和蓄电池电性连接,所述电源控制单元包括一充放电控制器;所述太阳能供电模块用于给所述节点监测装置供电。
[0017] 进一步,所述数据视频基站包括数据采集模块、控制处理模块和通信模块;所述数据采集模块包括水质数据采集单元和视频监控单元,所述水质数据采集单元包括传感器,用于采集待监测湖泊的水质信息,并通过485总线接口或通过信号处理单元将所采集的水质信息传送至所述控制处理模块;所述视频监控单元包括摄像头,所述摄像头设置在所述数据视频基站的前端,用于拍摄所述数据视频基站的周围情况,并将拍摄的视频信息传送至所述控制处理模块;所述控制处理模块包括数字信号处理器和ARM9 (Advanced RISCMachines,高级精简指令运算器)处理器,所述数字信号处理器用于处理视频信息,并将视频信息压缩传送至ARM9处理器;所述ARM9处理器用于汇总所有数据信息,并封装成设定的数据格式传送至所述通信模块;所述通信模块包括ZigBee协调器单元和移动通信单元;所述ZigBee协调器单元通过串口与所述控制处理模块连接,所述ZigBee协调器单元用于接收所述ZigBee发送终端发出的监测数据,并经由所述控制处理模块的处理传送至移动通信单元;所述移动通信单元在接收到所述控制处理模块发出的所有数据信息后,通过移动通信方式将所有数据信息发送至所述远程监测中心。
[0018] 进一步,所述数据视频基站还包括移动浮体设备,所述移动浮体设备呈一船型舱,所述移动浮体设备设置在湖泊中,用于使所述数据视频基站在湖泊中航行;所述控制处理模块设置在所述移动浮体设备的内部;所述数据采集模块设置在所述移动浮体设备的底部;所述通信模块设置在所述移动浮体设备的上方。
[0019] 进一步,所述数据视频基站还包括太阳能供电模块,所述太阳能供电模块设置在所述移动浮体设备的上方;所述太阳能供电模块包括蓄电池、太阳能电板和电源控制单元;所述电源控制单元分别与所述太阳能电板和蓄电池电性连接,所述电源控制单元包括一充放电控制器;所述太阳能供电模块用于给所述数据视频基站供电。
[0020] 进一步,所述数据视频基站还包括导航模块、伺服驱动模块、直流电机、舵机、螺旋桨和方向舵,所述导航模块设置在所述移动浮体设备的一端,所述导航模块包括GPS单元,用于将所述GPS单元所采集的定位信息经处理传送至所述远程监测中心;所述伺服驱动模块、直流电机和舵机分别设置在所述移动浮体设备的内部,所述伺服驱动模块与所述控制处理模块连接;所述螺旋桨和方向舵分别设置在所述移动浮体设备的尾端;其中所述伺服驱动模块用于在接收到由所述远程监测中心发出并经由所述控制处理模块转发的航行路线信息后,分别驱动所述直流电机和舵机;所述直流电机与螺旋桨连接,用于控制所述数据视频基站的前进速度;所述舵机通过舵杆与方向舵连接,用于控制所述数据视频基站的航行方向。
[0021] 进一步,所述数据视频基站还包括壁障模块;所述壁障模块设置在所述移动浮体设备的前端;所述壁障模块包括超声波传感器和红外线传感器,均用于判断在所述数据视频基站的航行方向上是否有障碍物,所述壁障模块能够发出中断指令,并通过与所述壁障模块连接的所述控制处理模块所计算出的航行路线以避开障碍物。
[0022] 进一步,所述数据视频基站还包括打捞装置,所述打捞装置设置在所述移动浮体设备的前下方,用于在接收到所述远程监测中心发出的打捞异物命令后,对待监测湖泊的水质进行辅助治理。
[0023] 进一步,所述远程监测中心还包括数据采集模块、数据分析模块、基站控制模块、监控计算机和数据库;所述数据库经由所述监控计算机,分别与所述数据采集模块、数据分析模块、GIS模块、基站控制模块连接;其中所述监控计算机将所述数据视频基站经由移动通讯网络和Internet网络所发出的所有数据信息,以设定的格式存储在所述数据库中;所述数据采集模块用于从所述数据库中读取和查询所有数据信息,并以图表和表格形式反映所需的数据信息;所述数据分析模块用于对所述数据库的所有数据信息进行分析处理,通过设置在所述数据库的水质报警阀值以判断出待监测湖泊的水质情况,并提供解决方案;所述GIS模块包括地图数据,所述GIS模块用于在接收到所述节点监测装置和所述数据视频基站所发送的定位信息后,通过所述定位信息与地图数据的匹配,以完成对所述节点监测装置的位置标示,并绘制出待监测湖泊的水质地图;所述基站控制模块用于发送控制命令至所述数据视频基站,控制所述数据视频基站的航行以及对待监测湖泊的水质进行辅助治理。
[0024] 本发明基于物联网的在线湖泊水质监测系统的优点在于:
[0025] (I)采用混合无线传感网络技术,即基于ZigBee和移动通讯网络对待监测湖泊的水质进行实时监测,并通过Internet网络上传水质信息至所述远程监测中心;各个节点监测装置和数据视频基站通过ZigBee网络完成自动组网和数据通讯,所述节点监测装置的增减并不影响整个系统的工作稳定性和环境适应性,非常适用于大范围水域的水质监测工作;本发明采用无线传感网络技术,不仅扩大了待监测湖泊的领域范围,而且使得监测数据也更加全面;此外,ZigBee发送终端模块取代了传统的路由模块,扮演着双重角色,简化了传输路径,使得待监测湖泊的布点工作也更易实施,灵活性更高,适应性更强。
[0026] (2)采用柔性的传感器接口,囊括了现有市场上通用的485/232接口和4_20mA模拟信号接口,使用户选择更为丰富,提高了系统的实用性。
[0027] (3)采用配备有电子式摄像头的航行式数据视频基站,由于数据视频基站一直处于运动之中,因此可实现对待监测湖泊的各处营养化状况的监测,进一步完善了对湖泊水质的监测质量;所述数据视频基站采用双处理器(数字信号处理器和ARM9处理器),所述数字信号处理器用于视频信息的处理,而ARM9处理器则用于对各类数据信息的汇总;所述数据视频基站采用嵌入式Linux操作系统以完成多任务处理,从而提高了数据处理的效率和监测的实时性。
[0028] (4)通过太阳能供电模块为所述数据视频基站和多个节点监测装置供电,以保证整个监测网络的正常工作,维持系统的长时间连续工作;所述太阳能供电模块包括蓄电池、太阳能电板和电源控制单元,所述太阳能供电模块配有8块100AH太阳能专用蓄电池,保证所述太阳能供电模块可在连续60个阴雨天仍能维持设备正常运行。
[0029] (5)通过所述GPS单元及其GPS定位技术,可获取待监测湖泊领域内节点的分布情况,实现对各节点地理位置的监控,使整个监测过程更为直观。
[0030] (6)通过所述GIS模块及其GIS电子地图技术,实现对湖泊内节点监测装置(简称节点)的分布状况进行实时监控,以及远程控制所述数据视频基站完成水藻打捞清理工作;在GIS模块所提供的水质地图信息(或称GIS电子地图)上,可标识出待监测湖泊领域内节点的具体位置,用户可设定水质报警阀值,当某一节点处的水质超标时,GIS电子地图上的该节点状态会发生改变,并发出报警以提示用户;通过该GIS电子地图,用户可清楚地查看数据视频基站的运动情况,还可以控制数据视频基站的航行路线,并可以根据上传的视频信息(当某节点的营养化程度较高时),远程控制数据视频基站对湖泊中的杂质和藻类进行辅助清理。
附图说明
[0031] 图1是基于物联网的在线湖泊水质监测系统的结构示意图;
[0032] 图2是基于物联网的在线湖泊水质监测系统的工作流程图;
[0033] 图3是节点监测设备的结构示意图;
[0034] 图4是节点监测设备的工作流程图;
[0035] 图5是数据视频基站的结构示意图;
[0036]图6是数据视频基站的航行模块的示意图;
[0037] 图7是数据视频基站的工作流程图;
[0038] 图8是远程监测中心的模块示意图;
[0039] 图9是基于GIS电子地图技术的数据视频基站的导航流程示意图;
[0040] 图中标号说明:
[0041] 100、节点监测装置;110、数据采集模块;111、水质传感器;112、GPS单元;
[0042] 120、数据处理模块、121、处理器;122、485总线接口 ;123、信号处理单元、
[0043] 124、A/D转换模块;125、JTAG接口 ; 130、数据传输模块;131、ZigBee发送终端;
[0044] 140、太阳能供电模块;141、蓄电池;142、太阳能电板;143、电源控制单元;
[0045] 200、数据视频基站;211、水质传感器;212、电子式摄像头;
[0046] 213、视频解码器;214、复杂可编程逻辑器件;215、外部存储器接口 ;216、雨量计;
[0047] 217、水位仪;218、同步动态随机存储器;219、FLASH存储器;220、控制处理模块;
[0048] 221、DSP处理器;222、ARM9处理器;230、通信模块;231、ZigBee协调器单元;
[0049] 232、移动通信单元;240、移动浮体设备;250、太阳能供电模块;
[0050] 251、蓄电池;252、太阳能电板;253、电源控制单元;260、航行模块;
[0051] 261、导航模块;262、GPS单元;263、伺服驱动模块;264、直流电机;
[0052] 265、舵机;266、螺旋桨;267、方向舵;270、壁障模块;271、超声波传感器;
[0053] 272、红外线传感器;280、打捞装置;300、远程监测中心;310、数据采集模块;
[0054] 311、实时数据监测单元;312、历史数据查询单元;313、节点状态监测单元;
[0055] 320、数据分析模块;321、综合统计报表单元;322、数据走向分析单元;
[0056] 323、水质评价决策处理单元;330、GIS模块;331、水质专题地图单元;
[0057] 332、节点位置标示单元;333、地图基本操作单元;340、基站控制模块;
[0058] 341、巡航控制单元;342、障碍物信息显示单元;343、水面异物打捞单元;
[0059] 350、监控计算机;360、数据库;370、远程终端。
具体实施方式
[0060] 下面结合附图详细说明本发明基于物联网的在线湖泊水质监测系统的具体实施例,但本发明的实施不限于以下实施例。(文中的节点是指节点监测装置100,以下相同)。
[0061] 一种基于物联网的在线湖泊水质监测系统包括:多个节点监测装置100、一数据视频基站200以及一远程监测中心300,所述节点监测装置100设置在待监测的湖泊中,用于监测湖泊水质,并将监测所得的监测数据通过ZigBee网络传送至数据视频基站200 ;所述数据视频基站200亦设置在待监测的湖泊中,用于将接收到的监测数据、以及所述数据视频基站200采集的水质信息和视频信息一起通过移动通讯网络传送至远程监测中心300 ;所述远程监测中心300包括GIS模块,所述远程监测中心300在接收到监测数据及所有信息后,根据所述GIS模块所提供的水质地图信息,远程控制所述数据视频基站200的航行,并对待监测湖泊的水质进行辅助治理。
[0062] 参见图1所示,在本发明的具体实施例中,在每一个待监测泊湖的子区域中,设有多个节点监测装置100和一个数据视频基站200,例如在子区域I中,多个节点监测装置100将监测所得的监测数据通过ZigBee网络传送至数据视频基站200,数据视频基站200将接收到的监测数据以及数据视频基站采集的水质信息和视频信息一起通过移动通讯网络传送至远程监测中心300。若数据视频基站200移动至子区域N时,同样将接收到在子区域N内的多个节点监测装置100所发出的监测数据,数据视频基站200亦将所述监测数据以及其他数据信息传送至远程监测中心300。在本发明的较佳实施例中,所述移动通讯网络为CDMA (Code Divis1n Multiple Access,码分多址)网络,其网络可以提供高速的数据传输,具有稳定强,可靠性高,辐射较小,成本较低的特点。在本发明的其他实施例中,所述移动通讯网络也可以米用 GPRS 网络,WCDMA (Wideband Code Divis1n Multiple Access,宽频码分多址)网络,TD-CDMA (Time Divis1n Synchronous Code Divis1n MultipleAccess,时分同步码分多址)网络以及 HSDPA (High Speed Downlink Package Access,高速下行链路分组接入)网络。各类数据信息(监测数据、水质信息和视频信息等)通过CDMA网络并经由Internet网络传送至远程监测中心300。在所述Internet网络和远程监测中心之间设有防火墙,用于保证传送至远程监测中心300的各类数据信息的安全可靠。所述远程监测中心300包括监控计算机350、数据库360以及远程终端370。各类数据信息经监控计算机350的处理以设定的格式储存在数据库360中,用户可以通过远程终端370查看读取数据库中的各类数据信息。
[0063] 参见图2〜图8所示,所述节点监测装置100是所述基于物联网的在线湖泊水质监测系统中最小单元,也是一种小型浮标系统,主要采集各类监测数据以及节点的GPS定位信息,是整个监测网络的关键部分。所有所述节点监测装置100包括数据采集模块110、数据处理模块120和数据传输模块130。所述数据采集模块110包括水质传感器111和GPS单元112。所述水质传感器111用于监测湖泊水质,并将采集的监测数据传送至数据处理模块120。所述监测数据为待监测湖泊的水质参数,例如电导率、浊度、COD (Chemical OxygenDemand,化学需氧量)、BOD (B1chemical oxygen demand,生化需氧量)、叶绿素等。所述GPS单元121用于获取多个所述节点监测装置100的定位信息并传送至数据处理模块120。其中定位信息包括所述节点监测装置100的地理位置、速度、方向等信息。
[0064] 所述数据处理模块120包括一处理器121、485总线接口 122和信号处理单元123。在本发明较佳实施例中,所述处理器121为STM32F107处理芯片,可进行嵌入式开发。所述节点监测装置100采用低功耗的设计,同时减少了不必要的功能模块,进一步降低了电能的消耗。所述处理器121通过485总线接口 122或信号处理单元123与所述水质传感器111连接,即所述处理器121既可以通过标准的RS485 (或者MODBUS协议)/232总线接口与多个输出信号格式为485/232的水质传感器111相连,也可以通过模拟信号接口连接模拟输出信号4-20mA的水质传感器111 (或其他传感器)。由于所述处理器121包括一 A/D转换模块124,故对于工业标准4-20mA的输出信号,通过信号处理单元123的信号处理电路,并经由多路选择开关对各通道的模拟信号进行处理,转化成0-3V的电压信号,在所述处理器121内部完成A/D数模转换。这样可以实现数据采集接口的柔性化,使用户选择更为丰富,提高了系统的实用性。此外,所述处理器121通过USART方式与所述GPS单元112连接。所述处理器121还可以通过JTAG接口 125与其他设备连接。所述JTAG接口 125 (JointTest Act1n Group,联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议,主要用于处理器121内部测试及对系统进行仿真、调试。
[0065] 所述数据传输模块130包括ZigBee发送终端131,所述数据传输模块130通过USART方式与所述数据处理模块120通信,用于将收集的所述监测数据通过ZigBee网络发射至所述数据视频基站200。而且,在本发明较佳实施例中,所述ZigBee发送终端131包括一个唯一的ID,以便所采集的监测数据与各节点一一对应。
[0066] 参见图5〜图7所示,所述数据视频基站200是整个湖泊监测数据的汇总中心,相当于一种网关,主要用于进行远距离数据传输,同时,所述数据视频基站200也是一种移动性浮标系统。所述数据视频基站200包括数据采集模块、控制处理模块220和通信模块230。所述数据采集模块包括水质数据采集单元和视频监控单元,所述水质数据采集单元包括水质传感器211,用于采集待监测湖泊的水质信息,并通过RS485 (或者MODBUS协议)/232总线接口或者经过信号处理单元将所采集的水质信息传送至所述控制处理模块220。所述视频监控单元包括一摄像头。在本发明较佳实施例中,所述摄像头为一电子式摄像头212,所述电子式摄像头212设置在所述数据视频基站200的前端,用于拍摄所述数据视频基站200的周围情况,例如,湖泊各处的营养化状况,并将拍摄的视频信息传送至所述控制处理模块220。此外,在本发明较佳实施例中,所述数据采集模块还包括雨量计216和水位仪217,分别与所述控制处理模块220连接,并分别用于对待监测湖泊的雨量和水位进行测量,并将测量所得的数据信息发送至控制处理模块220。
[0067] 所述控制处理模块220包括DSP (Digital Signal Processing,数字信号处理)处理器221和ARM9处理器222。所述DSP处理器221用于处理视频信息,并将视频信息压缩传送至ARM9处理器222。所述ARM9处理器222用于汇总所有数据信息(例如,监测数据(水质参数)、视频信息、水质信息、雨量和水位等),并封装成设定的数据格式传送至所述通信模块230。在本发明较佳实施例中,ARM9处理器222为S3C2440 ARM9处理器。所述控制处理模块220通过使用上述双重处理器,并移植了嵌入式Linux操作系统,从而提高任务处理的能力,同时增加了远程监测的实时性。
[0068] 所述通信模块230包括ZigBee协调器单元231和移动通信单元232。所述ZigBee协调器单元231与所述控制处理模块220连接,所述ZigBee协调器单元231用于接收所述ZigBee发送终端131发出的监测数据(例如,水质、节点名、节点状态等参数),并经由所述控制处理模块220的处理传送至移动通信单元232。所述移动通信单元232在接收到所述控制处理模块220发出的所有数据信息(例如,视频信息、巡航状态控制信息)后,通过移动通信方式并配合Internet网络将所述所有数据信息发送至所述远程监测中心300。在本发明的较佳实施例中,所述移动通信方式为CDMA网络,其可提供高速的数据传输,如图2所示。所述数据视频基站200会每隔15分钟向远程监测中心300发送一次监测数据。此外,用户还可以通过远程监测中心300远程控制所述数据视频基站200的移动行径,并对在湖泊中生长茂盛的藻类进行打捞,起到一定的清理维护作用。
[0069] 参见图8所示,所述远程监测中心300包括数据采集模块310、数据分析模块320、GIS模块330、基站控制模块340、监控计算机350和数据库360 ;所述数据库360经由监控计算机350,分别与数据采集模块310、数据分析模块320、GIS模块330、基站控制模块340连接。其中所述监控计算机350将所述数据视频基站200经由移动通讯网络(例如,CDMA网络)和Internet网络所发出的所有数据信息进行处理或解码,以设定的格式存储在所述数据库360中。所述数据采集模块310用于用户或工作人员可以从所述数据库360中读取和查询所有数据信息(例如,实时数据或历史数据),并以图表和表格形式反映所需的数据信息(例如,各个节点监测装置的工作状态)。所述数据分析模块320用于用户或工作人员对数据库360的所有数据信息进行分析处理(例如,生成综合统计报表、分析水质数据曲线的走向),通过人机界面设置数据库360的水质报警阀值或系统参数值,以判断出待监测湖泊的水质情况,并提供解决方案。所述GIS模块330包括地图数据,所述GIS模块330用于在接收到节点监测装置100和数据视频基站200所发送的定位信息后,通过定位信息与地图数据的匹配,以完成对所述节点监测装置100的位置标示,并绘制出待监测湖泊的水质地图,给用户或工作人员提供更为直观、准确的节点位置信息。所述基站控制模块340用于发送控制命令至数据视频基站200,控制数据视频基站200的航行路径以及对待监测湖泊的水质进行辅助治理(例如,打捞藻类植物)。
[0070] 参见图2所示,本发明所述基于物联网的在线湖泊水质监测系统包括多个节点监测装置100、一数据视频基站200和一远程监测中心300,每一个节点监测装置100包括有唯一 ID的ZigBee发送终端131,所述ZigBee终端131在ZigBee网络中同时也具备路由的功能。在本发明较佳实施例中,节点监测装置100散布于待监测的湖泊之中,通过ZigBee网络形式向具有ZigBee协调器单元231的数据视频基站200发送监测数据,数据视频基站200将节点监测装置100所提供的监测数据进行汇总,同时加入自身所采集的水质信息和视频信息,然后通过CDMA网络定时向远程监测中心300上传各种数据信息。其中,所有ZigBee发射终端131之间可完成动态的自组网工作,节点(或称节点监测装置)的增加和减少都不会影响到整个系统的正常工作。数据视频基站200属于移动性浮标系统,它可在整个待监测的湖泊中缓慢运动,以对待监测的湖泊中各点的藻类繁殖情况进行监控。
[0071] 以下将对本发明所述基于物联网的在线湖泊水质监测系统的三部分(节点监测装置、数据视频基站以及远程监测中心)的结构和工作原理做进一步详细描述说明。
[0072] 首先是节点监测装置100,参见图3和图4。所述节点监测装置100除了包括数据采集模块110、数据处理模块120和数据传输模块130 (上文中已有详细描述,此处不再赘述),所述节点监测装置还包括浮体设备(图中未示),所述浮体设备设置在待监测的湖泊中。所述数据采集模块110、数据处理模块120、数据传输模块130、水质传感器111和GPS单元112均设置在所述浮体设备的内部,所述浮体设备用于使所述节点监测装置100漂浮在待监测的湖泊中。
[0073] 在本发明较佳实施例中,所述节点监测装置还包括太阳能供电模块140。所述太阳能供电模块140亦设置在所述浮体设备内部。所述太阳能供电模块140包括蓄电池141、太阳能电板142和电源控制单元143。所述电源控制单元143分别与太阳能电板142和蓄电池141电性连接,所述电源控制单元143包括一充放电控制器(图中未示)。所述太阳能供电模块140通过电源接口与数据处理模块120连接,用于给节点监测装置100供电。由于各个节点监测装置100具有太阳能供电模块140,以保障节点监测装置100在无电网供电的情况下可以有长期监测的电力自供应,满足节点监测装置100的各种设备或模块对电力的要求,并使得节点监测装置100在长时间阴雨天仍有足够冗余的电能储备。由于节点监测装置100即一个小型浮标系统,在该节点监测装置100上具有专门的结构用于太阳能供电模块140 (供电系统)的安装,因此还能抵受严峻的海洋腐蚀性环境和台风破坏力对供电系统的影响。所述太阳能供电模块140采用50W全天候单晶硅太阳能电板142,发电效率高,单晶硅多路并联。若因意外事件造成部分太阳能电板142断裂,剩余部分仍能向节点监测装置100的各种设备或模块供电。电源控制单元143包括一专门的充放电控制器,可以有效保护电路过载、钳制太阳能电板142的电压,避免过压损坏蓄电池141,而太阳能电板142与蓄电池141连接采用多级密封接头,保证了连接的稳定。整个太阳能供电模块140可以保证节点监测装置100的正常运行和稳定工作。
[0074] 所述GPS单元112用于获取节点监测装置100的地理位置、速度、方位等信息,并通过USART串口与所述数据处理模块120连接,使得数据处理模块120读取GPS单元112所采集的定位信息。上述所采集的定位信息以及其他数据信息经过数据处理模块120内部的处理器121 (该处理器121采用STM32F107处理器)的必要预处理(例如,包括对Modbus通讯协议的解析、数模转换以及GPS定位信息的解码等)之后,转化成常规用户可理解的数值形式,并封装成指定的数据格式,例如传感器参数的通讯协议,包括监测节点的地址(2字节)、数据长度(I字节)、水质参数标志位(I字节)、水质数据(2字节)等,最后通过节点监测装置100的ZigBee发送终端131将封装后的数据发送至数据视频基站200。这种统一的传输指令不仅提高了数据传输的速度,还保证了其准确率和稳定性。
[0075] 所述基于物联网的在线湖泊水质监测系统采用具有自组网能力的星型网络,从而实现了大范围水域的水质监测工作,该系统包括多个节点监测装置100和一数据视频基站200。节点监测装置100包括Zigbee发送终端131,在同一局部水域内,所采用的Zigbee发送终端131包括一惟一的ID,以便使所采集的监测数据与各节点监测装置一一对应。而数据视频基站200包括ZigBee协调器单元231,能自动接收各个ZigBee发送终端131所传入的监测数据,以便数据视频基站200对整个湖泊的监测数据进行汇总。ZigBee发送终端131包括RF SoC (Rad1 Frequency System-on-a-Chip,无线射频系统集成电路芯片)芯片和 PA (Power Amplifier,功率放大器)/LNA (Low Noise Amplifier,低噪声放大器)芯片,通过PA/LNA芯片可以对RF SoC的输出信号进行放大,最大可达22dBm。同时,使用PA/LNA芯片内置的LNA,使得系统输入灵敏度大幅提高,最低输入信号强度为-97dBm。通过使用PA/LNA芯片使得数据传输的有效距离大幅度扩展,最大有效距离可达2公里。由于所述ZigBee发送终端131内部的射频PCB (Printed Circuit Board,印刷电路板)在设计时采取物理分区原则和电气分区原则,所以可以保障ZigBee发送终端131的通讯稳定性和工作高效性。而且,ZigBee发送终端131具有低功耗,体积小,易于嵌入和柔性化程度高等特点。
[0076] 由于ZigBee无线传感网络可以实现整个湖泊水质监测的动态组网过程,即分布在待测水域中的各个节点监测装置100既可作为数据传输的终端,又可作为其他节点监测装置100的路由,使得各个节点监测装置100之间相互通讯,以完成数据的传输工作,因此,所述基于物联网的在线湖泊水质监测系统具有以下优点:(I)系统成本低:相对于现有的水环境自动监测系统以及人工采样实验室分析方法,设备和人工的费用大大降低,同时ZigBee发射终端131本身也具有低成本的优势。(2)监测网络部署便携、对水体生态环境影响小:节点监测装置100采用低功率的ZigBee发射终端131实现自动组网,无需铺设电缆和建立监测子站,因此将对水生态环境的影响降到了最低。(3)节点多水质参数采集、监测精度高:每个节点监测装置100可同时实现多种水质参数的采集,同时根据监测需求的不同,可以增加和更换不同的传感器。采用不同的传感器可满足不同监测精度的需求,比遥感技术和生物监测技术的精度大大提高。(4)监测网络可靠性高、适应性强:无线传感器网络采用无线传输,能够实现动态组网,不会因为个别节点的故障而影响整个网络的工作,从而提高了监测系统的可靠性和适应性。
[0077] 接下来继续详细说明数据视频基站,可参见图5〜图7。所述数据视频基站200除了包括数据采集模块、控制处理模块220和通信模块230 (上文中已有详细描述,此处不再赘述),所述数据视频基站还包括移动浮体设备240,所述移动浮体设备240呈一船型舱,底部可设有局部的开口,所述移动浮体设备240设置在湖泊中,其内部充有空气的舱可以辅助数据视频基站200漂浮或航行在水面上。所述控制处理模块220设置在移动浮体设备240的内部。所述数据采集模块设置在移动浮体设备240的底部。所述通信模块230设置在移动浮体设备240的上方。
[0078] 在本发明较佳实施例中,所述数据视频基站200还包括太阳能供电模块250。所述太阳能供电模块250设置在移动浮体设备240的上方。所述太阳能供电模块250包括蓄电池251、太阳能电板252和电源控制单元253。所述电源控制单元253分别与所述太阳能电板252和蓄电池251电性连接,所述电源控制单元253包括一充放电控制器(图中未示)。所述太阳能供电模块250用于给数据视频基站200供电。所述太阳能供电模块250能够保证整个数据视频基站200的正常工作,长时间维持数据视频基站200的连续工作。所述太阳能供电模块250配置8块100AH太阳能专用的蓄电池251,以保证整个太阳能供电模块250在连续60个阴雨天仍能维持设备正常运行。
[0079] 参见图5和图6,在本发明较佳实施例中,所述数据视频基站200还包括航行模块260,用于驱动所述数据视频基站200的航行。所述航行模块260包括导航模块261、伺服驱动模块263、直流电机264、舵机265、螺旋桨266和方向舵267,可参见图6所示。所述导航模块261设置在移动浮体设备240的一端,所述导航模块261包括GPS单元262,用于将GPS单元262所采集的定位信息经处理传送至远程监测中心300。通过使用GPS定位单元262可以获取待监测湖泊领域内各个节点监测装置100的分布情况,实现了对各节点地理位置的监控,使整个监测过程更为直观。所述伺服驱动模块263、直流电机264和舵机265分别设置在所述移动浮体设备的内部,所述伺服驱动模块263与控制处理模块220连接。所述螺旋桨266和方向舵267分别设置在移动浮体设备240的尾端。其中所述伺服驱动模块263用于在接收到由远程监测中心300发出并经由控制处理模块220转发的航行路线信息后,驱动所述直流电机264和舵机265。所述直流电机264与螺旋桨266连接,用于控制数据视频基站200的前进速度。所述舵机265通过舵杆与方向舵267连接,用于控制数据视频基站200的航行方向。所述螺旋桨266采用一动力螺旋桨。
[0080] 在本发明较佳实施例中,所述数据视频基站200还包括壁障模块270。所述壁障模块270设置在移动浮体设备240的前端。所述壁障模块270包括超声波传感器271和红外线传感器272,均用于判断在数据视频基站200的航行方向上是否有障碍物,并能够发出中断指令至控制处理模块220。当控制处理模块220以及远程监测中心300在接收到中断指令后,会生成转向壁障指令,并计算出航行路线以避开障碍物,或者也可以将数据视频基站200的自动操作模式切换至人工操作模式,以控制其正确路线。
[0081] 在本发明较佳实施例中,所述数据视频基站200还包括打捞装置280,所述打捞装置280设置在移动浮体设备240的前下方,并由伺服驱动模块263和控制处理模块220的驱动和控制,用于在接收到远程监测中心300发出的打捞异物命令后,做出相应的执行动作,以完成对湖泊水质的辅助治理。
[0082] 参见图7所示,所述控制处理模块220包括DSP处理器221和ARM9处理器222。所述ARM9处理器222通过EBI (External Bus Interface,外部总线接口)与DSP处理器221的HPI (Host Port Interface,主机接口)连接。所述ARM9处理器222通过485总线接口与输出信号格式为485的水质传感器211或其他多参数传感器连接;或者通过A/D转换,经由信号处理单元与模拟输出信号4-20mA的水质传感器211或其他多参数传感器连接。所述ARM9处理器222通过USART方式分别与GPS单元262和ZigBee协调器单元231 (或称ZigBee射频单元)连接。所述ARM9处理器222通过标准接口与移动通信单元232 (例如,CDMA网络)连接。此外,所述ARM9处理器222也分别与雨量计216和水位仪217连接。
[0083] 所述DSP处理器221用于处理电子式摄像头212所拍摄的视频信息。所述电子式摄像头212为一 CCD (Charge Coupled Device,电荷親合器件)摄像头,该摄像头通过视频解码器 213、CPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)214 与 DSP处理器221的EMIF (External Memory Interface,外部存储器接口)215接口相连。同时,所述DSP处理器221可以通过控制线与视频解码器213连接。在本发明较佳实施例中,所述DSP处理器221还可以平移/倾斜控制CXD摄像头。此外,所述DSP处理器221还可以分别与控制处理模块中的SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存储器)218和FLASH存储器(FLASH存储器是一种非易失性存储器)219相连。
[0084] 再结合附图8详细说明一下远程监测中心300。所述远程监测中心300包括所述数据采集模块310、数据分析模块320、GIS模块330、基站控制模块340、监控计算机350和数据库360。所述数据库360经由监控计算机350,分别与数据采集模块310、数据分析模块320、GIS模块330、基站控制模块340连接。其中所述监控计算机350内置设有水质监测软件,该软件可以将数据视频基站200经由移动通讯网络(例如,CDMA网络)和Internet网络所发出的所有数据信息进行处理或解码,以设定的格式存储在数据库360中。通过该软件可以从数据库360中调取所需的数据进行处理。
[0085] 所述数据采集模块310包括实时数据监测单元311、历史数据查询单元312和节点状态监测单元313。所述数据采集模块310用于用户或工作人员可以从数据库360中读取和查询所有数据信息(例如,通过实时数据监测单元311读取实时数据,或通过历史数据查询单元312查询历史数据),并以图表和表格形式以反映所需的数据信息(例如,通过节点状态监测单元313以反映各个节点监测装置100的工作状态)。
[0086] 所述数据分析模块320包括综合统计报表单元321、数据走向分析单元322和水质评价决策处理单元323。所述数据分析模块320用于用户或工作人员对数据库360的所有数据信息进行汇总、统计和分析处理(例如,通过综合统计报表单元321以生成综合统计报表、通过数据走向分析单元322以分析水质数据曲线的走向)。通过人机界面设置数据库360的水质报警阀值或系统参数值,以及通过水质评价决策处理单元323,以判断出待监测湖泊的水质情况,并提供解决方案。
[0087] 所述GIS模块330包括地图数据(即水质专题地图单元331)、节点位置标示单元332和地图基本操作单元333。所述GIS模块330用于在接收到所有所述节点监测装置100和数据视频基站200所发送的定位信息后,通过所述定位信息与地图数据的匹配,以完成对所有所述节点监测装置100的位置标示,并绘制出待监测湖泊的水质专题地图,同时表现监测区域水质的分布情况。在本发明较佳实施例中,所述水质专题地图可以标识出待监测湖泊区域内节点监测装置100的具体位置。用户通过设定水质报警阀值或系统参数值,当某一处的水质超标时,在所述水质专题地图上的该节点的状态会发生改变,并发出报警以提示用户。
[0088] 所述基站控制模块340包括巡航控制单元341、障碍物信息显示单元342和水面异物打捞单元343。所述基站控制模块340用于发送控制命令至数据视频基站200,控制数据视频基站200的航行路径以及对待监测湖泊的水质进行辅助治理(例如,打捞藻类植物)。其中,所述巡航控制单元341包括模式切换按钮、方向巡航控制按钮以及视频显示窗口。用户或工作人员可以通过所述巡航控制单元341设定数据视频基站200的程序航线,产生并发送控制指令至数据视频基站200,数据视频基站200在接收到指令后完成相应的动作。若在数据视频基站200的航行方向上有障碍物时,数据视频基站200向远程监测中心300发送中断指令,所述远程监测中心300通过障碍物信息显示单元342对数据视频基站200的位置进行实时显示,并根据实时上传的视频信息以判断障碍物所在的位置,并作为数据视频基站航线的参照,同时通过巡航控制单元341下达控制命令以实时对数据视频基站200进行控制。在数据视频基站200移动过程中,所述数据视频基站200的水质数据采集单元不断采集监测数据、水质信息和视频信息并上传至远程监测中心300。当用户通过视频监控单元或者水质数据采集单元发现水面上有绿藻异物或者水质发生异常,可以通过水面异物打捞单元343远程控制所述打捞装置280捞取水中的绿藻或者异物,并在GIS水质专题地图上标记予以预警,完成水质监测和辅助治理的任务。
[0089] 参见图9所示,基于GIS电子地图技术的数据视频基站的导航控制分为自动控制和手动控制。以下将具体说明数据视频基站的导航工作流程。
[0090] 步骤S901:系统初始化。
[0091] 其中将数据视频基站200置入水中,并打开其总开关。数据视频基站200整个系统自动进行初始化工作,其内部所有模块或设备开始运行。通过远程监测中心300的上位机(即监控计算机350)发出控制指令,数据视频基站200执行相应的控制模式。
[0092] 步骤S902:设定数据视频基站200的控制模式,若是自动控制模式,则执行步骤S902 ;否则,若是人工控制模式,执行步骤S909。
[0093] 步骤S903:设定数据视频基站200的航行路线。
[0094] 当数据视频基站200选择为自动控制模式时,上位机会提示数据视频基站200的设定航行路线和其它的必要参数。经确定后,上位机内置软件会自动生成数据视频基站航行路线的控制程序。
[0095] 步骤S904:按设定的航线行驶。
[0096] 数据视频基站200在接收到控制程序后,将其转化为控制方向舵267和螺旋桨266的控制命令,通过伺服驱动模块263驱动相关单元,使数据视频基站200按照预定航线行驶。数据视频基站200的GPS单元263会对数据视频基站200的位置和速度等数据进行处理,并通过移动通信单元232 (例如,CDMA网络)传送至上位机。所述上位机包括基于Supermap公司开发的GIS电子地图导航系统,通过该系统以实时显示数据视频基站200的当前位置,并可以记录航线。此外,上位机结合监测到的各类数据信息生成水质专题地图。
[0097] 步骤S905:打开障碍物检测。
[0098] 在数据视频基站200中设有视频监控单元。视频监控单元通过电子式摄像头216,以监控数据视频基站200周围的环境情况,并将电子式摄像头216所拍摄的视频信息通过CDMA网络发送至上位机。此外,数据视频基站200还包括红外线传感器272和超声波传感器271,以检测数据视频基站200的航行路线上是否有障碍物。在数据视频基站200开始工作后,开启模式切换中断功能,以应对突发事件,例如障碍物中断。
[0099] 步骤S906:判断是否遇到障碍物,若遇到障碍物,则执行步骤S907 ;若未遇到障碍物,则执行步骤S904。
[0100] 步骤S907:重新生成航线。
[0101] 当检测到障碍物和数据视频基站200之间的距离已达到预设的危险距离时,控制程序会自动改变航行路线,并生成新的航线。上位机的内置主控芯片生成新航线,并使新航线尽量保持与原有航线一致,以不影响选择区域的水质监测。
[0102] 步骤S908:判断是否需要模式切换中断,若是,则停止自动控制模式,并执行步骤S902 ;否则,继续执行步骤S904。
[0103] 数据视频基站200设有模式切换中断功能,在其自动航行的过程中,若用户需要手动控制数据视频基站200,则可以立即进行切换,实现对数据视频基站200的灵活控制,以适应实际情况,反之亦然。
[0104] 步骤S909:设定为人工控制。
[0105] 当数据视频基站200设置为手动控制模式时,用户通过所述巡航控制单元341的操作界面以控制数据视频基站200的转向和速度。所述巡航控制单元341通过CDMA网络发送控制指令至数据视频基站200。数据视频基站200在接收到控制指令后,将其传入控制处理模块220并转发至伺服驱动模块263,以控制螺旋桨266的转速或方向舵267的方向,完成对数据视频基站200的实时控制。手动控制模式和自动控制模式一样,通过视频监控单元和GIS电子地图技术辅助用户完成对数据视频基站的控制。
[0106] 步骤S910:判断是否发现绿藻或异物,若有发现,则执行步骤S911 ;否则,继续执行步骤S910。
[0107] 步骤S911:开启打捞装置280。
[0108] 若通过视频监控单元发现异物或绿藻,数据视频基站200可以执行打捞操作。通过所述水面异物打捞单元343,可以对异物绿藻的打捞进行远程控制,并完成水质的辅助治理。
[0109] 步骤S912:判断是否要停止打捞工作,若是,则停止打捞;否则,继续执行步骤S909o
[0110] 本发明采用上述的基于物联网技术、ZigBee无线传感网络和GIS电子地图技术的在线湖泊水质监测系统。在实际使用过程中,可以根据用户实际情况,灵活配置软件参数设置和硬件的更换。硬件采用通用通讯接口,以保证统一的通讯协议,使得整个系统不需要进行较大的改变即可适应实际需求。整个基于物联网的在线湖泊水质监测系统既实现对一个水域的水质及周边环境的实时监测,免去人工采样测试的麻烦,也能够对湖泊上的情况进行巡航监测,保证对突发情况的反应和预警,具有一定的处理和治理能力。另外,本发明将物联网应用与水质监测相结合,从而可以获取待监测湖泊的整体水质变化分布情况,有助于对水质做出进一步调查和研宄,并制定出更完善的治理方案,同时配合实施,以加快水环境治理的速度和效率。
[0111] 以上所述仅为本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员而言,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种基于物联网的在线湖泊水质监测系统,包括多个节点监测装置、一数据视频基站以及一远程监测中心,其特征在于:所述节点监测装置设置在待监测的湖泊中,用于监测湖泊水质,并将监测所得的监测数据通过ZigBee网络传送至所述数据视频基站;所述数据视频基站亦设置在待监测的湖泊中,用于将接收到的监测数据、以及所述数据视频基站采集的水质信息和视频信息一起通过移动通讯网络传送至所述远程监测中心;所述远程监测中心包括GIS模块,所述远程监测中心在接收到监测数据及所有信息后,根据所述GIS模块所提供的水质地图信息,远程控制所述数据视频基站的航行,并对待监测湖泊的水质进行辅助治理。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的在线湖泊水质监测系统,其特征在于,所述节点监测装置包括数据采集模块、数据处理模块和数据传输模块;所述数据采集模块包括水质传感器和GPS单元;所述水质传感器用于监测湖泊水质,并将采集的监测数据传送至数据处理模块;所述GPS单元用于获取所述节点监测装置的定位信息并传送至数据处理模块;所述数据处理模块包括一处理器、485总线接口和信号处理单元;所述处理器通过所述485总线接口或所述信号处理单元与所述水质传感器连接,所述处理器通过USART方式与所述GPS单元连接;所述数据传输模块包括ZigBee发送终端,所述数据传输模块通过USART方式与所述数据处理模块通信,用于将收集的所述监测数据通过ZigBee网络发射至所述数据视频基站。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的在线湖泊水质监测系统,其特征在于,所述ZigBee发送终端包括一个唯一的ID0
4.根据权利要求2所述的基于物联网的在线湖泊水质监测系统,其特征在于,所述节点监测装置还包括浮体设备,所述浮体设备设置在湖泊中;所述数据采集模块、数据处理模块和数据传输模块均设置在所述浮体设备的内部,所述浮体设备用于使所述节点监测装置漂浮在待监测的湖泊中。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的在线湖泊水质监测系统,其特征在于,所述节点监测装置还包括太阳能供电模块;所述太阳能供电模块设置在所述浮体设备内部;所述太阳能供电模块包括蓄电池、太阳能电板和电源控制单元;所述电源控制单元分别与所述太阳能电板和蓄电池电性连接,所述电源控制单元包括一充放电控制器;所述太阳能供电模块用于给所述节点监测装置供电。
6.根据权利要求1所述的基于物联网的在线湖泊水质监测系统,其特征在于,所述数据视频基站包括数据采集模块、控制处理模块和通信模块;所述数据采集模块包括水质数据采集单元和视频监控单元,所述水质数据采集单元包括传感器,用于采集待监测湖泊的水质信息,并通过485总线接口或通过信号处理单元将所采集的水质信息传送至所述控制处理模块;所述视频监控单元包括摄像头,所述摄像头设置在所述数据视频基站的前端,用于拍摄所述数据视频基站的周围情况,并将拍摄的视频信息传送至所述控制处理模块;所述控制处理模块包括数字信号处理器和ARM9处理器,所述数字信号处理器用于处理视频信息,并将视频信息压缩传送至ARM9处理器;所述ARM9处理器用于汇总所有数据信息,并封装成设定的数据格式传送至所述通信模块;所述通信模块包括ZigBee协调器单元和移动通信单元;所述ZigBee协调器单元通过串口与所述控制处理模块连接,所述ZigBee协调器单元用于接收所述ZigBee发送终端发出的监测数据,并经由所述控制处理模块的处理传送至移动通信单元;所述移动通信单元在接收到所述控制处理模块发出的所有数据信息后,通过移动通信方式将所有数据信息发送至所述远程监测中心。
7.根据权利要求6所述的基于物联网的在线湖泊水质监测系统,其特征在于,所述数据视频基站还包括移动浮体设备,所述移动浮体设备呈一船型舱,所述移动浮体设备设置在湖泊中,用于使所述数据视频基站在湖泊中航行;所述控制处理模块设置在所述移动浮体设备的内部;所述数据采集模块设置在所述移动浮体设备的底部;所述通信模块设置在所述移动浮体设备的上方。
8.根据权利要求7所述的基于物联网的在线湖泊水质监测系统,其特征在于,所述数据视频基站还包括太阳能供电模块,所述太阳能供电模块设置在所述移动浮体设备的上方;所述太阳能供电模块包括蓄电池、太阳能电板和电源控制单元;所述电源控制单元分别与所述太阳能电板和蓄电池电性连接,所述电源控制单元包括一充放电控制器;所述太阳能供电模块用于给所述数据视频基站供电。
9.根据权利要求7所述的基于物联网的在线湖泊水质监测系统,其特征在于,所述数据视频基站还包括导航模块、伺服驱动模块、直流电机、舵机、螺旋桨和方向舵,所述导航模块设置在所述移动浮体设备的一端,所述导航模块包括GPS单元,用于将所述GPS单元所采集的定位信息经处理传送至所述远程监测中心;所述伺服驱动模块、直流电机和舵机分别设置在所述移动浮体设备的内部,所述伺服驱动模块与所述控制处理模块连接;所述螺旋桨和方向舵分别设置在所述移动浮体设备的尾端;其中所述伺服驱动模块用于在接收到由所述远程监测中心发出并经由所述控制处理模块转发的航行路线信息后,分别驱动所述直流电机和舵机;所述直流电机与螺旋桨连接,用于控制所述数据视频基站的前进速度;所述舵机通过舵杆与方向舵连接,用于控制所述数据视频基站的航行方向。
10.根据权利要求7所述的基于物联网的在线湖泊水质监测系统,其特征在于,所述数据视频基站还包括壁障模块;所述壁障模块设置在所述移动浮体设备的前端;所述壁障模块包括超声波传感器和红外线传感器,均用于判断在所述数据视频基站的航行方向上是否有障碍物,所述壁障模块能够发出中断指令,并通过与所述壁障模块连接的所述控制处理模块所计算出的航行路线以避开障碍物。
11.根据权利要求7所述的基于物联网的在线湖泊水质监测系统,其特征在于,所述数据视频基站还包括打捞装置,所述打捞装置设置在所述移动浮体设备的前下方,用于在接收到所述远程监测中心发出的打捞异物命令后,对待监测湖泊的水质进行辅助治理。
12.根据权利要求1所述的基于物联网的在线湖泊水质监测系统,其特征在于,所述远程监测中心还包括数据采集模块、数据分析模块、基站控制模块、监控计算机和数据库;所述数据库经由所述监控计算机,分别与所述数据采集模块、数据分析模块、GIS模块、基站控制模块连接;其中所述监控计算机将所述数据视频基站经由移动通讯网络和Internet网络所发出的所有数据信息,以设定的格式存储在所述数据库中;所述数据采集模块用于从所述数据库中读取和查询所有数据信息,并以图表和表格形式反映所需的数据信息;所述数据分析模块用于对所述数据库的所有数据信息进行分析处理,通过设置在所述数据库的水质报警阀值以判断待监测湖泊的水质情况,并提供解决方案;所述GIS模块包括地图数据,所述GIS模块用于在接收到所述节点监测装置和所述数据视频基站所发送的定位信息后,通过所述定位信息与地图数据的匹配,以完成对所述节点监测装置的位置标示,并绘制出待监测湖泊的水质地图;所述基站控制模块用于发送控制命令至所述数据视频基站,控制所述数据视频基站的航行以及对待监测湖泊的水质进行辅助治理。
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