CN103604467A

CN103604467A - 水域质量检测系统及方法

Info

Publication number: CN103604467A
Application number: CN201310613761.XA
Authority: CN
Inventors: 严建峰; 端木森嘉; 李云飞; 贾俊铖; 杨璐
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2014-02-26

Abstract

本发明公开了一种水域质量检测系统及方法，所述系统包括：航模，包括锚节点模块、供电模块、组网模块、数据传输模块、及导航模块，所述锚节点模块与组网模块、数据传输模块分别相连；若干水域检测传感器，分别与组网模块相连，锚节点模块和水域检测传感器通过组网模块进行数据交互；主服务器，与数据传输模块相连，主服务器实时接受锚节模块点通过数据传输模块所传输的数据，并进行分析，从而完成水域质量检测。本发明能够避免传统布线网络架设所耗费的人力和物力，降低网络架设所耗费的成本，数据传输具有建链时间短、数据传输速率高、费用低等特点。

Description

水域质量检测系统及方法

技术领域

本发明涉及水域质量检测技术领域，特别是涉及一种水域质量检测系统及方法。

背景技术

针对中国当前严峻的水污染形势，长江、黄河、淮河、海河四大流域部分水污染严重，如巢湖、太湖每年夏季出现蓝藻暴发，河流、水库频发水污染事故的情况，近海水质污染日趋严重(包括海洋赤潮和淡水水华)持续高频次发生，已严重影响到居民的饮水安全、水产养殖、水体景观价值等方面，造成了巨大的经济损失。我国各级政府部门和科研机构对水体中浮游植物群落的动态变化进行快速监测、对淡水蓝藻水华和海洋硅藻、甲藻赤潮进行早期预警的需求已经显得越来越强烈。传统的水质监测采用人工操作，工作人员需要到各个采集点进行水质监测，需要携带各种仪器很不方便，且工作人员需要到多个点进行水质监测，花费时间长，工作效率不高。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种水域质量检测系统及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水域质量检测系统及方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种水域质量检测系统，所述系统包括：

航模，包括锚节点模块、供电模块、组网模块、数据传输模块、及导航模块，所述锚节点模块与组网模块、数据传输模块分别相连；

若干水域检测传感器，分别与组网模块相连，锚节点模块和水域检测传感器通过组网模块进行数据交互；

主服务器，与数据传输模块相连，主服务器实时接受锚节模块点通过数据传输模块所传输的数据，并进行分析，从而完成水域质量检测。

作为本发明的进一步改进，所述组网模块为基于Zigbee动态组网技术的Zigbee组网模块。

作为本发明的进一步改进，所述导航模块为基于GPS定位的GPS导航模块，实时更新航模的位置。

作为本发明的进一步改进，所述数据传输模块为基于GPRS技术的GPRS数据传输模块。

作为本发明的进一步改进，所述供电模块为太阳能驱动供电模块。

作为本发明的进一步改进，所述航模还包括板载MCU单元，用于控制航模的行进路线、以及控制采集水域检测传感器中数据的频率。

相应地，一种水域质量检测方法，所述方法包括：

S1、水域检测传感器对水域质量进行检测，得到检测数据；

S2、将检测数据通过组网模块传输给锚节点模块；

S3、锚节点模块通过数据传输模块将检测数据传输给主服务器；

S4、主服务器实时接受检测数据，并进行分析，完成水域质量检测。

作为本发明的进一步改进，所述检测数据包括：水向数据、水速数据、水温数据、pH值数据、悬浮物数据。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：导航模块实时更新航模的位置，通过板载MCU单元控制航模的行进路线。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：太阳能驱动供电模块持续充电，并为航模供电。

本发明通过水域检测传感器实现了对水域环境的检测，并且结合船模自身的GPS导航模块，实现可编程路线的船模锚节点进行水面传感器数据的采集，数据采集结束后锚节点通过GPRS数据传输模块将数据发送到主服务器并且进行数据分析。

传感器和锚节点利用Zigbee动态网络自组网技术能够避免传统布线网络架设所耗费的人力和物力，降低网络架设所耗费的成本；

锚节点通过GPRS技术将数据发送至系统服务器，具有建链时间短、数据传输速率高、费用低等特点；

船模通过甲板铺设的太阳能电池板驱动船桨航行，绿色环保，节能减排。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一具体实施方式中水域质量检测系统的模块示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图1所示，本发明一具体实施方式中，水域质量检测系统包括：

航模10，包括锚节点模块11、供电模块12、组网模块13、数据传输模块14、导航模块15；

若干水域检测传感器20，分别与组网模块13相连，锚节点模块11和水域检测传感器20通过组网模块13进行数据交互；

主服务器30，与数据传输模块14相连，主服务器30实时接受锚节模块11点通过数据传输模块14所传输的数据，并进行分析，从而完成水域质量检测。

优选地，组网模块为基于Zigbee动态组网技术的Zigbee组网模块。

Zigbee作为一种无线连接新规格，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)这三个频段上，并在这三个频段上分别具有250kbps、20kbps和40kbps的最高数据传输速率。它的传输距离在10米-75米的范围内，但也可以更大。实际的传输距离依据发射功率的大小和应用模式而定。而这个传输距离已经完全可以满足家庭和办公环境的应用需求。而且，一台Zigbee设备可以连接多达254个其他Zigbee设备。Zigbee最显著的技术特性是它的低功耗和低成本。由于采用较低的数据传输速率、较低的工作频段，并且将设备的Zigbee模块在未投入使用的情况定义为低功耗的休眠状态，Zigbee模块功耗非常低。

优选地，导航模块为基于GPS定位的GPS导航模块，实时更新航模的位置。

GPS(Global Positioning System)全球定位系统是随着现代科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位、定时的多功能系统。它利用位于距地球2万多公里高的由24颗人造卫星组成的卫星网，向地球不断发射定位的信号。地球上的任何一个GPS接收机，只要接收到三颗以上的卫星发出的信号，经过计算后，就可以报出GPS接收机的位置(精度、纬度、高度)、时间和运动状态(速度、航向)，是一种全球性、全天候、连续的卫星无线电导航系统，可提供实时的三维位置、三维速度和高精度的时间信息。

优选地，数据传输模块为基于GPRS技术的GPRS数据传输模块。

GPRS(General Packet Radio Service)通用分组无线业务，是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。能提供比现有GSM网更高的速率，用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务。GPRS使用户能够在端到端分组传送模式下发送和接收数据。由于无线资源采用动态分配方式，一个用户可分配多个时隙，一个时隙也可由多移动台共享，用户虽然与网络一直连接，但仅当数据传送时才占用信道资源，与原有的电路型业务相比较，用户使用GPRS业务将具有建链时间短、数据传输速率高、费用低等特点。

供电模块为太阳能驱动供电模块，船模在甲板上铺设太阳能电池板，驱动船模航行。

航模还包括板载MCU单元16，用于控制航模的行进路线、以及控制采集水域检测传感器中数据的频率。

相应地，本发明中的水域质量检测方法，包括：

S1、水域检测传感器对水域质量进行检测，得到检测数据，检测数据包括：水向数据、水速数据、水温数据、pH值数据、悬浮物数据。；

S2、将检测数据通过组网模块传输给锚节点模块；

进一步地，该方法还包括：导航模块实时更新航模的位置，通过板载MCU单元控制航模的行进路线。

本实施方式中水域质量检测系统及方法的工作原理包括：

航模的锚节点模块通过太阳能驱动供电模块在航模闲时能够通过太阳能转化为电能，储存在太阳能驱动供电模块的锂电池中，为航模水域航行、GPS定位和数据交互供能。

GPS导航模块实时更新航模的位置，通过板载MCU单元控制航模的行进路线。Zigbee组网模块通过Zigbee动态组网技术使得航模板载MCU单元设置采集频率收集水域传感器所检测到的数据。待遍历完所有水域传感器，GPRS数据传输模块将数据发送到主服务器。

水域检测传感器固定在水域需要检测的位置，通过可扩展控制板设置水域检测所需模块，来取得水域参数。比如通过传感器的组合来测定水向、水速、水温、pH值、悬浮物等，并且通过Zigbee组网技术发送的水域质量数据给锚节点模块。

主服务器结合和锚节点模块配对的GPRS数据传输模块，实时接受锚节点模块通过GPRS数据传输模块所传输的数据，然后将所接受到的数据进行分析，从而监测水域环境。

具体地，整个检测流程为：

在要检测的水域位置安置水域检测传感器，进行水域数据的采集；

锚节点模块通过GPS定位，按照可编程的修改路线进行自动导航和固定的采集频率进行数据采集，依次遍历各个水域传感器节点，锚节点模块通过短距离无线协议Zigbee协议收集水域检测传感器的节点信息；

锚节点模块在收集完所有的数据之后通过GPRS数据传输模块向服务器实时发送数据，并且回到预定停泊地。太阳能驱动供电模块在整个停泊和航行过程中持续充电。

由以上技术方案可以看出，本发明通过水域检测传感器实现了对水域环境的检测，并且结合船模自身的GPS导航模块，实现可编程路线的船模锚节点进行水面传感器数据的采集，数据采集结束后锚节点通过GPRS数据传输模块将数据发送到主服务器并且进行数据分析。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种水域质量检测系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的水域质量检测系统，其特征在于，所述组网模块为基于Zigbee动态组网技术的Zigbee组网模块。

3.根据权利要求1所述的水域质量检测系统，其特征在于，所述导航模块为基于GPS定位的GPS导航模块，实时更新航模的位置。

4.根据权利要求1所述的水域质量检测系统，其特征在于，所述数据传输模块为基于GPRS技术的GPRS数据传输模块。

5.根据权利要求1所述的水域质量检测系统，其特征在于，所述供电模块为太阳能驱动供电模块。

6.根据权利要求1所述的水域质量检测系统，其特征在于，所述航模还包括板载MCU单元，用于控制航模的行进路线、以及控制采集水域检测传感器中数据的频率。

7.一种水域质量检测方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、水域检测传感器对水域质量进行检测，得到检测数据；

S2、将检测数据通过组网模块传输给锚节点模块；

8.根据权利要求7所述的水域质量检测方法，其特征在于，所述检测数据包括：水向数据、水速数据、水温数据、pH值数据、悬浮物数据。

9.根据权利要求7所述的水域质量检测方法，其特征在于，所述方法还包括：导航模块实时更新航模的位置，通过板载MCU单元控制航模的行进路线。

10.根据权利要求7所述的水域质量检测方法，其特征在于，所述方法还包括：太阳能驱动供电模块持续充电，并为航模供电。