CN104166395A - 一种基于移动物联网的水环境治理远程监管方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移动物联网的水环境治理远程监管方法及装置。所述方法包括：检测模块主动对治理设备运行状态及水质进行检测；设备控制模块根据数据处理模块下发的设备控制指令实现设备的自主控制和远程控制；视频监控模块根据指令对水环境治理现场环境进行摄像或图像抓拍；所有的检测数据和图像数据以及控制指令均在数据处理模块进行预处理、封装、解析以及打包工作；所有移动终端与监管装置间的数据传输均通过3G通信模块实现。利用本发明的监管方法和装置，用户可通过移动终端设备实现对水环境治理数据的采集、设备的远程控制以及站点环境的远程监控和图像抓拍。

Description

一种基于移动物联网的水环境治理远程监管方法及装置

技术领域

本发明涉及一种远程监管方法及装置，尤其涉及一种基于移动物联网的水环境治理远程监管方法及装置。

背景技术

在水环境治理设施现场采用专门的检测设备对出水水质和设备运行状态进行远程检测，专门的设备控制器对水环境治理设备进行远程调试和自主运行控制。现在采用的监测手段主要分为有线监测和无线监测两种。

有线监测通过在现场部署网线和相应的监测设备来实现污水处理设施运营状态的远程监测。其存在的主要缺点有两点：其一、有线监测系统部署难度大，需要为其专门铺设通信线路，建设成本高、难度大；其二、可靠性较差，数据传输线路部署于野外，易受环境和气候变化影响而导致线路老化、断裂、接线松动、雷击破坏等意外情况的发生。

3G无线监测则是通过在监控现场部署3G无线路由器和监测设备来实现水环境治理设施运营状态的远程无线监测。与有线监测相比，无线监测无需为其专门布线，大大降低了初期的建设成本和难度，且不会出现线路老化和断裂等有线监测易出现的意外情况。

以上两种远程监管方式均是将现场数据采集设备采集的数据经无线网络实时传输到后台服务器进行分析和存储，用户通过应用软件来调用服务数据，对水环境治理设施数据进行分析和处理，并对水环境治理设备进行远程控制。

用户或设施管理人员在外出或非工作时间需要对水环境治理设施的运行情况和水质情况进行了解。因为携带不便的原因，用户不可能随身携带电脑，这就给水环境治理的管理和监管造成了影响。

手机和平板电脑作为应用最为普遍的电子设备，具有体积小、携带方便、应用广泛、普及程度高、用户随身携带的特点。若能利用手机或平板电脑等移动终端实现水环境治理的远程监管和控制，则将为用户和设施管理人员提供极大的便利。

发明内容

本发明的主要目的之一是为用户提供一种基于移动物联网的水环境治理远程监管方法，以实现通过手机或平板电脑等移动终端对水环境治理进行远程监管，对水环境治理设备进行远程控制。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术解决方案：

一种基于移动物联网的水环境治理远程监管方法，包括

(1)用户通过移动终端向服务器发送指令，由服务器后台程序将控制指令传输到水环境治理现场的3G通信模块；

(2)3G通信模块接收后台服务器发送的指令，并将指令传递给监控终端的数据处理模块；

(3)数据处理模块接收到指令后，从数据存储模块读取指令解析算法对指令进行解析；指令解析后先对解析后的指令进行判定：

①若是设备控制指令，则被下发到控制模块，控制模块执行设备控制指令控制水环境治理设备改变运行状态；

②若是视频监控或图像抓拍指令，则下发到视频监控模块执行，视频监控模块对指令进行判定：

(4)检测模块主动地、周期性地对水环境治理设备运行状态及水质参数进行采集，获取原始检测信息；并主动把检测数据传递给数据处理模块进行处理；

(5)数据处理模块接收到检测数据和视频监控或图像抓拍指令时，对数据进行去噪处理后，根据数据封装算法进行数据封装，并将封装后的数据传递给3G通信模块进行传输；

(6)3G通信模块将经数据处理模块处理后的设备运行状态及出水水质检测数据、监控视频及抓拍图像数据主动传输到后台服务器；

(7)用户通过移动客户终端调取后台服务器数据来获取水环境治理设备运行数据、水质检测数据、视频监控数据以及图像抓拍数据。

所述3G通信模块没有接收到任何控制指令，则数据处理模块定时从数据存储模块中读取设备控制算法生成设备控制指令并下发到控制模块，对水环境治理设备进行自主控制；所述数据处理模块下发的指令中既包括设备控制指令，又包括视频监控指令或图像抓拍指令，则控制模块和视频监控模块同时进行。

所述检测模块对水质参数进行采集的数据包括温度、溶氧量、pH值、ORP、COD、氨氮、总磷、液位高度；所述的水环境治理设备包括提升泵、曝气机(也可以是气泵或风机)、回流泵；所述水环境治理设备状态包括：开启、关闭、故障。

所述视频监控和图像抓拍为被动模式，只有视频监控模块接收到监控或抓拍指令后才会进行视频监控和图像抓拍。

所述3G通信模块对由数据处理模块传递来的数据通过3G无线网络传输到后台服务器进行存储和备份，以备服务应用调取；当用户通过移动终端设备应用向后台服务器发送查询检测结果的查询指令，服务器接收到查询指令后，从数据库中读取所需要的检测数据并将检测数据送到移动终端，通过对历史数据的分析和处理，获取所需要的管理信息，从而实现移动终端对水环境治理设施的远程监管功能；若用户已向数据库发送视频监控或图像抓拍指令，则服务器在接收到监管设备传送过来的视频或图像信息时，自动将相关视频或图像传递给用户移动终端，从而实现移动终端对水环境治理设施现场的远程视频监控和图像抓拍取证功能。

本发明的另一目的在于提供一种基于移动物联网的监管装置，利用该装置可实现通过移动客户终端对装置所在水环境治理设施现场的运营数据进行监管，并可根据需要对水环境治理设备进行远程控制的目的。

上述发明目的的具体实现采用下述技术方案：

一种基于移动物联网的水环境治理远程监管装置，包括：

(1)数据处理模块，是所述监管装置的核心，采用单片机等微处理器来实现，用于设备运行状态和水质检测数据的处理和封包，并传递给3G通信模块，同时对3G通信模块接收的移动终端设备发送的控制指令进行解析，将控制指令解析为可执行的设备控制指令，并将指令下发到控制模块或3G通信模块执行；

(2)检测模块，与数据处理模块相连接，采用现有数据采集电路结构用于对监管装置所处的水环境治理设施现场的水质数据以及设备运行状态原始数据的实时采集；

(3)控制模块，与数据处理模块相连接，采用现有的继电器控制电路结构用于对监管装置所处的水环境治理设施现场的水环境治理设备的控制；

(4)视频监控模块，与数据模块相连接，用于对监管装置所处的水环境治理设施现场的监控摄像头的控制，根据控制指令驱动监控摄像头进行录像或抓拍；

(5)数据存储模块，与数据处理模块相连接，用于数据缓存并存储控制指令解析算法、设备控制算法以及数据封装算法；

(6)3G通信模块，与数据处理模块相连接，用于监管装置与后台服务器的无线通信；

(7)液晶触摸屏，与数据处理模块相连接，用于监管装置系统软件功能界面和实时检测数据的显示，并可对监管装置的系统参数和控制参数进行设置。

所述检测模块包括检测液位高度的浮球式液位计、检测水温的温度传感器、检测溶氧量的溶氧电极、检测pH值的pH电极、检测ORP的ORP电极、检测COD值的COD检测仪、检测氨氮的氨氮分析仪、检测总磷的总磷分析仪；其中，温度传感器、溶氧电极、pH电极、ORP电极、浮球式液位计直接放置于水中。

所述控制模块包括三个端口：提升泵控制端口(控制端口1)、曝气机控制端口(控制端口2)、回流泵控制端口(控制端口3)；分别对应控制提升泵、曝气机(也可以是气泵或风机)、回流泵三个治理设备。

所述监管装置固定于特制的便携式塑料壳体内部。

所述检测模块、控制模块、视频监控模块、数据存储模块、3G通信模块、液晶触摸屏采用总线接口、RS485/RS232接口以及IO接口与数据处理模块相连接，实现信号的传输以及检测数据的传递。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过本发明方法和装置的应用，既可以通过手机、平板等移动终端获取水环境治理设施的设备运行及水质检测数据、设施现场环境实时图像，并可对数据进行在线分析，对现场进行抓拍取证等；又可以通过手机、平板等移动终端对水环境治理设施现场水环境治理设备的远程控制，实现基于移动物联网的水环境治理的远程监管和设备远程控制的目的。

附图说明

图1为本发明基于移动物联网的水环境治理远程监管装置的原理图。

(1、数据处理模块，2、控制模块，3、数据存储模块，4、3G通信模块，5、液晶触摸屏、6、视频监控模块，7、检测模块，11、水处理设备1，12、水处理设备2，13、水处理设备，14、温度传感器，15、溶氧DO电极，16、pH电极，17、ORP电极，18、COD检测仪，19、氨氮分析仪，20、总磷分析仪，21、浮球式液位计)。

图2为本发明基于移动物联网的水环境治理远程监管方法的流程图。

(1、数据处理模块，2、控制模块，3、数据存储模块，4、3G通信模块，5、液晶触摸屏，6、视频监控模块，7、检测模块，8、水环境治理设备，9、后台服务器，10、移动终端)。

具体实施方式

本发明从移动物联网出发，结合手机、平板等移动终端体积小、携带方便、应用广泛、普及程度高、用户随身携带的特点，提出了基于移动物联网的水环境治理远程监管方法和装置，用户可以通过移动终端与监管装置进行人机互动，获取水环境治理现场的设备运行状态、水质、现场环境图像等信息，并可根据需要对水环境治理设备进行远程控制和图像抓拍。

如图1所示，本实施例公开的基于移动物联网的水环境治理远程监管装置，包括：

数据处理模块1、以及与数据处理模块1相连接的检测模块7、控制模块2、视频监控模块6、数据存储模块3、3G通信模块4、液晶触摸屏5。

数据处理模块1是所述监管装置的核心，采用单片机等微处理器来实现，一方面，对设备运行状态和水质检测数据进行处理和封包，并传递给3G通信模块4传输到后台服务器；另一方面，对3G通信模块4接收的移动终端设备发送的控制指令进行解析，根据解析算法将控制指令解析为可执行的控制指令，并将指令下发到控制模块2或视频监控模块6执行；最后，数据处理模块1还能根据设备控制算法，自动生成设备控制指令，实现设备的自主控制运行。

检测模块7采用现有数据采集电路结构，用于水环境治理设备状态及水质进行检测，获取水质和设备运行状态的原始数据。检测模块7为自主运行，不受数据处理模块1控制，检测结果自动传送给数据处理模块1进行处理和封包。检测模块7通过配置不同的传感器可实现对水质多项参数的检测，完整实施例的检测模块7包括检测液位高度的浮球式液位计21、检测水温的温度传感器14、检测溶氧量的溶氧DO电极15、检测pH值的pH电极16、检测ORP的ORP电极17、检测COD值的COD检测仪18、检测氨氮的氨氮分析仪19、检测总磷的总磷分析仪20等。

其中，温度传感器14、溶氧DO电极15、pH电极16、ORP电极17、浮球式液位计21直接放置于水中，电极信号经信号线传递到数据处理模块1处理转换为可读的数字信号，COD检测仪18、氨氮分析仪19、总磷分析仪20具备自动采样的功能，仪器定时采集水样，并对水样进行分析，检测结果以4～20mA信号输出到数据处理模块1进行数据的处理和转换，并将处理后的检测数据主动推送给3G通信模块4传递到后台服务器。

控制模块2采用现有的继电器控制电路结构，主要用于水环境治理设备的控制，根据数据处理模块1解析过来的设备控制指令对水环境治理设备的运行状态进行调整，并由检测模块对设备运行状态进行主动检测，检测结果反馈给数据处理模块1进行数据的进一步处理。

视频监控模块6用于驱动监控摄像头进行摄像和图像抓拍，视频监控模块6为非自主运行，受数据处理模块1控制。视频监控模块6根据数据处理模块1解析的视频监控指令或图像抓拍指令来驱动监控摄像头进行摄像或图像抓拍。

数据存储模块3主要用于数据缓存、转换以及设备控制算法、控制指令解析算法、数据封装算法的存储。

3G通信模块4作为监管装置的通信模块，搭建起了后台服务器和监管装置之间数据传输和沟通的桥梁，通过3G无线网络建立监管装置和后台服务器间的通信连接，实现监管装置可与后台服务器间的数据传输。后台服务器通过3G通信模块4下发移动终端设备发送的设备控制指令和视频监控或图像抓拍指令；3G通信模块4则负责控制指令的转发以及检测数据和视频监控图像数据的传输。

液晶触摸屏5主要用于监管装置系统软件功能界面和实时检测数据的显示，并可通过液晶触摸屏5对监管装置的系统参数和控制参数等进行设置，并可代替移动终端设备生成设备控制指令，对水环境治理设备、视频监控设备等相关设备进行现场调试和测试。

上述检测模块7、控制模块2、视频监控模块6、数据存储模块3、3G通信模块4、液晶触摸屏5采用总线接口、RS485/RS232接口以及IO接口等与数据处理模块1相连接，实现信号的传输以及检测数据的传递。

图1所述基于移动物联网的水环境治理监管装置的具体工作流程可参考图2所示的基于移动物联网的水环境治理远程监管方法的流程图。

如图2所示，该图公开了本发明基于移动物联网的水环境治理远程监管方法的流程图，如图所示，该方法的具体的流程如下：

Step1：用户通过移动终端设备10向后台服务器9发送设备控制指令或视频监控、图像抓拍指令。若后台服务器9收到用户通过移动终端10发送的请求或控制指令后，会反馈给移动终端10一个指令或请求接收成功的反馈信息，反之，则不反馈任何信息。

Step2：后台服务器9对接收到的控制指令封装后上传到Internet网络，监管设备的3G通信模块4通过3G无线网络接收来自服务器的控制指令，并将控制指令传递给数据处理模块1进行指令解析和下发工作。

Step3：数据处理模块1接收到指令后，从数据存储模块3读取指令解析算法对指令进行解析，若是设备控制指令，则被下发到控制模块2，控制水环境治理设备8运行；若是视频监控或图像抓拍指令，则下发到视频监控模块6执行。

Step4：若3G通信模块4没有接收到任何控制指令，则数据处理模块1定时从数据存储模块3中读取设备控制算法生成设备控制指令并下发到控制模块2，对水环境治理设备8进行自主控制。

Step4.1：若数据处理模块1下发的是设备控制指令，则仅有控制模块2动作。控制模块2根据指令对水环境治理设备8中的一个或多个进行状态改变，通过控制对应设备继电器的吸合和断开来控制设备的启停。

Step4.2：若数据处理模块1下发的是视频监控或图像抓拍指令，则仅有视频监控模块6动作。接收到指令后，视频监控模块6首先对指令进行判定，判定指令是视频监控指令还是图像抓拍指令。若是监控指令，则驱动监控摄像头对水环境治理现场进行持续性摄像，并自动将获取的摄像数据实时传递给数据处理模块1进行处理；若是抓拍指令，则驱动监控摄像头进行一次图像抓拍，获取一张水环境治理现场的图像信息，并将图像信息传递给数据处理模块1处理。

Step4.3：若数据处理模块1下发的指令中既包括设备控制指令，又包括视频监控指令或图像抓拍指令，则step4.1和step4.2同时进行。

Step5、检测模块7周期性地对水环境治理设备8运行状态、各个检测仪器和传感器的感知数据进行检测汇总，并主动把检测数据传递给数据处理模块1进行处理。

在该实施例中，检测数据可包括水环境治理设备的运行状态、温度、pH、ORP、DO、COD、氨氮、总磷、液位、流量等水环境治理监管相关参数信息。

Step6.1、数据处理模块1接收到检测数据时，首先对数据进行一个预处理和A/D转换，去除原始检测数据模拟信号中的噪声，并将去噪后的模拟信号转换成数字信号。完成数据处理后，数据处理模块1从数据存储模块3中读取数据封装算法对检测数据进行封装、打包，并将封装打包好的数据传递给3G通信模块4进行传输。

Step6.2、数据处理模块1接收到视频监控数据或图像抓拍数据时，对数据进行简单的去噪处理后，根据数据封装算法进行数据封装，并将封装后的数据传递给3G通信模块4进行传输。

Step6.3：若待处理的数据量超过了数据处理模块1的处理能力，则多余的数据量将在数据存储模块3中进行数据缓存，排队进行数据处理工作。

Step7、3G通信模块4对由数据处理模块1传递来的数据通过3G无线网络传输到后台服务器9进行存储和备份，以备服务应用调取。

Step8.1、用户通过移动终端设备10应用向后台服务器9发送查询检测结果的查询指令，服务器接收到查询指令后，从数据库中读取所需要的检测数据并将检测结果发送到移动终端10，通过对历史数据的分析和处理，获取所需要的管理信息，从而实现移动终端10对水环境治理设施的远程监管功能。

Step8.2、若用户已向数据库发送视频监控或图像抓拍指令，则后台服务器9在接收到监管设备传送过来的视频或图像信息时，自动将相关视频或图像传递给用户移动终端10，从而实现移动终端10对水环境治理设施现场的远程视频监控和图像抓拍取证功能。

以上所述实施例仅用于对本发明相关的技术方案进行说明，而非对其进行限制；相关领域的专业技术人员能够根据本发明所述技术方案进行修改和实现，或对其中的部分参数信息进行等同替换；而这些等同替换方案的本质与本发明所述技术方案本质相同。因此，本发明并不局限于本文所述实施例，而是与本文公开的原理和新颖特点相一致的最宽权利范围。

Claims (10)

1.一种基于移动物联网的水环境治理远程监管方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)用户通过移动客户终端向服务器发送指令，由服务器后台程序将控制指令传输到水环境治理现场的3G通信模块；

(2)3G通信模块接收后台服务器发送的指令，并将指令传递给监控终端的数据处理模块；

(3)数据处理模块接收到指令后，从数据存储模块读取指令解析算法对指令进行解析；

①若是设备控制指令，则被下发到控制模块，控制模块执行设备控制指令控制水环境治理设备改变运行状态；

②若是视频监控或图像抓拍指令，则下发到视频监控模块执行，视频监控模块对水环境治理现场进行视频监控和图像抓拍，并将图像信息传递给数据处理模块处理；

(4)检测模块主动地、周期性地对水环境治理设备运行状态及水质参数进行采集，获取原始检测信息；并主动把检测数据传递给数据处理模块进行处理；

(5)数据处理模块接收到检测数据和视频监控或图像抓拍指令时，对数据进行去噪处理后，根据数据封装算法进行数据封装，并将封装后的数据传递给3G通信模块进行传输；

(6)3G通信模块将经数据处理模块处理后的设备运行状态及出水水质检测数据、监控视频及抓拍图像数据主动传输到后台服务器；

(7)用户通过移动客户终端调取后台服务器数据来获取水环境治理设备运行数据、水质检测数据、视频监控数据以及图像抓拍数据。

2.根据权利要求1所述的水环境治理远程监管方法，特征在于，所述3G通信模块没有接收到任何控制指令，则数据处理模块定时从数据存储模块中读取设备控制算法生成设备控制指令并下发到控制模块，对水环境治理设备进行自主控制；所述数据处理模块下发的指令中既包括设备控制指令，又包括视频监控指令或图像抓拍指令，则控制模块和视频监控模块同时进行。

3.根据权利要求1所述的水环境治理远程监管方法，特征在于，所述检测模块对水质参数进行采集的数据包括温度、溶氧量、PH值、ORP、COD、氨氮、总磷、液位高度；所述的水环境治理设备包括提升泵、曝气机、回流泵；所述水环境治理设备状态包括：开启、关闭、故障。

4.根据权利要求1所述的水环境治理远程监管方法，特征在于，所述视频监控和图像抓拍为被动模式，只有视频监控模块接收到监控或抓拍指令后才会进行视频监控和图像抓拍。

5.根据权利要求1所述的水环境治理远程监管方法，特征在于，所述3G通信模块对由数据处理模块传递来的数据通过3G无线网络传输到后台服务器进行存储和备份，以备服务应用调取；当用户通过移动终端设备应用向后台服务器发送查询检测结果的查询指令，服务器接收到查询指令后，从数据库中读取所需要的检测数据并将检测数据送到移动终端，通过对历史数据的分析和处理，获取所需要的管理信息，从而实现移动终端对水环境治理设施的远程监管功能；若用户已向数据库发送视频监控或图像抓拍指令，则服务器在接收到监管设备传送过来的视频或图像信息时，自动将相关视频或图像传递给用户移动终端，从而实现移动终端对水环境治理设施现场的远程视频监控和图像抓拍取证功能。

6.一种基于移动物联网的水环境治理远程监管装置，其特征在于，所述监管装置包括：

(1)数据处理模块，是所述监管装置的核心，采用单片机微处理器来实现，用于设备运行状态和水质检测数据的处理和封包，并传递给3G通信模块，同时对3G通信模块接收的移动终端设备发送的控制指令进行解析，将控制指令解析为可执行的设备控制指令，并将指令下发到控制模块或3G通信模块执行；

(2)检测模块，与数据处理模块相连接，采用现有数据采集电路结构用于对监管装置所处的水环境治理设施现场的水质数据以及设备运行状态原始数据的实时采集；

(3)控制模块，与数据处理模块相连接，采用现有的继电器控制电路结构用于对监管装置所处的水环境治理设施现场的水环境治理设备的控制；

(4)视频监控模块，与数据模块相连接，用于对监管装置所处的水环境治理设施现场的监控摄像头的控制，根据控制指令驱动监控摄像头进行录像或抓拍；

(5)数据存储模块，与数据处理模块相连接，用于数据缓存并存储控制指令解析算法、设备控制算法以及数据封装算法；

(6)3G通信模块，与数据处理模块相连接，用于监管装置与后台服务器的无线通信；

(7)液晶触摸屏，与数据处理模块相连接，用于监管装置系统软件功能界面和实时检测数据的显示，并可对监管装置的系统参数和控制参数进行设置。

7.根据权利要求6所述的监管装置，特征在于，所述检测模块包括检测液位高度的浮球式液位计、检测水温的温度传感器、检测溶氧量的溶氧电极、检测pH值的pH电极、检测ORP的ORP电极、检测COD值的COD检测仪、检测氨氮的氨氮分析仪、检测总磷的总磷分析仪；其中，温度传感器、溶氧电极、pH电极、ORP电极、浮球式液位计直接放置于水中。

8.根据权利要求6所述的监管装置，特征在于，所述控制模块包括三个端口：提升泵控制端口、曝气机控制端口、回流泵控制端口；分别控制提升泵、曝气机、回流泵三个治理设备。

9.根据权利要求6所述的监管装置，特征在于，所述监管装置固定于特制的便携式塑料壳体内部。

10.根据权利要求6所述的监管装置，特征在于，所述检测模块、控制模块、视频监控模块、数据存储模块、3G通信模块、液晶触摸屏采用总线接口、RS485/RS232接口以及IO接口与数据处理模块相连接，实现信号的传输以及检测数据的传递。