CN106248895A - 一种地下水资源在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下水资源在线监测系统，包括传感器组，视频数据采集模块，监测中心，360度幻影成像模块，仿真模拟模块，虚拟传感器，地下水情况评估模块，专家评估模块，显示屏和人机操作模块。本发明通过北斗短报文通讯技术进行数据的传输，无需架设通讯线路，使用方便，能全方位的对地下水进行实时的检测，从而得出地下水情况的多种评估结果，检测结果精确度高，且可以通过地下水三维模块的构建，对地下水的后续情况进行了预测和仿真分析，也可以将各种地下水治理方案转换成参数后作用于所建立的地下水三维模型，实现了地下水治理方案的合理选择，同时每个传感器和摄像头所采集到的数据均自带北斗定位数据。
Description
技术领域
本发明涉及地下水监测领域，具体涉及一种地下水资源在线监测系统。
背景技术
我国是一个水资源严重短缺的国家，地下水作为水资源的重要组成部分，是举足轻重的供水源和生态系统的重要支撑。据调查，我国北方地区65％的生活用水、50％的工业用水和33％的农业灌溉用水来自地下水。随着工业生产的迅速发展和城市规模的不断扩大，工业污水废渣、化肥、农药及污水灌溉等对土壤及地下水造成了严重的污染。土壤对于外来的污染物具有一定的净化能力，土壤本身的净化能力是有一定限度的，当进入土壤的污染物数量超过土壤本身的净化能力时，土壤就遭受污染，进入土壤的污染物会直接迁移进入到地下水中。污染物从地表渗入土壤及地下水的过程中，降雨的自然淋滤起了非常关键的作用。实时监控每场降雨之后地下水的水位及地下水情况，判断污染物在土壤及地下水中的迁移、转化的规律具有非常重要的现实意义。
目前，为了研究污染物在土壤及地下水中的迁移转化规律，研究人员只能通过自身所在区域的降雨信息或通过遥测已有雨情站点的降雨信息来估测污染场地的降雨情况，去往污染场地现场测定地下水位，并采集地下水水样带回实验室测定地下水情况。降雨具有区域性，研究人员根据自身所在区域的降雨情况不能准确获知污染场地的实际降雨情况，现有雨情站点并不一定就在污染场地范围内，遥测雨情站点的降雨信息与污染场地的降雨信息存在不一致性。这些问题导致了采样的盲目性和繁琐性，降低了污染物在土壤及地下水中的迁移转化规律研究的科学性和实效性。在监测降雨强度的同时实时跟踪监测污染场地区域性降雨后地下水水位及地下水的变化情况，判断地下水的流动方向、分析降雨对污染物在土壤和地下水中的淋滤效果，预测和评价污染物的迁移趋势，研究污染物在土壤及地下水中的迁移转化规律，对于掌握和防治地下水污染具有重要意义。
同时，现有的地下水检测信息均通过有线网或者GPRS、3G等无线方式传输，一方面导致在无人居住的偏远地区或者山区无GPRS、3G信号时无法进行数据的传输，另一方面大大提高了整个系统架设所需要的成本和时间。
而现有的传感器组数据均不自带定位数据，使得数据缺乏针对性，同时系统不带有自我检测功能，传感器的故障均需人为去发现，这无疑容易造成某一个检测时间段数据的缺失或偏差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种地下水资源在线监测系统，通过北斗短报文通讯技术进行数据的传输，无需架设通讯线路，使用方便，能全方位的对地下水进行实时的检测，从而得出地下水情况的多种评估结果，检测结果精确度高，且可以通过地下水三维模块的构建，对地下水的后续情况进行了预测和仿真分析，也可以将各种地下水治理方案转换成参数后作用于所建立的地下水三维模型，实现了地下水治理方案的合理选择。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种地下水资源在线监测系统，包括
传感器组，每个传感器内均安装有北斗模块，用于定时定量检测采集所检测段的流量、流速、水位、水温、泥沙、浊度、酸碱度、电导度、溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、营养盐和叶绿素参数，并通过北斗模块将所采集到的数据发送到监测中心；
视频数据采集模块，用于进行所检测段的相关视频数据的采集，并将采集到的数据通过北斗模块发送到监测中心；
监测中心，用于接收传感器组和视频数据采集模块发送的数据，并将这些数据用其对应的北斗信息进行标记后发送到数据库进行储存，将完成标记的传感器组所检测到的数据发送到地下水情况评估模块和专家评估模块；还用于将接收到的视频采集模块所发送的数据转换成360度幻影成像模块所能识别的数据格式发送到360度幻影成像模块；
360度幻影成像模块，由立体模型场景、造型灯光系统、应用幻影成像膜作为成像介质的光学成像系统、影视播放系统、计算机多媒体系统及音响系统组成，用于根据监测中心所发送的数据生成各种三维立体模型；
仿真模拟模块，用于驱动参数变化的，与360度幻影成像模块构建模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟传感器，为在所建立的三维模型中插入一些各类型的虚拟结构来达到直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
所述仿真模拟模块通过循环执行仿真分析算法或仿真分析方法，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据；
地下水情况评估模块，用于根据预设的算法对所接收到的传感器数据进行计算，得出地下水情况评估结果，并将得到的结果发送到显示屏以及指定的移动终端，发送到指定的数据库进行储存；
专家评估模块，用于储存各类典型的地下水环境数据以及其所可能带来的地下水灾害情况，用于将接收到的地下水环境数据与所存储的数据进行类似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；内设一网络爬虫进程，用于在网络中查找与所接收的地下水环境数据相关的网页或文档，并将查询结果发送到显示屏；
显示屏，用于显示地下水环境结果、专家评估结果以及网络相关数据查询结果，并基于地下水环境结果输出表征地下水环境的二维结果图、三维结果图；
人机操作模块，用于输入信息调用命令，所述监测中心根据信息调用命令，从数据库中调用人们所需的数据信息发送到显示屏进行显示。
其中，所述传感器组包括流速传感器、流量传感器、水压传感器、水温传感器、含氧量传感器和PH值传感器。
其中，所述虚拟传感器包括通用虚拟传感器和专用虚拟传感器。
其中，所述数据库内设有一检索模块，用于进行所储存数据的实时检索，一旦发现某一个北斗定位数据所对应的传感器数据未查询到或某一个北斗定位数据未查询到，则启动短信编辑发送模块发送传感器或摄像头故障提醒信息到指定的移动终端。
其中，每个北斗定位数据均采用预设标记的模式储存与数据库内，且每个标记均不同，与传感器、摄像头一一对应设计。
其中，所述显示屏内安装有
图形绘制模块，用于绘制并监测根据所述监测数据得出的各种曲线图；
回归计算模块，用于通过不同函数对实测数据曲线进行回归计算。
其中，所述图形绘制模块根据输入的监测数据，生成随时间、空间变化的时空效应曲线即时态曲线和空间效应曲线，所述时态曲线显示了各监测点的原始数据或转移数据随时间的变化情况，所述空间效应曲线突出了同一时间不同测点的监测结果随水流段地理位置的变化规律。
其中，所述视频数据采集模块采用红外高清摄像头，每个摄像头内均安装有北斗模块。
其中，所述短息编辑发送模块从预设的短信数据库中选取一条短信，然后将未查询到的数据所对应的传感器或摄像头标号采用填空的模式填充到所选取的短信中，完成填充后，发送到指定的手机。
本发明具有以下有益效果：
通过北斗短报文通讯技术进行数据的传输，无需架设通讯线路，使用方便，能全方位的对地下水进行实时的检测，从而得出地下水情况的多种评估结果，检测结果精确度高，且可以通过地下水三维模块的构建，对地下水的后续情况进行了预测和仿真分析，也可以将各种地下水治理方案转换成参数后作用于所建立的地下水三维模型，实现了地下水治理方案的合理选择，同时每个传感器和摄像头所采集到的数据均自带北斗定位数据，大大提高了数据的针对性，也提高了后期评估结果的精确性，且系统自带自我检测模块，一旦其中一个传感器或摄像头发生故障或偏移均会及时发现，使用方便。
附图说明
图1为本发明实施例一种地下水资源在线监测系统的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种地下水资源在线监测系统，包括
传感器组，每个传感器内均安装有北斗模块，用于定时定量检测采集所检测段的流量、流速、水位、水温、泥沙、浊度、酸碱度、电导度、溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、营养盐和叶绿素参数，并通过北斗模块将所采集到的数据发送到监测中心；
视频数据采集模块，用于进行所检测段的相关视频数据的采集，并将采集到的数据通过北斗模块发送到监测中心；
监测中心，用于接收传感器组和视频数据采集模块发送的数据，并将这些数据用其对应的北斗信息进行标记后发送到数据库进行储存，将完成标记的传感器组所检测到的数据发送到地下水情况评估模块和专家评估模块；还用于将接收到的视频采集模块所发送的数据转换成360度幻影成像模块所能识别的数据格式发送到360度幻影成像模块；
360度幻影成像模块，由立体模型场景、造型灯光系统、应用幻影成像膜作为成像介质的光学成像系统、影视播放系统、计算机多媒体系统及音响系统组成，用于根据监测中心所发送的数据生成各种三维立体模型；
仿真模拟模块，用于驱动参数变化的，与360度幻影成像模块构建模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟传感器，为在所建立的三维模型中插入一些各类型的虚拟结构来达到直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
所述仿真模拟模块通过循环执行仿真分析算法或仿真分析方法，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据；
地下水情况评估模块，用于根据预设的算法对所接收到的传感器数据进行计算，得出地下水情况评估结果，并将得到的结果发送到显示屏以及指定的移动终端，发送到指定的数据库进行储存；
专家评估模块，用于储存各类典型的地下水环境数据以及其所可能带来的地下水灾害情况，用于将接收到的地下水环境数据与所存储的数据进行类似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；内设一网络爬虫进程，用于在网络中查找与所接收的地下水环境数据相关的网页或文档，并将查询结果发送到显示屏；
显示屏，用于显示地下水环境结果、专家评估结果以及网络相关数据查询结果，并基于地下水环境结果输出表征地下水环境的二维结果图、三维结果图；
人机操作模块，用于输入信息调用命令和各种控制命令，所述监测中心根据信息调用命令，从数据库中调用人们所需的数据信息发送到显示屏进行显示；所述监测中心接收收到的控制命令数据并按预设的算法发送到指定的模块。
所述传感器组包括流速传感器、流量传感器、水压传感器、水温传感器、含氧量传感器和PH值传感器。
所述虚拟传感器包括通用虚拟传感器和专用虚拟传感器。所述通用虚拟传感器包括如流速传感器、流量传感器、水压传感器、水温传感器、含氧量传感器和PH值传感器；而所述专用虚拟传感器是与特定的条件相关的，如在某一个地下水治理方案模拟过程中的流速传感器等。
所述数据库内设有一检索模块，用于进行所储存数据的实时检索，一旦发现某一个北斗定位数据所对应的传感器数据未查询到或某一个北斗定位数据未查询到，则启动短信编辑发送模块发送传感器或摄像头故障提醒信息到指定的移动终端，其中，每个北斗定位数据均采用预设标记的模式储存与数据库内，且每个标记均不同，与传感器、摄像头一一对应设计。
所述显示屏内安装有
图形绘制模块，用于绘制并监测根据所述监测数据得出的各种曲线图；
回归计算模块，用于通过不同函数对实测数据曲线进行回归计算。
所述图形绘制模块根据输入的监测数据，生成随时间、空间变化的时空效应曲线即时态曲线和空间效应曲线，所述时态曲线显示了各监测点的原始数据或转移数据随时间的变化情况，所述空间效应曲线突出了同一时间不同测点的监测结果随水流段地理位置的变化规律。
所述视频数据采集模块采用红外高清摄像头，每个摄像头内均安装有北斗模块。
所述短息编辑发送模块从预设的短信数据库中选取一条短信，然后将未查询到的数据所对应的传感器或摄像头标号采用填空的模式填充到所选取的短信中，完成填充后，发送到指定的手机。
本具体实施通过北斗短报文通讯技术进行数据的传输，无需架设通讯线路，使用方便，能全方位的对地下水进行实时的检测，从而得出地下水情况的多种评估结果，检测结果精确度高，且可以通过地下水三维模块的构建，以及对虚拟传感器和仿真模拟模块的自定义，实现了对地下水的后续情况的预测和仿真分析，也可以将各种地下水治理方案转换成参数后作用于所建立的地下水三维模型，实现了地下水治理方案的合理选择，同时每个传感器和摄像头所采集到的数据均自带北斗定位数据，大大提高了数据的针对性，也提高了后期评估结果的精确性，且系统自带自我检测模块，一旦其中一个传感器或摄像头发生故障或偏移均会及时发现，使用方便。
以上仅是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来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种地下水资源在线监测系统，其特征在于，包括
传感器组，每个传感器内均安装有北斗模块，用于定时定量检测采集所检测段的流量、流速、水位、水温、泥沙、浊度、酸碱度、电导度、溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、营养盐和叶绿素参数，并通过北斗模块将所采集到的数据发送到监测中心；
视频数据采集模块，用于进行所检测段的相关视频数据的采集，并将采集到的数据通过北斗模块发送到监测中心；
监测中心，用于接收传感器组和视频数据采集模块发送的数据，并将这些数据用其对应的北斗信息进行标记后发送到数据库进行储存，将完成标记的传感器组所检测到的数据发送到地下水情况评估模块和专家评估模块；还用于将接收到的视频采集模块所发送的数据转换成360度幻影成像模块所能识别的数据格式发送到360度幻影成像模块；
360度幻影成像模块，由立体模型场景、造型灯光系统、应用幻影成像膜作为成像介质的光学成像系统、影视播放系统、计算机多媒体系统及音响系统组成，用于根据监测中心所发送的数据生成各种三维立体模型；
仿真模拟模块，用于驱动参数变化的，与360度幻影成像模块构建模块中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解；
虚拟传感器，为在所建立的三维模型中插入一些各类型的虚拟结构来达到直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
所述仿真模拟模块通过循环执行仿真分析算法或仿真分析方法，将结果反馈给给虚拟传感器，所述虚拟传感器接收结果并自动显示数据；
地下水情况评估模块，用于根据预设的算法对所接收到的传感器数据进行计算，得出地下水情况评估结果，并将得到的结果发送到显示屏以及指定的移动终端，发送到指定的数据库进行储存；
专家评估模块，用于储存各类典型的地下水环境数据以及其所可能带来的地下水灾害情况，用于将接收到的地下水环境数据与所存储的数据进行类似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；内设一网络爬虫进程，用于在网络中查找与所接收的地下水环境数据相关的网页或文档，并将查询结果发送到显示屏；
显示屏，用于显示地下水环境结果、专家评估结果以及网络相关数据查询结果，并基于地下水环境结果输出表征地下水环境的二维结果图、三维结果图；
人机操作模块，用于输入信息调用命令，所述监测中心根据信息调用命令，从数据库中调用人们所需的数据信息发送到显示屏进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种地下水资源在线监测系统，其特征在于，所述传感器组包括流速传感器、流量传感器、水压传感器、水温传感器、含氧量传感器和PH值传感器。
3.根据权利要求1所述的一种地下水资源在线监测系统，其特征在于，所述虚拟传感器包括通用虚拟传感器和专用虚拟传感器。
4.根据权利要求1所述的一种地下水资源在线监测系统，其特征在于，所述数据库内设有一检索模块，用于进行所储存数据的实时检索，一旦发现某一个北斗定位数据所对应的传感器数据未查询到或某一个北斗定位数据未查询到，则启动短信编辑发送模块发送传感器或摄像头故障提醒信息到指定的移动终端。
5.根据权利要求1所述的一种地下水资源在线监测系统，其特征在于，所述显示屏内安装有
图形绘制模块，用于绘制并监测根据所述监测数据得出的各种曲线图；
回归计算模块，用于通过不同函数对实测数据曲线进行回归计算。
6.根据权利要求5所述的一种地下水资源在线监测系统，其特征在于，所述图形绘制模块根据输入的监测数据，生成随时间、空间变化的时空效应曲线即时态曲线和空间效应曲线，所述时态曲线显示了各监测点的原始数据或转移数据随时间的变化情况，所述空间效应曲线突出了同一时间不同测点的监测结果随水流段地理位置的变化规律。
7.根据权利要求1所述的一种地下水资源在线监测系统，其特征在于，所述视频数据采集模块采用红外高清摄像头，每个摄像头内均安装有北斗模块。
8.根据权利要求1所述的一种地下水资源在线监测系统，其特征在于，所述短息编辑发送模块从预设的短信数据库中选取一条短信，然后将未查询到的数据所对应的传感器或摄像头标号采用填空的模式填充到所选取的短信中，完成填充后，发送到指定的手机。
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Effective date of registration: 20201202 Address after: North of zhongpengzhuang village, xihongqi Development Zone, Yanshi Town, juancheng County, Heze City, Shandong Province Patentee after: SHANDONG QINGJIN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: Taibai Road Shaanxi Beilin District 710069 city of Xi'an province No. 229 Patentee before: NORTHWEST University |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: An online monitoring system for underground water resources Effective date of registration: 20230831 Granted publication date: 20180612 Pledgee: Shandong juancheng Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: SHANDONG QINGJIN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980054830 |