CN106560710B - 基于改进的3v模型的水质监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于改进的3V模型的水质监测系统及方法，包括设于河道中的若干个采用泡沫材料制成的浮子、设于浮子上的溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器和有机磷生物传感器；所述浮子包括壳体、设于壳体内的处理器、无线发射器、存储器、GPS定位仪、导向电机和3个动力电机，设于壳体下部的导向块、3个螺旋桨、光发射器和光接收器。本发明具有检测灵敏度高，准确性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，尤其是涉及一种检测灵敏度高，准确性好的基于改进的3V模型的水质监测系统及方法。
背景技术
通常的水质监测方法只能定点监测，而河道流域是大面积的，无法进行综合有效的评估监测；
针对全天候监测的传感器，目前的传感器信号分析方法有很大的不足，针对检测得到的海量检测数据，缺乏有效的特征分析方法；
目前的监测方法中，存在传感器综合检测信息的利用度不高的问题。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术中的监测方法监测范围有限，传感器综合检测信息的利用度不高的不足，提供了一种检测灵敏度高，准确性好的基于改进的3V模型的水质监测系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于改进的3V模型的水质监测系统，包括设于河道中的若干个采用泡沫材料制成的浮子、设于浮子上的溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器和有机磷生物传感器；所述浮子包括壳体、设于壳体内的处理器、无线发射器、存储器、GPS定位仪、导向电机和3个动力电机，设于壳体下部的导向块、3个螺旋桨、光发射器和光接收器；3个动力电机分别与3个螺旋桨连接，导向电机与导向块连接，处理器分别与无线发射器、存储器、GPS定位仪、导向电机、3个动力电机、溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器、有机磷生物传感器、光发射器和光接收器电连接；还包括计算机和与计算机电连接的无线接收器。
本发明的各个浮子均设于同一个区域内，各个浮子可以在区域内移动，从而使检测的信号更加均匀、准确，溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器、有机磷生物传感器、光发射器和光接收器可以全面测量河道的水质，处理器控制无线发射器发送检测信号，无线接收器接收检测信号，计算机对检测信号进行处理并做出水质判断。
作为优选，所述壳体下部设有用于容纳各个传感器的上端开口的筒状金属网。
作为优选，金属网内侧设有毛刷，壳体内设有带动毛刷沿金属网内周面转动的毛刷电机，毛刷电机与处理器电连接。
作为优选，壳体边缘设有环形边，环形边内设有环形空腔，环形空腔中充有氦气。
作为优选，壳体包括矩形体和设于矩形体前部的三角形体，所述导向块位于三角形体下部，3个螺旋桨位于矩形体下部。
一种基于改进的3V模型的水质监测系统的方法，包括如下步骤：
(6-1)存储器中设有各个浮子所处的地域，各个浮子的GPS定位仪检测浮子所处的地域，各个浮子的处理器通过导向电机控制导向块转向，各个浮子的处理器通过3个动力电机分别控制3个螺旋桨旋转，从而使各个浮子始终位于设定的地域内；
(6-2)溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器和有机磷生物传感器分别检测溶解氧、水温、pH值、氨氮含量、磷酸盐含量和有机磷含量；光发射器发射光信号，光接收器将检测的光信号转换成电的检测信号；
(6-3)处理器控制无线发射器发射所有检测信号，无线接收器接收检测信号，计算机将每种传感器的检测信号进行平均，得到每种传感器的平均检测信号；计算机将各个光接收器的检测信号进行平均，得到平均检测信号；
(6-4)对各个平均检测信号均进行如下处理：
对于平均检测信号中的每个时刻t，计算机计算t-T时刻至t时刻的电压幅度均值VU(t)、电压幅度最大值MA(t)和电压幅度最小值MI(t)；
设定3V模型为
其中，
(6-5)设定溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器、有机磷生物传感器和光接收器的V(t)分别为Vs1(t)、Vs2(t)、Vs3(t)、Vs4(t)，Vs5(t)和Vs6(t)；
利用公式
计算综合判断指标Eva(t)；
当Eva(t)≥R1的时候，计算机做出当前时刻水质良好的判断；
当R1＞Eva(t)≥R2，计算机做出当前时刻水质中性的判断；
当Eva(t)＜R2，计算机做出当前时刻水质差的判断。
作为优选，步骤(6-5)还包括如下步骤：
处理器控制无线发射器发射GPS定位仪检测的位置信息，计算机将位置信息与水质判断结果关联。
作为优选，水质预测系统的壳体下部设有用于容纳各个传感器的上端开口的筒状金属网；金属网内侧设有毛刷，壳体内设有带动毛刷沿金属网内周面转动的毛刷电机，毛刷电机与处理器电连接；其特征是，
步骤(6-2)还包括如下步骤：
处理器控制毛刷电机带动毛刷刷除金属网内周面的杂物及污垢。
作为优选，R1为1.3至1.5；R2为0.6至0.9。。
因此，本发明具有如下有益效果：检测灵敏度高，准确性好，监测范围广。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的一种原理框图；
图3是本发明的一种流程图。
图中：浮子1、溶解氧传感器2、温度传感器3、pH值传感器4、氨氮传感器5、有机磷生物传感器7、计算机8、无线接收器9、壳体11、处理器12、无线发射器13、存储器14、GPS定位仪15、导向电机16、动力电机17、导向块18、螺旋桨19、金属网20、光发射器21、光接收器22、毛刷电机202、环形边203。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1、图2所示的实施例是一种基于改进的3V模型的水质监测系统，包括设于河道中的若干个采用泡沫材料制成的浮子1、设于浮子上的溶解氧传感器2、温度传感器3、pH值传感器4、氨氮传感器5和有机磷生物传感器7；浮子包括壳体11、设于壳体内的处理器12、无线发射器13、存储器14、GPS定位仪15、导向电机16和3个动力电机17，设于壳体下部的导向块18、3个螺旋桨19、光发射器21和光接收器22；导向电机与导向块连接，处理器分别与无线发射器、存储器、GPS定位仪、导向电机、3个动力电机、溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器、有机磷生物传感器、光发射器和光接收器电连接；还包括计算机8和与计算机电连接的无线接收器9。
壳体下部设有上端开口的筒状金属网20，溶解氧传感器、温度传感器、PH值传感器、氨氮传感器、磷酸盐传感器和有机磷生物传感器均位于金属网中。
金属网内侧设有毛刷，壳体内设有带动毛刷沿金属网内周面转动的毛刷电机202，毛刷电机与处理器电连接。
如图1所示，壳体边缘设有环形边203，环形边内设有环形空腔，环形空腔中充有氦气。
壳体包括矩形体和设于矩形体前部的三角形体，所述导向块位于三角形体下部，3个螺旋桨位于矩形体下部。
如图3所示，一种基于改进的3V模型的水质监测系统的方法，包括如下步骤：
步骤100，各个浮子在同一个地域内移动
存储器中设有各个浮子所处的地域，各个浮子的GPS定位仪检测浮子所处的地域，各个浮子的处理器通过导向电机控制导向块转向，各个浮子的处理器通过3个动力电机分别控制3个螺旋桨旋转，从而使各个浮子始终位于设定的地域内；
步骤200，各种传感器和各个光接收器检测水质参数
溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器和有机磷生物传感器分别检测溶解氧、水温、pH值、氨氮含量、磷酸盐含量和有机磷含量；光发射器发射光信号，光接收器将检测的光信号转换成电的检测信号；在检测过程中，处理器控制毛刷电机带动毛刷刷除金属网内周面的杂物及污垢。
步骤300，计算机计算平均检测信号
处理器控制无线发射器发射所有检测信号，无线接收器接收检测信号，计算机将每种传感器的检测信号进行平均，得到每种传感器的平均检测信号；计算机将各个光接收器的检测信号进行平均，得到平均检测信号；
步骤400，对各个平均检测信号均进行如下处理
对于平均检测信号中的每个时刻t，计算机计算t-T时刻至t时刻的电压幅度均值VU(t)、电压幅度最大值MA(t)和电压幅度最小值MI(t)；
设定3V模型为
其中，
步骤500，水质判断
设定溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器、有机磷生物传感器和光接收器的V(t)分别为Vs1(t)、Vs2(t)、Vs3(t)、Vs4(t)，Vs5(t)和Vs6(t)；
利用公式
计算综合判断指标Eva(t)；
当Eva(t)≥2.43的时候，计算机做出当前时刻水质良好的判断；
当2.43＞Eva(t)≥0.89，计算机做出当前时刻水质中性的判断；
当Eva(t)＜0.89，计算机做出当前时刻水质差的判断。
处理器控制无线发射器发射GPS定位仪检测的位置信息，计算机将位置信息与水质判断结果关联。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种基于改进的3V模型的水质监测系统的方法，改进的3V模型的水质监测系统包括设于河道中的若干个采用泡沫材料制成的浮子(1)、设于浮子上的溶解氧传感器(2)、温度传感器(3)、pH值传感器(4)、氨氮传感器(5)和有机磷生物传感器(7)；所述浮子包括壳体(11)、设于壳体内的处理器(12)、无线发射器(13)、存储器(14)、GPS定位仪(15)、导向电机(16)和3个动力电机(17)，设于壳体下部的导向块(18)、3个螺旋桨(19)、光发射器(21)和光接收器(22)；3个动力电机分别与3个螺旋桨连接，导向电机与导向块连接，处理器分别与无线发射器、存储器、GPS定位仪、导向电机、3个动力电机、溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器、有机磷生物传感器、光发射器和光接收器电连接；还包括计算机(8)和与计算机电连接的无线接收器(9)；其特征是，包括如下步骤：
(1-1)存储器中设有各个浮子所处的地域，各个浮子的GPS定位仪检测浮子所处的地域，各个浮子的处理器通过导向电机控制导向块转向，各个浮子的处理器通过3个动力电机分别控制3个螺旋桨旋转，从而使各个浮子始终位于设定的地域内；
(1-2)溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器和有机磷生物传感器分别检测溶解氧、水温、pH值、氨氮含量、磷酸盐含量和有机磷含量；光发射器发射光信号，光接收器将检测的光信号转换成电的检测信号；
(1-3)处理器控制无线发射器发送所有检测信号，无线接收器接收检测信号，计算机将每种传感器的检测信号进行平均，得到每种传感器的平均检测信号；计算机将各个光接收器的检测信号进行平均，得到平均检测信号；
(1-4)对各个平均检测信号均进行如下处理：
对于平均检测信号中的每个时刻t，计算机计算t-T时刻至t时刻的电压幅度均值VU(t)、电压幅度最大值MA(t)和电压幅度最小值MI(t)；
设定3V模型为
其中，
(1-5)设定溶解氧传感器、温度传感器、pH值传感器、氨氮传感器、有机磷生物传感器和光接收器的V(t)分别为Vs1(t)、Vs2(t)、Vs3(t)、Vs4(t)，Vs5(t)和Vs6(t)；
利用公式
计算综合判断指标Eva(t)；
当Eva(t)≥R1的时候，计算机做出当前时刻水质良好的判断；
当R1＞Eva(t)≥R2，计算机做出当前时刻水质中性的判断；
当Eva(t)＜R2，计算机做出当前时刻水质差的判断。
2.根据权利要求1所述的基于改进的3V模型的水质监测系统的方法，其特征是，所述壳体下部设有用于容纳各个传感器的上端开口的筒状金属网(20)。
3.根据权利要求2所述的基于改进的3V模型的水质监测系统的方法，其特征是，金属网内侧设有毛刷，壳体内设有带动毛刷沿金属网内周面转动的毛刷电机(202)，毛刷电机与处理器电连接。
4.根据权利要求1所述的基于改进的3V模型的水质监测系统的方法，其特征是，壳体边缘设有环形边(203)，环形边内设有环形空腔，环形空腔中充有氦气。
5.根据权利要求1所述的基于改进的3V模型的水质监测系统的方法，其特征是，壳体包括矩形体和设于矩形体前部的三角形体，所述导向块位于三角形体下部，3个螺旋桨位于矩形体下部。
6.根据权利要求1所述的基于改进的3V模型的水质监测系统的方法，还包括如下步骤：
步骤(1-5)还包括如下步骤：
处理器控制无线发射器发射GPS定位仪检测的位置信息，计算机将位置信息与水质判断结果关联。
7.根据权利要求1所述的基于改进的3V模型的水质监测系统的方法，水质预测系统的壳体下部设有用于容纳各个传感器的上端开口的筒状金属网；金属网内侧设有毛刷，壳体内设有带动毛刷沿金属网内周面转动的毛刷电机，毛刷电机与处理器电连接；其特征是，
步骤(1-2)还包括如下步骤：
处理器控制毛刷电机带动毛刷刷除金属网内周面的杂物及污垢。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的基于改进的3V模型的水质监测系统的方法，其特征是，R1为1.3至1.5；R2为0.6至0.9。
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