CN110766916A - 一种分布式单元楼水质检测系统及测量方法 - Google Patents

一种分布式单元楼水质检测系统及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式单元楼水质检测系统,包括:监控系统、固定安装在加压水箱内的多个水质控制器,以及固定安装在自来水网中每层分流口的水质传感器,所述水质传感器固定穿插在自来水管中,光电探测头通过密封接头内接在自来水水管壁的外侧;所述光电探测头通过对水管中水进行光谱分析,并将检测数据发送至水质控制器;所述水质控制器通过无线网通信技术与监控系统中服务器通信,并将检测数据通过无线网发送至服务器;所述水质传感器通过数据导线与水质控制器连通。本发明在错综复杂的自来水网中实现多传感器数据分布式的水质数据监控,既减少监控系统服务器端的网络延迟;又使水质控制器高效快速地截获水质传感器的测量值。

Description

一种分布式单元楼水质检测系统及测量方法
技术领域
本发明属于饮用水质量检测设备领域,尤其是一种分布式单元楼水质检测系统及测量方法。
背景技术
随着乡镇城市化的建设,高层居住楼房成为居民的主要首选,高层楼房供水多是采用二次供水的方式满足高层居民的日常用水需求,但是在复杂交错的自来水网之间,二次供水因设备采用中水池-水泵-水箱的联合供水方法,使得水管网中的水流极易发生二次以上污染,因此居民楼之间用水网之间的监管是居民生。
发明内容
发明目的:提一种分布式单元楼水质检测系统及测量方法,以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案:一种分布式单元楼水质检测系统,包括:监控系统、固定安装在加压水箱内的多个水质控制器,以及固定安装在自来水网中每层分流口的水质传感器;
所述水质控制器通过无线网通信技术与监控系统中服务器通信,并将检测数据通过无线网发送至服务器;所述水质传感器通过数据导线与水质控制器连通。
在进一步的实施例中,所述水质传感器固定穿插在自来水管中,包括:壳体,固定安装在壳体中的光电模块,以及设在光电模块盒一侧的光电探测头;所述光电探测头通过密封接头内接在自来水水管壁的外侧;所述光电探测头通过对水管中水进行光谱分析,检测水中的有机物和灰尘含量,并将检测数据发送至水质控制器;所述水质传感器中设有可供服务器识别的唯一ID编号。
在进一步的实施例中,所述水质控制器中设有存储卡,能够对预设时间端的水质数据进行存储,所述光电探测头为紫外线发光管。
在进一步的实施例中,所述水质控制器设有警报单元,在控制器中设置有水质指标集,当水质超出水质指标最高级时警报单元直接向服务器发送水质污染信息。同时水质控制器根据ID确定水质传感器的位置,从而向服务器端提供位置信息。
在进一步的实施例中,包括以下工作步骤:
步骤1、开启监控系统服务器,水质控制器通过服务器控制,并在水质控制器中预设水质异常计算模型;
步骤2、水质控制器接收自来水网中每层分流口的水质传感器传送的检测数据,并将检测数据存储至存储卡中;
步骤3、综合步骤1和步骤2,水质控制器接收到的检测数据根据时间点进行聚类记录,作为输入服务器水质预测模型的输入参数。
在进一步的实施例中,所述步骤3中服务器中预设有水质异常的预算模型算法进一步为:
设当前时间点的预测值为M*(t)则M*(t)=M(t-1);
Figure 457871DEST_PATH_IMAGE001
,,
Figure 603310DEST_PATH_IMAGE004
式中,𝑀(𝑡−1)为𝑀∗(𝑡)前一时间段的测量值;𝑀(𝑡−1)代替𝑀∗(𝑡)与当前时间𝑀(𝑡)测量值比较;时间值选取从𝑡 -1到𝑡 -N时刻的作为移动时间窗,计算时间窗内的均值和标准差;ℛ(𝑡)为预测残差,𝑥(𝑡)为𝑡时刻的实际测量值,N为时间段内选取的标准化时间窗长度。
有益效果:本发明和现有技术相比,本发明在错综复杂的自来水网中实现多传感器数据分布式的水质数据监控,既减少监控系统服务器端复杂数据交互造成的网络延迟;又可以使水质控制器高效快速地截获时间段内的水质传感器的测量值与预期值对比,便于排查污染源和污染原因。
附图说明
图1是本发明分布式单元楼水质检测系统网络连接拓扑图。
图2是本发明水质传感器在自来水管中的安装示意图。
图3是本发明水质传感器的结构示意图。
图4是本发明水质传感器的分解示意图。
附图标记为:壳体1、光电模块2、水管壁3、光电探测头4、连接线5。
具体实施方式
在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中,为了避免与本发明发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
在城市供水网络中,饮水安全依然是国民生计重视的问题。申请人发现在自来水供水网络中尤其是在高层供水中,由于供水设备本身的材料质量,施工过程中水箱的封闭性以及防腐材料的选择不当极易造成供水的二次污染问题。
其次,由于复杂交错的水管设备网,自来水管中的二次污染问题难以得到追本溯源的监控和测量。
如图1所示的一种分布式单元楼水质检测系统,包括:监控系统服务器、水质控制器以及水质传感器;其中,监控系统以该区域网络内的单元楼为监控区域,水质控制器固定安装在每一个单元楼内的加压水箱内,水质传感器固定安装在该单元楼内自来水网中每层用户的分流口;
水质控制器通过无线网通信技术与监控系统中服务器通信,并将检测数据通过无线网发送至服务器;所述水质传感器通过数据导线与水质控制器连通。每一个水质控制器上与水质传感器实现一对多的连接,从而实现自来水管中水质到户的水质检测,确保居民的用水安全问题。
如图2至图4所示的水质传感器固定穿插在自来水管中,包括:壳体1、光电模块2、水管壁3、光电探测头4、连接线5。
其中,壳体1采用塑化材料制成,光电模块2固定安装在壳体1中,能够实现电光转化和转发检测数据,光电探测头4设在光电模块2盒一侧的;光电模块2盒的一侧设有连接线5,对光电模块2盒进行供电和数据传输,所述光电探测头4通过密封接头内接在自来水管壁3的外侧;所述光电探测头4通过对水管中水进行光谱分析,进而检测水中的有机物和灰尘含量,并将检测数据发送至水质控制器;所述每一个水质传感器中设有可供服务器识别的唯一ID编号,当水质检测数据经过计算发现异常时,可清楚的对该ID的水质传感器进行定位,并停止该供水段,通知维修人员对该区域内的水管进行检测。
所述水质控制器中设有存储卡,能够对预设时间端的水质数据进行存储,以便为计算模型内输入完整的评估数据;所述光电探测头为紫外线发光管,避免水中杂质含量不均匀情况下导致的水质光谱检测出现的误差。
水质控制器设有警报单元,在控制器中设置有水质指标集,当水质超出水质指标最高级时警报单元直接向服务器发送水质污染信息。同时水质控制器根据ID确定水质传感器的位置,从而向服务器端提供位置信息。
工作原理步骤:
S1、开启监控系统服务器,水质控制器通过服务器控制,并在水质控制器中预设水质异常计算模型;
S2、水质控制器接收自来水网中每层分流口的水质传感器传送的检测数据,并将检测数据存储至存储卡中;
S3、综合步骤1和步骤2,水质控制器接收到的检测数据根据时间点进行聚类记录,作为输入服务器水质预测模型的输入参数。
所述步骤3中服务器中预设有水质异常的预算模型算法进一步为:
设当前时间点的预测值为M*(t)则M*(t)=M(t-1);
Figure 20647DEST_PATH_IMAGE005
Figure 584615DEST_PATH_IMAGE002
,,
Figure 879330DEST_PATH_IMAGE003
Figure 182135DEST_PATH_IMAGE004
式中,𝑀(𝑡−1)为𝑀∗(𝑡)前一时间段的测量值;𝑀(𝑡−1)代替𝑀∗(𝑡)与当前时间𝑀(𝑡)测量值比较;时间值选取从𝑡 -1到𝑡 -N时刻的作为移动时间窗,计算时间窗内的均值和标准差;ℛ(𝑡)为预测残差,𝑥(𝑡)为𝑡时刻的实际测量值,N为时间段内选取的标准化时间窗长度。
通过预测算法模型可按照时间序列对应的数据组,调取多个时间点内的水质检测信息跟踪和预测水质变化的周期性,以便分析水管网中的污染源排查。
本发明在错综复杂的自来水网中实现多传感器数据分布式的水质数据监控,既减少监控系统服务器端复杂数据交互造成的网络延迟;又可以使水质控制器高效快速地截获水质传感器的测量值与预期值对比,便于排查污染源,同时水质出现异常时及时向该水管网的监控人员发出警示,保证居民的用水安全。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种分布式单元楼水质检测系统,其特征在于,包括: 监控系统、固定安装在加压水箱内的多个水质控制器,以及固定安装在自来水网中每层分流口的水质传感器;
所述水质控制器通过无线网通信技术与监控系统中服务器通信,并将检测数据通过无线网发送至服务器;所述水质传感器通过数据导线与水质控制器连通。
2.根据权利要求1所述的一种分布式单元楼水质检测系统,其特征在于,所述水质传感器固定穿插在自来水管中,包括:壳体,固定安装在壳体中的光电模块,以及设在光电模块盒一侧的光电探测头;所述光电探测头通过密封接头内接在自来水水管壁的外侧;所述光电探测头通过对水管中水进行光谱分析,检测水中的有机物和灰尘含量,并将检测数据发送至水质控制器;所述水质传感器中设有可供服务器识别的唯一ID编号。
3.根据权利要求1或2所述的一种分布式单元楼水质检测系统,其特征在于,所述水质控制器中设有存储卡,能够对预设时间端的水质数据进行存储,所述光电探测头为紫外线发光管。
4.根据权利要求1所述的一种分布式单元楼水质检测系统,其特征在于,所述水质控制器设有警报单元,在控制器中设置有水质指标集,当水质超出水质指标最高级时警报单元直接向服务器发送水质污染信息。
5.一种分布式单元楼水质检测方法,其特征在于,包括以下工作步骤:
步骤1、开启监控系统服务器,水质控制器通过服务器控制,并在水质控制器中预设水质异常计算模型;
步骤2、水质控制器接收自来水网中每层分流口的水质传感器传送的检测数据,并将检测数据存储至存储卡中;
步骤3、综合步骤1和步骤2,水质控制器接收到的检测数据根据时间点进行聚类记录,作为输入服务器水质预测模型的输入参数。
6.根据权利要求5所述的一种分布式单元楼水质检测方法,其特征在于,所述步骤3中服务器中预设有水质异常的预算模型算法进一步为:
设当前时间点的预测值为M*(t)则M*(t)=M(t-1);
,,
Figure 160379DEST_PATH_IMAGE003
Figure 137694DEST_PATH_IMAGE004
式中,𝑀(𝑡−1)为𝑀∗(𝑡)前一时间段的测量值;𝑀(𝑡−1)代替𝑀∗(𝑡)与当前时间𝑀(𝑡)测量值比较;时间值选取从𝑡 -1到𝑡 -N时刻的作为移动时间窗,计算时间窗内的均值和标准差;R(𝑡)为预测残差,𝑥(𝑡)为𝑡时刻的实际测量值,N为时间段内选取的标准化时间窗长度。
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