CN111679050A - 基于物联网的水质监测及预警系统 - Google Patents

基于物联网的水质监测及预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了基于物联网的水质监测及预警系统，包括水质监测感知子系统和中央处理子系统；所述水质监测感知子系统包括通过无线传感器网络多跳的方式组网的节点，节点包括传感器节点、簇头和汇聚节点，传感器节点对所监测区域的水质进行监测感知，并将获得的水质参数发送至所在簇的簇头；所述汇聚节点汇聚各簇头收集的水质参数，进行处理后转发至中央处理子系统；中央处理子系统用于对汇聚节点发送的水质参数进行分析处理和显示，并在水质参数异常时进行报警。本发明实现了环境恶劣水域的实时监测，可以在发现问题时及时进行处理，达到水质预警功能。

Description

基于物联网的水质监测及预警系统
技术领域
本发明涉及监控设备技术领域，具体涉及基于物联网的水质监测及预警系统。
背景技术
对环境较为恶劣的水域进行监控时，人员无法轻松进入该水域进行数据记录，且所使用的水质在线监测设备分布比较分散，管理不方便，需要花费大量人力和物力。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供基于物联网的水质监测及预警系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
基于物联网的水质监测及预警系统，包括水质监测感知子系统和中央处理子系统；所述水质监测感知子系统包括通过无线传感器网络多跳的方式组网的节点，节点包括传感器节点、簇头和汇聚节点，传感器节点对所监测区域的水质进行监测感知，并将获得的水质参数发送至所在簇的簇头；所述汇聚节点汇聚各簇头收集的水质参数，进行处理后转发至中央处理子系统；中央处理子系统用于对汇聚节点发送的水质参数进行分析处理和显示，并在水质参数异常时进行报警。
进一步地，所述系统还包括多个设定的智能终端，所述中央处理子系统在水质参数异常时向所述设定的智能终端发送报警信息。
在一种能够实现的方式中，所述报警信息包括异常的水质参数以及对应的传感器节点标识。
在一种能够实现的方式中，所述中央处理子系统包括数据异常分析模块、显示模块和预警模块，所述数据异常分析模块用于对汇聚节点发送的水质参数进行分析处理，在水质参数超出对应预设的阈值范围时判定该水质参数异常；所述显示模块用于显示所述水质参数；所述预警模块用于在水质参数异常时进行报警。
进一步地，所述显示模块还用于采用预设的标记显示异常的水质参数以及对应的传感器节点标识。
本发明的有益效果为：基于物联网技术实现了环境恶劣水域的实时监测及远程查看，解决了人员无法进入记录数据的难题，可以在发现问题时及时进行处理，达到水质预警功能。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的基于物联网的水质监测及预警系统的结构连接框图；
图2是本发明一个示例性实施例的中央处理子系统的结构连接框图。
附图标记：
水质监测感知子系统1、中央处理子系统2、智能终端3、数据异常分析模块10、显示模块20、预警模块30。
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例的基于物联网的水质监测及预警系统，包括水质监测感知子系统1和中央处理子系统2；所述水质监测感知子系统1包括通过无线传感器网络多跳的方式组网的节点，节点包括传感器节点、簇头和汇聚节点，传感器节点对所监测区域的水质进行监测感知，并将获得的水质参数发送至所在簇的簇头；所述汇聚节点汇聚各簇头收集的水质参数，进行处理后转发至中央处理子系统2；中央处理子系统2用于对汇聚节点发送的水质参数进行分析处理和显示，并在水质参数异常时进行报警。
进一步地，所述系统还包括多个设定的智能终端3，所述中央处理子系统2在水质参数异常时向所述设定的智能终端3发送报警信息。
在一种能够实现的方式中，所述报警信息包括异常的水质参数以及对应的传感器节点标识。
在一种能够实现的方式中，如图2所示，所述中央处理子系统2包括数据异常分析模块10、显示模块20和预警模块30，所述数据异常分析模块10用于对汇聚节点发送的水质参数进行分析处理，在水质参数超出对应预设的阈值范围时判定该水质参数异常；所述显示模块20用于显示所述水质参数；所述预警模块30用于在水质参数异常时进行报警。
进一步地，所述显示模块20还用于采用预设的标记显示异常的水质参数以及对应的传感器节点标识，从而有利于水质维护人员及时发现异常数据对应的水质监测区域，以及时采取相应的措施。
本发明上述实施例基于物联网技术实现了环境恶劣水域的实时远程查看，解决了人员无法进入记录数据的难题，通过智能终端3可以得知环境恶劣水域的相关信息，可以在发现问题时及时进行处理，达到水质预警功能。
在一种实施方式中，网络初始化时，簇头接收汇聚节点的广播信息，通过广播信息进行网络泛洪，簇头添加相对于其距离汇聚节点更近的邻居簇头到自身的下一跳节点候选列表，其中邻居簇头为位于簇头通信范围内的其他簇头；
簇头到汇聚节点的距离未超过设定的距离阈值时，直接将收集的水质参数发送至汇聚节点，若簇头到汇聚节点的距离超过设定的距离阈值，则从其下一跳节点候选列表中选择一个邻居簇头作为下一跳节点，将收集的水质参数发送至下一跳节点。
在一种能够实施的方式中，设簇头通过调节功率可达到的最大通信距离为Dmax，最小通信距离为Dmin，簇头的初始能量相同且不为零，所述距离阈值按照下列公式进行设定：
Figure BDA0002569141240000031
式中，DR表示所述距离阈值，E0为簇头的初始能量，Emin为预设的簇头发送数据到距离一个单位距离的节点所需的最小能量，D(i,sink)为与汇聚节点距离小于
Figure BDA0002569141240000032
的第i个簇头到汇聚节点的距离，sink表示该汇聚节点，
Figure BDA0002569141240000033
为与汇聚节点距离小于
Figure BDA0002569141240000034
的簇头数量。
本实施例设定了距离阈值的衡量指标，并基于能量和距离两个因素创造性地设定了距离阈值的计算公式，簇头根据自身到汇聚节点的距离是否超过设定的距离阈值来确定到汇聚节点的路由方式，保障了路由的灵活性，且有利于使得直接与汇聚节点通信的簇头有足够的功率将水质参数发送至汇聚节点，提高直接通信的可靠性。
在一种能够实现的方式中，簇头从其下一跳节点候选列表中选择一个邻居簇头作为下一跳节点，包括：
(1)簇头向其下一跳节点候选列表的各邻居簇头发送协助请求，各邻居簇头接收到该协助请求后，按照等待时间等待后再向簇头反馈，设Ta为邻居簇头a反馈该协助请求的等待时间，Ta按照下列公式确定：
Figure BDA0002569141240000035
式中，Ta为邻居簇头a计算的等待时间，ΔT为提前设定的基本等待时间，D(a,sink)为邻居簇头a到汇聚节点的距离；
(2)簇头将接收到的第一个反馈信息所对应的邻居簇头作为下一跳节点。
本实施例中，通过等待时间的设计，能够将邻居簇头的等待时间控制在一个合理的范围内，并且使得位置具有优势的邻居簇头具有较短的等待时间，从而具有更大的概率充当簇头的下一跳节点，有利于尽量缩短水质参数转发路径，提高水质参数转发的效率。本实施例通过由邻居簇头自行计算等待时间，使得簇头之间省略了对各邻居簇头的优势评估，提高了确定下一跳节点的效率，节省了簇头的能量。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，各模块可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理设备、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.基于物联网的水质监测及预警系统，其特征是，包括水质监测感知子系统和中央处理子系统；所述水质监测感知子系统包括通过无线传感器网络多跳的方式组网的节点，节点包括传感器节点、簇头和汇聚节点，传感器节点对所监测区域的水质进行监测感知，并将获得的水质参数发送至所在簇的簇头；所述汇聚节点汇聚各簇头收集的水质参数，进行处理后转发至中央处理子系统；中央处理子系统用于对汇聚节点发送的水质参数进行分析处理和显示，并在水质参数异常时进行报警。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的水质监测及预警系统，其特征是，所述系统还包括多个设定的智能终端，所述中央处理子系统在水质参数异常时向所述设定的智能终端发送报警信息。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的水质监测及预警系统，其特征是，所述报警信息包括异常的水质参数以及对应的传感器节点标识。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于物联网的水质监测及预警系统，其特征是，所述中央处理子系统包括数据异常分析模块、显示模块和预警模块，所述数据异常分析模块用于对汇聚节点发送的水质参数进行分析处理，在水质参数超出对应预设的阈值范围时判定该水质参数异常；所述显示模块用于显示所述水质参数；所述预警模块用于在水质参数异常时进行报警。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的水质监测及预警系统，其特征是，所述显示模块还用于采用预设的标记显示异常的水质参数以及对应的传感器节点标识。
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CN114487283A (zh) * 2021-12-31 2022-05-13 武汉怡特环保科技有限公司 一种空气质量监测系统的远程智能诊断和运维方法及系统

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