CN111879908A - 一种农业污水实时监测处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种农业污水实时监测处理系统，其包括水质参数获取模块、水质参数传送模块、水质监测平台；所述水质参数获取模块用于获取监测水域的水质参数，并发送到水质参数传送模块；所述水质参数传送模块用于接收所述水质参数，并将所述水质参数远程传输至水质监控平台；所述水质监控平台用于判断所述水质参数是否超出预设的正常区间，若所述水质参数超出预设的正常数值区间，则向工作人员发出警报声，提醒工作人员对水质参数异常的水域进行处理。本发明通过在监测水域设置无线传感器节点，实现了对监测水域的实时监控，在发现水质参数异常时，可以及时提醒工作人员，进而实现了对监测水域的污染的及时发现和及时处理。

Description

一种农业污水实时监测处理系统
技术领域
本发明涉及监测领域，具体涉及一种农业污水实时监测处理系统。
背景技术
农业污水是指农牧业生产排出的污水和降水或是灌溉水流过农田或经农田渗漏排出的水。对农业污水的监测是环境保护的重要手段之一。但是现有技术中，对农业污水的监测一般是采用人工抽样检测的方式来进行监测，实时性比较差，不能满足实时对农业污水进行监测的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种农业污水实时监测处理系统，其包括水质参数获取模块、水质参数传送模块、水质监测平台；
所述水质参数获取模块用于获取监测水域的水质参数，并发送到水质参数传送模块；
所述水质参数传送模块用于接收所述水质参数，并将所述水质参数远程传输至水质监控平台；
所述水质监控平台用于判断所述水质参数是否超出预设的正常区间，若所述水质参数超出预设的正常区间，则向工作人员发出警报声，提醒工作人员对水质参数异常的水域进行处理。
优选的，所述所示参数获取模块包括无线传感器节点，所述无线传感器节点分布在监测水域，用于获取监测水域的水质参数，并发送到水质参数传送模块。
本发明的有益效果为：
本发明通过在监测水域设置无线传感器节点，实现了对监测水域的实时监控，在发现水质参数异常时，可以及时提醒工作人员，进而实现了对监测水域的污染的及时发现和及时处理。
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，为本发明一种农业污水实时监测处理系统的一种示例性实施例图。
附图标记：
水质参数获取模块1、水质参数传送模块2、水质监测平台3。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本发明的一种农业污水实时监测处理系统，其包括水质参数获取模块1、水质参数传送模块2、水质监测平台3；
所述水质参数获取模块1用于获取监测水域的水质参数，并发送到水质参数传送模块2；
所述水质参数传送模块2用于接收所述水质参数，并将所述水质参数远程传输至水质监控平台；
所述水质监控平台用于判断所述水质参数是否超出预设的正常区间，若所述水质参数超出预设的正常数值区间，则向工作人员发出警报声，提醒工作人员对水质参数异常的水域进行处理。
本发明上述实施方式，通过在监测水域设置无线传感器节点，实现了对监测水域的实时监控，在发现水质参数异常时，可以及时提醒工作人员，进而实现了对监测水域的污染的及时发现和及时处理。
在一种实施方式中，所述参数获取模块包括无线传感器节点和集中节点，所述无线传感器节点分布在监测水域，用于获取监测水域的水质参数，并发送到集中节点，所述集中节点用于接收所述水质参数，并传输至水质参数传送模块2。
在一种实施方式中，所述无线传感器节点以分簇的形式组成无线传感器网络，在无线传感器网络中，无线传感器节点被划分为簇头节点和成员节点，所述成员节点用于获取监测水域的水质参数，并传输至其所属簇的簇头节点，所述簇头节点用于将所述水质参数传输至集中节点。
在一种实施方式中，所述集中节点cn与处于其通信半径R中的邻居节点之间的通信规则如下：
所述集中节点cn采用固定时间周期T更新其与处于其通信半径R中的邻居节点之间的通信距离，
所述通信距离通过如下方式进行计算：
Figure BDA0002632331110000021
式中，dct表示通信距离，R(cn)表示cn的通信半径，dmi(cn)表示cn的最小通信半径，iaveEofncn[0,R]表示在cn的通信半径内的邻居传感器节点的初始平均能量，aveEofncn[0,R]表示e的通信半径内的邻居传感器节点当前的平均能量；
若集中节点cn的邻居节点与cn之间的距离小于dct，则该邻居节点直接向cn传输数据，否则，该邻居节点采用多跳的方式向cn传输数据。
本发明上述实施方式，cn的邻居节点根据其与cn之间的距离与dct的大小来判断是否直接与cn进行通信，可以实现更为灵活的传输路径，dct随着时间的推移逐渐变大，从而促使cn的通信范围内更多的邻居节点参与到通信中来，避免与cn距离较小的邻居节点消耗能量过快，从而有效地节约无线传感器网络的能量消耗，保证了水质参数获取模块1参数获取覆盖范围的稳定性。
在一种实施方式中，所述簇头节点和成员节点通过如下方式进行选取：
集中节点向无线传感器节点广播分簇命令；
无线传感器节点将自身的状态数据传输至集中节点；
集中节点根据所述状态数据计算每个无线传感器节点的分簇优势值，并将所有无线传感器节点的分簇优势值从大到小进行排序，并选取分簇优势值排名靠前的numonod个无线传感器节点作为簇头节点，剩余的无线传感器节点则是成员节点。
在一种实施方式中，所述无线传感器节点的分簇优势值通过如下方式进行计算：
先剔除剩余能量低于能量阈值enerthre的无线传感器节点，对剩余的无线传感器节点采用如下公式进行分簇优势值的计算：
Figure BDA0002632331110000031
式中，cludom(n)表示无线传感器节点n的分簇优势值，qz()表示去量纲函数，仅取括号内的数值参与计算，resE(n)表示无线传感器节点n的剩余能量，mase(n)表示无线传感器节点n以最大吞吐量传输数据时，单位时间所需要消耗的能量，δ表示无线传播损耗系数，numnei表示无线传感器节点n的通信范围内的邻居节点的总数；x(n)、y(n)分别表示无线传感器节点n在监测水域中的坐标，M表示无线传感器节点n的邻居节点的总数，x(m)、y(m)表示无线传感器节点n的第m个邻居节点在监测水域中的坐标，d(n,cn)表示无线传感器节点n距离集中节点cn的距离，R(n)表示无线传感器节点n的通信半径。
本发明上述实施方式，先剔除了剩余能量低于能量阈值enerthre的无线传感器节点，这样就能避免了能量低的无线传感器节点参与到分簇优势值的计算中，有利于提高分簇优势值的计算速度。在计算分簇优势值时不仅考虑了无线传感器节点的本身的状态数据，例如剩余能量、最大吞吐量传输数据时，单位时间所需要消耗的能量、在监测水域中的坐标、邻居节点的总数、距离集中节点的距离，还考虑了无线传感器节点与其邻居节点的平均坐标，即
Figure BDA0002632331110000041
之间的关系，使得该分簇优势值更能综合体现无线传感器节点作为簇头节点的优势，避免了出现现有技术中，比如leach协议，通过生成的随机数的与阈值的比较来选取簇头节点，导致的簇头节点分布不均以及未能选出综合能力更好的无线传感器接待作为簇头节点的问题，leach协议连传感器节点的能量都不考虑，很容易选出能量剩余不多的传感器节点作为簇头节点，这样会导致该簇头节点因为能量过早消耗完毕而退出工作，进而缩小了参数获取模块对水质参数的监测面积。
在一种实施方式中，所述水质参数包括监测水域的水的色度、浊度、pH值、硬度、碱度。
在一种实施方式中，所述水质参数传送模块2包括有线传输单元和无线传输单元；
所述有线传输单元包括电脑主机和光纤通信网络，所述电脑主机用于接收水质参数获取模块1发送过来的水质参数，并通过光纤通信网络传输至水质监测平台3；
所述无线传输单元包括移动终端和无线蜂窝移动通信网络，所述移动终端用于接收水质参数获取模块1发送过来的水质参数，并通过无线蜂窝移动通信网络传输至水质监测平台3。
在一种实施方式中，所述水质监测平台3包括存储模块、处理模块、显示模块和提醒模块；
所述存储模块用于接收水质参数传送模块2发送过来的水质参数；
所述处理模块用于从所述存储模块中读取所述水质参数，并判断所述水质参数是否超出预设的正常数值区间，并将判断结果发送到显示模块；
所述显示模块用于对所述判断结果进行可视化展示，并在所述判断结果为水质参数超出预设的正常数值区间时，启动所述提醒模块向工作人员发出警报声，提醒工作人员对水质参数异常的水域进行处理。
在一种实施方式中，所述存储模块在存储所述水质参数前，先对所述水质参数进行校正处理，所述校正处理如下：
对于t时刻的无线传感器节点s的采集的水质参数，通过如下方式进行校正处理：
Figure BDA0002632331110000051
式子中，wqp(s,t)表示经过校正处理后的t时刻的无线传感器节点s采集的水质参数，nofws表示无线传感器节点s的最大通信范围内的邻居节点的总数，ws表示无线传感器节点s的最大通信范围内的邻居节点的集合，k表示ws中的第k个邻居节点，nofwk表示ws中的第k个邻居节点的最大通信范围内的邻居节点的总数，wk表示ws中的第k个邻居节点的最大通信范围内的邻居节点的集合，wqi(t)表示wk中第i个邻居节点在t时刻采集的水质参数，wqi(t-1)表示wk中第i个邻居节点在t-1时刻采集的水质参数，jzwk(t)表示ws中的第k个邻居节点的邻居节点在t时刻采集到的水质参数的均值，jzwk(t-1)表示ws中的第k个邻居节点的邻居节点在t-1时刻采集到的水质参数的均值，fcwk(t-1)表示ws中的第k个邻居节点的邻居节点在t-1时刻采集到的水质参数的方差，φ表示校正系数。
本发明上述实施方式，在对无线传感器节点s采集的水质参数进行校正时，不仅考虑了s的邻居节点对其采集的水质参数的影响，而且也考虑了s的邻居节点的邻居节点对其采集的水质参数的影响，并且还创造性地考虑了s的最大通信范围内的邻居节点的总数、s的邻居节点的邻居节点在t时刻采集的水质参数以及在t-1时刻采集的水质参数对其采集的水质参数的影响，实现了从空间和时间两个维度对无线传感器节点s采集的水质参数进行校正，使得校正后得到的水质参数更为准确，可以有效地避免出现由于单个无线传感器故障导致水质参数错误，进而导致对监测水域污染的异常报警。
在一种实施方式中，所述存储模块包括数据库，所述数据库用于存储所述水质参数；
所述显示模块包括液晶显示屏，所述液晶显示屏用于对所述判断结果进行可视化展示；
所述提醒模块包括声光报警器，所述声光报警器用于向工作人员发出警报声，提醒工作人员对水质参数异常的水域进行处理。
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 (7)

1.一种农业污水实时监测处理系统，其特征在于，其包括水质参数获取模块、水质参数传送模块、水质监测平台；
所述水质参数获取模块用于获取监测水域的水质参数，并发送到水质参数传送模块；
所述水质参数传送模块用于接收所述水质参数，并将所述水质参数远程传输至水质监控平台；
所述水质监控平台用于判断所述水质参数是否超出预设的正常区间，若所述水质参数超出预设的正常数值区间，则向工作人员发出警报声，提醒工作人员对水质参数异常的水域进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种农业污水实时监测处理系统，其特征在于，所述参数获取模块包括无线传感器节点和集中节点，所述无线传感器节点分布在监测水域，用于获取监测水域的水质参数，并发送到集中节点，所述集中节点用于接收所述水质参数，并传输至水质参数传送模块。
3.根据权利要求2所述的一种农业污水实时监测处理系统，其特征在于，所述无线传感器节点以分簇的形式组成无线传感器网络，在无线传感器网络中，无线传感器节点被划分为簇头节点和成员节点，所述成员节点用于获取监测水域的水质参数，并传输至其所属簇的簇头节点，所述簇头节点用于将所述水质参数传输至集中节点。
4.根据权利要求1所述的一种农业污水实时监测处理系统，其特征在于，所述水质参数包括监测水域的水的色度、浊度、pH值、硬度、碱度。
5.根据权利要求1所述的一种农业污水实时监测处理系统，其特征在于，所述水质参数传送模块包括有线传输单元和无线传输单元；
所述有线传输单元包括电脑主机和光纤通信网络，所述电脑主机用于接收水质参数获取模块发送过来的水质参数，并通过光纤通信网络传输至水质监测平台；
所述无线传输单元包括移动终端和无线蜂窝移动通信网络，所述移动终端用于接收水质参数获取模块发送过来的水质参数，并通过无线蜂窝移动通信网络传输至水质监测平台。
6.根据权利要求1所述的一种农业污水实时监测处理系统，其特征在于，所述水质监测平台包括存储模块、处理模块、显示模块和提醒模块；
所述存储模块用于接收水质参数传送模块发送过来的水质参数；
所述处理模块用于从所述存储模块中读取所述水质参数，并判断所述水质参数是否超出预设的正常数值区间，并将判断结果发送到显示模块；
所述显示模块用于对所述判断结果进行可视化展示，并在所述判断结果为水质参数超出预设的正常数值区间时，启动所述提醒模块向工作人员发出警报声，提醒工作人员对水质参数异常的水域进行处理。
7.根据权利要求6所述的一种农业污水实时监测处理系统，其特征在于，所述存储模块包括数据库，所述数据库用于存储所述水质参数；
所述显示模块包括液晶显示屏，所述液晶显示屏用于对所述判断结果进行可视化展示；
所述提醒模块包括声光报警器，所述声光报警器用于向工作人员发出警报声，提醒工作人员对水质参数异常的水域进行处理。
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