CN112051377A - 一种适应天气变化的水环境监测频率自调整系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应天气变化的水环境监测频率自调整系统及方法，该系统包括多个水环境监测终端以及水环境监测云平台管理装置，水环境监测终端包括微处理器以及与微处理器电性连接的太阳能电池模块、数据存储模块、GPS模块、备用电源模块、GPRS模块、LORA模块、水质监测装置，水环境监测终端通过GPRS模块与水环境监测云平台管理装置通信连接；水环境监测云平台管理装置包括监控处理器、天气预报发布平台。本发明提供的适应天气变化的水环境监测频率自调整系统及方法，可以预测获取到的太阳能能量值，并依据此能量值及自身剩余能量自适应调整系统监测频率，从而达到对系统能量的合理使用，实现对水环境持续性监测。

Description

一种适应天气变化的水环境监测频率自调整系统及方法
技术领域
本发明涉及水环境监测技术领域，特别是涉及一种适应天气变化的水环境监测频率自调整系统及方法。
背景技术
我国拥有众多的江河湖海，但随着经济的发展，水环境污染情况日益严重，而且重度污染地区在不断扩大。当前水生态环境、自然保护区等监测区域地处偏远，供电设施不足。传统监测设备大部分采用蓄电池供电，需要定期更换电池，当电量耗尽，整个监测系统将会瘫痪，造成数据采集信息无法实时回传，从而给水生态环境长期持续性监测带来很大局限。
目前市场现有的水质监测设备有很多采用的是蓄电池供电或太阳能与蓄电池供电相结合的方式。若只采用单一的蓄电池供电只能满足短期的监测，而且定期的电池更换必然投入更多的人力物力，造成成本的增加；若使用太阳能与蓄电池结合的方式虽然可以解决定期更换电池的问题，但是在遇到阴雨连绵的天气，太阳能电池获取能量受限，设备持续性监测会出现电量不足的问题，造成监测中断，影响监测设备数据的实时采集和回传。总体来说，目前用于水质监测的设备最大的缺点是能量受限或缺乏能量有效管理的问题。大部分设备只适用于供电设施充足的场景，而面对偏远地区或供电设施不足的场景，该类设备无法长期使用。即使是使用太阳能供电设备也会因为缺乏合理的能量管理技术，在面对长期阴雨天气的情况下因能量耗尽而无法正常工作。如何解决水环境的长期持续性监测问题成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适应天气变化的水环境监测频率自调整系统及方法，根据天气预报情况，可以预测获取到的太阳能能量值，并依据此能量值及自身剩余能量自适应调整系统监测频率，从而达到对系统能量的合理使用，实现对水环境持续性监测。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种适应天气变化的水环境监测频率自调整系统，该系统包括：多个设置在不同监测点的水环境监测终端以及水环境监测云平台管理装置，所述水环境监测终端包括微处理器以及与微处理器电性连接的太阳能电池模块、数据存储模块、GPS模块、备用电源模块、GPRS模块、LORA模块、水质监测装置，多个所述水环境监测终端之间通过所述LORA模块通信连接，所述水环境监测终端通过GPRS模块与所述水环境监测云平台管理装置通信连接，所述GPS模块用于采集所述水环境监测终端的位置信息，所述水质监测装置用于对监测点的水质进行监测，所述微处理器控制所述水质监测装置的工作频率；
所述水环境监测云平台管理装置包括监控处理器、天气预报发布平台，所述监控处理器分别与所述水环境监测终端和天气预报发布平台通信连接，所述天气预报发布平台用于提供天气预报信息。
可选的，所述水质监测装置包括PH传感器、溶解氧传感器、水体浊度传感器。
可选的，所述PH传感器、溶解氧传感器、水体浊度传感器均以485的通信线路与所述微处理器电性连接。
可选的，所述监控处理器包括PC机以及与PC机电性连接的能量预测计算服务器、数据库服务器、监控显示屏，所述数据服务器用于存储所述水环境监测终端上传的数据信息以及天气预报发布平台提供的天气预报信息，所述监控显示屏用于显示所述数据服务器存储的数据。
可选的，所述天气预报发布平台用于提供未来七至十五天的天气预报信息。
本发明还提供了一种适应天气变化的水环境监测频率自调整方法，应用于上述的适应天气变化的水环境监测频率自调整系统，包括以下步骤：
水环境监测终端将水质监测装置获取的水质监测数据，通过GPRS模块发送到水环境监测云平台管理装置；
水环境监测云平台管理装置存储并显示所述水质监测数据，同时，所述水环境监测云平台管理装置根据天气预报发布平台提供的天气预报信息，采用天气条件移动平均算法，预测监测点获取的太阳能能量值；
水环境监测云平台管理装置将太阳能能量值传输给所述水环境监测终端；
水环境监测终端根据太阳能能量值以及太阳能电池模块的剩余电量，确定水质监测装置的工作频率，并调整所述水质监测装置的工作频率。
可选的，所述水环境监测终端将水质监测装置获取的水质监测数据，通过GPRS模块发送到水环境监测云平台管理装置，还包括：
当检测不到GPRS信号时，通过LORA模块实现多个水环境监测终端之间的组网通信，找到附近有GPRS信号的水环境监测终端，再通过该水环境监测终端的GPRS模块将数据发送到水环境监测云平台管理装置。
可选的，所述水环境监测云平台管理装置存储并显示所述水质监测数据，同时，所述水环境监测云平台管理装置根据天气预报发布平台提供的天气预报信息，采用天气条件移动平均算法，预测监测点获取的太阳能能量值，具体包括：
监控显示屏显示水质监测数据，数据库服务器存储水环境监测终端上传的数据；
天气预报发布平台是指通过天气预报网站获取未来七至十五天的天气情况，并将此信息上传至数据库服务器；
能量预测计算服务器利用数据库服务器存储的天气信息作为已知条件，根据能量预测算法预测出获取的太阳能能量值，并通过PC机将预测出的能量值下发至水环境监测终端。
可选的，所述监控显示屏上设置有监测网站，实时在网页上动态显示水环境监测终端上传的水质监测数据和GPS定位信息。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的适应天气变化的水环境监测频率自调整系统及方法，第一，获取的太阳能转为电能对整个系统进行供电，利用能量预测算法，根据未来一段时间的天气状况预测出将会获取到的太阳能能量值，根据可能获取到的电量，调整系统中水质监测装置采集数据和传输数据的频率，此次保证整个设备始终处在平稳运行的状态；第二，集成GPRS和LORA两种通信技术，在检测不到GPRS信号的情况下可以通过选择LORA进行数据的传输，将采集的数据传输到附近有GPRS信号的水环境监测终端，再通过GPRS将数据传输到服务器，相比于单一的网络传输方式，本发明的组网传输方式可以确保节点在无信号的情况下依然可以通过组网的方式将数据传输到水环境监测云平台管理装置，确保系统的稳定运行；可见，本申请通过能量预测和管理技术，合理分配能量使用，解决了传统产品续航能力差、无法自适应调整监测频率、不能实时回传监测数据、雨季中断监测等缺点，实现了水质状况的持续监测和实时传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例水环境监测终端的结构示意图；
图2为本发明实施例水环境监测云平台管理装置的结构示意图；
图3为本发明实施例适应天气变化的水环境监测频率自调整系统的结构示意图；
附图标记说明：1、微处理器；2、太阳能电池电模块；3、数据存储模块；4、GPS模块；5、PH传感器；6、溶解氧传感器；7、水体浊度传感器；8、备用电源模块；9、GPRS模块；10、LORA模块；11、PC机；12、能量预测计算服务器；13、数据库服务器；14、监控显示屏；15、天气预报发布平台；16、有GPRS信号的水环境监测终端；17、无GPRS信号的水环境监测终端；18、水环境监测云平台管理装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种适应天气变化的水环境监测频率自调整系统及方法，根据天气预报情况，可以预测获取到的太阳能能量值，并依据此能量值及自身剩余能量自适应调整系统监测频率，从而达到对系统能量的合理使用，实现对水环境持续性监测。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图3所示，本发明实施例提供的适应天气变化的水环境监测频率自调整系统，包括：多个设置在不同监测点的水环境监测终端以及水环境监测云平台管理装置18，所述水环境监测终端包括微处理器1以及与微处理器1电性连接的太阳能电池模块2、数据存储模块3、GPS模块4、备用电源模块8、GPRS模块9、LORA模块10、水质监测装置，多个所述水环境监测终端之间通过所述LORA模块10通信连接，所述水环境监测终端通过GPRS模块9与所述水环境监测云平台管理装置18通信连接，所述GPS模块4用于采集所述水环境监测终端的位置信息，所述水质监测装置用于对监测点的水质进行监测，所述微处理器1控制所述水质监测装置的工作频率；当水环境监测终端中的GPRS模块9检测到移动基站信号时，微处理器1将采集到的数据经GPRS网络传输至水环境监测云平台管理装置18；当水环境监测终端中的GPRS模块9未检测到移动基站信号时，如图3所示，有GPRS信号的水环境监测终端16和无GPRS信号的水环境监测终端17，水环境监测终端中内置的LORA模块10会将采集到的信息传到附近有GPRS信号的水环境监测终端，再通过GPRS将数据发送到水环境监测云平台管理装置18；
所述水环境监测云平台管理装置18包括监控处理器、天气预报发布平台15，所述监控处理器分别与所述水环境监测终端和天气预报发布平台15通信连接，所述天气预报发布平台15用于提供天气预报信息。
所述水质监测装置包括PH传感器5、溶解氧传感器6、水体浊度传感器7，获取水环境中各种物质含量，如水中PH的大小、水体污染程度和水体溶解氧含量，以这些全部测得的数据作为评价指标去评判水环境质量。所述PH传感器5、溶解氧传感器6、水体浊度传感器7均以485的通信线路与所述微处理器1电性连接。微处理器模块1在收到传感器采集的数据和GPS定位信息后会先将其存储到所述数据存储模块3。
上述太阳能电池模块2为整个系统提供所需能量，与微处理器模块1相连。在太阳能电池模块2没有电时，启用备用电源模块8。
所述监控处理器包括PC机11以及与PC机11电性连接的能量预测计算服务器12、数据库服务器13、监控显示屏14，所述数据服务器13用于存储所述水环境监测终端上传的数据信息以及天气预报发布平台15提供的天气预报信息，所述监控显示屏14用于显示所述数据服务器13存储的数据。所述PC机11是指用于水环境监测终端上传信息的接收，以及与能量预测计算服务器12、数据库服务器13、监控显示屏14、天气预报发布平台15进行信息交互的电脑。
所述天气预报发布平台15用于提供未来七至十五天的天气预报信息。
无线组网传输是指水环境监测终端通过LORA模块9与多个所述水环境监测终端建立多跳传输的无线传感网络，每个水环境监测终端通过LORA模块9发送、接收或转发数据采集信息。
一种适应天气变化的水环境监测频率自调整方法，应用于上述的适应天气变化的水环境监测频率自调整系统，包括以下步骤：
水环境监测终端将水质监测装置获取的水质监测数据，通过GPRS模块9发送到水环境监测云平台管理装置18；
水环境监测云平台管理装置18存储并显示所述水质监测数据，同时，所述水环境监测云平台管理装置18根据天气预报发布平台提供的天气预报信息，采用天气条件移动平均算法，预测监测点获取的太阳能能量值；
水环境监测云平台管理装置18将太阳能能量值传输给所述水环境监测终端；
水环境监测终端根据太阳能能量值以及太阳能电池模块2的剩余电量，确定水质监测装置的工作频率，并调整所述水质监测装置的工作频率。
其中，所述天气条件平均移动算法采用影响获取太阳能能量的因素作为输入变量，如天气状况、纬度位置、海拔高度等因素。根据前期大量历史数据进行学习，通过当前输入变量数值、输出预测节点获取的能量。
所述水环境监测终端将水质监测装置获取的水质监测数据，通过GPRS模块9发送到水环境监测云平台管理装置，还包括：
当检测不到GPRS信号时，通过LORA模块10实现多个水环境监测终端之间的组网通信，找到附近有GPRS信号的水环境监测终端，再通过该水环境监测终端的GPRS模块9将数据发送到水环境监测云平台管理装置18。
其中，所述水环境监测云平台管理装置存储并显示所述水质监测数据，同时，所述水环境监测云平台管理装置根据天气预报发布平台提供的天气预报信息，采用天气条件移动平均算法，预测监测点获取的太阳能能量值，具体包括：
监控显示屏14显示水质监测数据，数据库服务器13存储水环境监测终端上传的数据；
天气预报发布平台15是指通过天气预报网站获取未来七至十五天的天气情况，并将此信息上传至数据库服务器13；
能量预测计算服务器12利用数据库服务器存储的天气信息作为已知条件，根据能量预测算法预测出获取的太阳能能量值，并通过PC机11将预测出的能量值下发至水环境监测终端。
所述监控显示屏14上设置有监测网站，实时在网页上动态显示水环境监测终端上传的水质监测数据和GPS定位信息。
本发明提供的适应天气变化的水环境监测频率自调整系统及方法，采用了先进的太阳能供电技术，摒弃了传统的蓄电池供电方法；与目前市场现有的太阳能供电装置相比，本系统增加了能量预测技术，该能量预测技术可以通过未来七至十五天的天气状况，预测出可能获取到的太阳能能量值，本系统依据预测出的太阳能能量值和系统当前自身能量的剩余值自适应调整对水环境监测的频率，通过该种能量预测技术，可以合理分配系统能量的使用，从而确保系统即使处在阴雨天也不会因为接收不到太阳能而处于休眠状态，实现了对水环境的长期持续性监测；采用组网传输模式，可以防止因检测不到GPRS信号而导致的数据信息发送失败的问题。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种适应天气变化的水环境监测频率自调整系统，其特征在于，包括多个设置在不同监测点的水环境监测终端以及水环境监测云平台管理装置，所述水环境监测终端包括微处理器以及与微处理器电性连接的太阳能电池模块、数据存储模块、GPS模块、备用电源模块、GPRS模块、LORA模块、水质监测装置，多个所述水环境监测终端之间通过所述LORA模块通信连接，所述水环境监测终端通过GPRS模块与所述水环境监测云平台管理装置通信连接，所述GPS模块用于采集所述水环境监测终端的位置信息，所述水质监测装置用于对监测点的水质进行监测，所述微处理器控制所述水质监测装置的工作频率；
所述水环境监测云平台管理装置包括监控处理器、天气预报发布平台，所述监控处理器分别与所述水环境监测终端和天气预报发布平台通信连接，所述天气预报发布平台用于提供天气预报信息。
2.根据权利要求1所述的适应天气变化的水环境监测频率自调整系统，其特征在于，所述水质监测装置包括PH传感器、溶解氧传感器、水体浊度传感器。
3.根据权利要求2所述的适应天气变化的水环境监测频率自调整系统，其特征在于，所述PH传感器、溶解氧传感器、水体浊度传感器均以485的通信线路与所述微处理器电性连接。
4.根据权利要求1所述的适应天气变化的水环境监测频率自调整系统，其特征在于，所述监控处理器包括PC机以及与PC机电性连接的能量预测计算服务器、数据库服务器、监控显示屏，所述数据服务器用于存储所述水环境监测终端上传的数据信息以及天气预报发布平台提供的天气预报信息，所述监控显示屏用于显示所述数据服务器存储的数据。
5.根据权利要求1所述的适应天气变化的水环境监测频率自调整系统，其特征在于，所述天气预报发布平台用于提供未来七至十五天的天气预报信息。
6.一种适应天气变化的水环境监测频率自调整方法，应用于权利要求1-5任一所述的适应天气变化的水环境监测频率自调整系统，其特征在于，包括以下步骤：
水环境监测终端将水质监测装置获取的水质监测数据，通过GPRS模块发送到水环境监测云平台管理装置；
水环境监测云平台管理装置存储并显示所述水质监测数据，同时，所述水环境监测云平台管理装置根据天气预报发布平台提供的天气预报信息，采用天气条件移动平均算法，预测监测点获取的太阳能能量值；
水环境监测云平台管理装置将太阳能能量值传输给所述水环境监测终端；
水环境监测终端根据太阳能能量值以及太阳能电池模块的剩余电量，确定水质监测装置的工作频率，并调整所述水质监测装置的工作频率。
7.根据权利要求6所述的适应天气变化的水环境监测频率自调整方法，其特征在于，所述水环境监测终端将水质监测装置获取的水质监测数据，通过GPRS模块发送到水环境监测云平台管理装置，还包括：
当检测不到GPRS信号时，通过LORA模块实现多个水环境监测终端之间的组网通信，找到附近有GPRS信号的水环境监测终端，再通过该水环境监测终端的GPRS模块将数据发送到水环境监测云平台管理装置。
8.根据权利要求6所述的适应天气变化的水环境监测频率自调整方法，其特征在于，所述水环境监测云平台管理装置存储并显示所述水质监测数据，同时，所述水环境监测云平台管理装置根据天气预报发布平台提供的天气预报信息，采用天气条件移动平均算法，预测监测点获取的太阳能能量值，具体包括：
监控显示屏显示水质监测数据，数据库服务器存储水环境监测终端上传的数据；
天气预报发布平台是指通过天气预报网站获取未来七至十五天的天气情况，并将此信息上传至数据库服务器；
能量预测计算服务器利用数据库服务器存储的天气信息作为已知条件，根据能量预测算法预测出获取的太阳能能量值，并通过PC机将预测出的能量值下发至水环境监测终端。
9.根据权利要求8所述的适应天气变化的水环境监测频率自调整方法，其特征在于，所述监控显示屏上设置有监测网站，实时在网页上动态显示水环境监测终端上传的水质监测数据和GPS定位信息。
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