CN112333266A - 一种基于云平台的污水监测系统 - Google Patents

一种基于云平台的污水监测系统 Download PDF

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CN112333266A CN202011201589.3A CN202011201589A CN112333266A CN 112333266 A CN112333266 A CN 112333266A CN 202011201589 A CN202011201589 A CN 202011201589A CN 112333266 A CN112333266 A CN 112333266A
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Abstract

本发明提供了一种基于云平台的污水监测系统，其包括监测网络、云平台和监测终端；所述监测网络用于获取水域中的水质数据，并传输至云平台；所述云平台用于存储所述水质数据，基于所述水质数据判断水域中是否有水污染发生，并在水域中有水污染发生时，向监测终端发送提示消息；所述监测终端用于接收并显示所述提示消息。通过监测网络获取水域中的水质数据，并通过云平台对所述水质数据进行分析，实现了对水域的实时监测，能够及时发现水域中的水污染事件。同时，通过提示消息，能够在发生水污染事件时，第一时间通知相关的工作人员，有利于及时对水污染进行处理。

Description

一种基于云平台的污水监测系统
技术领域
本发明涉及监测领域，尤其涉及一种基于云平台的污水监测系统。
背景技术
现有技术中，对水域中的污水进行监测一般是通过人工定期抽样检查的方式来进行。这种监测方式不能及时的发现水域中的污水，导致未能及时对水域中的污水进行处理，对环境造成较大的影响。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于云平台的污水监测系统，其包括监测网络、云平台和监测终端；所述监测网络用于获取水域中的水质数据，并传输至云平台；
所述云平台用于存储所述水质数据，基于所述水质数据判断水域中是否有水污染发生，并在水域中有水污染发生时，向监测终端发送提示消息；
所述监测终端用于接收并显示所述提示消息。
优选地，所述监测网络包括无线传感器节点和转发节点；所述无线传感器节点用于获取水域中的水质数据，并发送至所述转发节点；
所述转发节点用于接收来自无线传感器节点的水质数据，对所述水质数据进行处理，将处理后的水质数据传输至云平台。
优选地，所述云平台包括存储模块、处理模块和发送模块；所述存储模块用于存储所述水质数据；所述处理模块用于基于所述水质数据判断水域中是否有水污染发生；所述发送模块用于在水域中有水污染发生时，向监测终端发送提示消息。
优选地，所述监测终端包括显示模块、查询模块和通信模块；所述显示模块用于显示所述提示消息；所述查询模块用于工作人员数据查询条件，通过通信模块将所述查询条件发送至云平台，对所述存储模块中存储的水质数据进行查询；所述通信模块用于接收从云平台返回的查询结果；所述显示模块还用于显示所述查询结果。
优选地，所述水质数据包酸碱度、浑浊度和DO值。
优选地，基于所述水质数据判断水域中是否有水污染发生，包括：
判断所述水质数据是否超出预设的阈值范围，若是，则判定水域中有水污染发生，若否，则判定水域中没有水污染发生。
优选地，所述提示消息包括水污染的类型和水污染发生的位置。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
通过监测网络获取水域中的水质数据，并通过云平台对所述水质数据进行分析，实现了对水域的实时监测，能够及时发现水域中的水污染事件。同时，通过提示消息，能够在发生水污染事件时，第一时间通知相关的工作人员，有利于及时对水污染进行处理。将水质数据保存在云端，也能方便监测终端随时随地获取水质数据。
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，为本发明一种基于云平台的污水监测系统的一种示例性实施例图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种基于云平台的污水监测系统，其包括监测网络、云平台和监测终端；所述监测网络用于获取水域中的水质数据，并传输至云平台；
所述云平台用于存储所述水质数据，基于所述水质数据判断水域中是否有水污染发生，并在水域中有水污染发生时，向监测终端发送提示消息；
所述监测终端用于接收并显示所述提示消息。
优选地，所述监测网络包括无线传感器节点和转发节点；所述无线传感器节点用于获取水域中的水质数据，并发送至所述转发节点；
所述转发节点用于接收来自无线传感器节点的水质数据，对所述水质数据进行处理，将处理后的水质数据传输至云平台。
对所述水质数据进行处理，包括：
对所述水质数据进行质量判断，将不符合预设的质量要求的水质数据进行剔除，对剩余的水质数据进行压缩处理，得到处理后的水质数据。
剔除不符合预设的质量要求的水质数据和对水质数据进行压缩，均有利于减小转发节点向云平台发送的数据的体积，有利于提高转发节点和云平台之间的通信效率。
优选地，对所述水质数据进行质量判断，包括：
对无线传感器节点k获取的水质数据不定期进行抽样，将抽样得到的水质数据datak与水质数据参考值cdatak进行对比，若datak和cdatak之间的差的绝对值小于设定的绝对值阈值abthr，则判定无线传感器节点k获取的水质数据datak符合预设的质量要求，否则，判定无线传感器节点k获取的水质数据datak不符合预设的质量要求；
所述水质数据参考值cdatak通过如下方式进行计算：
Figure BDA0002755366900000031
式中，Uk表示无线传感器节点k可调节的最小通信范围内的所有无线传感器节点的集合，datak和dataq分别表示无线传感器节点k和Uk中的无线传感器节点q在同一时刻获取的水质数据，pok和poq分别表示无线传感器节点k和Uk中的无线传感器节点q的坐标，|pok-poq|表示无线传感器节点k和Uk中的无线传感器节点q之间的距离，bzf(Uk)表示Uk中的所有无线传感器节点与无线传感器节点k在水质数据上的标准差，
Figure BDA0002755366900000032
numofUk表示Uk中的无线传感器节点的总数，bzpo(Uk)表示Uk中的所有无线传感器节点与无线传感器节点k在距离上的标准差，
Figure BDA0002755366900000033
水质数据参考值的计算，考虑了无线传感器节点k可调节的最小通信范围内的无线传感器节点所获取的水质数据与无线传感器节点k所获取的水质数据之间的关系，考虑了Uk中的传感器节点q与无线传感器节点k在获取的水质数据和空间位置上的差异，为Uk中的不同无线传感器节点赋予不同的权重，通过Uk中的无线传感器节点获取的水质数据的加权融合，得到参考价值非常高的水质数据参考值。如果仅仅将Uk内的无线传感器节点获取的水质数据的均值作为水质数据参考值，由于位置的关系，Uk中与无线传感器节点k距离较远的节点所获取的水质数据显然有可能有较大的差别，因此将Uk中与无线传感器节点赋予相同的权重，显然是不合适的。
优选地，对无线传感器节点k获取的水质数据不定期进行抽样，包括：
将最小的抽样时间间隔和最大的抽样时间间隔分别记为cymik和cymak；
第n次对无线传感器节点k获取的水质数据进行抽样后，
若所述水质数据符合预设的质量要求，则采用下述公式计算下一次对无线传感器节点k获取的水质数据进行抽样的时间间隔：
cytk,n+1＝2×cytk,n+tl
式中，tl表示更新时间参数，cytk,n表示第n-1次和第n次对无线传感器节点k获取的水质数据进行抽样之间的之间间隔，cytk,n+1表示第n+1次和第n次对无线传感器节点k获取的水质数据进行抽样之间的之间间隔，若cytk,n+1的值大于cymak，则将cytk,n的值作为cytk,n+1的值；
若所述水质数据不符合预设的质量要求，则采用下述公式计算下一次对无线传感器节点k获取的水质数据进行抽样的时间间隔：
Figure BDA0002755366900000041
式中，tl表示更新时间参数，cytk,n表示第n-1次和第n次对无线传感器节点k获取的水质数据进行抽样之间的之间间隔，cytk,n+1表示第n+1次和第n次对无线传感器节点k获取的水质数据进行抽样之间的之间间隔，若cytk,n+1的值小于cymik，则将cytk,n的值作为cytk,n+1的值。
采用不定期抽样的方式，能够降低转发节点的工作量，有利于保证转发节点不会由于计算量过大而卡顿，有利于保证转发节点及时地将水质数据转发至云平台。在水质数据符合预设的质量要求时，增大下一次进行抽样的时间间隔，在水质数据不符合预设的质量要求时，减小下一次进行抽样的时间间隔，这样的设置，使得抽样时间间隔具有自适应性，更符合实际的抽样需要。有利于在降低转发节点的工作量的同时及时发现不符合预设的质量要求的水质数据的。
优选地，所述无线传感器节点通过自组网的形式划分为普通节点和簇头节点，所述普通节点用于获取水域中的水质数据，并发送至其所属簇的簇头节点，所述簇头节点用于将所述水质数据发送至转发节点。
优选地，簇头节点和转发节点之间采用单跳通信或多跳通信的方式进行通信，若簇头节点和转发节点之间的欧氏距离小于预设的多跳阈值，则簇头节点和转发节点之间采用单跳通信的方式进行通信，否则，簇头节点和转发节点之间采用多跳通信的方式进行通信；
所述多跳阈值通过如下方式进行计算：
Figure BDA0002755366900000051
式中，cse表示簇头节点的剩余能量，emi表示簇头节点发送单位数据到单位距离所需要消耗的能量，dma表示簇头节点的最大覆盖半径，dmi表示簇头节点的最小覆盖半径，dtsi表示簇头节点和转发节点之间的欧氏距离，
Figure BDA0002755366900000052
表示在簇头节点的覆盖半径为
Figure BDA0002755366900000053
时，覆盖范围内的其它簇头节点的数量，δ表示预设的调节系数。
簇头节点和转发节点之间通过多跳阈值来确定通信方式，有利于避免距离过远的簇头节点直接与转发节点之间进行单跳通信，导致数据传输的稳定性降低。在计算多跳阈值时，充分考虑了剩余能量、发送单位数据到单位距离的能量消耗和簇头与其它簇头节点的分布关系等方面的因素，有利于充分反映簇头节点的真实情况，进而选择合适的通信方式。提高污水监测系统的数据传输的稳定性。
优选地，无线传感器节点通过自组网的形式划分为普通节点和簇头节点，包括：
转发节点周期性地向无线传感器节点发送分簇消息；
无线传感器节点接收到所述分簇消息后，判断自身是否符合预设的筛选条件，若是，则所述无线传感器节点直接作为普通节点，若否，则通过下述方式判断所述无线传感器节点是否能够作为簇头节点：
无线传感器节点计算自身的竞争优势值：
Figure BDA0002755366900000054
式中，jzidxn表示无线传感器节点n的竞争优势值，syEn和csEn分别表示无线传感器节点n的剩余能量和初始能量，tsBn表示无线传感器节点n与转发节点之间通信的平均跳数，avetsBn表示无线传感器节点n与其通信范围内的其它无线传感器节点支架的距离的平均值，mdn表示无线传感器节点n的通信范围内的邻居节点的数量，dwEn表示无线传感器节点n发送单位数据的平均能量消耗；
无线传感器节点将自身的竞争优势值与分簇消息中包含的分簇阈值进行对比，判断自身的竞争优势值是否大于所述分簇阈值，若是，则向周围节点广播消息，宣布其成为簇头节点。
竞争优势值的计算充分考虑了无线传感器节点在能量，与转发节点之间的通信距离，即平均跳数，通信范围内的邻居无线传感器节点的距离情况、数量情况等参数，有利于选出剩余能量多，距离转发节点近，邻居无线传感器节点分布密集的，能耗低的无线传感器节点作为簇头节点，在减少能量消耗的同时保证监测网络的覆盖范围。
优选地，预设的筛选条件包括：
无线传感器节点在上一轮分簇中，未担任簇头节点且无线传感器节点的筛选指数大于设定的筛选阈值；
所述筛选指数通过如下方式进行计算：
Figure BDA0002755366900000061
式中，ssidxm表示无线传感器节点m的筛选指数，fp(m)表示判断函数，若无线传感器节点m的通信范围内的邻居无线传感器节点的数量大于设定的数量阈值，则fp(m)的取值为1，否则，fp(m)的取值为-1，snm表示无线传感器节点m的平均内存占用率，ccm表示无线传感器节点m的剩余存储空间，α和β表示预设的权重参数。
将上一轮分簇中作为簇头节点的无线传感器节点排除在外，有利于保证监测网络中的无线传感器节点的能量的均衡消耗，避免单一的无线传感器节点过早地消耗完能量，造成监测网络覆盖范围的减少，从而导致对水域进行监测的面积的减小，有利于保证对水域进行监测的面积，及时发现水污染。筛选指数考虑了多个方面的因素，主要目的就是降低邻居节点少的无线传感器节点作为簇头节点的可能，尽可能选取邻居节点多的，性能现状好的无线传感器节点作为簇头节点，能够以较小的能量消耗覆盖较大的水域面积。
优选地，所述云平台包括存储模块、处理模块和发送模块；所述存储模块用于存储所述水质数据；所述处理模块用于基于所述水质数据判断水域中是否有水污染发生；所述发送模块用于在水域中有水污染发生时，向监测终端发送提示消息。
优选地，所述监测终端包括显示模块、查询模块和通信模块；所述显示模块用于显示所述提示消息；所述查询模块用于工作人员数据查询条件，通过通信模块将所述查询条件发送至云平台，对所述存储模块中存储的水质数据进行查询；所述通信模块用于接收从云平台返回的查询结果；所述显示模块还用于显示所述查询结果。
优选地，所述水质数据包酸碱度、浑浊度和DO值。
优选地，基于所述水质数据判断水域中是否有水污染发生，包括：
判断所述水质数据是否超出预设的阈值范围，若是，则判定水域中有水污染发生，若否，则判定水域中没有水污染发生。
优选地，所述提示消息包括水污染的类型和水污染发生的位置。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
通过监测网络获取水域中的水质数据，并通过云平台对所述水质数据进行分析，实现了对水域的实时监测，能够及时发现水域中的水污染事件。同时，通过提示消息，能够在发生水污染事件时，第一时间通知相关的工作人员，有利于及时对水污染进行处理。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于云平台的污水监测系统，其特征在于，其包括监测网络、云平台和监测终端；所述监测网络用于获取水域中的水质数据，并传输至云平台；
所述云平台用于存储所述水质数据，基于所述水质数据判断水域中是否有水污染发生，并在水域中有水污染发生时，向监测终端发送提示消息；
所述监测终端用于接收并显示所述提示消息。
2.根据权利要求1所述的一种基于云平台的污水监测系统，其特征在于，所述监测网络包括无线传感器节点和转发节点；所述无线传感器节点用于获取水域中的水质数据，并发送至所述转发节点；
所述转发节点用于接收来自无线传感器节点的水质数据，对所述水质数据进行处理，将处理后的水质数据传输至云平台。
3.根据权利要求1所述的一种基于云平台的污水监测系统，其特征在于，所述云平台包括存储模块、处理模块和发送模块；
所述存储模块用于存储所述水质数据；
所述处理模块用于基于所述水质数据判断水域中是否有水污染发生；
所述发送模块用于在水域中有水污染发生时，向监测终端发送提示消息。
4.根据权利要求3所述的一种基于云平台的污水监测系统，其特征在于，所述监测终端包括显示模块、查询模块和通信模块；
所述显示模块用于显示所述提示消息；
所述查询模块用于工作人员数据查询条件，通过通信模块将所述查询条件发送至云平台，对所述存储模块中存储的水质数据进行查询；
所述通信模块用于接收从云平台返回的查询结果；
所述显示模块还用于显示所述查询结果。
5.根据权利要求3所述的一种基于云平台的污水监测系统，其特征在于，所述水质数据包酸碱度、浑浊度和DO值。
6.根据权利要求5所述的一种基于云平台的污水监测系统，其特征在于，基于所述水质数据判断水域中是否有水污染发生，包括：
判断所述水质数据是否超出预设的阈值范围，若是，则判定水域中有水污染发生，若否，则判定水域中没有水污染发生。
7.根据权利要求6所述的一种基于云平台的污水监测系统，其特征在于，所述提示消息包括水污染的类型和水污染发生的位置。
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CN115452046A (zh) * 2022-09-01 2022-12-09 康志文 一种基于物联网的环保监测系统及方法
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