CN113533210A - 一种河流水质监测预警的智能化装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种河流水质监测预警的智能化装置及系统，包括监测预警仪主体、触摸显示屏、警报灯、基台、立柱、固定盘、旋转电机、主动齿轮、从动齿轮、转轴、旋转盘、悬板、限位板、移动电机、驱动齿轮、导向齿条、移动框、万向支架、光谱摄像头和荧光激发灯；该发明利用人工智能算法构建并优化出的水质检测模型，适于对河流水质进行测定，提高了系统的智能化程度，确保了水质测定结果的精确性，减少了环境误差，增强了河流水质预警的及时性，且增设移动结构，方便人员远程遥控采集部件进行水平移动，从而根据实际需求更换采集点，避免了河流水面发生宽度变化后造成的丢失目标问题，确保了河流水质监测预警的正常运行。

Description

一种河流水质监测预警的智能化装置及系统
技术领域
本发明涉及水质监测预警技术领域，具体为一种河流水质监测预警的智能化装置及系统。
背景技术
水质监测，是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。监测范围十分广泛，包括未被污染和已受污染的江、河、湖、海和地下的天然水及各种各样的工业排水等。主要监测项目可分为两大类：一类是反映水质状况的综合指标，如温度、色度、浊度、pH值、电导率、悬浮物、溶解氧、化学需氧量和生化需氧量等；另一类是一些有毒物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞和有机农药等。为客观的评价江河和海洋水质的状况，除上述监测项目外，有时需进行流速和流量的测定。而河流水质监测预警，则指的是对河流中的水体进行水质监测和预警的过程。
目前，现有的河流水质监测预警装置及系统大多存在一定的不足之处，具体问题有以下几点：
（1）系统无法利用人工智能算法适应性的对河流水质进行测定，智能化程度较低，水质测定结果不精确，环境误差大，影响了河流水质预警的及时性；
（2）采集部件不具备水平移动功能，无法根据实际需求更换采集点，当河流水面发生宽度变化后，容易出现丢失目标问题，影响了河流水质监测预警的正常运行；
（3）采集部件不具备水平旋转功能，无法根据实际情况对采集部件的位置进行调整，长期使用后容易被新建筑物或新树木遮挡，需要人员后期调整安装位置，增加了装置的维护成本。
发明内容
有鉴于此，提供一种河流水质监测预警的智能化装置及系统，以解决上述背景技术中提出智能化程度较低、易丢失目标以及易被遮挡的问题。
一种河流水质监测预警的智能化装置，包括监测预警仪主体、基台、立柱、固定盘、旋转电机、主动齿轮、从动齿轮、转轴、旋转盘、悬板、限位板、移动电机、驱动齿轮、导向齿条、移动框、万向支架，智能化装置还包括光谱摄像头、荧光激发灯、荧光激发模块、光谱采集模块和光谱处理模块，所述监测预警仪主体顶部的中心固定安装有警报灯，所述监测预警仪主体的底部与基台顶部的一侧固定连接，基台顶部的中心与立柱的底部固定连接，立柱的顶部与固定盘底部的中心固定连接，固定盘顶部的中心通过旋转电机、主动齿轮、从动齿轮和转轴与旋转盘底部的中心转动连接，所述万向支架用于将光谱摄像头和荧光激发灯调整预定角度，通过荧光激发模块开启荧光激发灯，对河流水体进行照射，使水体中的物质发出荧光，通过光谱采集模块开启光谱摄像头，对水体中污染物发出的荧光进行采集，获得水体光谱图像，并传输给光谱处理模块，绘制出不同污染物的吸光度与浓度之间的相关曲线，得到当前水体光谱数据。
优选地，所述旋转盘侧面的中心与悬板的一端固定连接，悬板的另一端与限位板侧面的中心固定连接，悬板的中段通过移动电机、驱动齿轮和导向齿条活动套接有移动框，移动框底部的中心与万向支架的顶部转动连接，万向支架两侧的底端分别与光谱摄像头和荧光激发灯侧面的中心转动连接。
优选地，所述旋转电机固定嵌装在固定盘顶部的一侧，旋转电机的输出端与主动齿轮的内圆周固定套接。
优选地，所述主动齿轮的外圆周与从动齿轮的内圆周啮合，从动齿轮固定嵌装在旋转盘底部的外缘。
优选地，所述转轴的一端与固定盘顶部的中心固定连接，转轴的另一端通过滚轴轴承与旋转盘底部的中心活动套接。
优选地，所述移动电机分别对称嵌装在移动框内壁两侧的底端，移动电机的输出端与驱动齿轮的内圆周固定套接。
优选地，所述驱动齿轮的外圆周与导向齿条底部的中心啮合，导向齿条分别固定嵌装在悬板正面和背面的顶端。
优选地，所述监测预警仪主体侧面的顶端设置有触摸显示屏，所述触摸显示屏与光谱处理模块连接用于显示当前水体光谱数据。
以及，一种河流水质监测预警的智能化系统，包括智能化装置、中央处理模块、自由调节模块、信号接收模块、模型构建模块、模型优化模块、水质检测模块、异常预警模块和信号传输模块，其特征在于，所述智能化装置采用如上所述的河流水质监测预警的智能化装置，所述中央处理模块的侧面与一触摸显示屏侧面的中心电性连接，所述触摸显示屏侧面的四角分别与荧光激发模块、光谱采集模块、自由调节模块和信号接收模块的侧面电性连接，触摸显示屏侧面的四边分别与光谱处理模块、模型构建模块、模型优化模块、水质检测模块、异常预警模块和信号传输模块的侧面电性连接。
优选地，所述光谱摄像头和信号接收模块分别连接到中央处理模块，所述光谱摄像头将采集到的光谱数据传输给中央处理模块，所述信号接收模块接收信号，并发给中央处理模块；所述荧光激发模块、自由调节模块、光谱处理模块分别连接到中央处理模块，当中央处理模块接收到信号后，将信号发送到自由调节模块，使电机开启，移动框水平移动，同时开启旋转电机，使主动齿轮，进而使旋转盘带着悬板在固定盘的转轴上水平旋转，将移动框移动到合适的位置，所述模型构建模块连接到中央处理模块，所述水体光谱数据最后传输到模型构建模块后进行模型处理。
与现有技术相比，本发明提供的有益效果是：该河流水质监测预警的智能化装置及系统，智能化程度高、不易丢失目标和被遮挡；
（1）通过利用人工智能算法构建并优化出的水质检测模型，适应性的对河流水质进行测定，提高了系统的智能化程度，确保了水质测定结果的精确性，减少了环境误差，增强了河流水质预警的及时性；
（2）通过增设移动结构，方便人员远程遥控采集部件进行水平移动，从而根据实际需求更换采集点，避免了河流水面发生宽度变化后造成的丢失视野问题，确保了河流水质监测预警的正常运行；
（3）通过增设旋转结构，方便人员远程遥控采集部件进行水平旋转，从而根据实际情况对采集部件的位置进行调整，避免了长期使用后被新建筑物或新树木遮挡的问题，无需人员后期调整安装位置，节省了装置的维护成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的整体结构立体图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为本发明实施例提供的整体结构主视局部剖视图；
图4为图3中B处的局部放大图；
图5为图3中C处的局部放大图；
图6为本发明实施例提供的整体结构俯视局部剖视图；
图7为图6中D处的局部放大图；
图8为本发明中触摸显示屏的右视图；
图9为本发明实施例提供的系统流程图；
图中：1、监测预警仪主体；2、触摸显示屏；3、警报灯；4、基台；5、立柱；6、固定盘；7、旋转电机；8、主动齿轮；9、从动齿轮；10、转轴；11、旋转盘；12、悬板；13、限位板；14、移动电机；15、驱动齿轮；16、导向齿条；17、移动框；18、万向支架；19、光谱摄像头；20、荧光激发灯；21、中央处理模块；22、荧光激发模块；23、光谱采集模块；24、自由调节模块；25、信号接收模块；26、光谱处理模块；27、模型构建模块；28、模型优化模块；29、水质检测模块；30、异常预警模块；31、信号传输模块。
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。
请参阅图1-7，本发明实施例提供的一种河流水质监测预警的智能化装置，包括监测预警仪主体1、基台4、立柱5、固定盘6、旋转电机7、主动齿轮8、从动齿轮9、转轴10、旋转盘11、悬板12、限位板13、移动电机14、驱动齿轮15、导向齿条16、移动框17、万向支架18，其特征在于，还包括光谱摄像头19、荧光激发灯20、荧光激发模块22、光谱采集模块23和光谱处理模块26。所述监测预警仪主体1顶部的中心固定安装有警报灯3，所述监测预警仪主体1的底部与基台4顶部的一侧固定连接，基台4顶部的中心与立柱5的底部固定连接，立柱5的顶部与固定盘6底部的中心固定连接，固定盘6顶部的中心通过旋转电机7、主动齿轮8、从动齿轮9和转轴10与旋转盘11底部的中心转动连接，所述万向支架18用于将光谱摄像头19和荧光激发灯20调整预定角度，通过荧光激发模块22开启荧光激发灯20，对河流水体进行照射，使水体中的物质发出荧光，通过光谱采集模块23开启光谱摄像头19，对水体中污染物发出的荧光进行采集，获得水体光谱图像，并传输给光谱处理模块26，绘制出不同污染物的吸光度与浓度之间的相关曲线，得到当前水体光谱数据。监测预警仪主体1侧面的顶端设置有触摸显示屏2。
具体地，旋转电机7固定嵌装在固定盘6顶部的一侧，旋转电机7的输出端与主动齿轮8的内圆周固定套接，主动齿轮8的外圆周与从动齿轮9的内圆周啮合，从动齿轮9固定嵌装在旋转盘11底部的外缘，转轴10的一端与固定盘6顶部的中心固定连接，转轴10的另一端通过滚轴轴承与旋转盘11底部的中心活动套接，方便人员远程遥控采集部件进行水平旋转，从而根据实际情况对采集部件的位置进行调整，避免了长期使用后被新建筑物或新树木遮挡的问题，无需人员后期调整安装位置，节省了装置的维护成本；旋转盘11侧面的中心与悬板12的一端固定连接，悬板12的另一端与限位板13侧面的中心固定连接，悬板12的中段通过移动电机14、驱动齿轮15和导向齿条16活动套接有移动框17，移动电机14分别对称嵌装在移动框17内壁两侧的底端，移动电机14的输出端与驱动齿轮15的内圆周固定套接，驱动齿轮15的外圆周与导向齿条16底部的中心啮合，导向齿条16分别固定嵌装在悬板12正面和背面的顶端，移动框17底部的中心与万向支架18的顶部转动连接，万向支架18两侧的底端分别与光谱摄像头19和荧光激发灯20侧面的中心转动连接，方便人员远程遥控采集部件进行水平移动，从而根据实际需求更换采集点，避免了河流水面发生宽度变化后造成的丢失视野问题，确保了河流水质监测预警的正常运行。
请参阅图8-9，本发明实施例提供的一种实施例：一种河流水质监测预警的智能化系统，包括中央处理模块21、荧光激发模块22、光谱采集模块23、自由调节模块24、信号接收模块25、光谱处理模块26、模型构建模块27、模型优化模块28、水质检测模块29、异常预警模块30和信号传输模块31，中央处理模块21的侧面与触摸显示屏2侧面的中心电性连接，触摸显示屏2侧面的四角分别与荧光激发模块22、光谱采集模块23、自由调节模块24和信号接收模块25的侧面电性连接，触摸显示屏2侧面的四边分别与光谱处理模块26、模型构建模块27、模型优化模块28、水质检测模块29、异常预警模块30和信号传输模块31的侧面电性连接，利用人工智能算法构建并优化出的水质检测模型，适应性的对河流水质进行测定，提高了系统的智能化程度，确保了水质测定结果的精确性，减少了环境误差，增强了河流水质预警的及时性。
具体地，如图9所示，所述光谱摄像头19和信号接收模块25分别连接到中央处理模块21，光谱摄像头19将采集到的光谱数据传输给中央处理模块21，信号接收模块接收信号，并发给中央处理模块21，例如移动信号发给中央处理模块21。
荧光激发模块22、自由调节模块24、光谱处理模块26分别连接到中央处理模块21，当中央处理模块21接收到移动信号后，将信号发送到自由调节模块24，开启电机，使移动框17在悬板12上水平移动，同时开启旋转电机7，使主动齿轮8驱动从动齿轮9，进而使旋转盘11带着悬板12在固定盘6的转轴10上水平旋转，将移动框17移动到合适的位置，通过万向支架18将光谱摄像头19和荧光激发灯20调整到合适的角度。就位后，中央处理模块21发出指令给荧光激发模块22，使其发出荧光。此时光谱摄像头19采集污染物发出的荧光进行采集，获得水体光谱图像，并传输给光谱处理模块26，绘制出不同污染物的吸光度与浓度之间的相关曲线，得到当前水体光谱数据。
模型构建模块27连接到中央处理模块21，上述得到当前水体光谱数据，最后传输到模型构建模块27中，再进行模型处理。
工作原理：该发明使用时，先通过触摸显示屏2开启监测预警仪主体1，再通过自由调节模块24，开启移动电机14，使驱动齿轮15在导向齿条16上滚动，进而使移动框17在悬板12上水平移动，并开启旋转电机7，使主动齿轮8驱动从动齿轮9，进而使旋转盘11带着悬板12在固定盘6的转轴10上水平旋转，将移动框17移动到合适的位置，通过万向支架18将光谱摄像头19和荧光激发灯20调整到合适的角度，接着通过荧光激发模块22开启荧光激发灯20，对河流水体进行照射，使水体中的物质发出荧光，通过光谱采集模块23开启光谱摄像头19，对水体中污染物发出的荧光进行采集，获得水体光谱图像，并传输给光谱处理模块26，绘制出不同污染物的吸光度与浓度之间的相关曲线，得到当前水体光谱数据，最后传输到模型构建模块27中，通过算法构建水质检测原始模型，并将待测河流水体的污染物类型和环境影响物质类型作为训练集输入模型优化模块28，从水质检测原始模型中优选出检测效果最佳的水质检测优化模型，传输到水质检测模块29中，对当前水体光谱数据进行处理，测定出当前水体的水质结果，当水质结果达到预警线时，通过异常预警模块30和信号传输模块31将预警信号远程发送给管理人员，同时开启警报灯3，对附近的管理人员进行预警，适应性的对河流水质进行测定，提高了系统的智能化程度，确保了水质测定结果的精确性，减少了环境误差，增强了河流水质预警的及时性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例提供的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例提供的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种河流水质监测预警的智能化装置，包括监测预警仪主体（1）、基台（4）、立柱（5）、固定盘（6）、旋转电机（7）、主动齿轮（8）、从动齿轮（9）、转轴（10）、旋转盘（11）、悬板（12）、限位板（13）、移动电机（14）、驱动齿轮（15）、导向齿条（16）、移动框（17）、万向支架（18），其特征在于，还包括光谱摄像头（19）、荧光激发灯（20）、荧光激发模块（22）、光谱采集模块（23）和光谱处理模块（26），所述监测预警仪主体（1）顶部的中心固定安装有警报灯（3），所述监测预警仪主体（1）的底部与基台（4）顶部的一侧固定连接，基台（4）顶部的中心与立柱（5）的底部固定连接，立柱（5）的顶部与固定盘（6）底部的中心固定连接，固定盘（6）顶部的中心通过旋转电机（7）、主动齿轮（8）、从动齿轮（9）和转轴（10）与旋转盘（11）底部的中心转动连接，所述万向支架（18）用于将光谱摄像头（19）和荧光激发灯（20）调整预定角度，通过荧光激发模块（22）开启荧光激发灯（20），对河流水体进行照射，使水体中的物质发出荧光，通过光谱采集模块（23）开启光谱摄像头（19），对水体中污染物发出的荧光进行采集，获得水体光谱图像，并传输给光谱处理模块（26），绘制出不同污染物的吸光度与浓度之间的相关曲线，得到当前水体光谱数据。
2.如权利要求1所述的一种河流水质监测预警的智能化装置，其特征在于，所述旋转盘（11）侧面的中心与悬板（12）的一端固定连接，悬板（12）的另一端与限位板（13）侧面的中心固定连接，悬板（12）的中段通过移动电机（14）、驱动齿轮（15）和导向齿条（16）活动套接有移动框（17），移动框（17）底部的中心与万向支架（18）的顶部转动连接，万向支架（18）两侧的底端分别与光谱摄像头（19）和荧光激发灯（20）侧面的中心转动连接。
3.如权利要求1所述的一种河流水质监测预警的智能化装置，其特征在于，所述旋转电机（7）固定嵌装在固定盘（6）顶部的一侧，旋转电机（7）的输出端与主动齿轮（8）的内圆周固定套接。
4.如权利要求1所述的一种河流水质监测预警的智能化装置，其特征在于，所述主动齿轮（8）的外圆周与从动齿轮（9）的内圆周啮合，从动齿轮（9）固定嵌装在旋转盘（11）底部的外缘。
5.如权利要求1所述的一种河流水质监测预警的智能化装置，其特征在于，所述转轴（10）的一端与固定盘（6）顶部的中心固定连接，转轴（10）的另一端通过滚轴轴承与旋转盘（11）底部的中心活动套接。
6.如权利要求1所述的一种河流水质监测预警的智能化装置，其特征在于，所述移动电机（14）分别对称嵌装在移动框（17）内壁两侧的底端，移动电机（14）的输出端与驱动齿轮（15）的内圆周固定套接。
7.如权利要求1所述的一种河流水质监测预警的智能化装置，其特征在于，所述驱动齿轮（15）的外圆周与导向齿条（16）底部的中心啮合，导向齿条（16）分别固定嵌装在悬板（12）正面和背面的顶端。
8.如权利要求1所述的一种河流水质监测预警的智能化装置，其特征在于，所述监测预警仪主体（1）侧面的顶端设置有触摸显示屏（2），所述触摸显示屏（2）与光谱处理模块（26）连接用于显示当前水体光谱数据。
9.一种河流水质监测预警的智能化系统，包括智能化装置、中央处理模块（21）、自由调节模块（24）、信号接收模块（25）、模型构建模块（27）、模型优化模块（28）、水质检测模块（29）、异常预警模块（30）和信号传输模块（31），其特征在于，所述智能化装置采用如权利要求1-8任一项所述的河流水质监测预警的智能化装置，所述中央处理模块（21）的侧面与一触摸显示屏（2）侧面的中心电性连接，所述触摸显示屏（2）侧面的四角分别与荧光激发模块（22）、光谱采集模块（23）、自由调节模块（24）和信号接收模块（25）的侧面电性连接，触摸显示屏（2）侧面的四边分别与光谱处理模块（26）、模型构建模块（27）、模型优化模块（28）、水质检测模块（29）、异常预警模块（30）和信号传输模块（31）的侧面电性连接。
10.如权利要求9所述的一种河流水质监测预警的智能化系统，其特征在于，所述光谱摄像头（19）和信号接收模块（25）分别连接到中央处理模块（21），所述光谱摄像头（19）将采集到的光谱数据传输给中央处理模块（21），所述信号接收模块接收信号，并发给中央处理模块（21）；所述荧光激发模块（22）、自由调节模块（24）、光谱处理模块（26）分别连接到中央处理模块（21），当中央处理模块（21）接收到信号后，将信号发送到自由调节模块（24），使电机开启，移动框（17）水平移动，同时开启旋转电机（7），使主动齿轮（8驱动从动齿轮（9），进而使旋转盘（11）带着悬板（12）在固定盘（6）的转轴（10）上水平旋转，将移动框（17）移动到合适的位置，所述模型构建模块（27）连接到中央处理模块（21），所述水体光谱数据最后传输到模型构建模块（27）后进行模型处理。
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