CN113873460B - 污水监测系统、方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水监测系统、方法、装置及计算机可读存储介质，其中，该污水监测方法包括：控制布设于污水检测区域的多个无线传感器节点，采集污水的原始水质数据信号，将所述原始水质数据信号转换为各项待评估检测项目对应的实际水质参数；判断所述实际水质参数是否属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内；若所述实际水质参数不属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内，则输出水质异常预警信息。本发明能在降低污水检测成本的同时，提高污水监测的时效性。

Description

污水监测系统、方法、装置及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，具体涉及一种污水监测系统、方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

随着我国工业生产能力的迅猛发展，工业污水的排放量曰益增加，达不到排放标准的污水如果排入水体，将对地表及地下水造成巨大的污染。因此对污水进行实时而准确的监测就显得尤为重要。目前我国的工业污水监测手段仍主要停留在人工测量阶段，但是该方法的污水监测缺乏时效性，监测效率低下。部分企业以及厂家虽然己采用了有线污水监控系统，但是由于污水检测区域众多且分布较零散，采用有线的监测方式存在着综合布线复杂导致的布线施工成本高，以及后续的维护成本高等问题，严重限制了工业污水监测系统的发展前景。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种污水监测系统、方法、装置及计算机可读存储介质，旨在解决如何在降低污水检测成本的同时，提高污水监测的时效性。

为实现上述目的，本发明提供一种污水监测系统，该污水监测系统包括包括无线传感器节点、汇聚节点和监控中心，所述汇聚节点分别与所述无线传感器节点和所述监控中心分别进行无线通信连接，所述无线传感器节点布设于污水检测区域；

所述无线传感器节点包括数据采集模块、信息处理模块和无线通信模块，所述数据采集模块用于实时采集污水的原始水质数据信号；所述信息处理模块用于将所述原始水质数据信号转换为各项待评估检测项目对应的实际水质参数；所述无线通信模块用于将所述实际水质参数发送至所述汇聚节点；

所述汇聚节点用于接收所述实际水质参数，判断所述实际水质参数是否属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内；若所述实际水质参数不属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内，则将不属于所述标准水质参数范围内的所述实际水质参数，作为异常水质参数，并将所述异常水质参数发送至监控中心；

所述监控中心用于接收所述汇聚节点发送的所述异常水质参数，并输出水质异常预警信息。

可选地，所述无线传感器节点存在多个，无线传感器节点还包括心跳检测模块、节点配对模块和节点解除模块；

所述节点配对模块用于将各所述无线传感器节点按照预设的配对规则进行配对连接，形成传感节点配对链，所述传感节点配对链包括第一无线传感器节点和所述第二无线传感器节点；

所述第一无线传感器节点的所述心跳检测模块用于以预设频率向所述第二无线传感器节点发送心跳请求包，判断从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内是否接收到所述第二无线传感器节点返回的心跳响应包，若从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内未接收到所述第二无线传感器节点返回的心跳响应包，则确定所述第二无线传感器节点已失效；

所述第一无线传感器的所述节点解除模块用于当确定所述第二无线传感器节点已失效时，从所述传感节点配对链中解除与所述第二无线传感器节点的配对连接关系；

所述第一无线传感器的所述节点配对模块用于重新按照所述配对规则进行配对连接，形成新的传感节点配对链。

可选地，所述无线传感器节点还包括节点识别模块，所述第一无线传感器节点的所述节点识别模块用于确定所述第二无线传感器节点对应的污水检测区域，当确定所述第二无线传感器节点已失效时，所述第一无线传感器节点的所述无线通信模块用于将所述对应的污水检测区域发送至汇聚节点；

汇聚节点还用于接收所述对应的污水检测区域，并将所述对应的污水检测区域中无线传感器节点的失效数目累积加一，判断所述失效数目是否达到预设阈值，若所述失效数目达到预设阈值，则生成所述对应的污水检测区域的节点失效预警信息，并发送至监控中心；

所述监控中心还用于输出所述节点失效预警信息。

可选地，所述无线传感器节点还包括加密模块，所述加密模块包括对称式加密单元和非对称式加密单元；

所述对称式加密单元用于根据对称式加密算法的专用密钥，对所述实际水质参数进行对称式加密，得到对称式加密参数；

所述非对称式加密单元用于根据非对称式加密算法的公钥，对所述专用密钥进行非对称式加密，得到非对称式加密密钥；

所述无线通信模块用于将所述对称式加密参数和所述非对称式加密密钥，作为加密后的实际水质参数发送至汇聚节点；

所述汇聚节点用于接收所述加密后的实际水质参数，根据非对称式加密算法的私钥对所述非对称式加密密钥进行解密，得到所述专用密钥，并通过所述专用密钥对所述对称式加密参数进行解密，得到所述实际水质参数。

可选地，所述信息处理模块包括信息过滤单元、信息放大单元和信息转换单元；

所述信息过滤单元用于将所述原始水质数据信号进行噪音过滤处理，得到各项待评估检测项目对应的滤噪水质参数信号；

所述信息放大单元用于对各项所述滤噪水质参数信号进行信号放大处理，得到各项待评估检测项目对应的放大水质参数信号；

所述信息转换单元用于将各项所述放大水质参数信号进行模数转换处理，得到各项待评估检测项目对应的实际水质参数。

可选地，所述无线传感器节点还包括休眠控制模块；

所述休眠控制模块用于以第一预设频率控制所述数据采集模块、所述信息处理模块和所述无线通信模块进入休眠模式；

所述休眠控制模块还用于判断所述数据采集模块、所述信息处理模块或所述无线通信模块进入休眠模式的时长是否达到预设休眠时长，若所述数据采集模块、所述信息处理模块或所述无线通信模块进入休眠模式的时长达到预设休眠时长，则唤醒所述数据采集模块、所述信息处理模块和所述无线通信模块。

此外，本发明还提供一种污水监测方法，所述污水监测方法包括：

控制布设于污水检测区域的多个无线传感器节点，采集污水的原始水质数据信号，将所述原始水质数据信号转换为各项待评估检测项目对应的实际水质参数；

判断所述实际水质参数是否属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内；

若所述实际水质参数不属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内，则输出水质异常预警信息。

可选地，所述污水监测方法还包括：

控制各所述无线传感器节点按照预设的配对规则进行配对连接，形成传感节点配对链，所述传感节点配对链包括第一无线传感器节点和所述第二无线传感器节点；

控制所述第一无线传感器节点以预设频率向所述第二无线传感器节点发送心跳请求包，判断从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内是否接收到所述第二无线传感器节点返回的心跳响应包；

若从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内未接收到所述第二无线传感器节点返回的心跳响应包，则确定所述第二无线传感器节点已失效；

若确定所述第二无线传感器节点已失效，则控制所述第一无线传感器节点从所述传感节点配对链中解除与所述第二无线传感器节点的配对连接关系；

控制所述第一无线传感器节点重新按照所述配对规则进行配对连接，形成新的传感节点配对链。

本发明还提供一种污水监测装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的污水监测程序，所述污水监测程序被处理器执行时实现如上所述污水监测方法的步骤。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有污水监测程序，所述污水监测程序被处理器执行时实现如上所述污水监测方法的步骤。

本发明基于无线传感器网络技术，来对污水处理各项环节中的各种数据进行实时采集，相较于传统人工采集或人机协同采集方式，由于其具有覆盖范围大和布设灵活等特点，从而有利于对污水处理各项环节中的各种数据进行全面采集，并且由于无线传感器价格低廉，有利于大幅度降低污水数据采集成本，有效克服现有的污水监测方法对布线施工成本高和维护成本高等缺点，更适合对监测区域中的每个局部水域进行远程实时监测。同时无线传感器网络是低功耗的具有传感、计算与通信能力的微小传感器节点构成的自组网络系统，能根据环境自主完成各种监测任务，通过无线通信方式形成多跳、自组织的无线传感器网络，协作地实时感知、监测和采集网络分布区域内的各种微观环境信息，从而提高了污水监测的时效性，实时监测污水的状况变化，实现对污水的有效控制和管理。

附图说明

图1是本发明实施例污水监测装置的模块结构示意图；

图2为本发明实施例污水监测系统的模块结构示意图；

图3为本发明实施例加密模块的模块结构示意图；

图4为本发明实施例信息处理模块的模块结构示意图；

图5为本发明实施例污水监测方法的流程示意图；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1，图1为本发明各个实施例中所提供的污水监测装置的模块结构示意图。所述污水监测装置包括通信模块01、存储器02及处理器03等部件。本领域技术人员可以理解，图1中所示出的污水监测装置还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中，所述处理器03分别与所述存储器02和所述通信模块01连接，所述存储器02上存储有污水监测程序，所述污水监测程序同时被处理器03执行。

通信模块01，可通过网络与外部设备连接。通信模块01可以接收外部设备发出的数据，还可发送数据、指令及信息至所述外部设备，所述外部设备可以是数据管理终端、手机、平板电脑、笔记本电脑和台式电脑等电子设备。

存储器02，可用于存储软件程序以及各种数据。存储器02可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(基于父进程创建所述指令对应的目标子进程、第一监控子进程和共享文件)等；存储数据区可存储污水监测装置的运行情况和行驶环境以及信号机的相位变化所创建的数据或信息等。此外，存储器02可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

处理器03，是污水监测装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个污水监测装置的各个部分，通过运行或执行存储在存储器02内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器02内的数据，执行污水监测装置的各种功能和处理数据。处理器03可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器03可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器03中。尽管图1未示出，但上述污水监测装置还可以包括电源模块，电源模块用于为其他部件提供电能，保证其他部件的正常工作。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的污水监测装置模块结构并不构成对污水监测装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

本发明提出一种污水监测系统1000。

本实施例中，如图2至图4所示，污水监测系统1000包括无线传感器节点1、汇聚节点2和监控中心3，汇聚节点2分别与无线传感器节点1和监控中心3分别进行无线通信连接，无线传感器节点1布设于污水检测区域；无线传感器节点1包括数据采集模块11、信息处理模块12和无线通信模块13，数据采集模块11用于实时采集污水的原始水质数据信号；信息处理模块12用于将原始水质数据信号转换为各项待评估检测项目对应的实际水质参数；无线通信模块13用于将实际水质参数发送至汇聚节点2；汇聚节点2用于接收实际水质参数，判断实际水质参数是否属于实际水质参数对应的标准水质参数范围内；若实际水质参数不属于实际水质参数对应的标准水质参数范围内，则将不属于标准水质参数范围内的实际水质参数，作为异常水质参数，并将异常水质参数发送至监控中心3；监控中心3用于接收汇聚节点2发送的异常水质参数，并输出水质异常预警信息。

在本实施例中，数据采集模块11具体可包括为PH值(Pondus hydrogenii，酸碱值)传感器、COD(chemical oxygen demand，化学需氧量)在线监测传感器、氨氮在线监测传感器、Do(dissolved oxygen，溶氧量)在线监测传感器、SS(Suspended solid，固体悬浮物浓度)在线监测传感器、总磷在线监测传感器和总氮在线监测传感器等，用于采集污水处理各项环节中的PH信号、COD信号、氨氮信号、Do信号、SS信号、总磷信号和总氮信号等原始水质数据信号。对应地，在本实施例中，各项待评估检测项目包括PH值检测项目、COD检测项目、氨氮检测项目、Do检测项目、SS检测项目、总磷检测项目和总氮检测项目等。

在本实施例中，无线传感器节点1为一个微型嵌入式系统，构成无线传感器网络的基础层支持平台，每个无线传感器节点1兼顾传感终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其它节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其它节点协作完成一些特定任务。需要说明的是，可将污水检测区域设置于污水进水口和排水口等重点区域，并在一个污水检测区域布设多个传感器节点。在污水检测区域中构建基于无线技术的传感器网络，然后通过汇聚节点2对各污水检测区域的数据信息进行汇总、融合、分析和处理。

在本实施例中，监控中心3可对汇聚节点2发送的异常水质参数进行自动的存档和数据处理，通过相应的应用软件系统对数据进行分析，并实时显示数据和分析处理结果，以及具有适时预警的功能。另外，监控中心3可提供良好的人机交互界面，人机交互界面主要包括数据显示、数据存储、信息反馈，通信等功能，显示模块主要显示污水的PH值和溶解氧等污水检测区域的实际水质参数。工作人员可以在监控中心3实时的掌握污水区域的各项指标，实现对污水指标的全天候不间断监控，也便于去及时解决发现问题。

本发明实施例基于无线传感器网络技术，来对污水处理各项环节中的各种数据进行实时采集，相较于传统人工采集或人机协同采集方式，由于其具有覆盖范围大和布设灵活等特点，从而有利于对污水处理各项环节中的各种数据进行全面采集，并且由于无线传感器价格低廉，有利于大幅度降低污水数据采集成本，有效克服现有的污水监测方法对布线施工成本高和维护成本高等缺点，更适合对监测区域中的每个局部水域进行远程实时监测。同时无线传感器网络是低功耗的具有传感、计算与通信能力的微小传感器节点构成的自组网络系统，能根据环境自主完成各种监测任务，通过无线通信方式形成多跳、自组织的无线传感器网络，协作地实时感知、监测和采集网络分布区域内的各种微观环境信息，从而提高了污水监测的时效性，实时监测污水的状况变化，实现对污水的有效控制和管理。

进一步地，无线传感器节点1存在多个，无线传感器节点1还包括心跳检测模块15、节点配对模块16和节点解除模块17；节点配对模块16用于将各无线传感器节点1按照预设的配对规则进行配对连接，形成传感节点配对链，传感节点配对链包括第一无线传感器节点1和第二无线传感器节点1；第一无线传感器节点1的心跳检测模块15用于以预设频率向第二无线传感器节点1发送心跳请求包，判断从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内是否接收到第二无线传感器节点1返回的心跳响应包，若从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内未接收到第二无线传感器节点1返回的心跳响应包，则确定第二无线传感器节点1已失效；第一无线传感器的节点解除模块17用于当确定第二无线传感器节点1已失效时，从传感节点配对链中解除与第二无线传感器节点1的配对连接关系；第一无线传感器的节点配对模块16用于重新按照配对规则进行配对连接，形成新的传感节点配对链。

需要说明的是，该预设的配对规则为两两相邻的无线传感器节点1建立配对连接关系。可以理解的是，一个无线传感器节点1组立传感节点配对链的组立个数应该小于或等于预设组立个数阈值，从而避免无线传感器节点1组立传感节点配对链的组立个数过多，导致该无线传感器节点1的心跳检测模块15的运行负载太大，进而降低该无线传感器节点1的运行稳定性。其中，该预设组立个数阈值本领域技术人员可根据实际情况进行设置，本实施例不作具体的限定。

在本实施例中，需要说明的是，第二无线传感器节点1也同样对第一无线传感器节点1进行心跳包检测，以判断第一无线传感器节点1是否失效，即第二无线传感器节点1同样实施如上述第一无线传感器节点1的方法流程，相当于第一无线传感器节点1的心跳检测模块15和第二无线传感器节点1的心跳检测模块15，以预设频率相互发送心跳请求包，相互进行心跳包检测，当一方无线传感器节点确定另一方无线传感器节点失效时，则从传感节点配对链中解除与另一方无线传感器节点的配对连接关系，并重新按照配对规则进行配对连接，形成新的传感节点配对链。

本实施例通过基于设置心跳检测模块15、节点配对模块16和节点解除模块17，从而实现各传感器节点能自组织与相邻的传感器节点进行配对，形成传感节点配对链，并能通过相互发送心跳请求包的方式，互相检测对方是否失效，当传感节点配对链中的一方无线传感器节点判断另一方无线传感器节点已失效时，则从传感节点配对链中解除与另一方无线传感器节点的配对连接关系，并重新按照配对规则进行配对连接，形成新的传感节点配对链，从而提高检测各传感器节点是否失效的全面性和准确性，降低失效传感器节点的漏检率。

进一步地，无线传感器节点1还包括节点识别模块14，第一无线传感器节点1的节点识别模块14用于确定第二无线传感器节点1对应的污水检测区域，当确定第二无线传感器节点1已失效时，第一无线传感器节点1的无线通信模块13用于将对应的污水检测区域发送至汇聚节点2；汇聚节点2还用于接收对应的污水检测区域，并将对应的污水检测区域中无线传感器节点1的失效数目累积加一，判断失效数目是否达到预设阈值，若失效数目达到预设阈值，则生成对应的污水检测区域的节点失效预警信息，并发送至监控中心3；监控中心3还用于输出节点失效预警信息。

本实施例基于节点识别模块14，组成传感节点配对链的两方传感器节点能彼此定位对方所在的污水检测区域，当传感节点配对链中的一方无线传感器节点判断另一方无线传感器节点已失效时，则将另一方无线传感器节点所在的污水检测区域发送至汇聚节点2，汇聚节点2将该所在的污水检测区域的无线传感器节点1的失效数目累积加一，从而可以准确统计出各污水检测区域的无线传感器节点1的失效数目，可以理解的是，当一个污水检测区域的无线传感器节点1的失效数目越多，则该污水检测区域的水质参数监测能力越弱，本实施例进一步通过若失效数目达到预设阈值，则生成对应的污水检测区域的节点失效预警信息，并发送至监控中心3；监控中心3还用于输出节点失效预警信息的步骤，从而及时提示工作人员该对应污水检测区域无线传感器节点1的失效数目过多，已无法准确的检测出该对应污水检测区域的实际水质参数，进而使工作人员采取进一步的解决和应对措施。

进一步地，无线传感器节点1还包括加密模块18，加密模块18包括对称式加密单元181和非对称式加密单元182；对称式加密单元181用于根据对称式加密算法的专用密钥，对实际水质参数进行对称式加密，得到对称式加密参数；非对称式加密单元182用于根据非对称式加密算法的公钥，对专用密钥进行非对称式加密，得到非对称式加密密钥；无线通信模块13用于将对称式加密参数和非对称式加密密钥，作为加密后的实际水质参数发送至汇聚节点2；汇聚节点2用于接收加密后的实际水质参数，根据非对称式加密算法的私钥对非对称式加密密钥进行解密，得到专用密钥，并通过专用密钥对对称式加密参数进行解密，得到实际水质参数。

其中，本实施例中非对称加密算法具体可为RSA(RSA algorithm)或ECC(EllipticCurves Cryptography)中的一种。对称式加密算法具体可为DES(Data EncryptionStandard)或AES(Advanced Encryption Standard)中的一种。

本领域技术人员可知的是，专用密钥为对称式加密算法的加密工具和解密工具。公钥为非对称式加密算法的加密工具，私钥为非对称式加密算法的解密工具。

本发明实施例通过设置加密模块18，并首先基于对称式加密单元181，利用对称式加密算法处理速度快的优点对污水处理各项环节中的各种数据进行一次加密，得到对称式加密参数，然后基于非对称式加密单元182，利用非对称式加密算法安全性高的优点对对称式加密参数的专用密钥进行加密，从而将对称式加密算法处理速度快点和非对称式加密算法安全性高的优点相结合，有利于提高污水处理各项环节中各种数据的传输安全性，可有效防止数据在采集和传输过程中遭到篡改。

进一步地，信息处理模块12包括信息过滤单元121、信息放大单元122和信息转换单元123；信息过滤单元121用于将原始水质数据信号进行噪音过滤处理，得到各项待评估检测项目对应的滤噪水质参数信号；信息放大单元122用于对各项滤噪水质参数信号进行信号放大处理，得到各项待评估检测项目对应的放大水质参数信号；信息转换单元123用于将各项放大水质参数信号进行模数转换处理，得到各项待评估检测项目对应的实际水质参数，从而提高了检测各污水检测区域的实际水质参数的准确性。

进一步地，无线传感器节点1还包括休眠控制模块19；休眠控制模块19用于以第一预设频率控制数据采集模块11、信息处理模块12和无线通信模块13进入休眠模式；休眠控制模块19还用于判断数据采集模块11、信息处理模块12或无线通信模块13进入休眠模式的时长是否达到预设休眠时长，若数据采集模块11、信息处理模块12或无线通信模块13进入休眠模式的时长达到预设休眠时长，则唤醒数据采集模块11、信息处理模块12和无线通信模块13，从而降低了无线传感器节点1的使用功耗，进而延长了无线传感器节点1的使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。

本发明还提供一种污水监测方法。

参照图5，图5为本发明实施例污水监测方法的流程示意图，所述污水监测方法包括：

步骤S100，控制布设于污水检测区域的多个无线传感器节点，采集污水的原始水质数据信号，将所述原始水质数据信号转换为各项待评估检测项目对应的实际水质参数；

步骤S200，判断所述实际水质参数是否属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内；

其中，可从预设的标准水质映射表中确定各实际水质参数对应的标准水质参数范围。

步骤S300，若所述实际水质参数不属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内，则输出水质异常预警信息。

其中，各项待评估检测项目可包括PH值检测项目、COD检测项目、氨氮检测项目、Do检测项目、SS检测项目、总磷检测项目和总氮检测项目等。

可以理解的是，无线传感器节点为一个微型嵌入式系统，构成无线传感器网络的基础层支持平台，每个无线传感器节点兼顾传感终端和路由器双重功能，除了进行本地信息收集和数据处理外，还要对其它节点转发来的数据进行存储、管理和融合等处理，同时与其它节点协作完成一些特定任务。需要说明的是，可将污水检测区域设置于污水进水口和排水口等重点监测区域，并在一个污水检测区域分布多个传感器节点。在污水检测区域中构建基于无线技术的传感器网络，然后通过汇聚节点对各污水检测区域的数据信息进行汇总、融合、分析和处理。

本发明实施例基于无线传感器网络技术，来对污水处理各项环节中的各种数据进行实时采集，相较于传统人工采集或人机协同采集方式，由于其具有覆盖范围大和布设灵活等特点，从而有利于对污水处理各项环节中的各种数据进行全面采集，并且由于无线传感器价格低廉，有利于大幅度降低污水数据采集成本，有效克服现有的污水监测方法对布线施工成本高和维护成本高等缺点，更适合对监测区域中的每个局部水域进行远程实时监测。同时无线传感器网络是低功耗的具有传感、计算与通信能力的微小传感器节点构成的自治网络系统，能根据环境自主完成各种监测任务，通过无线通信方式形成多跳、自组织的无线传感器网络，协作地实时感知、监测和采集网络分布区域内的各种微观环境信息，从而提高了污水监测的时效性，实时监测污水的状况变化，实现对污水的有效控制和管理。

进一步地，所述污水监测方法还包括：

步骤a，控制各所述无线传感器节点按照配对规则进行配对连接，形成传感节点配对链，所述传感节点配对链包括第一无线传感器节点和所述第二无线传感器节点；

需要说明的是，该预设的配对规则为两两相邻的无线传感器节点建立配对连接关系。可以理解的是，一个无线传感器节点组立传感节点配对链的组立个数应该小于或等于预设组立个数阈值，从而避免无线传感器节点组立传感节点配对链的组立个数过多，导致该无线传感器节点的心跳检测模块的运行负载太大，进而降低该无线传感器节点的运行稳定性。其中，该预设组立个数阈值本领域技术人员可根据实际情况进行设置，本实施例不作具体的限定。

步骤b，控制所述第一无线传感器节点以预设频率向所述第二无线传感器节点发送心跳请求包，判断从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内是否接收到所述第二无线传感器节点返回的心跳响应包；

步骤c，若从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内未接收到所述第二无线传感器节点返回的心跳响应包，则确定所述第二无线传感器节点已失效；

步骤d，若确定所述第二无线传感器节点已失效，则控制所述第一无线传感器节点从所述传感节点配对链中解除与所述第二无线传感器节点的配对连接关系；

步骤e，控制所述第一无线传感器节点重新按照所述配对规则进行配对连接，形成新的传感节点配对链。

在本实施例中，需要说明的是，所述第二无线传感器节点也同样对第一无线传感器节点进行心跳包检测，以判断第一无线传感器节点是否失效，即第二无线传感器节点同样实施如上述第一无线传感器节点的方法流程，相当于所述第一无线传感器节点的心跳检测模块和所述第二无线传感器节点的心跳检测模块，以预设频率相互发送心跳请求包，相互进行心跳包检测，当一方无线传感器节点确定另一方无线传感器节点失效时，则从该传感节点配对链中解除与另一方无线传感器节点的配对连接关系，并重新按照所述配对规则进行配对连接，形成新的传感节点配对链。

本实施例通过各传感器节点自组织与相邻的传感器节点进行配对，形成传感节点配对链；并通过相互发送心跳请求包的方式，互相检测对方是否失效，当传感节点配对链中的一方无线传感器节点判断另一方无线传感器节点已失效时，则解除与另一方无线传感器节点的配对连接关系，并重新按照所述配对规则进行配对连接，形成新的传感节点配对链的步骤，从而提高检测各传感器节点是否失效的全面性和准确性，降低失效传感器节点的漏检率。

进一步地，所述污水监测方法还包括：

步骤f，确定所述第二无线传感器节点对应的污水检测区域；

步骤g，当确定所述第二无线传感器节点已失效时，将所述对应的污水检测区域中无线传感器节点的失效数目累积加一；

步骤h，判断所述失效数目是否达到预设阈值，若所述失效数目达到预设阈值，则生成所述对应的污水检测区域的节点失效预警信息，并输出所述节点失效预警信息。

本实施例通过将组成传感节点配对链的两方传感器节点彼此定位对方所在的污水检测区域，当传感节点配对链中的一方无线传感器节点判断另一方无线传感器节点已失效时，则将另一方无线传感器节点所在污水检测区域的无线传感器节点的失效数目累积加一，从而可以准确统计出各污水检测区域的无线传感器节点的失效数目。可以理解的是，当一个污水检测区域的无线传感器节点的失效数目越多，则该污水检测区域的水质参数监测能力越弱，本实施例进一步通过若所述失效数目达到预设阈值，则生成所述对应的污水检测区域的节点失效预警信息，并输出所述节点失效预警信息的步骤，从而及时提示工作人员该对应污水检测区域无线传感器节点的失效数目过多，已无法准确的检测出该对应污水检测区域的实际水质参数，进而使工作人员采取进一步的解决和应对措施。

本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有污水监测程序。所述计算机可读存储介质可以是图1的终端中的存储器02，也可以是如ROM(Read－Only Memory，只读存储器)/RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、磁碟、光盘中的至少一种，所述计算机可读存储介质包括若干信息用以使得终端执行本发明各个实施例所述的污水监测方法。

本发明计算机可读存储介质的具体实施例与上述污水监测方法各实施例基本相同，在此不作赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种污水监测系统，其特征在于，所述污水监测系统包括无线传感器节点、汇聚节点和监控中心，所述汇聚节点分别与所述无线传感器节点和所述监控中心分别进行无线通信连接，所述无线传感器节点布设于污水检测区域；

所述无线传感器节点包括数据采集模块、信息处理模块和无线通信模块，所述数据采集模块用于实时采集污水的原始水质数据信号；所述信息处理模块用于将所述原始水质数据信号转换为各项待评估检测项目对应的实际水质参数；所述无线通信模块用于将所述实际水质参数发送至所述汇聚节点；

所述汇聚节点用于接收所述实际水质参数，判断所述实际水质参数是否属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内；若所述实际水质参数不属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内，则将不属于所述标准水质参数范围内的所述实际水质参数，作为异常水质参数，并将所述异常水质参数发送至监控中心；

所述监控中心用于接收所述汇聚节点发送的所述异常水质参数，并输出水质异常预警信息；

所述无线传感器节点存在多个，无线传感器节点还包括心跳检测模块、节点配对模块和节点解除模块；

所述节点配对模块用于将各所述无线传感器节点按照预设的配对规则进行配对连接，形成传感节点配对链，所述传感节点配对链包括第一无线传感器节点和第二无线传感器节点，其中，预设的配对规则为两两相邻的无线传感器节点建立配对连接关系；

所述第一无线传感器节点的所述心跳检测模块用于以预设频率向所述第二无线传感器节点发送心跳请求包，判断从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内是否接收到所述第二无线传感器节点返回的心跳响应包，若从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内未接收到所述第二无线传感器节点返回的心跳响应包，则确定所述第二无线传感器节点已失效；

所述第一无线传感器的所述节点解除模块用于当确定所述第二无线传感器节点已失效时，从所述传感节点配对链中解除与所述第二无线传感器节点的配对连接关系；

所述第一无线传感器的所述节点配对模块用于重新按照所述配对规则进行配对连接，形成新的传感节点配对链；

其中，所述第一无线传感器和所述第二无线传感器能彼此定位对方所在的污水检测区域，所述无线传感器节点还包括节点识别模块，所述第一无线传感器节点的所述节点识别模块用于确定所述第二无线传感器节点对应的污水检测区域，当确定所述第二无线传感器节点已失效时，所述第一无线传感器节点的所述无线通信模块用于将所述第二无线传感器节点对应的污水检测区域发送至汇聚节点；

汇聚节点还用于接收所述第二无线传感器节点对应的污水检测区域，并将所述第二无线传感器节点对应的污水检测区域中无线传感器节点的失效数目累积加一，判断所述失效数目是否达到预设阈值，若所述失效数目达到预设阈值，则生成所述第二无线传感器节点对应的污水检测区域的节点失效预警信息，并发送至监控中心；

所述监控中心还用于输出所述节点失效预警信息。

2.如权利要求1所述的污水监测系统，其特征在于，所述无线传感器节点还包括加密模块，所述加密模块包括对称式加密单元和非对称式加密单元；

所述对称式加密单元用于根据对称式加密算法的专用密钥，对所述实际水质参数进行对称式加密，得到对称式加密参数；

所述非对称式加密单元用于根据非对称式加密算法的公钥，对所述专用密钥进行非对称式加密，得到非对称式加密密钥；

所述无线通信模块用于将所述对称式加密参数和所述非对称式加密密钥，作为加密后的实际水质参数发送至汇聚节点；

所述汇聚节点用于接收所述加密后的实际水质参数，根据非对称式加密算法的私钥对所述非对称式加密密钥进行解密，得到所述专用密钥，并通过所述专用密钥对所述对称式加密参数进行解密，得到所述实际水质参数。

3.如权利要求1所述的污水监测系统，其特征在于，所述信息处理模块包括信息过滤单元、信息放大单元和信息转换单元；

所述信息过滤单元用于将所述原始水质数据信号进行噪音过滤处理，得到各项待评估检测项目对应的滤噪水质参数信号；

所述信息放大单元用于对各项所述滤噪水质参数信号进行信号放大处理，得到各项待评估检测项目对应的放大水质参数信号；

所述信息转换单元用于将各项所述放大水质参数信号进行模数转换处理，得到各项待评估检测项目对应的实际水质参数。

4.如权利要求1所述的污水监测系统，其特征在于，所述无线传感器节点还包括休眠控制模块；

所述休眠控制模块用于以第一预设频率控制所述数据采集模块、所述信息处理模块和所述无线通信模块进入休眠模式；

所述休眠控制模块还用于判断所述数据采集模块、所述信息处理模块或所述无线通信模块进入休眠模式的时长是否达到预设休眠时长，若所述数据采集模块、所述信息处理模块或所述无线通信模块进入休眠模式的时长达到预设休眠时长，则唤醒所述数据采集模块、所述信息处理模块和所述无线通信模块。

5.一种污水监测方法，其特征在于，所述污水监测方法包括：

控制布设于污水检测区域的多个无线传感器节点，采集污水的原始水质数据信号，将所述原始水质数据信号转换为各项待评估检测项目对应的实际水质参数；

判断所述实际水质参数是否属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内；

若所述实际水质参数不属于所述实际水质参数对应的标准水质参数范围内，则输出水质异常预警信息；

所述污水监测方法还包括：

控制各所述无线传感器节点按照预设的配对规则进行配对连接，形成传感节点配对链，所述传感节点配对链包括第一无线传感器节点和第二无线传感器节点，其中，预设的配对规则为两两相邻的无线传感器节点建立配对连接关系；

控制所述第一无线传感器节点以预设频率向所述第二无线传感器节点发送心跳请求包，判断从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内是否接收到所述第二无线传感器节点返回的心跳响应包；

若从最近一次发送心跳请求包起，预设时长内未接收到所述第二无线传感器节点返回的心跳响应包，则确定所述第二无线传感器节点已失效；

若确定所述第二无线传感器节点已失效，则控制所述第一无线传感器节点从所述传感节点配对链中解除与所述第二无线传感器节点的配对连接关系；

控制所述第一无线传感器节点重新按照所述配对规则进行配对连接，形成新的传感节点配对链；

其中，所述污水监测方法还包括：

确定所述第二无线传感器节点对应的污水检测区域，其中，所述第一无线传感器和所述第二无线传感器能彼此定位对方所在的污水检测区域；

当确定所述第二无线传感器节点已失效时，将所述第二无线传感器节点对应的污水检测区域中无线传感器节点的失效数目累积加一；

判断所述失效数目是否达到预设阈值，若所述失效数目达到预设阈值，则生成所述第二无线传感器节点对应的污水检测区域的节点失效预警信息，并输出所述节点失效预警信息。

6.一种污水监测装置，其特征在于，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的污水监测程序，所述污水监测程序被处理器执行时实现如权利要求5所述污水监测方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有污水监测程序，所述污水监测程序被处理器执行时实现如权利要求5所述污水监测方法的步骤。

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