CN114858987A - 一种基于物联网河湖水量水质监测与管理系统 - Google Patents
一种基于物联网河湖水量水质监测与管理系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于河湖监测技术领域，公开了一种基于物联网河湖水量水质监测与管理系统，包括：信息采集模块、图像采集模块、图像预处理模块、中央控制模块、模型构建模块、监测点确定模块、实时监测模块、水质检测模块、异常分析模块、综合评估模块、预警模块、存储模块以及显示模块。本发明的基于物联网河湖水量水质监测与管理系统能够实时、全面的获取河湖的水温、流速、水量以及其他相关数据，并基于获取的数据进行智能化的分析与处理，及时发现异常情况，并自动化的报警，在实现河湖的水量和水质一体化监测的基础上，提高了安全性以及异常事故的处理速度。
Description
技术领域
本发明属于河湖监测技术领域，尤其涉及一种基于物联网河湖水量水质监测与管理系统。
背景技术
目前，随着我国现代化、城市化步伐的加快，作为城市水资源、水环境重要载体的城市河湖出现了一些问题，部分河段或湖泊水量不稳定，水质变差，影响了城市功能的完善和人们生活水平的提高，甚至危及饮水安全，影响滨河滨湖居民的生命安全。随着人们认识水平的不断提高，对城市河湖的保护和管理工作日益受到重视。通常，城市河湖的水量监测与水质监测分散于不同的部门，监测信息零散，未能有机融合。许多监测设备为人工定点监测和人工记录，费时费力，信息共享机制不健全，并且发布时间延迟滞后，且不能自动化的进行预警，信息化、现代化和智能化水平还远远不够。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术效率低，监测信息不全面，不能进行信息的实时获取；智能化、信息化程度不高，不能及时有效的进行异常分析及预警。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于物联网河湖水量水质监测与管理系统。
本发明是这样实现的，一种基于物联网河湖水量水质监测与管理系统，所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统包括：
模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的相关信息以及预处理后的遥感图像进行河湖分布三维模型的构建；
监测点确定模块，与中央控制模块连接，用于基于构建的三维模型确定各河湖监测点的设置位置；
实时监测模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的河湖监测点的位置布设多种传感器，利用布设的多种传感器进行河湖监测；
水质检测模块，与中央控制模块连接，用于基于各监测点采集的水样进行各河湖的水质检测；
异常分析模块，与中央控制模块连接，用于对监测或采集的相关信息进行分析；
综合评估模块，与中央控制模块连接，用于基于采集、监测的相关信息进行对应河湖状态的综合评估；
预警模块，与中央控制模块连接，用于当出现异常情况时，利用报警器进行报警。
进一步，所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统还包括：
信息采集模块，与中央控制模块连接，用于采集监测区域内的河湖以及其他相关信息；
图像采集模块，与中央控制模块连接，用于获取监测区域内的河湖遥感图像；
图像预处理模块，与中央控制模块连接，用于对采集的河湖遥感图像数据进行预处理；
中央控制模块，与信息采集模块、图像采集模块、图像预处理模块、模型构建模块、监测点确定模块、实时监测模块、水质检测模块、异常分析模块、综合评估模块、预警模块、存储模块以及显示模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
存储模块，与中央控制模块连接，用于利用存储器对采集的相关信息、监测得到的数据、异常分析结果、综合评估结果、报警信息以及构建的河湖分布三维模型进行存储；
显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示器对采集的相关信息、监测得到的数据、异常分析结果、综合评估结果、报警信息以及构建的河湖分布三维模型进行显示。
进一步，所述信息采集模块包括：
河湖信息采集单元，用于获取监测区域内的河湖的数量、流向、性质、落差、所处位置以及其他历史流量信息；
地下水系采集单元，用于采集监测区域内的地下水系数量、分布、连通情况有以及其他相关信息；
其他数据采集采集单元，用于采集监测区域内的山、城市的分布情况、地理位置以及监测区域内的地形、地势、气候以及其他相关信息。
进一步，所述实时监测模块包括：
水量监测单元，用于利用水量传感器监测河湖的水量数据；
流速监测单元，用于利用流速传感器监测河湖的流速数据；
降雨量监测单元，用于利用雨量筒监测降雨量数据；
水温监测单元，用于利用温度传感器监测河湖水的温度数据；
图像采集单元，用于采集各监测点的河湖图像。
进一步，所述图像预处理模块对采集的河湖遥感图像数据进行预处理包括：
首先，获取采集的河湖遥感图像，并对所述河湖遥感图像进行校正处理，得到校正后的河湖遥感图像；
其次，对校正后的河湖遥感图像进行滤波处理，并对滤波后的河湖遥感图像进行分辨率融合；
最后，对分辨率融合后的遥感图像进行色彩增强处理，得到预处理后的河湖遥感图像。
进一步，所述模型构建模块基于采集的相关信息以及预处理后的遥感图像进行河湖分布三维模型的构建包括：
首先，获取预处理后的河湖遥感图像以及获取的城市、山的分布情况以及河湖、山、城市建筑的地理位置坐标；并基于获取的相关数据构建初始分布模型；
其次，获取河湖分布区域的地形、地势信息以及周边建筑信息，并将所述河湖分布区域的地形、地势信息以及周边建筑信息映射至所述初始分布模型中，得到三维场景模型；
最后，获取河流的落差、流向以及其他相关数据，并基于获取的数据进行三维场景模型的调整、优化与渲染，得到河湖分布三维模型。
进一步，所述模型构建模块基于采集的相关信息以及预处理后的遥感图像进行河湖分布三维模型的构建还包括：
基于获取的地下水系相关信息获取地下水系的位置以及轮廓矢量数据，基于地下水系的位置将各地下水系的轮廓矢量数据添加至河湖分布三维模型对应位置。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
本发明通过构建河湖分布三维模型，能够全面、清晰的掌握河湖的分布以及相关参数信息，同时通过构建的三维模型确定监测点，能够保证监测点设置的合理，全面、有效的掌握河湖的水量、水质情况。
第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
本发明的基于物联网河湖水量水质监测与管理系统能够实时、全面的获取河湖的水温、流速、水量以及其他相关数据，并基于获取的数据进行智能化的分析与处理，及时发现异常情况，并自动化的报警，在实现河湖的水量和水质一体化监测的基础上，提高了安全性以及异常事故的处理速度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于物联网河湖水量水质监测与管理系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的信息采集模块结构示意图；
图3是本发明实施例提供的图像预处理模块对采集的河湖遥感图像数据进行预处理的方法流程图；
图中：1、信息采集模块；2、图像采集模块；3、图像预处理模块；4、中央控制模块；5、模型构建模块；6、监测点确定模块；7、实时监测模块；8、水质检测模块；9、异常分析模块；10、综合评估模块；11、预警模块；12、存储模块；13、显示模块；14、河湖信息采集单元；15、地下水系采集单元；16、其他数据采集采集单元。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
如图1所示，本发明实施例提供的基于物联网河湖水量水质监测与管理系统包括：
信息采集模块1，与中央控制模块4连接，用于采集监测区域内的河湖以及其他相关信息；
图像采集模块2，与中央控制模块4连接，用于获取监测区域内的河湖遥感图像；
图像预处理模块3，与中央控制模块4连接，用于对采集的河湖遥感图像数据进行预处理；
中央控制模块4，与信息采集模块1、图像采集模块2、图像预处理模块3、模型构建模块5、监测点确定模块6、实时监测模块7、水质检测模块8、异常分析模块9、综合评估模块10、预警模块11、存储模块12以及显示模块13连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
模型构建模块5，与中央控制模块4连接，用于基于采集的相关信息以及预处理后的遥感图像进行河湖分布三维模型的构建；
监测点确定模块6，与中央控制模块4连接，用于基于构建的三维模型确定各河湖监测点的设置位置；
实时监测模块7，与中央控制模块4连接，用于基于确定的河湖监测点的位置布设多种传感器，利用布设的多种传感器进行河湖监测；
水质检测模块8，与中央控制模块4连接，用于基于各监测点采集的水样进行各河湖的水质检测；
异常分析模块9，与中央控制模块4连接，用于对监测或采集的相关信息进行分析；
综合评估模块10，与中央控制模块4连接，用于基于采集、监测的相关信息进行对应河湖状态的综合评估；
预警模块11，与中央控制模块4连接，用于当出现异常情况时，利用报警器进行报警；
存储模块12，与中央控制模块4连接，用于利用存储器对采集的相关信息、监测得到的数据、异常分析结果、综合评估结果、报警信息以及构建的河湖分布三维模型进行存储；
显示模块13，与中央控制模块4连接，用于利用显示器对采集的相关信息、监测得到的数据、异常分析结果、综合评估结果、报警信息以及构建的河湖分布三维模型进行显示。
如图2所示，本发明实施例提供的信息采集模块1包括：
河湖信息采集单元14，用于获取监测区域内的河湖的数量、流向、性质、落差、所处位置以及其他历史流量信息；
地下水系采集单元15，用于采集监测区域内的地下水系数量、分布、连通情况有以及其他相关信息；
其他数据采集采集单元16，用于采集监测区域内的山、城市的分布情况、地理位置以及监测区域内的地形、地势、气候以及其他相关信息。
本发明实施例提供的实时监测模块包括：
水量监测单元，用于利用水量传感器监测河湖的水量数据；
流速监测单元，用于利用流速传感器监测河湖的流速数据；
降雨量监测单元，用于利用雨量筒监测降雨量数据；
水温监测单元，用于利用温度传感器监测河湖水的温度数据；
图像采集单元，用于采集各监测点的河湖图像。
如图3所示，本发明实施例提供的图像预处理模块对采集的河湖遥感图像数据进行预处理包括：
S101，获取采集的河湖遥感图像，并对所述河湖遥感图像进行校正处理，得到校正后的河湖遥感图像；
S102，对校正后的河湖遥感图像进行滤波处理，并对滤波后的河湖遥感图像进行分辨率融合；
S103，对分辨率融合后的遥感图像进行色彩增强处理，得到预处理后的河湖遥感图像。
本发明实施例提供的模型构建模块基于采集的相关信息以及预处理后的遥感图像进行河湖分布三维模型的构建包括：
首先，获取预处理后的河湖遥感图像以及获取的城市、山的分布情况以及河湖、山、城市建筑的地理位置坐标；并基于获取的相关数据构建初始分布模型；
其次，获取河湖分布区域的地形、地势信息以及周边建筑信息，并将所述河湖分布区域的地形、地势信息以及周边建筑信息映射至所述初始分布模型中，得到三维场景模型；
最后，获取河流的落差、流向以及其他相关数据，并基于获取的数据进行三维场景模型的调整、优化与渲染，得到河湖分布三维模型。
本发明实施例提供的模型构建模块基于采集的相关信息以及预处理后的遥感图像进行河湖分布三维模型的构建还包括：
基于获取的地下水系相关信息获取地下水系的位置以及轮廓矢量数据，基于地下水系的位置将各地下水系的轮廓矢量数据添加至河湖分布三维模型对应位置。
二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用的应用实施例。
本发明的应用实施例提供了一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统。
本发明的应用实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统。
本发明的应用实施例提供了一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现所述所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于物联网河湖水量水质监测与管理系统，其特征在于，所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统包括：
模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的相关信息以及预处理后的遥感图像进行河湖分布三维模型的构建；
监测点确定模块，与中央控制模块连接，用于基于构建的三维模型确定各河湖监测点的设置位置；
实时监测模块，与中央控制模块连接，用于基于确定的河湖监测点的位置布设多种传感器，利用布设的多种传感器进行河湖监测；
水质检测模块，与中央控制模块连接，用于基于各监测点采集的水样进行各河湖的水质检测；
异常分析模块，与中央控制模块连接，用于对监测或采集的相关信息进行分析；
综合评估模块，与中央控制模块连接，用于基于采集、监测的相关信息进行对应河湖状态的综合评估；
预警模块，与中央控制模块连接，用于当出现异常情况时，利用报警器进行报警。
2.如权利要求1所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统，其特征在于，所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统还包括：
信息采集模块，与中央控制模块连接，用于采集监测区域内的河湖以及其他相关信息；
图像采集模块，与中央控制模块连接，用于获取监测区域内的河湖遥感图像；
图像预处理模块，与中央控制模块连接，用于对采集的河湖遥感图像数据进行预处理；
中央控制模块，与信息采集模块、图像采集模块、图像预处理模块、模型构建模块、监测点确定模块、实时监测模块、水质检测模块、异常分析模块、综合评估模块、预警模块、存储模块以及显示模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
存储模块，与中央控制模块连接，用于利用存储器对采集的相关信息、监测得到的数据、异常分析结果、综合评估结果、报警信息以及构建的河湖分布三维模型进行存储；
显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示器对采集的相关信息、监测得到的数据、异常分析结果、综合评估结果、报警信息以及构建的河湖分布三维模型进行显示。
3.如权利要求2所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统，其特征在于，所述信息采集模块包括：
河湖信息采集单元，用于获取监测区域内的河湖的数量、流向、性质、落差、所处位置以及其他历史流量信息；
地下水系采集单元，用于采集监测区域内的地下水系数量、分布、连通情况有以及其他相关信息；
其他数据采集采集单元，用于采集监测区域内的山、城市的分布情况、地理位置以及监测区域内的地形、地势、气候以及其他相关信息。
4.如权利要求1所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统，其特征在于，所述实时监测模块包括：
水量监测单元，用于利用水量传感器监测河湖的水量数据；
流速监测单元，用于利用流速传感器监测河湖的流速数据；
降雨量监测单元，用于利用雨量筒监测降雨量数据；
水温监测单元，用于利用温度传感器监测河湖水的温度数据；
图像采集单元，用于采集各监测点的河湖图像。
5.如权利要求2所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统，其特征在于，所述图像预处理模块对采集的河湖遥感图像数据进行预处理包括：
首先，获取采集的河湖遥感图像，并对所述河湖遥感图像进行校正处理，得到校正后的河湖遥感图像；
其次，对校正后的河湖遥感图像进行滤波处理，并对滤波后的河湖遥感图像进行分辨率融合；
最后，对分辨率融合后的遥感图像进行色彩增强处理，得到预处理后的河湖遥感图像。
6.如权利要求1所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统，其特征在于，所述模型构建模块基于采集的相关信息以及预处理后的遥感图像进行河湖分布三维模型的构建包括：
首先，获取预处理后的河湖遥感图像以及获取的城市、山的分布情况以及河湖、山、城市建筑的地理位置坐标；并基于获取的相关数据构建初始分布模型；
其次，获取河湖分布区域的地形、地势信息以及周边建筑信息，并将所述河湖分布区域的地形、地势信息以及周边建筑信息映射至所述初始分布模型中，得到三维场景模型；
最后，获取河流的落差、流向以及其他相关数据，并基于获取的数据进行三维场景模型的调整、优化与渲染，得到河湖分布三维模型。
7.如权利要求2所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统，其特征在于，所述模型构建模块基于采集的相关信息以及预处理后的遥感图像进行河湖分布三维模型的构建还包括：
基于获取的地下水系相关信息获取地下水系的位置以及轮廓矢量数据，基于地下水系的位置将各地下水系的轮廓矢量数据添加至河湖分布三维模型对应位置。
8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1-7任意一项所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1-7任意一项所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求1-7任意一项所述所述基于物联网河湖水量水质监测与管理系统。
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