CN115494206A - 一种具有智能管控功能的水站系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有智能管控功能的水站系统，属于水质检测技术领域，包括浮球、监控单元、五参数单元、高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站、运维控制单元，浮球上设置有水位计，该浮球用于放置在水域中，监控单元，包括摄像头与收放线机，摄像头用于拍摄水域内的图像信息，收放线机通过绳索与浮球连接，用于浮球的收放调节，五参数单元，用于检测水样的PH值、水温、浊度、电导率、溶解氧，高锰酸盐指数分析站，用于监测水样的高锰酸盐指数，氨氮分析站，用于监测水样的氨氮指数；本发明，通过利用卷积神经网络模型实现对水域浮球的识别，以达到水域预警分析的目的，从而保证水站系统对于水样的监测更加可靠、准确。

Description

一种具有智能管控功能的水站系统
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，特别涉及一种具有智能管控功能的水站系统。
背景技术
水站系统是以水质在线分析站器为主体，运用自动测量技术、自动分析技术、自动控制技术、计算机应用技术、通讯网络技术等多学科的现代技术组成的一个综合性的在线自动检测体系，是环境保护部门实现有效监控河流及饮用水源地水质变化、控制水质污染的重要技术手段，主要功能是实时的监视水质变化局势，定性、定量的掌握流经监测断面的污染物通量，监测断面污染物浓度及通量的时间变化规律，为流域污染防治及其监督管理提供科学依据；
目前的水站系统，不具有水区域AI算法识别功能，无法达到水域预警的目的，并且对于各个分析站中的药液不具有实时监控功能，当药液剩余不多时，无法及时进行补给。
发明内容
本发明就在于为了解决上述的问题而提供一种具有智能管控功能的水站系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种具有智能管控功能的水站系统，包括
浮球，浮球上设置有水位计，该浮球用于放置在水域中；
监控单元，包括摄像头与收放线机，所述摄像头用于拍摄水域内的图像信息，所述收放线机通过绳索与浮球连接，用于浮球的收放调节；
五参数单元，用于检测水样的PH值、水温、浊度、电导率、溶解氧；
高锰酸盐指数分析站，用于监测水样的高锰酸盐指数；
氨氮分析站，用于监测水样的氨氮指数；
总氮分析站，用于监测水样中所有含氮化合物的氮的总和；
总磷分析站，用于水样中总磷的测定；
运维控制单元，用于控制收放线机的正反转运作以及收集水位计与监控单元所反馈的数据信息，并根据数据信息做水域预警分析，具体的分析方式表现为：
先实时获取水位计所反馈的数值，将该实时数值与预设数值做比较，当该实时数值超过预设数值时，则判定该浮球处于破损沉底状态，生成浮球破损信号；
当该实时数值未超过预设数值时，则进一步调取图像信息，把图像信息输入至一个经过训练的卷积神经网络模型，得到图像的识别结果，识别成功时，则生成浮球状态正常信号，识别不成功时，则生成浮球状态异常信号。
进一步在于，所述五参数单元包括采样泵、水样管、参数检测腔室、排水管、过滤器，通过采样泵抽入水样，水样通过水样管分别进入至参数检测腔室和过滤器，参数检测腔室中的水样通过排水管排出，过滤器通过对应管道分别输送至高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站，水样再通过各个分析站对应的排水管排出。
进一步在于，所述参数检测腔室内设置有PH传感器、水温传感器、浊度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器。
进一步在于，所述运维控制单元由数据运维模块、显示端组成，所述数据运维模块用于收集五参数单元、高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站所反馈的监测信息，并将监测信息进行可视化展现。
进一步在于，所述运维控制单元、五参数单元、高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站还包括有人脸识别模块、电磁锁、安全门以及若干个重量传感器，人脸识别模块用于抓取现场工作人员的面部信息，并将面部信息发送给数据运维模块，与数据运维模块预先录入的数据库人员进行比对，比对失败时，则非合法人员站立前的安全门保持关闭状态，比对成功时，则对应的电磁锁打开，合法人员站立前的安全门开启。
进一步在于，所述五参数单元、高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站均通过com口将所监测信息传递给运维控制单元。
进一步在于，每个所述重量传感器设置有对应的电子标签，每个重量传感器上可放置不同的药液。
进一步在于，所述重量传感器将药液重量发送给运维控制单元，运维控制单元可根据电子标签查询不同药液的重量。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明，通过利用卷积神经网络模型实现对水域浮球的识别，以达到水域预警分析的目的，从而保证水站系统对于水样的监测更加可靠、准确；
该水站系统还能够通过运维控制单元与重量传感器，实现对各个药液的实时监测，以便于药液的及时补给。
附图说明
图1为本发明的系统组成图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达呈目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照如图1所示，本发明实施例提供了一种具有智能管控功能的水站系统，包括
浮球，浮球上设置有水位计，该浮球放置在水域中；
监控单元，包括摄像头与收放线机，所述摄像头用于拍摄水域内的图像信息，收放线机通过绳索与浮球连接，用于浮球的收放调节；
运维控制单元，用于控制收放线机的正反转运作以及收集水位计与监控单元所反馈的数据信息，并根据数据信息做水域预警分析，具体的分析方式表现为：
先实时获取水位计所反馈的数值，将该实时数值与预设数值做比较，当该实时数值超过预设数值时，则判定该浮球处于破损沉底状态，生成浮球破损信号，即代表当前浮球处于破损沉底的状态，无需再对图像信息进行识别分析，可通过运维控制单元启动收放线机转动，利用绳索将破损的浮球收回，以方便更换新的浮球；
当该实时数值未超过预设数值时，则进一步调取图像信息，把图像信息输入至一个经过训练的卷积神经网络模型，得到图像中关于浮球的识别结果，浮球识别成功时，则生成浮球状态正常信号，代表浮球当前处于摄像头的拍摄范围内，并且浮球表面并没有缠绕杂物，能够被正常识别出来，该水域处于正常状态，并没有进入大量杂物导致浮球无法识别，也没有排入大量水体导致浮球飘走，此时，对于该区域内的水样进行监测更加准确；
识别不成功时，则生成浮球状态异常信号，代表浮球当前不处于摄像头的拍摄范围或浮球周围缠绕有杂物导致无法正常识别出浮球，即当前水域受到杂物或其他水体排入的影响，处于异常状态，系统不对此种状态下的水样进行监测，直到水域恢复正常，上述卷积神经网络模型形成步骤为：
对原始图像进行灰度化处理、Sobel算子梯度处理、均值滤波处理、二值化处理，找到图像中的最大轮廓；
框选图像中关键信息，框选后对图像进行裁剪并填充为正方形图像，通过数据增强算法，对所有原始图像进行水平翻转、垂直翻转和水平垂直翻转操作，将数据量变为原来的四倍，再将翻转后的图像旋转90°、180°、270°，将数据量变为初始的十二倍，将处理好的图像进行归一化处理，并为每张图像贴上对应的标签，将80％的图像作为训练数据集，20％的图像作为测试数据集；
在完成模型搭建后进行训练，首先初始化所有权重和偏置，将所有训练集数据分批次沿卷积神经网络进行前向传播得到预测值，将预测值与对应输入的标签值进行比较得出误差值即损失函数的值；
根据损失函数，利用随机梯度下降法去跟新层权重与偏置的值以优化参数从而完成卷积神经网络的后续传播，计算训练集结果准确率，若准确率满足要求则停止训练，若不满足，直到训练次数达到满足为止；
进一步的，运维控制单元由数据运维模块、显示端组成，数据运维模块用于收集五参数单元、高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站所反馈的监测信息，并将监测信息进行可视化展现，其中，五参数单元、高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站均为通过com口将所监测信息传递给运维控制单元；
其中，五参数单元，用于检测水样的PH值、水温、浊度、电导率、溶解氧，高锰酸盐指数分析站，用于监测水样的高锰酸盐指数，氨氮分析站，用于监测水样的氨氮指数，总氮分析站，用于监测水样中所有含氮化合物的氮的总和，总磷分析站，用于水样中总磷的测定；
五参数单元包括采样泵、水样管、参数检测腔室、排水管、过滤器，通过采样泵抽入水样，水样通过水样管分别进入至参数检测腔室和过滤器，参数检测腔室中的水样通过排水管排出，过滤器通过对应管道分别输送至高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站，水样再通过各个分析站对应的排水管排出，其中，参数检测腔室内设置有PH传感器、水温传感器、浊度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器，可用于分别检测水样的PH值、水温、浊度、电导率、溶解氧；
基于上述内容，运维控制单元、五参数单元、高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站还包括有人脸识别模块、电磁锁、安全门以及若干个重量传感器；
人脸识别模块用于抓取现场工作人员的面部信息，并将面部信息发送给数据运维模块，与数据运维模块预先录入的数据库人员进行比对，比对失败时，则非合法人员站立前的安全门保持关闭状态，比对成功时，则对应的电磁锁打开，合法人员站立前的安全门开启，相较于传统的机械锁，本发明采用人脸识别解锁，更加方便；
每个重量传感器设置有对应的电子标签，电子标签可自定义编辑，电子标签可为药液的名称，每个重量传感器上可放置不同的药液，重量传感器将药液重量发送给运维控制单元，运维控制单元可根据电子标签查询不同药液的重量。
本发明在使用时，浮球放置于水域内，由监控单元拍摄画面，并将图像信息反馈给运维控制单元，当浮球上的水位计所反馈的实时数值未超过预设数值时，则由运维控制单元对图像中的浮球进行识别，以达到预警分析的目的，当浮球识别正常时，则系统可执行正常的检测作业，当浮球识别异常时，则当前水域不适合进行检测作业，水域的检测作业由五参数单元、高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站执行，检测到的所有信息统一反馈给运维控制单元显示，还可通过运维控制单元与重量传感器的配合，实现对各个药液的实时监测，以便于药液的及时补给。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种具有智能管控功能的水站系统，其特征在于，包括
浮球，浮球上设置有水位计，该浮球用于放置在水域中；
监控单元，包括摄像头与收放线机，所述摄像头用于拍摄水域内的图像信息，所述收放线机通过绳索与浮球连接，用于浮球的收放调节；
五参数单元，用于检测水样的PH值、水温、浊度、电导率、溶解氧；
高锰酸盐指数分析站，用于监测水样的高锰酸盐指数；
氨氮分析站，用于监测水样的氨氮指数；
总氮分析站，用于监测水样中所有含氮化合物的氮的总和；
总磷分析站，用于水样中总磷的测定；
运维控制单元，用于控制收放线机的正反转运作以及收集水位计与监控单元所反馈的数据信息，并根据数据信息做水域预警分析，具体的分析方式表现为：
先实时获取水位计所反馈的数值，将该实时数值与预设数值做比较，当该实时数值超过预设数值时，则判定该浮球处于破损沉底状态，生成浮球破损信号；
当该实时数值未超过预设数值时，则进一步调取图像信息，把图像信息输入至一个经过训练的卷积神经网络模型，得到图像的识别结果，识别成功时，则生成浮球状态正常信号，识别不成功时，则生成浮球状态异常信号。
2.根据权利要求1所述的一种具有智能管控功能的水站系统，其特征在于：所述五参数单元包括采样泵、水样管、参数检测腔室、排水管、过滤器，通过采样泵抽入水样，水样通过水样管分别进入至参数检测腔室和过滤器，参数检测腔室中的水样通过排水管排出，过滤器通过对应管道分别输送至高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站，水样再通过各个分析站对应的排水管排出。
3.根据权利要求2所述的一种具有智能管控功能的水站系统，其特征在于：所述参数检测腔室内设置有PH传感器、水温传感器、浊度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器。
4.根据权利要求1所述的一种具有智能管控功能的水站系统，其特征在于：所述运维控制单元由数据运维模块、显示端组成，所述数据运维模块用于收集五参数单元、高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站所反馈的监测信息，并将监测信息进行可视化展现。
5.根据权利要求1所述的一种具有智能管控功能的水站系统，其特征在于：所述运维控制单元、五参数单元、高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站还包括有人脸识别模块、电磁锁、安全门以及若干个重量传感器，人脸识别模块用于抓取现场工作人员的面部信息，并将面部信息发送给数据运维模块，与数据运维模块预先录入的数据库人员进行比对，比对失败时，则非合法人员站立前的安全门保持关闭状态，比对成功时，则对应的电磁锁打开，合法人员站立前的安全门开启。
6.根据权利要求1所述的一种具有智能管控功能的水站系统，其特征在于：所述五参数单元、高锰酸盐指数分析站、氨氮分析站、总氮分析站、总磷分析站均通过com口将所监测信息传递给运维控制单元。
7.根据权利要求5所述的一种具有智能管控功能的水站系统，其特征在于：每个所述重量传感器设置有对应的电子标签，每个重量传感器上可放置不同的药液。
8.根据权利要求7所述的一种具有智能管控功能的水站系统，其特征在于：所述重量传感器将药液重量发送给运维控制单元，运维控制单元可根据电子标签查询不同药液的重量。
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