CN116321383A - 滨海湿地水质生态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种滨海湿地水质生态监测系统，涉及非专用于特定变量的测量领域，包括感知层，传输层，应用层，传输层通过无线传输网络分别与感知层和应用层连接；传输层包括相互网络连接的：通讯模块，WEB服务器，网络基站，通讯模块接收感知层传感器的数据，WEB服务器包括数据存储模块，数据融合模块和节能处理模块，数据融合模块从数据存储模块获取信息，把感知层任一个传感器的数据信息作为一个数据帧，以网关设备接收时间作为帧头标志，把采集的某一时刻传感器不同数据作为帧内容，为应用层提供决策数据；节能处理模块通过对数据帧进行比对分析，动态调控传感器休眠时间，节省了数据采集阶段的能源消耗，减少了后期长期监测的维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及非专用于特定变量的测量技术领域，具体是一种滨海湿地水质生态监测系统。
背景技术
湿地水质的状态直接影响了湿地的生态系统，湿地水质监测需要传感器实时工作，消耗较多的电能，户外环境电力供应和更换成本较高，在不影响检测结果的情况下通过传感器休眠技术可以大大提高监测系统电力供应的时间，减少后期维护成本。
发明专利202211192700.6 海岸生态监测系统，利用单独的海风发电系统为水域监测系统供电，增加了大量能源获取成本。
发明专利202111460968.9 一种水源地生态监测预警系统及其控制方法，通过在无人船上设置单独的光伏发电模块为系统供电。
以上述专利为代表的生态监测系统，都没有涉及传感器节能技术，使用成本较高。
发明内容
本发明提供一种滨海湿地水质生态监测系统，解决了上述背景技术中所提出的问题。
一种滨海湿地水质生态监测系统，其中，包括感知层，传输层，应用层，传输层通过无线传输网络分别与感知层和应用层连接；
所述感知层包括位于不同地理位置的传感器，所述传感器之间通过局域通信网络连接，传感器网络无线连接传输层；
所述传输层包括相互网络连接的：通讯模块，WEB服务器，网络基站，传输层负责数据的接收，融合和发送；所述通讯模块接收感知层传感器的数据，所述WEB服务器包括数据存储模块，数据融合模块和节能处理模块，其中数据存储模块用于存储从通讯模块中获取的信息，数据融合模块从数据存储模块中获取信息，把感知层的任一个传感器的数据信息作为一个数据帧，以网关设备接收时间作为帧头标志，把采集的某一时刻传感器不同数据作为帧内容，为应用层提供决策数据；节能处理模块通过对数据帧进行比对分析，动态调控传感器休眠时间；
所述应用层为用户终端，根据传输层的数据，对感知层数据的变化实现人机交互，用户终端通过无线网络和传输层连接，所述人机交互以网关设备接收时间作为相关性因素。
进一步的，所述节能处理模块对数据融合模块的数据帧进行比对分析，对同一个传感器的数据帧以不同时间间隔为单位进行对比，采集的数据变化在设定阈值之内，延长比对时间直到数据变化范围超出范围为止，以此的最大时间间隔为传感器的休眠时间，当休眠后的传感器数据连续超出范围，缩小传感器休眠时间直到采集的数据变化在设定阈值之内；对同型号的不同传感器的数据帧进行对比；在连续设定的次数下，相同时间的数据帧数据在设定阈值之内，周期性休眠其中一个传感器。
进一步的，所述节能处理模块通过对数据帧进行比对分析的方法是：把数据帧内容部分的不同检测数据归一化成相同数值范围，之后用平均值比较。
进一步的，所述传感器为设置于湿地水中的水质检测传感器，所述水质检测传感器采集的不同数据为：水温，溶解氧，电导率，浊度，PH值，氨氮。
本发明有益效果：本发明通过在传感器网络中实施动态控制的休眠技术，大大节省了数据采集阶段的能源消耗，减少了后期长期监测的维护成本。对生态监控系统的推广实施提供了技术保障。
附图说明
图1：系统整体实施结构图；
图2：ZigBee网络结构拓扑结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
由图1、图2所示：组建ZigBee网络，包括相互无线连接的终端，路由器，协调器，其中终端为无线传感器节点，配合专用数据采集系统：包括水质检测传感器，型号为Manta2，水质检测传感器连接CR1000数据采集器扩展形成终端数据采集系统，而后通过ZigBee网络的协调器节点将已采集数据进行汇总和发送，数据传输方式为点对点传输，从而实现湿地水质生态数据的实时采集。数据采集系统与通讯模块连接，通讯模块采用的是宏电公司型号H7710的工业级DTU，每个终端检测点之间都通过ZigBee局部通信网络完成数据的采集和传输，在通过4G/5G网络及WIFI进行数据传输。
ZigBee网络传感器节点，功耗低，便于维护，但是数据采集系统的水质检测传感器Manta2和CR1000数据采集器相对能耗较高，能源成本高，需要进行节能处理。
一种滨海湿地水质生态监测系统，其特征在于，包括感知层，传输层，应用层，传输层通过无线传输网络分别与感知层和应用层连接；
所述感知层包括位于不同地理位置的传感器，所述传感器之间通过局域通信网络ZigBee连接，传感器网络无线连接传输层；
所述传输层包括相互网络连接的：通讯模块，WEB服务器，网络基站，传输层负责数据的接收，融合和发送；所述通讯模块接收感知层传感器的数据，所述WEB服务器包括数据存储模块，数据融合模块和节能处理模块，其中数据存储模块用于存储从通讯模块中获取的信息，数据融合模块从数据存储模块中获取信息，把感知层的任一个传感器的数据信息作为一个数据帧，以网关设备接收时间作为帧头标志，把采集的某一时刻传感器不同数据作为帧内容，为应用层提供决策数据；水质检测传感器采集的不同数据为：水温，溶解氧，电导率，浊度，PH值，氨氮。数据帧格式如表1所示：
表1：数据帧格式表
| 接收时间 | 水温 | 溶解氧 | 电导率 | 浊度 | PH值 | 氨氮 |
| 20230422052435 | 12.34 | 22.35 | 44 | 390.3 | 6.89 | 15 |
此数据帧是一传感器在2023年4月22日5时24分35秒采集的数据，下面对其数据进行归一化处理，所述节能处理模块通过对数据帧进行比对分析的方法是：把数据帧内容部分的不同检测数据根据Manta2的测量范围归一化成相同数值范围，之后用平均值比较。具体归一化规则如表2所示：
表2：测量项目归一化规则表
| 测量项目 | 数值范围 | 精度 | 归一化方法 |
| 水温 | -5°C - 50 °C | 0.01°C | 乘2 |
| 溶解氧（CLARK 极谱法） | 0 - 50 mg/l | 0.01 mg/l | 乘2 |
| 电导 | 0 - 100 mS/cm | 4 digits | 不变 |
| 浊度（带自清洁） | 0 - 3000 NTU | 0.1 NTU | 除30 |
| PH | 2 - 12 PH | 0.01 units | 乘8 |
| 氨氮 | 0－100mg/L-N | 不变 |
归一化数值为： 水温12.34乘2；溶解氧22.35乘2；电导率44；浊度390.3除30;PH值6.89乘8；氨氮15。上述数值求和取平均数为：32.75。
对同一个传感器的数据帧以不同时间间隔为单位进行对比，例如1分钟，采集的数据变化在设定阈值之内，例如阈值设定为正负0.1，相隔1分钟的两个数据帧，归一化均值变化范围小于0.1延长比对时间至2分钟，3分钟......直到数据变化范围超出范围为止，以此时的最大时间间隔为传感器的休眠时间例如30分钟；当休眠后的传感器数据30分钟间隔数据连续超出范围，缩小传感器休眠时间直到采集的数据变化在设定阈值之内，如此循环形成动态休眠调控；对同型号的不同传感器的数据帧进行对比；在连续设定的次数下例如3次，相同时间的数据帧归一化均值数据在设定阈值正负0.1之内，周期性休眠其中一个传感器。
应用层为用户终端，根据传输层的数据，对感知层数据的变化实现人机交互，用户终端通过无线网络和传输层连接，所述人机交互以网关设备接收时间作为相关性因素，数据帧存放于Web服务器，通过数据帧帧头时间标志进行关键字查询处理。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种滨海湿地水质生态监测系统，其特征在于，包括感知层，传输层，应用层，传输层通过无线传输网络分别与感知层和应用层连接；
所述感知层包括位于不同地理位置的传感器，所述传感器之间通过局域通信网络连接，传感器网络无线连接传输层；
所述传输层包括相互网络连接的：通讯模块，WEB服务器，网络基站，传输层负责数据的接收，融合和发送；所述通讯模块接收感知层传感器的数据，所述WEB服务器包括数据存储模块，数据融合模块和节能处理模块，其中数据存储模块用于存储从通讯模块中获取的信息，数据融合模块从数据存储模块中获取信息，把感知层的任一个传感器的数据信息作为一个数据帧，以网关设备接收时间作为帧头标志，把采集的某一时刻传感器不同数据作为帧内容，为应用层提供决策数据；节能处理模块通过对数据帧进行比对分析，动态调控传感器休眠时间；
所述应用层为用户终端，根据传输层的数据，对感知层数据的变化实现人机交互，用户终端通过无线网络和传输层连接，所述人机交互以网关设备接收时间作为相关性因素。
2.根据权利要求1所述的一种滨海湿地水质生态监测系统，其特征在于，所述节能处理模块对数据融合模块的数据帧进行比对分析，对同一个传感器的数据帧以不同时间间隔为单位进行对比，采集的数据变化在设定阈值之内，延长比对时间直到数据变化范围超出范围为止，以此的最大时间间隔为传感器的休眠时间，当休眠后的传感器数据连续超出范围，缩小传感器休眠时间直到采集的数据变化在设定阈值之内；对同型号的不同传感器的数据帧进行对比；在连续设定的次数下，相同时间的数据帧数据在设定阈值之内，周期性休眠其中一个传感器。
3.根据权利要求1所述的一种滨海湿地水质生态监测系统，其特征在于，所述节能处理模块通过对数据帧进行比对分析的方法是：把数据帧内容部分的不同检测数据归一化成相同数值范围，之后用平均值比较。
4.根据权利要求1所述的一种滨海湿地水质生态监测系统，其特征在于，所述传感器为设置于湿地水中的水质检测传感器，所述水质检测传感器采集的不同数据为：水温，溶解氧，电导率，浊度，PH值，氨氮。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1346878A2 (de) * | 2002-03-21 | 2003-09-24 | AM3 AutoMotive MultiMedia AG | Telemetrie-Einheit |
| CN102869079A (zh) * | 2012-09-20 | 2013-01-09 | 电子科技大学 | 一种自适应调整终端节点定时休眠周期的方法 |
| CN103227833A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-07-31 | 北京农业信息技术研究中心 | 土壤湿度传感器网络系统及其信息获取方法 |
| CN103744409A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-04-23 | 陕西理工学院 | 一种农村沼气池监测预警系统及方法 |
| CN105654231A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-06-08 | 天津大学 | 一种基于绿色校园生态信息平台的监测方法 |
| CN112738754A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-30 | 长江水利委员会长江科学院 | 一种基于边缘计算的山洪灾害预警监测系统 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1346878A2 (de) * | 2002-03-21 | 2003-09-24 | AM3 AutoMotive MultiMedia AG | Telemetrie-Einheit |
| CN102869079A (zh) * | 2012-09-20 | 2013-01-09 | 电子科技大学 | 一种自适应调整终端节点定时休眠周期的方法 |
| CN103227833A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-07-31 | 北京农业信息技术研究中心 | 土壤湿度传感器网络系统及其信息获取方法 |
| CN103744409A (zh) * | 2014-01-24 | 2014-04-23 | 陕西理工学院 | 一种农村沼气池监测预警系统及方法 |
| CN105654231A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-06-08 | 天津大学 | 一种基于绿色校园生态信息平台的监测方法 |
| CN112738754A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-30 | 长江水利委员会长江科学院 | 一种基于边缘计算的山洪灾害预警监测系统 |
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