CN205051810U - 一种河流微型综合监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种河流微型综合监测系统，属于监控技术领域，在该河流微型综合监测系统中包括：至少一个用于采集第一信息的微型监测站，用于采集第二信息的河流监测无人机，和用于接收第一信息和第二信息并进行整合、分析和显示以及用于对每个微型监测站和河流监测无人机进行控制的监控中心；每两个微型监测站间隔预设距离设置在河流内，且每个微型监测站通过无线网络与监控中心进行双向通信；河流监测无人机设置在河流上空，且河流监测无人机通过无线网络与监测中心进行双向通信。该河流微型综合监测系统实现了对河流水文信息、水质信息、气象信息以及视频图像信息的全方位监测，同时具备监测、预警和数据分析等功能。

Description

一种河流微型综合监测系统

技术领域

本实用新型涉及监控技术领域，尤其涉及河流微型综合监测系统。

背景技术

近年来对河流的气象、水文、水质等监测越来越为人们所关注，河流水资源整体的保护、调度与综合利用成为必要研究方向。国家对河流的监测投入了大量的人力、物力和财力，建设了许多大型水文站、水位站、气象站以及环境监测站，这些监测站的投入和使用对河流流域的监测和保护起到了至关重要的作用，但是现有的监测站还不能满足对河流流域整体监测的要求，主要体现在：

(1)数量不足。目前干流上虽然已建设有诸多的水文站，但是还远远不够实现全方位立体的监控和调度：针对水污染和气象的监测站数量不足；针对采砂的监测站还没有；支流水域监测站更加不足。

(2)信息不能共享。目前由于工作特点和管理体制等因素影响，干支流、上下游、局与局、站与站之间资料交流较少，流域内气象、水文、水质等信息无法共享，主要还是通过年度资料汇编、刊印实现共享和交流，这不能满足流域管理治理建设、防汛抢险、水资源管理以及污染源的实时监测与管控等方面的要求。另外由于某些干流流域存在私自采砂行为，严重影响了河道正常的行洪与泄洪，每到汛期，政府需要额外花大量的人力物力监控私采滥挖行为。

(3)所建监测站都为固定式。目前特殊的时段以及特殊的地点，在没有监测站的地方，突然暴发洪水，水污染等突发性的事件，管理部门无法及时的调查取证，掌握动态实时的情况。

(4)目前所建的大型有人或无人监测站，不论建设还是运营，都需要大量的人力和财力，限制监测站点数量的增长。

随着技术的发展，针对大型有人监测站的不足，有人提出无人小型(微型)监测站系统，该系统主要采用各种高精度传感器，将所采集到的信息传送到后台。此类小型监测站的发展趋势，一是结构由集中式向分布式发展，小型监测站应最大程度地保证自动运行以减少维护费用和人力资源，因此其结构设计要充分注意模块化和扩展性；并且任何硬件模块都应是可升级的，以适应仪器将来的扩展。二是传感器技术的不断进步以及要素传感器种类不断增多，由于社会需求的不断增加，要求观测项目与之同步增加，这需要更多的要素传感器应用到监测站中，例如：测云传感器、能见度传感器、天气现象传感器等等。但目前这种功能单一的小型监测站主要是针对某一种应用监测，比如有小型气象监测站或小型水文监测站，仍无法实现信息的综合监测，而要采集更多信息需要投资建造更多不同的监测站，浪费了人力和物力。另外由于此类监测站固定，仍无法实现无监测站地点的实时监测。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种河流微型综合监测系统，其在河流内每个预设距离设置一个微型监测站，并且在河流上空设置河流监测无人机，实现对河流内水文信息、水质信息、第一气象信息以及第一视频图像信息、第二气象信息以及第二视频图像信息的采集，实现对河流的全方位监测。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种河流微型综合监测系统，所述河流微型综合监测系统中包括：至少一个用于采集第一信息的微型监测站，用于采集第二信息的河流监测无人机，和用于接收所述第一信息和所述第二信息并分别对所述第一信息和所述第二信息进行整合、分析和显示以及用于对每个所述微型监测站和所述河流监测无人机进行控制的监控中心；所述微型监测站均匀分布在河流内，且每个所述微型监测站通过无线网络与所述监控中心进行双向通信；所述河流监测无人机设置在所述河流上空，且所述河流监测无人机通过无线网络与所述监控中心进行双向通信。

优选地，所述第一信息包括河流内的水文信息、水质信息、第一气象信息以及第一视频图像信息；

所述第二信息包括河流上空的第二气象信息和第二视频图像信息。

优选地，每个所述微型监测站(10)中包括：多个用于采集所述水文信息和所述水质信息的有线传感器(11)，多个用于采集所述第一气象信息的无线传感器(12)，用于采集所述第一视频图像信息的摄像头(14)以及用于接收所述水文信息、所述水质信息、所述第一气象信息和所述第一视频图像信息并进行处理的处理器(13)，以及用于实现微型监测站(10)与监控中心(30)之间无线通信的第一无线通信模块(15)；其中，每个所述有线传感器(11)通过有线的方式与所述处理器(13)进行双向通信，每个所述无线传感器(12)通过无线的方式与所述处理器(13)进行双向通信，所述摄像头(14)通过有线的方式与所述处理器(13)进行双向通信；所述第一无线通信模块(15)与所述处理器(13)连接并进行双向通信。

优选地，所述有线传感器通过RS-485总线与所述处理器进行双向通信。

优选地，所述无线传感器(12)由第一CC2530芯片和采集气象信息的相关传感器构成，并与处理器(13)连接的第二CC2530芯片构成Zigbee无线网络，且所述无线传感器(12)通过所述第二CC2530芯片实现与所述处理器(13)之间的无线双向通信。

优选地，所述摄像头通过USB方式与所述处理器进行双向通信；

优选地，每个所述微型监测站通过GPRS/3G网络与所述监控中心进行双向无线通信。

优选地，所述河流监测无人机(20)包括：用于控制所述河流监测无人机(20)飞行状态的飞行控制器(21)、用于对所述河流监测无人机(20)的位置进行定位的GPS定位器(22)、用于采集所述第二气象信息的传感器组(23)、用于采集所述第二视频图像信息的图像采集器(24)、用于获取所述第二气象信息和所述第二视频图像信息并进行处理的主控制器(25)以及用于实现河流监测无人机(20)与监控中心(30)之间无线通信的第二无线通信模块(26)；其中，所述飞行控制器(21)与所述主控制器(25)连接并进行双向通信，所述GPS定位器(22)与所述主控制器(25)连接并进行双向通信，所述传感器组(23)与所述主控制器(25)连接并进行双向通信，所述图像采集器(24)与所述主控制器(25)连接并进行双向通信，所述第二无线通信模块(26)与主控制器(25)连接并进行双向通信。

优选地，所述第二无线通信模块(26)与所述监控中心(30)之间进行通信的频率为2.4GHz。

优选地，所述河流监测无人机的工作模式包括：视距内的人工遥控飞行模式和视距外的GPS导航自助巡航模式。

本实用新型提供的河流微型综合监测系统，能够带来以下有益效果：

在本实用新型中提供的河流微型综合监测系统，通过在河流内设置多个微型监测站、河流监测无人机以及监控中心，实现了对河流水文信息、水质信息、气象信息以及视频图像信息的全方位监测，同时具备监测、预警和数据分析等功能；再有，本实用新型提供的系统成本低且无人值守，故可在河流流域内大量部署，而不必担心耗费过多的人力物力；另外，在本实用新型中，在固定微型监测站之间或没有设置微型监测站的地方部署河流监测无人机，进而将河流的突发事件等动态实时的情况反馈回给监控中心；最后，在微型监测站中设置有线传感器和无线传感器来获取各种数据，使得本实用新型提供的河流微型综合监测系统适应性更广。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本实用新型中河流微型综合监测系统结构示意图；

图2为本实用新型中微型监测站结构示意图；

图3为本实用新型中河流监测无人机流程示意图。

附图标记：

10-微型监测站，11-有线传感器，12-无线传感器，13-处理器，14-摄像头，15-第一无线通信模块，20-河流监测无人机，21-飞行控制器，22-GPS定位器，23-传感器组，24-图像采集器，25-主控制器，26-第二无线通信模块，30-监控中心。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

如图1所示为本实用新型提供的河流微型综合监测系统的结构示意图，从图中可以看出，该河流微型综合监测系统中包括：至少一个微型监测站10(如图中，包括第一微型监测站、第二微型监测站等)、河流监测无人机20以及监控中心30，其中，微型监测站10均匀分布在河流内(每两个微型监测站10之间间距相同的距离，当然，也要根据具体情况而定，有的时候有些地方需要多设置几个微型监测站10，则多设置几个)，且每个微型监测站10通过无线网络与监控中心30进行双向通信；河流监测无人机20设置在河流上空，且河流监测无人机20通过无线网络与监控中心30进行双向通信。

具体来说，所述微型监测站10用于采集第一信息，该第一信息包括河流内的水文信息、水质信息、第一气象信息以及第一视频图像信息。在具体实施例中，如图2所示，每个微型监测站10中包括：多个用于采集水文信息和水质信息的有线传感器11(如图中第一有线传感器、第二有线传感器等)，多个用于采集第一气象信息的无线传感器12(如图中第一无线传感器、第二无线传感器等；在工作过程中，将这里描述的无线传感器12作为Zigbee网络中一个无线传感器节点进行数据的采集，即图中的第一无线传感器为第一无线传感器节点，第二无线传感器为第二无线传感器节点)，用于采集第一视频图像信息的摄像头14以及用于接收水文信息、水质信息、第一气象信息和第一视频图像信息并进行处理的处理器13以及用于实现微型监测站10与监控中心30之间无线通信的第一无线通信模块15；其中，每个有线传感器11通过有线的方式与处理器13进行双向通信，每个无线传感器12通过无线的方式与处理器13进行双向通信，摄像头14通过有线的方式与处理器13进行双向通信，第一无线通信模块15与所述处理器13连接并进行双向通信。更具体来说，在该实施例中，有线传感器11通过RS-485总线与处理器13进行双向通信；无线传感器12通过第一CC2530芯片及相关采集气象信息的传感器构成，并与处理器连接的第二CC2530芯片构成zigbee无线网络，实现无线传感器12与处理器13之间的无线双向通信(可以看出，在实际应用中，这里无线传感器12是通过第二CC2530来实现与处理器13通信，且在处理数据的过程中，处理器13作为主CPU，第二CC2530作为从CPU)；摄像头14通过USB方式与处理器13进行双向通信；每个微型监测站10通过GPRS/3G网络与监控中心30进行双向无线通信(即在该实施例中，这里的第一无线通信模块为但不限于GPRS/3G模块)。更进一步来说，在该实施例中，第一气象信息具体包括温湿度、风向、光照等，进而，无线传感器12包括温度传感器、湿度传感器、风向传感器、光照传感器等以获取上述第一气象信息；又为了获取水文信息、水质信息等，上述的有线传感器11具体包括水文传感器、水质传感器等；再有，为了获取第一信息并对其进行处理，处理器13使用的是型号为STM32F103作为主处理器。当然，在本实施例中，我们对各个传感器、处理器13、摄像头14的具体型号不做具体限定，只要其能实现本实用新型的目的，都包括在本实用新型的内容中。

河流监测无人机20用于采集第二信息，该第二信息包括河流上空的第二气象信息和第二视频图像信息。在具体实施例中，河流监测无人机20包括：用于控制河流监测无人机20飞行状态的飞行控制器21、用于对河流监测无人机20的位置进行定位的GPS定位器22、用于采集第二气象信息的传感器组23、用于采集第二视频图像信息的图像采集器24以及用于获取第二气象信息和第二视频图像信息并进行处理的主控制器25；其中，飞行控制器21与主控制器25连接并进行双向通信，GPS定位器22与主控制器25连接并进行双向通信，传感器组23与主控制器25连接并进行双向通信，图像采集器24与主控制器25连接并进行双向通信。进一步来说，在河流监测无人机20中还包括实现河流监测无人机20与监控中心30之间双向通信的第二无线通信模块26，如图3所示，且通信频率为2.4GHz，具体来说，第二无线通信模块26也可以为但不限于GPRS/3G模块。更具体来说，河流监测无人机20的飞行状态具体包括其飞行、悬停等动作，即通过飞行控制器21控制河流监测无人机20在飞行过程中的各种控制动作；上述第二气象信息与前面描述到的第一气象信息类似，都包括温湿度、光照等，即该传感器组23中具体包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器等实现上述目的；主控制器25采用型号为MSP430来控制飞行控制器21、GPS定位器22、传感器组23、图像采集器24的动作。更进一步来说，视距内的人工遥控飞行模式和视距外的GPS导航自助巡航模式。当然，在本实用新型中，我们对飞行控制器21、GPS定位器22、传感器组23、图像采集器24等的具体形式同样不做具体限定，只要其能实现本实用新型的目的。

监控中心30，用于接收第一信息和第二信息并分别对第一信息和第二信息进行整合、分析和显示以及用于对每个微型监测站和河流监测无人机20进行控制。

从以上的描述中可以看出，本实用新型在基于物联网技术上，提出河流微型综合监测系统，其可以同时监测气象、水文、水质、河道采砂等数据，同时具备监测、预警和数据分析等功能；又考虑到固定智能监测点的不足，构建出可在河流上空巡逻的小型无人监测飞行器，将采集到的河流信息实时反馈给后台监控中心30，真正实现实时、综合、智能以及面向全流域的低成本监测系统。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种河流微型综合监测系统，其特征在于，所述河流微型综合监测系统中包括：至少一个用于采集第一信息的微型监测站(10)，用于采集第二信息的河流监测无人机(20)，和用于接收所述第一信息和所述第二信息并分别对所述第一信息和所述第二信息进行整合、分析和显示以及用于对每个所述微型监测站(10)和所述河流监测无人机(20)进行控制的监控中心(30)；所述微型监测站(10)均匀分布在河流内，且每个所述微型监测站(10)通过无线网络与所述监控中心(30)进行双向通信；所述河流监测无人机(20)设置在所述河流上空，且所述河流监测无人机(20)通过无线网络与所述监控中心(30)进行双向通信。

2.如权利要求1所述的河流微型综合监测系统，其特征在于，

所述第一信息包括河流内的水文信息、水质信息、第一气象信息以及第一视频图像信息；

所述第二信息包括河流上空的第二气象信息和第二视频图像信息。

3.如权利要求2所述的河流微型综合监测系统，其特征在于，每个所述微型监测站(10)中包括：多个用于采集所述水文信息和所述水质信息的有线传感器(11)，多个用于采集所述第一气象信息的无线传感器(12)，用于采集所述第一视频图像信息的摄像头(14)以及用于接收所述水文信息、所述水质信息、所述第一气象信息和所述第一视频图像信息并进行处理的处理器(13)以及用于实现微型监测站(10)与监控中心(30)之间无线通信的第一无线通信模块(15)；其中，每个所述有线传感器(11)通过有线的方式与所述处理器(13)进行双向通信，每个所述无线传感器(12)通过无线的方式与所述处理器(13)进行双向通信，所述摄像头(14)通过有线的方式与所述处理器(13)进行双向通信；所述第一无线通信模块(15)与所述处理器(13)连接并进行双向通信。

4.如权利要求3所述的河流微型综合监测系统，其特征在于：

所述有线传感器(11)通过RS-485总线与所述处理器(13)进行双向通信。

5.如权利要求3或4所述的河流微型综合监测系统，其特征在于：

所述无线传感器(12)由第一CC2530芯片及相关传感器构成，并与处理器(13)连接的第二CC2530芯片构成zigbee无线网络，且所述无线传感器(12)通过所述第二CC2530芯片实现与所述处理器(13)之间的无线双向通信。

6.如权利要求5所述的河流微型综合监测系统，其特征在于，所述摄像头(14)通过USB方式与所述处理器(13)进行双向通信。

7.如权利要求3或4或6所述的河流微型综合监测系统，其特征在于，每个所述微型监测站(10)通过GPRS/3G网络与所述监控中心(30)进行双向无线通信。

8.如权利要求2或3所述的河流微型综合监测系统，其特征在于，所述河流监测无人机(20)包括：用于控制所述河流监测无人机(20)飞行状态的飞行控制器(21)、用于对所述河流监测无人机(20)的位置进行定位的GPS定位器(22)、用于采集所述第二气象信息的传感器组(23)、用于采集所述第二视频图像信息的图像采集器(24)、用于获取所述第二气象信息和所述第二视频图像信息并进行处理的主控制器(25)以及用于实现河流监测无人机(20)与监控中心(30)之间无线通信的第二无线通信模块(26)；其中，所述飞行控制器(21)与所述主控制器(25)连接并进行双向通信，所述GPS定位器(22)与所述主控制器(25)连接并进行双向通信，所述传感器组(23)与所述主控制器(25)连接并进行双向通信，所述图像采集器(24)与所述主控制器(25)连接并进行双向通信，所述第二无线通信模块(26)与主控制器(25)连接并进行双向通信。

9.如权利要求8所述的河流微型综合监测系统，其特征在于，所述第二无线通信模块(26)与所述监控中心(30)之间进行通信的频率为2.4GHz。

10.如权利要求9所述的河流微型综合监测系统，其特征在于，所述河流监测无人机(20)的工作模式包括：视距内的人工遥控飞行模式和视距外的GPS导航自助巡航模式。