[实用新型]一种基于无线传感网络水质监测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于水能源的监测领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络水质监测系统。

背景技术

水环境监测是水资源管理与保护的重要手段，目前，我国的水环境问题既多又突出，特别是严重的水污染公害和河道功能衰退的情势严峻，不仅制约着这些地方的经济发展，还威胁到百姓的生存环境。我国的水污染问题中，重金属、五毒局限于少数水域，有机污染呈加重势头，近期的趋势分析评价表明，水污染总体呈加重趋势，其演变趋势为由支流向干流延伸，由城市向农村蔓延，由地表向地下渗漏，由地区向流域扩展，在一些地区的水环境问题已由单一型演变为复合型即洪涝——缺水——污染公害交织发生，协同作用，水环境监测面临的问题更为复杂开展监测的难度也更大，在水体污染防治工作中，水质监测工作是污染预警、持续性污染物监测和治理效果评定的重要手段，已受到有关部门的重视，作为连续性监测工具的水质在线监测仪器承担着提供准确监测数据和监测报告的责任，在环境监测工作中发挥着越来越重要的作用；在水环境自动化监测的需求与指标日益提高，监测环境日益复杂的背景下，物联网技术的引入成为解决水环境自动化监测的一种理想方案，物联网由大量低成本、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的“智能″系统，并能通过云计算对海量数据进行分析处理，配备有多种水环境监测传感器的物联云可以与远程无线通信方式相结合完成对多目标监测水域的实时动态监测；从国外环保监测的发展趋势和国际先进经验看，水质的在线自动监测已经成为有关部门及时获得连续性的监测数据的有效手段，只需经过几分钟的数据采集，水源地的水质信息就可发送到环境分析中心的服务器中，一旦观察到有某种污染物的浓度发生异变，环境监管部门就可以立刻采取相应的措施，取样具体分析，可见，水质在线分析系统最大的优势便在于可快速而准确地获得水质监测数据，自动水质监测系统的应用，有助于环保部门建立大范围的监测网络收集监测数据，以确定目标区域的污染状况和发展趋势，随着监测技术和仪器仪表工业的发展，环境水质监测工作更开始向自动化、智能化和网络化为主的监测方向发展。例如基于无线传感器网络的水环境实时监测系统，国外比较典型的代表有澳大利亚CSIRO的Fleck系统和美国Helios.ware公司的CSOnet系统，纵观我国的环境水质在线监测体系建设，经过多年发展，已初步建成具有我国特色的环境连续自动监测管理和技术体系，并已逐渐形成网络。

随着物联网的新兴及发展，针对水环境具有的多样性、多变性、以及偏僻分散等特点，提出了一种以开放式、模块化系统结构的多参数水质监测采集器为基础、以无线移动通信及互联网通信为信息传递介质、通过实时监测采集器适配器软件模块，实现不同水环境监测仪与监测软件平台互联的异构水环境监测平台的解决方案，达到远程水质数据实时接收与处理、智能分析、即时预警；并通过构建水环境监测数据挖掘平台，通过对数据挖掘算法的优化应用，建立适应于水质检测的数据挖掘算法建模，为相关职能部门提供准确即时的决策支持。

传统的环境水质监测工作主要以人工现场采样、实验室仪器分析为主。虽然在实验室中分析手段完备，但实验室监测存在监测频次低、采样误差大、监测数据分散、不能及时反映污染变化状况等缺陷，难以满足政府和企业进行有效水环境管理的需求，国内已对基于无线传感器网络的水环境实时监测系统的一些关键技术进行了研究；其中杭州电子科技大学信息与控制研究所对于水环境监测的无线传感器网络网关提出了结合视频监测的设计方案，网络通信采用Zigbee与CDMA结合的方式，TCPIP协议采用内嵌协议栈使两种异构协议整合到一个控制平台中，采用双CDMA模块的发送方式，是一种很好的解决方案，但是目前尚处于研发阶段，由于耗电量高、传输效率低，同样无法适应实际应用的需要；此外，上海无线龙，宁波中科等该领域知名的国内公司也给出了基于无线传感器网络和远距离传输协议的监控、监测系统解决方案，并推出了多种配套的实验开发平台、教学系统等，其中宁波中科推出的面向行业应用解决方案命名为GMesh。GMesh使用中科院计算所自主研发的轻量级高效自组织网络协议，网络具有极高的可靠性和可扩展性，可实现成百上千个节点的大规模组网，但其产品同样以教学核试验开发平台为主，并无功能完善的应用产品。

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