[发明专利]一种排水管道水质自动采样方法及装置

权利要求书

1.一种排水管道水质自动采样装置，其特征在于，包括：

水质监测中心，用于对一定地理范围内的水质采样节点进行总体控制，对水质数据进行汇总存储，以及进行水质数据分析并进行分析结果的图表化展示；所述水质监测中心包括总控制器、与所述总控制器相连的第一数据处理单元和本地服务器；其中，总控制器用于对地理范围内分布的每个水质采样节点下达水质采样的控制命令，以及接收由各个水质采样节点上传的水质数据、节点位置的定位信息以及采样时间点；总控制器接收的水质数据、定位信息经处理后发送给本地服务器；本地服务器与云端服务器通信连接，将获取的水质数据以及节点位置的定位信息上传至云端服务器；并且本地服务器还连接第一数据处理单元，由第一数据处理单元对水质数据进行存储、数据分析判断以及图表显示；

多个水质采样节点，与所述水质监测中心相连，包括采样控制箱、后台控制器和第二数据处理单元；其中，每个水质采样节点的采样控制箱用于进行本节点的供电、定位、采样以及多模式通信，所述采样控制箱包括多模式通信适配器、电源、GPS定位器和单片机，并且设有检测单元，所述检测单元包括涡流传感器、水样采集模块和水质监测模块；水质采样节点的水质数据、水流量数据、单次采样水量以及定位信息经后台控制器接收；所述后台控制器与所述第二数据处理单元和所述总控制器进行通信；后台控制器将每个水质采样节点的水质数据、水流量数据和定位信息上传至总控制器，并且从总控制器接收水质采样的控制命令，将该水质采样的控制命令通过多模式通信传输给采样控制箱进行执行；所述后台控制器还将水质数据、水流量数据以及定位信息传输给第二数据处理单元，由第二数据处理单元对水质数据进行存储以及数据分析判断；

所述第一数据处理单元包括区域数据存储模块、区域数据分析模块、图表显示模块和数据库；所述区域数据存储模块用于存储由各个水质采集节点所收集的水质数据、定位信息以及采样时间点；所述区域数据分析模块用于分析各个节点采集的上述数据，根据各节点的水质数据相似度以及节点位置分布，将全部节点合并为若干的监测区域，并且为每个监测区域确定定时采样的频率；所述数据库为每个监测区域记录其平均水质数据以及采样时间，并且将平均水质数据与数据库中预存的标准水质数据进行对比，判别出采样结果是否符合排水标准；所述图表显示模块用于将数据分析判断模块分析处理后的监测区域水质数据转换成文字或制成表格和图像；

第一数据处理单元通过本地服务器从总控制器获得在前述地理范围内分布的每个水质采样节点上传的水质数据、节点位置的定位信息以及采样时间点，区域数据分析模块首先将各个节点在时间区间内的采样记录的数量归一化，区域数据分析模块将该时间区间划分为T个采样时点，然后将每个节点在该时间区间内的采样记录映射到T个采样时点上，为每个节点生成由分布在T个采样时点上的水质数据构成的水质数据记录曲线；T值取一个极大值，使得所述T值大于所有节点通过定时采样和触发采样实际获得的采样记录的数量；将节点实际的采样记录映射到距离其采样时间最近的采样时点上；然后对未映射采样记录的采样时点，进行内插值处理，即，假设在第n个采样时点没有对应的采样记录，利用相邻时间n-1,n+1采样记录内插值的方式补足第n个采样时点的采样记录，在完成采样记录的数量归一化之后，计算节点i与节点j之间水质数据记录曲线的相似度：

其中，将某个采样时点t某个节点i的采样记录当中记录的某一类型的水质数据值表示为l_t(i)，α_t是与采样时点t对应的影响权重值，计算获得节点i与节点j之间水质数据记录曲线的相似度S(l(i),l(j))；确定节点i与节点j之间的距离，该距离根据每个节点的定位信息计算得出；如果节点i与节点j之间的距离R小于等于距离阈值R_th,且两个节点之间曲线的相似度S(l(i),l(j))小于等于曲线相似度阈值S_th，则认为满足以上条件的节点i与节点j可以合并为同一个预测监测区域；通过遍历全部节点，将所有节点合并出若干的监测区域。

2.根据权利要求1所述的排水管道水质自动采样装置，其特征在于，所述涡流传感器持续监测管道水流量，将水流量信号发送给单片机；单片机判断该信号与水流量阈值的大小，当大于水流量阈值时发出触发采样信号，控制水样采集模块从管道水流中采集水样，并且控制水质监测模块对水样水质进行检测；并且单片机记录下每次触发采样的触发采样时间；单片机将水质数据、水流量数据以及触发采样时间通过多模式通信适配器发送给后台控制器。