[发明专利]一种生物浮岛智能监测控制系统及其方法

摘要

本发明公开一种生物浮岛智能监测控制系统及其方法。该系统能够使用户获取水质状态实时监测数据以及地理信息数据，并且采用了先进的智能监测控制技术，解决了生物浮岛的智能监测以及分散布局问题，使用户及时获取水质状态信息以及浮岛地理信息，让浮岛处于水面的最优地理位置，降低水质净化时间，提高水质净化效率。本发明通过数据采集单元采集生物浮岛的水质监测数据和地理信息数据，并发送给微处理模块处理后，通过ZigBee模块发送到中央控制单元，中央控制单元将数据通过GPRS模块将系统数据发送到服务器，服务器能够对现场数据进行处理，Web/移动终端可以浏览现场数据信息。

主权项

1.一种生物浮岛智能监测控制系统的实现方法，基于以下生物浮岛智能监测控制系统，包括若干智能终端、中央控制单元以及Web/移动终端，其中若干智能终端、中央控制单元分别安装于不同的生物浮岛上；中央控制单元至少包含有ZigBee模块、GPRS模块、第二微处理模块、第一电源模块，智能终端包括数据采集单元、超声波传感器、第一微处理器模块、存储模块、ZigBee模块、驱动模块、第二电源模块、至少三个电机，其中数据采集单元包括GPS模块、温度传感器、颜色传感器、PH传感器，数据采集单元将采集到的水质监测数据以及地理信息数据发送给第一微处理器模块，第一微处理器模块对采集到的数据进行处理，通过ZigBee模块可以发送给中央控制单元的ZigBee模块，当距离超过ZigBee的有效传输距离时，采用ZigBee的跳变技术传输给其他智能终端，进而发送到中央控制单元的ZigBee模块，中央控制单元将接收来自不同智能终端的监测数据以及地理信息数据处理，并通过GPRS模块对数据进行封包，发送到互联网，用户通过Web/移动终端查看水质监测数据以及地理信息数据；同时中央处理单元的第二微处理模块利用分散布局优化算法通过控制至少三个电机对智能终端进行合理的分散与布局，其中第一个电机通过与浮岛上的转向板连接，控制浮岛的转向，第二个电机通过与螺旋桨进行连接，用来驱动浮岛前进，第三个电机通过连接锚链，用于固定浮岛，当浮岛到达目标地点时，该电机启动并松下锚链；整个智能监测控制系统的供电由第一、第二电源模块提供；其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)、将生物浮岛布局在圆形区域的水面上，若干智能终端以及中央控制单元系统启动，监测水质信息，通过水质信息的污染程度确定水域的目标搜索点；步骤(2)、将各生物浮岛视为粒子，利用粒子群搜索算法对上述系统进行分散布局优化：2.1系统首先初始化浮岛的数目N、速度和位置，根据公式(1)计算出第i个浮岛的适应度f(pi(t))，从而得到所有生物浮岛的适应度f：其中(xi,yi)为第i个浮岛t时刻的位置坐标(其中0其中pi(t)为第i个生物浮岛在移动搜索过程中t时刻的最优位置，li(t+1)为第i个生物浮岛在移动搜索过程中t+1时刻的位置，pi(t+1)为第i个生物浮岛在移动搜索过程中t+1时刻的最优位置；2.3再根据公式(3)计算出整个水域中所有生物浮岛在t时刻的全局最优位置pg(t)：pg(t)＝{p1(t),p2(t),···,pN(t)}   公式(3)2.4最后根据公式(4)更新各个浮岛的全局最优速度和位置；其中vi(t)为第i个生物浮岛在移动搜索过程中t时刻的最优速度，vi(t+1)为第i个生物浮岛在移动搜索过程中t+1时刻的最优速度，ω为惯性权重，c1、c2均为学习因子，r1、r2均为在[0,1]之间的随机数；2.5重复上述搜索过程2.1‑2.4，直至当前位置与目标搜索位置之间的距离差值小于所设置的精度，或算法的迭代次数超过设定的最大迭代次数，算法停止，输出各浮岛的全局最优速度和位置结果；此时浮岛上的第三个电机启动，松下锚链，让浮岛位于污染程度最高的水域进行水质进化；步骤(3)、若水质进化过程结束，则第三个电机启动，收回锚链，浮岛在水面上处于自由漂浮状态，继续监测水质信息；重复以上步骤，使整个智能监测控制系统处于运行之中。