[发明专利]一种在线水质监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及水质监测技术领域，特别是涉及一种在线水质监测系统。

背景技术

水体质量对生态环境，生产和生活非常关键。当前水质监测方法存在很多问题。经验检测法很不可靠；实验室检测虽然精度高但实时性差，过程复杂，准确度不够，且容易造成二次污染；随着传感器和电子技术的发展，出现了湖泊等水体的现场水质分析仪，虽然具有精度高，探头可拆卸组合等特点，可以实时检测水质，但使用时需由人携带检测仪器到检测现场，耗费大量人力。随着无线传感器网络的发展，人们提出了基于无线传感器网络的在线实时水质监测系统。布设在监测水域的节点自组织成无线网络，节点采集水质数据，通过无线或GPRS方式传回数据中心。已有的水质监测网络，采样周期通常为15分钟，降低采样频率会影响监测效果，但提高采样频率网络流量会以指数级别增长，大大降低网络生命周期。由于野外水质监测节点不易维护，需要满足长期无人值守，现有的水质监测网络不能很好解决该问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在线水质监测系统，使得现有的水质监测方法的生命周期可以延长。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种在线水质监测系统，包括飘浮在水面上的可移动水质监测节点和中继监测节点，以及岸上基站和数据中心，所述可移动水质监测节点和中继监测节点用于监测水质参数，并将得到的水质参数上传至簇头节点；所述簇头节点把收到的数据进行融合，并按照规定的格式上报至岸上基站；所述岸上基站根据数据中心的监测查询命令上传数据；所述数据中心用于重构监测数据；所述可移动水质监测节点和中继监测节点采用随机采样策略对水质进行采样监测。

所述可移动水质监测节点和中继监测节点采用随机周期采样策略对水质进行采样监测；其中，实际采样周期为第一个采样时刻从随机选取，以后的采样时刻则按照实际采样周期进行采样，N为常规监测节点在某段时期的采样次数；M为正整数，表示该种节点节省的采样倍率。

所述可移动水质监测节点和中继监测节点在前S个周期每次都采样，在以后的周期根据随机周期采样策略对水质进行采样监测。

所述可移动水质监测节点和中继监测节点采用随机个数采样策略对水质进行采样监测；其中，从监测节点{1,2,…,N}中随机选取M个数，由小到大排列为{K₁,K₂,…,K_M},K₁<K₂<…K_M，则采样时刻为{K₁T，K₂T，…,K_MT}，其中，K为选取的监测节点，T为采样周期。

所述可移动水质监测节点和中继监测节点在前S个周期每次都采样，在以后的周期根据随机个数采样策略对水质进行采样监测。

所述可移动水质监测节点和中继监测节点在采样后上传采样数据转入睡眠状态，在下一次采样时由睡眠状态醒来采样。

所述数据中心根据以下方式重构监测数据，令构造矩阵为且其中N为常规监测节点在某段时期的采样次数；S为第一次采样时刻，H为周期采样策略时的采样周期；p为第一次采样时刻；矩阵数据中心根据收到的每个节点的监测数据确定节点的每N个正常采样周期，D=[d₁,d₂,...,d_M]_M×1；subject toD=ΦΨ^-1α，则监测结果为I=Ψα，其中D为节点在监测时期内的监测数据。为数据中心根据公式求得的与常规监测方法相同数量的水质数据。

所述数据中心根据以下方式重构监测数据，令构造矩阵为且其中i=1,2,...,M；矩阵数据中心根据收到的每个节点的监测数据确定节点的每N个正常采样周期，D=[d₁,d₂,...,d_M]_M×1；subject to D=ΦΨ^-1α，则监测结果为I=Ψα，其中D为节点在监测时期内的监测数据。为数据中心根据公式求得的与常规监测方法相同数量的水质数据。