[发明专利]无线传感水质监测预警系统无效
申请号: | 201410036734.5 | 申请日: | 2014-01-25 |
公开(公告)号: | CN103792330A | 公开(公告)日: | 2014-05-14 |
发明(设计)人: | 赵苍荣;郑淼淼;周孟然;张亚 | 申请(专利权)人: | 安徽理工大学 |
主分类号: | G01N33/18 | 分类号: | G01N33/18 |
代理公司: | 安徽合肥华信知识产权代理有限公司 34112 | 代理人: | 余成俊 |
地址: | 232001 *** | 国省代码: | 安徽;34 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 无线 传感 水质 监测 预警系统 | ||
技术领域
本发明属于水质监测领域,具体涉及大范围水域的水质的无线监测和预警系统。
背景技术
近年来,随着工业发展和人们生活水平不断提高,污水排放量不断增加,已经远远超出了自然净化功能所允许的环境容量,自然界的水质情况不断恶化,严重危及到人类健康、破坏生态系统。为了确保水环境和水资源的清洁,必须对造成水质污染的污染源采取必要的措施,环境水质的在线监测显得非常有必要。
长期以来,我国主要的水质监测系统存在着一些不足:(1)水质监测中心现场采样能力不足,监测频率低,实验室的监测仪器设备老化,大型分析仪器配备不平衡;(2)机动监测能力不足,移动水质分析监测实验室配备数量太少,现场监测能力低,灵活性、机动性差;(3)监测数据的可靠性、准确性不高,使得监测数据不具备有效性判断和智能决策等功能。
目前一些水质监测系统只是单纯对水质参数进行监测,虽然能够使相关部门实时了解监测区域内的水质变化情况,但是对环境变化趋势并不能提前做出科学预判,利用先进的科学算法实现对水质变化的预警,将传统的被动监测变为主动预警对于水污染控制乃至环境保护都具有十分重要的意义。
发明内容
本发明针对传统的水质监测系统所存在的局限性和弊端,构建了一种基于无线传感器网络的水质多参数监测预警系统,提出了将无线传感器网络和水质监测系统有机结合起来,解决传统有线水质监测技术方法在监测的覆盖性、实时性、扩容性等方面的欠缺。系统采用自回归模型预测方法对采集的水质数据进行分析拟合,进而预测未来时间的参数变化规律,使得系统具有预警的功能,更有利于水质环境的监控。
为了达到上述目的,本发明提供一种无线传感水质监测预警系统,该系统由无线传感器水质参数采集节点、汇聚节点、水质监控中心三大部分组成。
所述的监测区域内的大量无线传感器水质参数采集节点负责采集相应的水质参数,整个监测网络采集到的数据通过汇聚节点连接Internet发送给水质监控中心。监测中心服务器接到数据后对数据进行自动的存档和数据处理,通过相应的应用软件系统对数据进行分析,并实时显示数据和分析处理结果,通过专家系统判断、预测、预警环境水质污染变化趋势,系统具有水质实时采样、数据及时处理以及适时预警的功能,给相应管理部门的决策提供参考依据。
各无线传感器水质参数采集节点包括水质参数传感器模块、微处理器模块、ZigBee模块及太阳能供电电源模块组成,水质参数传感器模块负责PH值、水温、溶氧量、电导率、浊度等水质参数采集并与微处理器模块连接,水质参数采集节点之间通过ZigBee模块以无线方式进行自行组网,形成水质监测无线传感器网络;所述的汇聚节点通过ZigBee模块与无线传感器水质参数采集节点交换数据,并通过GPRS模块和Internet与水质监控中心交换数据,水质监控中心通过自回归模型算法对该数据进行处理并作出预警。
所述的水质参数传感器模块都是一个完整的水质监测仪,通过无线方式进行自行组网,节点不仅负责本地数据传输,还可以转发其他节点数据,即多跳自组网,实现大范围的水环境监测。
所述的通过ZigBee技术形成的无线传感器网络结构是一种多跳的拓扑结构,可以实现网络内节点之间的点对点通信,网络中传感器模块网络节点具有动态组网和自动路由选择功能。
所述的微处理器是MSP430F149单片机。
所述的ZigBee模块采用MSP430+CC2420的方案来搭建节点硬件架构。
所述的水质监控中心主要由计算机以及计算机网络组成;
所述的回归模型预测方法如下:对水质参数时间序{x1,x2,x3,...,xn},建立于k阶自回归模型:
式中:是自回归参数,at为表示系统干扰的白噪声序列。
k阶自回归模型矩阵形式为:
对参数矩阵采用最小二乘法估计有:
根据预测期望公式:
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