[发明专利]流域水环境有机污染物监测预警系统

权利要求书

1.流域水环境有机污染物监测预警系统，其特征是，包括传感监测装置和分析预警装置，传感监测装置用于采集待监测的流域水环境的有机污染物浓度数据；分析预警装置用于根据有机污染物浓度数据分析流域水环境的污染严重程度，并根据污染严重程度发出预警信号。

2.根据权利要求1所述的流域水环境有机污染物监测预警系统，其特征是，传感监测装置包括汇聚节点和多个用于采集所述有机污染物浓度数据的传感器节点，汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中多个汇聚节点部署于设定的待监测的流域水环境区域边缘，多个传感器节点部署于该待监测的流域水环境区域内；初始时，所述多个传感器节点根据预定的分簇机制完成分簇并选取簇头；在路径发现阶段，簇头基于蚁群优化算法寻找自身至所能通向的各汇聚节点的最优路径，并根据寻找到的最优路径建立自身到与该最优路径对应的汇聚节点的链路；在数据传输阶段，传感器节点将采集的有机污染物浓度数据发送至对应的簇头，簇头在所能通向的各汇聚节点中选择一个汇聚节点作为目的节点，将有机污染物浓度数据通过对应的最优路径发送至目的节点。

3.根据权利要求1所述的流域水环境有机污染物监测预警系统，其特征是，所述分析预警装置包括分析模块和预警模块，所述分析模块用于根据有机污染物浓度数据分析流域水环境的污染严重程度，并输出污染严重程度分析结果；所述预警模块在流域水环境的污染严重程度超过设定的阈值时发出预警信号。

4.根据权利要求3所述的流域水环境有机污染物监测预警系统，其特征是，所述分析模块包括阈值预设单元和判断单元；阈值预设单元用于预设各有机污染物浓度的安全阈值；判断单元用于将有机污染物浓度数据与相应的安全阈值进行比较，在有机污染物浓度数据超出相应的安全阈值时，判断该有机污染物浓度数据异常，并根据异常的有机污染物浓度数据数量确定流域水环境的污染严重程度。

5.根据权利要求2所述的流域水环境有机污染物监测预警系统，其特征是，所述传感器节点包括用于监测流域水环境的有机污染物浓度的传感器和用于将传感器信号转换为对应的有机污染物浓度数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。

6.根据权利要求2所述的流域水环境有机污染物监测预警系统，其特征是，簇头基于蚁群优化算法寻找自身至所能通向的每个汇聚节点的最优路径，具体包括：

(1)簇头s₀定期产生一定数量的前向蚂蚁报文，随机选择通信范围内的另一个簇头进行转发，并启动第一超时时钟，所述前向蚂蚁报文携带有簇头s₀的节点标识；

(2)当前向蚂蚁报文δ到达簇头s₁时，簇头s₁在其通信范围内概率地选择一个没有转发过前向蚂蚁报文δ的簇头，继续转发前向蚂蚁报文δ；

(3)若簇头s₁已选择簇头s₂转发前向蚂蚁报文δ，则将自身的节点标识加入前向蚂蚁报文δ的地址链表，按照下列公式更新前向蚂蚁报文δ中记录的当前链路总开销，并将前向蚂蚁报文δ发送给簇头s₂：

式中，E_y表示更新后的链路总开销，E_y-1表示更新前的链路总开销，初始时链路总开销为0，E为设定的单位距离链路开销值，为簇头s₁与簇头s₂之间的距离；

(4)按照(2)、(3)继续转发前向蚂蚁报文δ，直至将其发送到任意一个汇聚节点；

(5)汇聚节点o_j收到簇头s₀产生的前向蚂蚁报文δ时启动第二超时时钟，对于在第二超时时钟超时前收到的多个簇头s₀产生的前向蚂蚁报文，汇聚节点o_j选择当前链路总开销最小的前向蚂蚁报文作为标准前向蚂蚁报文，并根据标准前向蚂蚁报文产生后向蚂蚁报文，将后向蚂蚁报文沿着标准前向蚂蚁报文的逆路径发送出去，其中后向蚂蚁报文携带有标准前向蚂蚁报文的地址链表、汇聚节点o_j标识、链路总开销；

(6)当簇头s₃收到簇头s₄发送的后向蚂蚁报文时，提取簇头s₄的节点标识以及汇聚节点o_j标识，并保存在本地，簇头s₃更新自身至簇头s₄的链路的信息素浓度；

(7)当前簇头按照后向蚂蚁报文的地址链表指示的信息继续转发后向蚂蚁报文，直至后向蚂蚁报文到达簇头s₀；

(8)簇头s₀对在第一超时时钟超时之前收到的后向蚂蚁报文，按照(6)提取、更新相应的信息，从而得到与收到的后向蚂蚁报文数量相同的到不同汇聚节点的路径；其中簇头s₀收到一个后向蚂蚁报文，表示有一条通向该后向蚂蚁报文所记录的汇聚节点的路径。