[发明专利]一种基于聚类算法的多点水质监测分析系统及监测分析方法

说明书

本发明公开了一种基于聚类算法的多点水质监测分析系统及监测分析方法，系统包括上位机部分、GPRS无线通讯模块、下位机部分和电源模块，上位机部分和下位机部分通过GPRS无线通讯模块连接，电源模块为下位机部分和GPRS无线通讯模块提供电能。方法包括下位机部分通过主控单片机控制数据采集部分内的各个子采集部分协同完成多点水质监测数据采集；下位机部分采集的数据通过GPRS无线通讯模块上传至上位机部分；上位机部分通过Labview设计GUI界面，并通过内部接口函数调用Python完成样本数据处理。本发明采集多个野外环境水质准确数据的同时，提供样本数据的在线聚类算法处理，有助于更好的分析水质情况。

技术领域

本发明属于水质监测领域，尤其是一种基于聚类算法的多点水质监测分析系统及监测分析方法。

背景技术

随着工业的发展，水质污染越来越严重，化学需氧量(COD)、含氮量、水质PH值、溶液浊度等指标能反映水质污染的程度，是衡量环境质量的重要标准，目前，测量以上参数更多的使用化学方法，包括重铬酸钾标准法、库仑滴定法等，针对于不同的水质参数需要用不同的测定方法，且无法将多种参数的采集和测量集成到一种仪器上，且这些传统方法都存在试剂用量大，二次污染严重、测试时间长、操作步骤繁杂的缺点，已不适应现代化的市场需求，双通道分光光度法是一种准确快速测量多种水质参数的有效方法，仪器可通过调整紫外光源的波段长度，分别测量不同的水质参数，且两个通道可以测量同一参数的不同范围值，使结果更加精确。

一般的野外水质监测仪器只能固定在一个水质采样点进行采样，多处的水质采样结果无法做到统一采集与实时处理，且监测仪器与上位机的远程通讯直接采用GPRS模块完成，由于野外环境下的信号强度很弱，所以通讯很难做到实时性、准确性，极端条件下，无法保障仪器通讯可用性，Zigbee通讯技术不用借助于网络信号即可完成远距离通讯，其通讯距离远在蓝牙通讯之上，同时Zigbee模块可以通过点对多通讯，可以完成主控单片机与各个子监测模块之间的通讯，将各个子监测模块的监测信息进行统一采集与实时控制处理。

现存的水质监测仪器只完成了单一的数据采集功能，对于后期的数据处理并没有太多的涉及，且由于水质监测的参数众多，难以对样本数据添加合适的标签以评估水质的好坏，机器学习领域的聚类算法适用于无标签数据集的分类及数据处理工作，通过对无标记训练样本的学习来解释数据内在性质及规律，既可以用于寻找数据内在的分布结构，也可作为分类等其它学习任务的前驱。

发明内容

发明目的：一个目的是提供一种基于聚类算法的多点水质监测分析系统及监测分析方法，以解决现有技术与应用存在的上述问题，扩展水质监测仪功能，同时测量多点水质的多种参数，且借助Zigbee模块通讯解决野外环境GPRS信号弱的问题，使得水质监测工作更加方便快捷，同时，采用Labview设计用户GUI界面，并调用Python实现对水质测量数据的聚类算法，完成对水质参数的多点精确采集及数据分析。

技术方案：为实现上述发明目的，采用以下技术方案：

一种基于聚类算法的多点水质监测分析系统，包括上位机部分、GPRS无线通讯模块、下位机部分和电源模块，上位机部分和下位机部分通过GPRS无线通讯模块连接，其中：

下位机用于控制采集不同浓度范围的待测试剂参数；

GPRS无线通讯模块用于将下位机输出的数据上传至上位机部分；

上位机部分将接收到的数据进行分析处理，并进行显示；

电源模块为下位机部分和GPRS无线通讯模块提供电能。