[发明专利]一种基于静态值守与动态巡检水质监测预警系统及监测预警方法

权利要求书

1.一种基于静态值守与动态巡检水质监测预警系统，其特征在于：所述预警系统由云端融合水质监测预警平台、动态巡检水下机器人以及多个静态值守低功耗水质监测节点组成；

每个所述静态值守低功耗水质监测节点由仪器外壳、水质监测节点主控制系统、北斗卫星定位系统、水质监测节点通信系统、太阳能板充电管理系统、电源管理系统、声纳系统、蓄电池和水质监测装置组成；所述水质监测节点主控制系统经过调理电路与水质检测装置相连，实现对水质信息进行采样并存储；所述主控制系统通过串口与所述水质监测节点通信节点系统、北斗卫星定位系统相连，实现与所述云端融合水质监测平台的数据通信以及与卫星通信实现定位与校时、获取时间戳；所述主控制系统利用所述声纳系统探测所述水下传感器的相对位置，将相对位置与时间戳打包发送至所述云端融合平台计算所述水下机器人的绝对位置坐标；所述主控制系统通过判断当前光照强度控制所述太阳能电池板充电管理系统；所述主控制系统连接所述电源管理系统管理所述水质监测节点的整体供电，降低所述水质监测节点的功耗；

所述动态巡检水下机器人由机体、水下机器人主控制系统、声纳系统、水下机器人通信系统、水下机器人导航系统、动力系统、蓄电池和水质监测装置组成；

所述水下机器人主控制系统通过所述水下机器人声纳系统实现与所述水质监测节点以及与河床的测距，记录当前相对位置与时间戳，在浮出水面时通过所述水下机器人通信系统实现与所述云端融合水质监测预警平台的连接，将水质采样信息、时间戳、位置信息传送至平台用于位置计算；所述水下机器人导航系统利用所述声纳系统实现定位与导航；所述水质检测装置用于对水域进行水质数据的采集，并将水质信息通过所述主控制系统进行处理；

所述云端融合水质监测预警平台通过接收所述动态巡检水下机器人和每个所述静态值守低功耗水质监测节点发送至云端的数据，通过整合水质采样信息、位置信息、时间戳信息，分析计算出对应位置的水质数据，对海量信息进行分析后，判断水质健康状况并告知各级管理人员可能会发生水污染的区域进行预警。

2.根据权利要求1所述的一种基于静态值守与动态巡检水质监测预警系统，其特征在于：所述水质检测装置采用单电源、低功耗运算放大器和传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于静态值守与动态巡检水质监测预警系统，其特征在于：所述水质监测节点通信系统和水下机器人通信系统均采用低功耗的NB-IoT模组。

4.根据权利要求1所述的一种基于静态值守与动态巡检水质监测预警系统，其特征在于：所述水质监测节点主控制系统采用型号为STM32F1的多通道12位ADC微处理器。

5.一种基于静态值守与动态巡检水质监测预警系统的监测预警方法，其特征在于：所述监测预警步骤如下：

(1)由多个静态值守的水质监测节点组成的传感网络进行常规监测，实时监测水质变化，每隔一小时上传一次水质采样数据，若云端融合水质监测平台接收到数据未发现异常，则一直保持该状态；

(2)若平台分析认为水质数据存在异常时，对水质监测节点发送下行命令，将数据上传周期减小至半小时上传一次数据，同时，将节点附近水域的节点的水质采样数据进行提取和前期备份，发送命令给分管该水域的巡检水下机器人使其前往该水域附近；

(3)巡检水下机器人到达指令水域附近，向平台发送下潜信号同时校准时间戳；平台接收到下潜信号后发送下行命令触发相关水域的水质监测节点开启声纳系统对水下机器人的位置进行探测，同步时间戳并及时上传声纳系统探测信号，由平台根据各水质监测节点的北斗定位信息以及其与水下机器人的相对位置信息，依据时间戳计算位置与时间戳的对应关系，判断水下机器人的行动轨迹及位置信息；

(4)水下机器人依据所配置的水质检测装置快速采样路径上的水质信息，通过声纳系统探测水域的大致地形避免触底，水下机器人通过判断水质数据异常的变化情况选择前进方向，逐步靠近污染源位置，当初步确定污染源位置后上浮，并通过搭载的通信系统将采样数据及各个数据对应的时间戳传输至云端融合平台，水下机器人返回；

(5)云端融合平台接收采样信息、位置信息、时间戳后进行数据融合，计算出污染的大致扩散路线并推测可能的污染源以及污染源位置，根据污染情形将信息报知各级管理人员进行应急处理；当污染处理结束，下行指令使水质监测节点恢复至一小时上报一次。