一种污水监测系统.pdf

本发明提供了一种污水监测系统，包括污水监测数据采集传送系统和监控中心，所述污水监测数据采集传送系统用于采集污水监测数据并将污水监测数据传送至监控中心；所述监控中心包括主服务器和数据处理服务器，所述污水监测数据采集传送系统与主服务器连接，所述主服务器与数据处理服务器交互式连接。本发明的有益效果：能够将各监测点实时采集的污水信息数据发送到远程监测中心平台进行统计分析，实现了污水信息数据实时采集和处理的无线化、自动化和智能化，提高了监测数据的可操作性，并满足实时性和可靠性的要求。

1.一种污水监测系统，其特征是，包括污水监测数据采集传送系统和监控中心，所述污
水监测数据采集传送系统用于采集污水监测数据并将污水监测数据传送至监控中心；所述
监控中心包括主服务器和数据处理服务器，所述污水监测数据采集传送系统与主服务器连
接，所述主服务器与数据处理服务器交互式连接。
2.根据权利要求1所述的一种污水监测系统，其特征是，所述污水监测数据包括污水PH
值、浊度、电导率、温度、流量、氧溶解量。
3.根据权利要求2所述的一种污水监测系统，其特征是，所述污水监测数据采集传送系
统包括数据采集单元、数据处理单元和数据传输单元。

一种污水监测系统

技术领域

本发明涉及污水监测领域，具体涉及一种污水监测系统。

背景技术

水污染程度是水资源利用及环境保护的重要信息，而污水分布面广，很多地方不
便于人工测量，这样给污水实时监测带来了很多不便。现有的污水监测设备采用传统手段
采集水资源的污染程度信息，自动化程度不高，监测数据的可操作性、实时性较差，不能很
好地满足污水成分信息实时性和可靠性的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种污水监测系统。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种污水监测系统，包括污水监测数据采集传送系统和监控中心，所述污水监测
数据采集传送系统用于采集污水监测数据并将污水监测数据传送至监控中心；所述监控中
心包括主服务器和数据处理服务器，所述污水监测数据采集传送系统与主服务器连接，所
述主服务器与数据处理服务器交互式连接。

本发明的有益效果：能够将各监测点实时采集的污水信息数据发送到远程监测中
心平台进行统计分析，实现了污水信息数据实时采集和处理的无线化、自动化和智能化，提
高了监测数据的可操作性，并满足实时性和可靠性的要求。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，
对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其
它的附图。

图1是本发明结构连接示意图；

图2是污水监测数据采集传送系统的结构示意图。

附图标记：

污水监测数据采集传送系统1、监控中心2、数据采集单元11、数据处理单元12、数
据传输单元13、主服务器21、数据处理服务器22。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，本实施例的一种污水监测系统，包括污水监测数据采集传送系统和
监控中心，所述污水监测数据采集传送系统用于采集污水监测数据并将污水监测数据传送
至监控中心；所述监控中心包括主服务器和数据处理服务器，所述污水监测数据采集传送
系统与主服务器连接，所述主服务器与数据处理服务器交互式连接。

优选的，所述污水监测数据包括污水PH值、浊度、电导率、温度、流量、氧溶解量。

本发明上述实施例能够将各监测点实时采集的污水信息数据发送到远程监测中
心平台进行统计分析，实现了污水信息数据实时采集和处理的无线化、自动化和智能化，提
高了监测数据的可操作性，并满足实时性和可靠性的要求。

优选的，所述污水监测数据采集传送系统1包括数据采集单元11、数据处理单元12
和数据传输单元13；所述数据采集单元11用于通过由各传感器构建的传感器节点相互协作
进行污水监测数据的采集，并输出各传感器节点采集的污水监测数据；所述数据处理单元
12用于对各传感器节点采集的污水监测数据进行预处理，以获得有效的污水监测数据；所
述数据传输单元13用于采用预先设定的数据传输机制进行污水监测数据的传输。

优选的，所述数据采集单元11包括传感器定位子单元和数据修正子单元；所述传
感器定位子单元用于进行传感器节点定位，所述进行传感器节点定位具体包括：

(1)将少部分传感器节点部署在已知的位置坐标上，作为信标节点，根据信标节点
位置建立满足家居环境的局部坐标系；

(2)假设未知节点的坐标为(x,y)，能够与其进行通信的信标节点坐标分别为(x1,
y1)，(x2,y2)，…，(xn,yn)，未知节点位于各信标节点为圆心，通信半径为半径的圆的相交区
域，取该区域任一点作为未知节点坐标预选点，未知节点坐标预选点到信标节点的差分函
数为：

$d(x,y)={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n|\sqrt{{(x-x_i)}^2+{(x-x_i)}^2}-r_i|$

式中，ri为未知节点坐标预选点到(xi,yi)距离，i＝1，2，…，n，利用最大似然估计
法求取该式的最小值，即为未知节点坐标位置；

所述数据修正子单元用于对传感器在非标准环境下的监测数据进行修正，修正因
子σ为：

$\mathrm{\σ}=\left\{\begin{array}{c}{e}^{-\sqrt{\frac{{(T-T_0)}^2}{T^2}}},T\≥T_0\\ e^{\sqrt{\frac{T^2}{{(T-T_0)}^2}}},T\<T_0\end{array}\right.$

式中，T0为传感器使用的标准温度，T为传感器使用时的环境温度。

本优选实施例实现了传感器定位和数据的准确测量。

优选的，所述数据处理单元12包括数据过滤模块和数据补全模块，所述数据过滤
模块用于通过智能网关过滤错误的污水监测数据，所述数据补全模块用于填补丢失的污水
监测数据；

所述通过智能网关过滤错误的污水监测数据，包括：

(1)去除没有落入传感器读数的有效范围内的污水监测数据；

(2)对剩余的污水监测数据进行过滤处理，具体为：

1)假设所有传感器的传感频率一致且滑动窗口大小为A，利用Jaccard相似度函数
计算出两个传感器SI、SJ读数行为的相似度Sim(xI(t),xJ(t))，其中xI(t)表示传感器SI在时
间t时的传感读数，xJ(t)表示传感器SJ在时间t时的传感读数；

2)定义传感器SI、SJ的最初临时相似度为：

${\mathrm{Sim}}_L^0(I,J)=Sim\left(x_I\right(A+t),x_J(A+t\left)\right)$

K+1时刻的临时相似度为：

${\mathrm{Sim}}_L^{K+1}(I,J)={\mathrm{\μSim}}_L^K(I,J)+\frac{1+\mathrm{\μ}}{2}Sim\left(x_I\right(t),x_J(t\left)\right)$

式中，xI(A+t)表示传感器SI最初的读数行为，μ为设定的可调节的变量，μ的取值范
围为[-1,1]；

3)设共有M个传感器，来自传感器SI的一个事件查询q，在过去被传感器频繁查询
的数据比那些很少被传感器SI读取的数据与传感器SI更具有相关性，计算传感器SI的排序
等级值QL(q,SI)，计算公式为：

$Q_L(q,S_I)=\frac{\underset{i\∈\[1,M\]}{max}{\mathrm{Sim}}_L^{K+1}(I,J)}{{\mathrm{\Σ}}_{J=1}^M{\mathrm{Sim}}_L^{K+1}(I,J)}\×\frac{\left|n(q,S_I)\right|}{\left|N(q,S_I)\right|+B}$

式中，n(q,SI)为在过去传感器SI针对查询q对一些主题的事件查询数目，N(q,SI)
表示传感器SI针对查询q的事件查询总数，B为平滑因子；

4)采用投票法判断传感器SI的当前读数是否为错误读数，设定判断函数为：

$P_I=\underset{S_J\∈net\left(I\right)}{\Σ}{\mathrm{VDecision}}_J\left(I\right)\·Q_L(q,S_I)$

式中，net(I)表示传感器SI的邻居传感器集合，VDecisionj(I)表示邻居传感器SJ
对传感器SI作出投票决定，投票决定有两类，一类是积极的，另一类为消极的，投票决定为
积极时，VDecisionj(I)＝1，投票决定为消极时，VDecisionj(I)＝0；PI>0时，表示传感器SI
的当前读数为正常读数，PI<0时，表示传感器SI的当前读数为错误读数。

所述填补丢失的污水监测数据，包括：

(1)采用K-means聚类方法进行污水监测数据的聚类处理；

(2)对同一类中的缺失值进行却是数据的填充。

本优选实施例过滤错误的污水监测数据时，考虑了传感器与邻居节点以及环境之
间的关联性，通过排序算法为每个传感器分配一个适当的权重来反映传感器的重要性，进
而对传感器采集到的数据进行取舍来过滤采集过程中的错误数据和环境引起的不正常数
据，提高了过滤的精度；采用先聚类后填补缺失值的方式填补丢失的污水监测数据，可以较
好的考虑数据的局部特性，提高数据填补的精度。

在一个实施例中，所述预先设定的数据传输机制包括：

(1)簇内成员在各自分配的时间段内将采集到的数据以单跳的方式传输到所属簇
的簇头节点Ci，簇头节点Ci对收集到的污水监测数据进行整合处理；

(2)簇头节点Ci根据下式选择其他簇头节点，以确定其路由候选簇头节点集合CN：

$CN=\left\{\begin{array}{c}{d}_{jB}\&lt;d_{iB}\\ d_{ij}\&lt;d_{iB}\\ {\mathrm{NS}}_i\&lt;{\mathrm{NS}}_j\end{array}\right\}$

式中，diB表示簇头节点Ci到基站的距离，djB表示簇头节点Cj到基站的距离，dij表示
簇头节点Ci到簇头节点Cj的距离，NSi表示簇头节点Ci的剩余能量级别，NSj表示簇头节点Cj
的剩余能量级别；

(3)若路由候选簇头节点集合CN为空，则簇头节点Ci直接将污水监测数据发送给
基站，并跳转至(6)；

(4)若路由候选簇头节点集合中只存在一个比簇头节点Ci距离基站更近或者剩余
能量级别更高的其他簇头节点Cj，则选择簇头节点Cj作为下一跳路由节点，并将污水监测数
据转发给簇头节点Cj，使簇头节点Cj成为新的簇头节点Ci，并跳转回(2)；

(5)若路由候选簇头节点集合中存在多个比簇头节点Ci距离基站更近或者剩余能
量级别更高的其他簇头节点Cj，则选择使得转发污水监测数据通信开销最小的簇头节点Cj
作为下一跳路由节点，并将污水监测数据转发给簇头节点Cj，使簇头节点Cj成为新的簇头节
点Ci，并跳转回(2)；

(6)基站接收簇头节点Ci发送的污水监测数据。

本优选实施例采用预先设定的数据传输机制进行污水监测数据的传输，使簇头节
点的剩余能量分布更加均衡，有效解决了距离基站较近或者距离基站较远的节点能量过早
消耗完的问题，从而延长了整个数据传输网络的生命周期。

在另一个实施例中，所述预先设定的数据传输机制包括：

针对不同传输数据大小和传输距离采用不同的传输方式，定义传输函数Tr：

$Tr=\frac{S}{S_0}+\frac{D}{D_0}$

式中，S为传输数据大小，S0为数据传输大小分界值，S0＝1MB，D为传输距离，D0为传
输距离远近分界值，D0＝10m；

若D<D0，则采用蓝牙进行数据通信，

若D≥D0且S≤S0，则采用zigbee网络进行数据通信，

若D≥D0且S>S0，则采用WIFI进行通信。

本优选实施例在实现了对污水监测数据低能耗、高速率的通信。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保
护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应
当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实
质和范围。