一种水源地河道水质监测装置

1.一种水源地河道水质监测装置，其特征在于，包括感知层(10)、传输层(20)、平台层(30)、应用层(40)四部分；所述感知层(10)即为河流型水源地水质自动监测设备，用于自动获取水质各种参数的测量值，所述传输层(20)包括数据传输单元(201)，所述数据传输单元(201)将感知层获取各种参数数据传输至平台层(30)，所述平台层(30)即为河流型水源地水质监测平台，用于对所述水质自动监测设备进行管理；所述应用层(40)为用户使用终端，与平台层(30)信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种水源地河道水质监测装置，其特征在于，所述感知层(10)包括采样单元(101)、配水单元(102)、超声波清洗单元(103)、检测单元(104)、处理与控制单元(105)、显示单元(106)；
所述采样单元(101)包括依次连接的水泵(1011)、供水管(1012)、储存瓶(1013)，用于根据控制命令采集待测水体；
所述配水单元(102)包括预处理模块(1021)和供样水模块(1022)，所述供样水模块(1022)接收采样单元(101)中供水管(1012)输送的待测水体，所述预处理模块(1021)对供样水模块(1022)提供的水体进行简单预处理，以满足检测单元(104)对待测水体水量和水质的要求，并向检测单元(104)进行配送；
所述检测单元(104)包括传感器模块(1041)和信号变送模块(1042)，其中传感器模块(1041)包括氨氮探头、温度探头、流速探头、浊度探头、电导率探头、溶解氧探头、温度探头、PH值探头，用于检测待测水体各水质参数；所述信号变送模块(1042)用于将传感器模块采集的待测水体各水质参数的测量值转换为标准电信号，并传输给处理与控制单元(105)；
所述超声波清洗单元(103)用于对传感器模块(1041)中的各个探头进行清洗，延长探头的使用寿命，维持检测数据的可靠性，同时降低维护费用；
所述处理与控制单元(105)包括处理器(1053)、存储模块(1052)、电源模块(1054)、数据转换模块(1051)；所述数据转换模块(1051)、存储模块(1052)以及电源模块(1054)分别与所述处理器(1053)信号连接，所述数据转换模块(1051)用于接收信号变送模块(1042)发送的电信号，并将其转换为适于处理器(1053)处理的信号，所述电源模块(1054)用于为处理器(1053)供电，所述存储模块(1052)用于储存处理器(1053)处理后的数据，所述处理器(1053)根据存储模块(1052)中预先存储的各传感器的参数特性，与经所述数据转换模块(1051)处理后的数字信号相比对，得到各传感器探头测量的水质数值，并实时传输至数据传输单元(201)；
所述显示单元(106)包括MODBUS通信模块(1061)、显示模块(1062)、声光报警模块(1063)以及消音消光按键(1064)，所述MODBUS通信模块(1061)、声光报警模块(1063)以及消音消光按键(1064)分别与所述处理器(1053)信号连接，所述MODBUS通信模块(1061)与所述显示模块(1062)信号连接，所述MODBUS通信模块(1061)用于传输通过处理器(1053)处理的数据至显示模块(1062)进行展示，所述声光报警模块(1063)用于发出声光警报信息以提醒工作人员被检测水体的参数超标，所述消音消光按键(1064)用于停止声光报警模块(1063)工作。
3.根据权利要求1所述的一种水源地河道水质监测装置，其特征在于，所述平台层(30)包括数据接收存储单元(301)、数据处理编辑单元(302)、用户操作交互单元(303)、任务处理单元(304)、报警单元(305)以及辅助单元(306)；
所述数据接收存储单元(301)用于接收各个水质自动监测设备上报的各传感器的监测数据，并对数据进行存储；
所述数据处理编辑单元(302)根据河流型水源地水质自动监测设备的设备参数以及监测数据，对监测设备上报的各个水质参数测量值进行分析处理，并进行扩展填报以及生成相应的监测报告；
所述用户操作交互单元(303)用于向管理员展示实时的水质监测数据以及设备状态，并提供历史数据的查询浏览，使用户可以对水质自动监测设备的参数进行设定，包括采集时间间隔、单次取样量、各参数的正常值范围；
所述任务处理单元(304)用于将用户的配置值下发至水质自动监测设备，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测；
所述报警单元(305)用于将河道自动监测设备的运行状态和水质监测数据的处理结果转换成报警信号，并向管理员发出；
所述辅助单元(306)用于根据预设的方案对水质监测数据的处理方案进行自动优化，以及对报警信号进行自主决策解决或向管理员提供解决方案。
4.根据权利要求2所述的一种水源地河道水质监测装置，其特征在于，所述温度探头用于监测水体温度，其中，温度传感器的型号为pt100。
5.根据权利要求2所述的一种水源地河道水质监测装置，其特征在于，所述溶解氧探头用于监测水体中的氧气含量。
6.根据权利要求2所述的一种水源地河道水质监测装置，其特征在于，所述pH值探头用于监测水体的pH值，所述电导率探头用于监测水体的导电能力。
7.根据权利要求2所述的一种水源地河道水质监测装置，其特征在于，所述浊度探头用于监测水体的浊度，浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。

一种水源地河道水质监测装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型属于水质监测装置技术领域，具体涉及一种水源地河道水质监测装置。\n背景技术\n[0002] 当前我国经济高速发展，工业生产已经达到了较高水平的同时，也带来了不可忽视的环境问题。在众多污染中，水质污染已经成为重要的污染之一，直接影响到了人们饮用水的安全。在水污染防治工作中，水质监测是重中之重。而传统的水源地水质监测主要有离线和在线两种方式，离线方式依靠人工取样和实验室分析，这种监测方法通常响应速度延迟、实时性不高、成本高且有二次污染的风险。\n[0003] 常规的水源地在线监测也只是通过单一的调取自动站工控机中的监测数据进行定期观察，发现异常情况后，还需依赖对河流进行手工布点采样和化验室分析结果。同时结合监察人员巡查来判断事故来源，属于被动型预警方式，自动站的作用相对微弱。特别是在夜间，很多事故情况在发生几小时后才被发现，无论在工作效率和及时性上都大打折扣。\n[0004] 同时河流型水源地水质监测的主要任务是及时、准确、全面地获取河道监测数据，实时反映河道质量状况和变化趋势，及时跟踪污染源变化状况，准确预警各类潜在的环境问题和响应突发环境事件。因此，实时的水质监测装置是其中重要的一环。\n实用新型内容\n[0005] 本实用新型的目的在于提供一种水源地河道水质监测装置，解决日常监测不到位，应急反应不及时等问题，该装置可以实现对监测地点水资源中的各项指标数据进行智能监测，使用户能够实时掌握数据信息，并在数据异常时进行自动报警。\n[0006] 本实用新型所采用的技术方案是：一种水源地河道水质监测装置，包括感知层、传输层、平台层、应用层四部分。感知层即为河流型水源地水质自动监测设备，用于自动获取水质各种参数的测量值；传输层包括数据传输单元，数据传输单元将感知层获取各种参数数据传输至平台层；平台层即为河流型水源地水质监测平台，用于对水质自动监测设备进行管理；应用层为用户使用终端，与平台层信号连接。\n[0007] 本实用新型的特点还在于：\n[0008] 感知层包括采样单元、配水单元、超声波清洗单元、检测单元、处理与控制单元、显示单元。\n[0009] 采样单元包括依次连接的水泵、供水管、储存瓶，用于根据控制命令采集待测水体。\n[0010] 配水单元包括预处理模块和供样水模块，供样水模块接收采样单元中供水管输送的待测水体，预处理模块对供样水模块提供的水体进行简单预处理，以满足检测单元对待测水体水量和水质的要求，并向检测单元进行配送。\n[0011] 超声波清洗单元用于对传感器模块中的各个探头进行清洗，延长探头的使用寿命，维持检测数据的可靠性，同时降低维护费用。\n[0012] 检测单元包括传感器模块和信号变送模块，其中传感器模块包括氨氮探头、温度探头、流速探头、浊度探头、电导率探头、溶解氧探头、温度探头和pH值探头，用于检测待测水体各水质参数；信号变送模块用于将传感器模块采集的待测水体各水质参数的测量值转换为标准电信号，并传输给处理与控制单元。\n[0013] 处理与控制单元包括处理器、存储模块、电源模块、数据转换模块；数据转换模块、存储模块以及电源模块分别与处理器信号连接，数据转换模块用于接收信号变送模块发送的电信号，并将其转换为适于处理器处理的信号，电源模块用于为处理器供电，存储模块用于储存处理器处理后的数据，处理器根据存储模块中预先存储的各传感器的参数特性，与经数据转换模块处理后的数字信号相比对，得到各传感器探头测量的水质数值，并实时传输至数据传输单元。\n[0014] 显示单元包括MODBUS通信模块、显示模块、声光报警模块以及消音消光按键，MODBUS通信模块、声光报警模块以及消音消光按键分别与处理器信号连接，MODBUS通信模块与显示模块信号连接，MODBUS通信模块用于传输通过处理器处理的数据至显示模块进行展示，声光报警模块用于发出声光警报信息以提醒工作人员被检测水体的参数超标，消音消光按键用于停止声光报警模块工作。\n[0015] 平台层包括数据接收存储单元、数据处理编辑单元、用户操作交互单元、任务处理单元、报警单元以及辅助单元。\n[0016] 数据接收存储单元用于接收各个水质自动监测设备上报的各传感器的监测数据，并对数据进行存储；\n[0017] 数据处理编辑单元根据河流型水源地水质自动监测设备的设备参数以及监测数据，对监测设备上报的各个水质参数测量值进行分析处理，并进行扩展填报以及生成相应的监测报告；\n[0018] 用户操作交互单元用于向管理员展示实时的水质监测数据以及设备状态，并提供历史数据的查询浏览，使用户可以对水质自动监测设备的参数进行设定，包括采集时间间隔、单次取样量、各参数的正常值范围；\n[0019] 任务处理单元用于将用户的配置值下发至水质自动监测设备，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测；\n[0020] 报警单元用于将河道自动监测设备的运行状态和水质监测数据的处理结果转换成报警信号，并向管理员发出；\n[0021] 辅助单元用于根据预设的方案对水质监测数据的处理方案进行自动优化，以及对报警信号进行自主决策解决或向管理员提供解决方案。\n[0022] 温度探头用于监测水体温度，其中温度传感器的型号为pt100；所述溶解氧探头用于监测水体中的氧气含量；pH值探头用于监测水体的pH值，电导率探头用于监测水体的导电能力，浊度探头用于监测水体的浊度，浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。\n[0023] 应用层与任务处理单元、报警单元、辅助单元进行信号连接，方便用户移动操控。\n[0024] 与现有技术相比，本实用新型具备以下优点和有益效果：\n[0025] 1、针对河流型水源地特点，本实用新型通过多个水质自动监测设备进行关联，保证最大限度监测水质异常情况；\n[0026] 2、本实用新型采用在线监测和取样备份相结合的方法，最大限度保证水质监测设备的精度，并使自动监测在事故预警中发挥主导作用；\n[0027] 3、本实用新型的声光报警器和短信报警器，在有人值班和无人值班时均能及时通知管理人员，降低运行管理成本，提高现场智能化管控和应急处置能力。\n附图说明\n[0028] 图1是本实用新型一种水源地河道水质监测装置的整体结构示意图；\n[0029] 图2是本实用新型一种河流型水源地水质监测方法流程图；\n[0030] 图中：10.感知层，101.采样单元，1011.水泵，1012.供水管，1013.储存瓶，102.配水单元，1021.预处理模块，1022.供样水模块；103.超声波清洗单元，104.检测单元，1041.传感器模块，1042.信号变送模块，105.处理与控制单元，1051.数据转换模块，1052.存储模块，1053.处理器，1054.电源模块， 106.显示单元，1061.MODBUS通信模块、1062.显示模块、\n1063.声光报警模块，1064.消音消光按键；20.传输层，201.数据传输单元；30.平台层，301. 数据接收单元，302.数据处理编辑单元，303.用户操作交互单元，304.任务处理单元，305.报警单元，306.辅助单元；40应用层。\n具体实施方式\n[0031] 下面就结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明\n[0032] 本实用新型是一种水源地河道水质监测装置，如图1所示，包括感知层 10、传输层\n20、平台层30、应用层40四部分。感知层10即为河流型水源地水质自动监测设备，用于自动获取水质各种参数的测量值，传输层20包括数据传输单元201，数据传输单元201将感知层获取各种参数数据传输至平台层30，平台层30即为河流型水源地水质监测平台，用于对水质自动监测设备进行管理；应用层40为用户使用终端，与平台层30信号连接。\n[0033] 感知层10包括采样单元101、配水单元102、超声波清洗单元103、检测单元104、处理与控制单元105、显示单元106。\n[0034] 采样单元101包括依次连接的水泵1011、供水管1012、储存瓶1013，用于根据控制命令采集待测水体。\n[0035] 配水单元102包括预处理模块1021和供样水模块1022，供样水模块1022 接收采样单元101中供水管1012输送的待测水体，预处理模块1021对供样水模块1022提供的水体进行简单预处理，以满足检测单元104对待测水体水量和水质的要求，并向检测单元104进行配送。\n[0036] 超声波清洗单元103用于对传感器模块1041中的各探头进行水质参数采集前和采集中对所述各探头进行清洗，避免水体杂质、水生藻类或微生物对探头的覆盖或污染造成参数测量不准，维持检测数据的可靠性，超声波清洗方式对探头不造成磨损，可有效延长探头的使用寿命，同时降低维护费用。\n[0037] 检测单元104包括传感器模块1041和信号变送模块1042，其中传感器模块1041包括氨氮探头、温度探头、流速探头、浊度探头、电导率探头、溶解氧探头、温度探头、pH值探头，用于检测待测水体各水质参数；信号变送模块1042用于将传感器模块采集的待测水体各水质参数的测量值转换为标准电信号，并传输给处理与控制单元105。\n[0038] 所述温度探头用于监测水体温度，其中，温度传感器的型号为pt100；所述溶解氧探头用于监测水体中的氧气含量；所述pH值探头用于监测水体的pH值，所述电导率探头用于监测水体的导电能力，所述浊度探头用于监测水体的浊度，浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度，水中的泥沙、微小的无机物以及浮游生物等都对水体的浊度有影响。\n[0039] 处理与控制单元105包括处理器1053、存储模块1052、电源模块1054、数据转换模块1051；数据转换模块1051、存储模块1052以及电源模块1054 分别与处理器1053信号连接，数据转换模块1052用于接收信号变送模块 1042发送的电信号，并将其转换为适于处理器1053处理的信号，电源模块 1054用于为处理器1053供电，存储模块1052用于储存处理器\n1053处理后的数据，处理器1053根据存储模块1052中预先存储的各传感器的参数特性，与经数据转换模块1051处理后的数字信号相比对，得到各传感器探头测量的水质数值，并实时传输至数据传输单元201。\n[0040] 显示单元106包括MODBUS通信模块1061、显示模块1062、声光报警模块1063以及消音消光按键1064，MODBUS通信模块1061、声光报警模块1063以及消音消光按键1064分别与处理器1053信号连接，MODBUS通信模块1061与显示模块1062信号连接，MODBUS通信模块\n1061用于传输通过处理器1053处理的数据至显示模块1062进行展示，声光报警模块1063 用于发出声光警报信息以提醒工作人员被检测水体的参数超标，消音消光按键1064用于停止声光报警模块1063工作；所述显示模块1062为液晶显示屏，所述声光报警模块1063发出警报信息时，所述液晶显示屏显示具体参数超限的报警标志图片。\n[0041] 传输层20包括数据传输单元201，用于将处理器1053处理的数据传输至平台层30，数据传输单元201支持多种通信方式将处理器1053处理后的水质参数测量值发送给所述平台层30，包括4G/GPRS、以太网、Zigbee、WIFI 和RS232/485等有线通信。\n[0042] 平台层30包括数据接收存储单元301、数据处理编辑单元302、用户操作交互单元\n303、任务处理单元304、报警单元305以及辅助单元306。\n[0043] 数据接收存储单元301用于接收各个水质自动监测设备上报的各传感器的监测数据，并对数据进行存储。\n[0044] 数据处理编辑单元302根据河流型水源地水质自动监测设备的设备参数以及监测数据，对监测设备上报的各个水质参数测量值进行分析处理，并进行扩展填报以及生成相应的监测报告。\n[0045] 用户操作交互单元303用于向管理员展示实时的水质监测数据以及设备状态，并提供历史数据的查询浏览，使用户可以对水质自动监测设备的参数进行设定，包括采集时间间隔、单次取样量、各参数的正常值范围。\n[0046] 任务处理单元304用于将用户的配置值下发至水质自动监测设备，对各水质自动监测设备间的采集监测时间进行总体计算与调度，控制完成各监测设备时间关联监测。\n[0047] 报警单元305用于将河道自动监测设备的运行状态和水质监测数据的处理结果转换成报警信号，并向管理员发出；针对河流型水源地水质特性，利用水质监测平台，设置自动报警条件，一是当监测结果超过三类水质标准值75％时；二是监测结果远小于标准限值，利用所述数据处理编辑单元302进行自动统计分析，即处于前一周极大值与均值差两倍时，视为异常数据，一但发现上述两种中任何一种情况，所述报警单元305通过多种方式发布报警提示，包括网页报警提示与短信报警提示，在网页端根据河道的流域流向，提示目前水质超标出现的区域范围，并根据超标程度设定不同的报警显示方式，轻微超标为橙色，严重超标为红色。\n[0048] 辅助单元306用于根据预设的方案对水质监测数据的处理方案进行自动优化，以及对报警信号进行自主决策解决或向管理员提供解决方案。\n[0049] 应用层40与任务处理单元304、报警单元305、辅助单元306进行信号连接，方便用户移动操控。\n[0050] 本实用新型一种河流型水源地水质监测方法，如图2所示，具体操作步骤如下：\n[0051] S1：采样单元101利用水泵1011采集待测水体，并通过供水管1012传输至配水单元\n102；\n[0052] S2：配水单元102利用预处理模块1021对采集水体进行简单预处理，以满足检测单元对待测水体水量和水质的要求，并向检测单元104进行配送；\n[0053] S3：检测单元104接收配水单元传送的待测水体，对待测水体的温度、pH溶解氧、电导率、氨氮等数据进行采集，并通过信号变送模块1042将各探头采集的水质参数的测量值转换为电信号，传输给处理与控制单元105；\n[0054] S4：处理与控制单元105接收信号变送模块1042发送的电信号，并通过数据转换模块1051将其转换为适于处理器1053处理的信号，处理器存储模块1052中预先存储的各传感器的参数特性，与经数据转换模块1051处理后的数字信号相比对，得到各传感器测量的水质数值，并传输给数据传输单元201；\n[0055] S5：数据传输单元201将处理器1053处理后的水质数值传输到水质监测平台；\n[0056] S6：水质监测平台接收各个水质自动监测设备上报的各传感器的监测数据，并对数据进行存储；\n[0057] S7：水质监测平台对监测设备上报的各水质参数测量值进行分析处理，并向管理员展示水质监测数据以及设备状态；\n[0058] S8：在水质异常时，水质监测平台报警单元发布报警提示，包括网页报警提示与短信报警提示。\n[0059] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

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