一種基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，包括管理中心服務(wù)器、無線通信網(wǎng)絡(luò)和置于河湖里的水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端，若干個(gè)鄰近的水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端組成一個(gè)ZigBee子網(wǎng)，若干個(gè)ZigBee子網(wǎng)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)水量信息和水質(zhì)信息傳遞到管理中心服務(wù)器，管理中心服務(wù)器對(duì)城市河流湖泊的水量水質(zhì)信息進(jìn)行統(tǒng)一顯示、分析和管理。本發(fā)明使用低功耗和低成本ZigBee技術(shù)，對(duì)城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市河湖的水量和水質(zhì)相關(guān)信息，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和分析計(jì)算，并方便水務(wù)部門管理的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，對(duì)城市河湖的水量和水質(zhì)進(jìn)行一體化監(jiān)測(cè)和信息集成，對(duì)于確保城市水資源利用安全作用重大。
【專利說明】一種基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)現(xiàn)代化、城市化步伐的加快，作為城市水資源、水環(huán)境重要載體的城市河湖出現(xiàn)了一些問題，部分河段或湖泊水量不穩(wěn)定，水質(zhì)變差，影響了城市功能的完善和人們生活水平的提高，甚至危及飲水安全，影響濱河濱湖居民的生命安全。隨著人們認(rèn)識(shí)水平的不斷提高，對(duì)城市河湖的保護(hù)和管理工作日益受到重視。通常，城市河湖的水量監(jiān)測(cè)與水質(zhì)監(jiān)測(cè)分散于不同的部門，監(jiān)測(cè)信息零散，未能有機(jī)融合。許多監(jiān)測(cè)設(shè)備為人工定點(diǎn)監(jiān)測(cè)和人工記錄，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，信息共享機(jī)制不健全，并且發(fā)布時(shí)間延遲滯后。整體而言，城市水系監(jiān)測(cè)的信息化、現(xiàn)代化和智能化水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在遇到突發(fā)水污染事故、暴雨洪水等極端情景時(shí)，監(jiān)測(cè)設(shè)備往往力不從心，不能及時(shí)監(jiān)測(cè)、掌握、判斷城市水系水量水質(zhì)的實(shí)時(shí)狀態(tài)和變化趨勢(shì)，不能滿足管理部門的實(shí)際需求。采用先進(jìn)的通信技術(shù)和監(jiān)測(cè)手段，研發(fā)一種低成本、高效率，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市河湖的水量和水質(zhì)相關(guān)信息，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和分析計(jì)算，并方便水務(wù)部門管理的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，對(duì)城市河湖的水量和水質(zhì)進(jìn)行一體化監(jiān)測(cè)和信息集成，對(duì)于確保城市水資源利用安全、提高城市水污染事故應(yīng)急處理的速度和效益作用重大。
[0003]物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)而言之，物聯(lián)網(wǎng)即為物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，其核心和基礎(chǔ)仍為互聯(lián)網(wǎng)。它具有智能、先進(jìn)、互聯(lián)等三個(gè)重要特征，是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)的用途廣泛，可應(yīng)用于智能交通、環(huán)境保護(hù)、健康醫(yī)療、水系監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。
[0004]一般而言，隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都會(huì)增加。相對(duì)于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，ZigBee技術(shù)是一種低功耗和低成本的技術(shù)。同時(shí)由于ZigBee技術(shù)的低數(shù)據(jù)速率和通信范圍較小的特點(diǎn)，也決定了 ZigBee技術(shù)適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。目前，ZigBee無線通信技術(shù)已日漸成熟，因此可以利用這種技術(shù)構(gòu)建一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，為城市水系管理與應(yīng)急調(diào)度決策提供技術(shù)支撐。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括管理中心服務(wù)器、無線通信網(wǎng)絡(luò)、水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端。所述的水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端用于監(jiān)測(cè)城市河流與湖泊的水位、流速、水質(zhì)等信息。若干個(gè)鄰近的監(jiān)測(cè)終端組成一個(gè)ZigBee子網(wǎng)，若干個(gè)ZigBee子網(wǎng)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)水量信息和水質(zhì)信息傳遞到管理中心服務(wù)器，管理中心服務(wù)器能對(duì)城市河流湖泊的水量水質(zhì)信息進(jìn)行統(tǒng)一顯示、分析和管理。
[0008]所述無線通信網(wǎng)絡(luò)是基于ZigBee/GPRS/GSM/3G的無線通信網(wǎng)絡(luò)。
[0009]所述水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端由水位傳感器、流速插桿、流速傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、PH傳感器、溫度傳感器、COD傳感器、氨氮傳感器、微處理器模塊、Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、ZigBee模塊以及電池電源模塊組成。所述水位傳感器使用水介式超聲波反射測(cè)距的原理測(cè)定水位，所述流速插桿用于設(shè)置和調(diào)節(jié)流速傳感器的位置，所述流速傳感器使用超聲多普勒原理測(cè)定流速，所述溶解氧傳感器用于測(cè)定河湖水體中溶解氧的濃度，所述濁度傳感器用于測(cè)定河湖水體的濁度，所述PH傳感器用于測(cè)定河湖水體的PH值，所述溫度傳感器用于測(cè)定河湖水體的溫度，所述COD傳感器用于測(cè)定河湖水體的COD含量，所述氨氮傳感器用于測(cè)定河湖水體的氨氮含量，所述微處理器通過AD轉(zhuǎn)換模塊與水位傳感器、流速傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、PH傳感器、溫度傳感器、COD傳感器、氨氮傳感器等模塊連接，將各類傳感器所測(cè)量到的模擬數(shù)據(jù)量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并將信息存儲(chǔ)在Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；ZigBee模塊在微處理器的控制下組網(wǎng)連接；對(duì)于擔(dān)任網(wǎng)關(guān)的終端來說還必須在微處理器中實(shí)現(xiàn)嵌入式TCP/IP協(xié)議棧和GPRS通信模塊，該協(xié)議棧在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)HTTP協(xié)議、在傳輸層實(shí)現(xiàn)TCP與UDP協(xié)議、在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議，同時(shí)為便于調(diào)試還實(shí)現(xiàn)了 ICMP協(xié)議，由于使用GPRS (或3G，可選)通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳在鏈路層實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議；GPRS通信模塊在微處理器的控制下實(shí)現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)的附著。所述電池電源模塊使用可充電蓄電池配太陽(yáng)能電池，電壓為12V。
[0010]本發(fā)明提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，使用低功耗和低成本ZigBee技術(shù)，對(duì)城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市河湖的水量和水質(zhì)相關(guān)信息，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和分析計(jì)算，并方便水務(wù)部門管理的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，對(duì)城市河湖的水量和水質(zhì)進(jìn)行一體化監(jiān)測(cè)和信息集成，對(duì)于確保城市水資源利用安全、提高城市水污染事故應(yīng)急處理的速度和效益作用重大。管理人員可以方便的通過管理中心服務(wù)器查詢到各監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的水量水質(zhì)信息，還可以通過系統(tǒng)服務(wù)器對(duì)水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端發(fā)布指令，控制各類傳感器的工作狀態(tài)和工作頻次。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2是水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端框圖；
[0013]其中，1、水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端；2、ZigBee/GPRS/GSM/3G網(wǎng)關(guān)；3、ZigBee子網(wǎng)；4、Internet網(wǎng)絡(luò)；5、管理中心服務(wù)器；6、微處理器；7、ZigBee模塊；8、電池電源模塊；9、水位傳感器；10、故障檢測(cè)模塊；11、流速插桿；12、流速傳感器；13、溶解氧傳感器；14、濁度傳感器；15、PH傳感器；16、溫度傳感器；17、COD傳感器；18、氨氮傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0014]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步說明:
[0016]如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)包括管理中心服務(wù)器5、Internet網(wǎng)絡(luò)4，ZigBee子網(wǎng)3、ZigBee/GPRS/GSM/3G網(wǎng)關(guān)2和若干個(gè)水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端1，該系統(tǒng)基于ZigBee/GPRS/GSM/3G無線通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的水量水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析計(jì)算的基礎(chǔ)平臺(tái)。
[0017]本發(fā)明以城市河流湖泊各監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端為基礎(chǔ)，通過ZigBee/GPRS/GSM/3G無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端與管理中心服務(wù)器的通信。由附圖1可見，系統(tǒng)的基本功能是在城市河流湖泊的各監(jiān)測(cè)地點(diǎn)安裝水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端1，對(duì)監(jiān)測(cè)斷面處的水位、流速及水質(zhì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息通過ZigBee/GPRS/GSM/3G網(wǎng)關(guān)2、ZigBee子網(wǎng)3和Internet4傳輸?shù)焦芾碇行姆?wù)器5。管理中心服務(wù)器5接收到各監(jiān)測(cè)斷面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，再調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)所儲(chǔ)存的水位、流量、庫(kù)容、面積、水質(zhì)等相關(guān)數(shù)據(jù)，通過分析計(jì)算，將水量水質(zhì)信息發(fā)送到值班人員和城市水系管理決策部門。
[0018]由附圖2可進(jìn)一步分析水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端的工作原理。水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端通過電池電源模塊8為監(jiān)測(cè)終端提供電源，通過水位傳感器9監(jiān)測(cè)水體的實(shí)時(shí)水位，通過故障檢測(cè)模塊10檢測(cè)監(jiān)測(cè)終端的工作狀態(tài)，通過流速插桿11調(diào)整流速傳感器12的監(jiān)測(cè)水深，通過流速傳感器12監(jiān)測(cè)水體的實(shí)時(shí)流速，通過流速傳感器12監(jiān)測(cè)水體的實(shí)時(shí)流速，通過溶解氧傳感器13監(jiān)測(cè)水體的溶解氧含量，通過濁度傳感器14監(jiān)測(cè)水體的濁度，通過PH傳感器15監(jiān)測(cè)水體的PH值，通過溫度傳感器16監(jiān)測(cè)水體的溫度，通過COD傳感器17監(jiān)測(cè)水體的COD含量，通過氨氮傳感器18監(jiān)測(cè)水體的氨氮含量，通過ZigBee模塊7將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息傳輸?shù)綗o線通信網(wǎng)絡(luò)4。
[0019]基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，所述水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理工作方法的實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0020]I)水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端安裝在城市河流的某一斷面或湖泊的某一位置，通過水位傳感器監(jiān)測(cè)安裝地點(diǎn)水體的實(shí)時(shí)水位信息，通過流速傳感器監(jiān)測(cè)安裝地點(diǎn)水體的實(shí)時(shí)流速信息，通過溶解氧傳感器監(jiān)測(cè)安裝地點(diǎn)水體的溶解氧信息，通過濁度傳感器監(jiān)測(cè)安裝地點(diǎn)水體的濁度信息，通過PH傳感器監(jiān)測(cè)安裝地點(diǎn)水體的PH值，通過溫度傳感器監(jiān)測(cè)安裝地點(diǎn)水體的溫度信息，通過COD傳感器監(jiān)測(cè)安裝地點(diǎn)水體的COD含量信息，通過氨氮傳感器監(jiān)測(cè)安裝地點(diǎn)水體的氨氮含量信息，并通過微處理器和ZigBee子網(wǎng)對(duì)監(jiān)測(cè)到的水量水質(zhì)信息進(jìn)行分析匯總，通過網(wǎng)關(guān)經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送出去；
[0021]2)被發(fā)送出去的水位信息、流速信息以及各類水質(zhì)信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)焦芾碇行姆?wù)器；
[0022]3)管理中心服務(wù)器內(nèi)部安裝有專門的城市河湖水量水質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可以對(duì)接收到的各監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的水量水質(zhì)信息進(jìn)行保存。對(duì)于位于湖泊的監(jiān)測(cè)終端，管理中心服務(wù)器根據(jù)監(jiān)測(cè)終端的地點(diǎn)從系統(tǒng)內(nèi)部保存的“湖泊水位-湖泊水量”曲線上可以計(jì)算湖泊儲(chǔ)存的實(shí)時(shí)水量信息。對(duì)于位于河流的監(jiān)測(cè)終端，管理中心服務(wù)器根據(jù)監(jiān)測(cè)終端的地點(diǎn)從系統(tǒng)內(nèi)部保存的“河流水位-河流斷面面積”曲線上查找到實(shí)時(shí)斷面水位所對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)斷面面積，然后根據(jù)流速計(jì)算監(jiān)測(cè)河流的實(shí)時(shí)流量；
[0023]4)管理人員可以通過管理中心服務(wù)器查詢到各監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的水量水質(zhì)信息，還可以通過系統(tǒng)服務(wù)器對(duì)水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端發(fā)布指令，控制各類傳感器的工作狀態(tài)和工作頻次。
[0024]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，其特征在于:包括管理中心服務(wù)器、無線通信網(wǎng)絡(luò)和置于河湖里的水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端，若干個(gè)鄰近的水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端組成一個(gè)ZigBee子網(wǎng)，若干個(gè)ZigBee子網(wǎng)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)水量信息和水質(zhì)信息傳遞到管理中心服務(wù)器，管理中心服務(wù)器對(duì)城市河流湖泊的水量水質(zhì)信息進(jìn)行統(tǒng)一顯示、分析和管理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的無線通信網(wǎng)絡(luò)是基于ZigBee/GPRS/GSM/3G的無線通信網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，其特征在于:所述水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端包括微處理器分別及與其連接的ZigBee模塊，電池電源模塊，故障檢測(cè)模塊、水位傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、PH傳感器、溫度傳感器、COD傳感器、氨氮傳感器和流速傳感器，微處理器通過流速插桿調(diào)整流速傳感器12的監(jiān)測(cè)水深。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，其特征在于:所述水位傳感器使用水介式超聲波反射測(cè)距的原理測(cè)定水位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，其特征在于:所述微處理器通過AD轉(zhuǎn)換模塊與水位傳感器、流速傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、PH傳感器、溫度傳感器、COD傳感器、氨氮傳感器模塊連接，將各類傳感器所測(cè)量到的模擬數(shù)據(jù)量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并將信息存儲(chǔ)在Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，其特征在于=ZigBee模塊在微處理器的控制下組網(wǎng)連接，在微處理器中實(shí)現(xiàn)嵌入式TCP/IP協(xié)議棧和GPRS通信模塊，該協(xié)議棧在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)HTTP協(xié)議、在傳輸層實(shí)現(xiàn)TCP與UDP協(xié)議、在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議，還實(shí)現(xiàn)了 ICMP協(xié)議，在鏈路層實(shí)現(xiàn)PPP協(xié)議，GPRS通信模塊在微處理器的控制下實(shí)現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)的附著。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的城市河湖水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池電源模塊使用可充電蓄電池配太陽(yáng)能電池，電壓為12V。
【文檔編號(hào)】G01P5/24GK104251730SQ201410486634
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】王建華, 肖偉華, 魯帆, 周祖昊, 楊貴羽, 胡鵬, 柴福鑫 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院