專利名稱：水質自動在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水質監(jiān)測系統(tǒng)，是一種用于飲用水和污水及廢水處理的水 質在線自動監(jiān)測系統(tǒng)。
技術背景目前，國內自動監(jiān)測儀器研制技術發(fā)展較慢,大量購買國外產品價格昂貴。 引進國外的水質自動監(jiān)測儀、自動采集數據和信息傳遞系統(tǒng)成本高，為建立全 國主要水系重點河段水質、水量自動監(jiān)測和預警預報系統(tǒng)提供經濟的、適合我 國國情的設備，實現(xiàn)汛期防污、防疫和突發(fā)性污染事故快速測報，及時、準確 地反映全國水環(huán)境質量狀況，實現(xiàn)水質監(jiān)測自動化，研制一種使用成本低、測 量精度高、應用面廣的水質自動監(jiān)測系統(tǒng)已迫在眉睫。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種使用成本低、測量精度高、 應用面廣的水質自動在線監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明的目的可以通過下述的技術方案來實現(xiàn)水質在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，是主要由數據采集模塊、數據傳輸模塊和數據處 理模塊三個部分組成的連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，其數據采集部分為多參數智能數據 采集儀，數據傳輸部分為移動通信的GPRS通用分組業(yè)務網，利用無線數傳終端DTU對數據進行傳輸，數據處理部分的在線自動分析儀器將數據分析打包以UDP 包的形式經空中接口傳送到移動的服務器后經公用Internet網送到監(jiān)控中心數 據服務器，GPRS數據中心與系統(tǒng)的應用軟件接口以動態(tài)連接庫以UDP/IP鏈路進 行數據轉發(fā)。本發(fā)明的目的還可以通過下述的技術方案來實現(xiàn)本發(fā)明在一個水系或者是一個地區(qū)設置多個有連續(xù)自動監(jiān)測儀器的固定監(jiān) 測子站，由一個中心站控制若干個固定監(jiān)測子站，對該區(qū)域的水質進行連續(xù)自 動監(jiān)測，形成一個連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，各子站的工作是連續(xù)運行，中心站是各 個子站的監(jiān)控中心和網絡指揮中心和信息數據中心。本發(fā)明監(jiān)控中心的服務器采用固定IP連接至Internet,數據經公用 Internet實現(xiàn)數據的透明傳輸，監(jiān)控中心服務器上安裝相關系統(tǒng)軟件，包括通 信服務器，監(jiān)控中心服務器，數據庫服務器，WEB服務器，通信服務器負責數據 通信協(xié)議，數據代理轉發(fā)通信設備狀態(tài)監(jiān)控等功能，數據庫服務器進行數據存 儲、備份，監(jiān)控中心服務器實現(xiàn)數據分析、存儲、反控，監(jiān)控中心有WEB服務器，監(jiān)控中心可通過GPRS向現(xiàn)場運行的GPRSDTU和水質監(jiān)測設備發(fā)送遠程配置 命令，實現(xiàn)對設備的控制。本發(fā)明的系統(tǒng)說明和系統(tǒng)特點如下本發(fā)明的在線自動分析儀器為核心，運用現(xiàn)代傳感器技術、自動測量技術、 自動控制技術、計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通訊網絡所組成的 一個綜合性的在線自動監(jiān)測體系?？杀M早發(fā)現(xiàn)水質的異常變化，為防止下游水 質污染迅速做出預警預報，及時追蹤污染源，從而為管理決策服務。水質污染 自動監(jiān)測系統(tǒng)是同時配備了完善的輔助系統(tǒng)。水質在線自動監(jiān)測系統(tǒng)利用中國移動的GPRS業(yè)務實現(xiàn)了水質監(jiān)測終端設備 與監(jiān)控中心的數據通信。GPRSDTU (GPRSDataTerminalUnit)與水質監(jiān)測設備通 訊，將現(xiàn)場水質監(jiān)測設備的數據和運行信息打包，通過GPRS網絡實時傳輸到監(jiān) 控中心，實現(xiàn)水質監(jiān)測設備的遠程數據獲取和數據的統(tǒng)一管理。數據采集選用美國YSI公司的多參數智能數據采集儀。可同時采集ll項 參數。數據傳輸利用中國移動的GPRS (GeneralPacketRadioServerce)通用分 組業(yè)務網。利用無線數傳終端DTU對數據進行可靠傳輸。傳輸的有實時的水質 參數和觀測點實時的視頻圖像。監(jiān)控中心服務器采用固定IP連接至Internet。數據經公用Internet實現(xiàn) 數據的透明傳輸。監(jiān)控中心服務器上安裝相關系統(tǒng)軟件，包括通信服務器，監(jiān) 控中心服務器，數據庫服務器，WEB服務器。通信服務器負責數據通信協(xié)議，數 據代理轉發(fā)通信設備狀態(tài)監(jiān)控等功能。數據庫服務器進行數據存儲、備份。監(jiān) 控中心服務器實現(xiàn)數據分析、存儲、反控等功能。WEB服務器用于今后的擴展， 以實現(xiàn)普通GPRS終端的無縫接入。監(jiān)控中心經應用軟件初始化后呼叫數據采集模塊。，數據采集模塊將采集的 數據送至DTU。DTU將數據打包以UDP包的形式經空中接口傳送到移動的服務器, 最后經公用Internet網送到監(jiān)控中心數據服務器。GPRS數據中心與系統(tǒng)的應用軟件接口以動態(tài)連接庫以UDP/IP鏈路進行數據 轉發(fā)。本系統(tǒng)單次采集的數據量小，安全要求低。因此釆用UDP方式，這樣就 省卻了建立TCP/IP鏈路的消耗。經測試，丟包較少，可以滿足設計需求。對于 經常性傳輸和實時性要求較高的數據傳輸其心跳間隔根據網絡質量和應用要求 進行設置。對于不希望對原有系統(tǒng)軟件進行改動的應用方式通?？刹捎锰摂M串 行口 (VSP)的連接方式。易于網絡采集點的擴展，幾乎不受網點規(guī)模的限制，可以在中國移動的全網覆蓋范圍內使用?？缡》?、跨地區(qū)的網絡也非常容易組建。可實現(xiàn)集中網絡管理，可用SNMP協(xié)議實現(xiàn)所有網點設備的集中管理。遇到汛期，流域水體污染等水質異常情況，監(jiān)控中心能主動發(fā)出預警并啟 動相應處理預案。在監(jiān)控中心數據服務器應用程序中添加預警監(jiān)測功能。利用 成熟的人工神經網絡(ANN)技術結合相應的行業(yè)技術標準編制在線專家診斷系 統(tǒng)。監(jiān)控中心應用程序將下位機傳輸來的數據進行分析，統(tǒng)計。正常情況下對 其存儲和顯示，異常時立即發(fā)出警報并自動啟動相應處理預案。這樣就實現(xiàn)了 水質的實時在線測量與水情的自動控制與異常處理。 輔助設備UPS電源可以在停電情況下自動投切，對測量站的數據采集，數據傳輸供 電，使系統(tǒng)可靠工作。安防系統(tǒng)探照燈和紅外報警器。在數據采集儀投放處安放。紅外報警器 和探照燈實現(xiàn)聯(lián)動，非工作人員無故靠近時，會自動聲音告警，并打開照射數 據采集儀的探照燈，保障設備的安全運行。浮漂使用網絡攝像機對智能數據采集儀處實行監(jiān)控，畫面由CDMA視頻無 線傳輸終端實時地傳送到監(jiān)控端。使監(jiān)控人員對水質采集點的水情有直觀了解。本發(fā)明是在一個水系或一個地區(qū)設置若干個有連續(xù)自動監(jiān)測儀器的監(jiān)測 站，由一個中心站控制若干個固定監(jiān)測子站，隨時對該區(qū)的水質污染狀況進行 連續(xù)自動監(jiān)測，形成一個連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)。各子站的工作是常年連續(xù)運行的， 中心站是各個子站的網絡指揮中心，又是信息數據中心。它配有功能齊全、存 貯容量大的計算機系統(tǒng)，由通訊聯(lián)絡設備及數據顯示、分析、傳輸和接收的管 理軟件構成。中心站的主要功能數據通信、實時數據庫、報警、安全管理、 數據打印，中心站的工作一般是間歇式的。本發(fā)明利用中國移動的GPRS業(yè)務實現(xiàn)了水質監(jiān)測終端設備與監(jiān)控中心的數 據通信。GPRSDTU (GPRSDataTerminalUnit)與水質監(jiān)測設備通訊，將現(xiàn)場水質 監(jiān)測設備的數據和運行信息打包，通過GPRS網絡實時傳輸到監(jiān)控中心，實現(xiàn)水 質監(jiān)測設備的遠程數據獲取和數據的統(tǒng)一管理。同時，監(jiān)控中心可通過GPRS向 現(xiàn)場運行的GPRSDTU和水質監(jiān)測設備發(fā)送遠程配置命令，實現(xiàn)對設備的控制。本發(fā)明的工作原理如下 (1)數據采集模塊運用YSI公司的多參數智能采集儀對監(jiān)測水體進行長 期自動監(jiān)測。數據采集周期定為一個小時。到采集時間點時，監(jiān)控端向設備發(fā) 送采集命令，多參數智能采集儀經預熱后開始對監(jiān)測水體進行水質數據的釆集。 采集后將數據打包經GPRSDTU將數據發(fā)送到監(jiān)控端。監(jiān)控端對收到的數據進行分析處理，若數據在正常范圍內，將數據存儲。若數據超出正常范圍，立即予 以告警，并自動啟動相應的處理預案，并上報上級領導機關。數據正常與否取 決于各個探頭具有嚴格的精度范圍，超出即有異常；當地水利部門提供的水 體水質的基本參數，超出即表明異常的發(fā)生；監(jiān)控端ANN人工神經網絡程序經 長期的觀測總結出的與外界條件的相關程度，如若超出，即表明外界條件發(fā)生 了變化，水質情況有異常。(2) 數據傳輸模塊以中國移動的GPRS/CDMA業(yè)務網傳送采集的水質數據 及當前采集點的水情情況的視頻。其中水質具有一定的釆集時段，而水情視頻 采用實時實況傳送。智能采集儀已將數據打包形成可讀的數據報，GPRSDTU僅起 到轉發(fā)數據報的功能。水情視頻信號經一系列的壓縮加密后經GPRS/CDMA業(yè)務 網實時，動態(tài)的傳送到監(jiān)控端。(3) 數據處理模塊。監(jiān)控端對接收到的數據進行分析，處理，將正常范圍 的數據存儲。遇異常數據時自動告警并啟動相應的處理預案。同時安裝在監(jiān)控 端的ANN人工神經網絡程序對數據進行長期的跟蹤，分析，總結與外界條件的相 關程度，推導監(jiān)測水體內在的變化規(guī)律。監(jiān)控端WEB服務器可以對授權的手機 用戶提供實時，在線的數據査詢服務。這樣可以使監(jiān)控人員及相關部門人員隨 時，隨地了解水質情況。在重大水體污染事故發(fā)生時及時采取措施。(4) 輔助設備。數據傳輸模塊配有UPS電源，在子站停電時，自動投切， 使數據采集，數據傳輸可以無間斷運行。紅外報警器，聯(lián)動探照燈可以在工作人員以外人員無許可進入時及時示警， 保障了監(jiān)控子站設備的運行安全。 本發(fā)明的有益效果在于-1、 水質在線自動監(jiān)測系統(tǒng)是一套用于飲用水和污水及廢水處理的自動在線 監(jiān)測系統(tǒng)，可連續(xù)或間歇地對系統(tǒng)中水質實現(xiàn)多種參數的在線監(jiān)測，為水質監(jiān) 控提供完整的解決方案；可及時地掌握水處理系統(tǒng)中各流程點的水質狀況，有 效地保證飲用水、污水及廢水處理系統(tǒng)的正常運行；可滿足企業(yè)生產高效、低 耗、現(xiàn)場無人值守等要求。2、 實施水質自動監(jiān)測，可以實現(xiàn)水質的實時連續(xù)監(jiān)測和遠程監(jiān)控，達到及 時掌握主要流域重點斷面水體的水質狀況、預警預報重大或流域性水質污染事 故、解決跨行政區(qū)域的水污染事故糾紛、監(jiān)督總量控制制度落實情況、排放達 標情況等目的。3、 水質自動監(jiān)測儀具有最佳現(xiàn)場使用效果，可以對水質進行自動、連續(xù)監(jiān) 測，數據遠程自動傳輸，隨時可以查詢到所設站點的水質數據。這對于解決現(xiàn)行的水質監(jiān)測周期長，勞動強度大，數據采集、傳輸速度慢等問題，具有深遠 的社會效益和經濟效益。其先進性在于在實驗室(中央控制室)可以實時顯示 現(xiàn)場數據，儀器發(fā)生故障時，報警功能可提醒用戶并告知故障原因。4、 實現(xiàn)水污染的預警預報，水質自動監(jiān)測工作的開展， 一改過去總在事后 才能向有關部門提供水質信息的被動局面，實現(xiàn)了在水質發(fā)生惡化時，儀器自 動報警或響應，對流域下游發(fā)出水質污染的預警預報，防患于未然，充分體現(xiàn)了水利部門水量水質綜合管理的優(yōu)越性。2001年夏季，淮河泄污監(jiān)測中，淮南石 頭埠斷面的電導率上升趨勢極為明顯，成功地預測了污水團對下游的影響。2003 年1月底至4月初，長江最大支流——漢江接連三次發(fā)生"水華"污染事件， 武漢宗關水質自動站通過pH值和溶解氧的異常變化，多次率先監(jiān)測到"水華" 的產生，并連續(xù)進行了跟蹤、監(jiān)視，掌握了污染事件的發(fā)生、發(fā)展、結束過程。 這對于防止污染事件的進一步發(fā)展有重要意義。5、 實現(xiàn)水質信息的在線查詢和互訪共享，水質自動監(jiān)測系統(tǒng)促進水利部門 水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)計算機聯(lián)網，改革環(huán)境質量和污染源報告的編報，加速全國水 環(huán)境監(jiān)測技術向統(tǒng)一化、標準化發(fā)展，實現(xiàn)水質信息的在線査詢、分析、計算、 圖表顯示、打印等，隨時實現(xiàn)各單位之間水質信息的互訪共享，實現(xiàn)全流域水 環(huán)境綜合評價，可迅速為領導決策提供科學依據。


圖1是水質在線自動監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理框圖 圖2是YSI多參數智能數據采集儀工作原理框圖具體實施方式
圖1和圖2所示水質在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，是主要由數據采集模塊、數據 傳輸模塊和數據處理模塊三個部分組成的連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，其數據采集部分 為多參數智能數據采集儀，數據傳輸部分為移動通信的GPRS通用分組業(yè)務網， 利用無線數傳終端DTU對數據進行傳輸，數據處理部分的在線自動分析儀器將 數據分析打包以UDP包的形式經空中接口傳送到移動的服務器后經公用 Internet網送到監(jiān)控中心數據服務器，GPRS數據中心與系統(tǒng)的應用軟件接口以 動態(tài)連接庫以UDP/IP鏈路進行數據轉發(fā)。所述的水質在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，在一 個水系或者是一個地區(qū)設置多個有連續(xù)自動監(jiān)測儀器的固定監(jiān)測子站，由一個 中心站控制若干個固定監(jiān)測子站，對該區(qū)域的水質進行連續(xù)自動監(jiān)測，形成一 個連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，中心站是各個子站的監(jiān)控中心和網絡指揮中心和信息數 據中心。所述的監(jiān)控中心的服務器采用固定IP連接至Internet,數據經公用 Internet實現(xiàn)數據的透明傳輸，監(jiān)控中心服務器上安裝相關系統(tǒng)軟件，包括通信服務器，監(jiān)控中心服務器，數據庫服務器，WEB服務器，通信服務器負責數據通信協(xié)議，數據代理轉發(fā)通信設備狀態(tài)監(jiān)控等功能，數據庫服務器進行數據存儲、備份，監(jiān)控中心服務器實現(xiàn)數據分析、存儲、反控，監(jiān)控中心有WEB服務 器，監(jiān)控中心可通過GPRS向現(xiàn)場運行的GPRSDTU和水質監(jiān)測設備發(fā)送遠程配置 命令，實現(xiàn)對設備的控制。
權利要求
1. 水質在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，是主要由數據采集模塊、數據傳輸模塊和數據處理模塊三個部分組成的連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于數據采集部分為多參數智能數據采集儀，數據傳輸部分為移動通信的GPRS通用分組業(yè)務網，利用無線數傳終端DTU對數據進行傳輸，數據處理部分的在線自動分析儀器將數據分析打包以UDP包的形式經空中接口傳送到移動的服務器后經公用Internet網送到監(jiān)控中心數據服務器，GPRS數據中心與系統(tǒng)的應用軟件接口以動態(tài)連接庫以UDP/IP鏈路進行數據轉發(fā)。
2、 根據權利要求l所述的水質在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于在一個水 系或者是一個地區(qū)設置多個有連續(xù)自動監(jiān)測儀器的固定監(jiān)測子站，由一個中心 站控制若干個固定監(jiān)測子站，對該區(qū)域的水質進行連續(xù)自動監(jiān)測，形成一個連 續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，各子站的工作是連續(xù)運行，中心站是各個子站的監(jiān)控中心和 網絡指揮中心和信息數據中心。
3、 根據權利要求l所述的水質在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)控中心 的服務器采用固定IP連接至Internet,數據經公用Internet實現(xiàn)數據的透明 傳輸，監(jiān)控中心服務器上安裝相關系統(tǒng)軟件，包括通信服務器，監(jiān)控中心服務 器，數據庫服務器，WEB服務器，通信服務器負責數據通信協(xié)議，數據代理轉發(fā) 通信設備狀態(tài)監(jiān)控等功能，數據庫服務器進行數據存儲、備份，監(jiān)控中心服務 器實現(xiàn)數據分析、存儲、反控，監(jiān)控中心有WEB服務器，監(jiān)控中心可通過GPRS 向現(xiàn)場運行的GPRSDTU和水質監(jiān)測設備發(fā)送遠程配置命令。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水質監(jiān)測系統(tǒng)，是一種用于飲用水和污水及廢水處理的水質在線自動監(jiān)測系統(tǒng)。是由數據采集模塊、數據傳輸模塊和數據處理模塊三個部分組成的連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，其數據采集部分為多參數智能數據采集儀，數據傳輸部分為移動通信的GPRS通用分組業(yè)務網，利用無線數傳終端DTU對數據進行傳輸，數據處理部分的在線自動分析儀器將數據分析打包以UDP包的形式經空中接口傳送到移動的服務器后經公用Internet網送到監(jiān)控中心數據服務器，GPRS數據中心與系統(tǒng)的應用軟件接口以動態(tài)連接庫以UDP/IP鏈路進行數據轉發(fā)。
文檔編號G01N33/18GK101266254SQ20081005495
公開日2008年9月17日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權日2008年5月9日
發(fā)明者增 郭 申請人:邯鄲市隆達利科技發(fā)展有限公司