專利名稱：一種移動(dòng)式水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警及無線遠(yuǎn)傳設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水環(huán)境監(jiān)測(cè)和突發(fā)性污染事故應(yīng)急領(lǐng)域，尤其涉及一種移動(dòng)式水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警及無線遠(yuǎn)傳設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，突發(fā)性水質(zhì)污染事故頻頻發(fā)生，不斷地惡化著我國(guó)的水環(huán)境，威脅人民群眾用水安全，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的損失。突發(fā)性水質(zhì)污染事故往往具有如下幾個(gè)特點(diǎn)
(1)事故發(fā)生的突然性；
(2)事故的不確定性發(fā)生地點(diǎn)、時(shí)間、水域性質(zhì)、污染源和危害性等具有很大的不確定
性；
(3)擴(kuò)散的迅速性污染物會(huì)在水中迅速擴(kuò)散甚至溶解，尤其是易溶物和液體物質(zhì)；
(4)危害的嚴(yán)重性水污染也具有流域性，導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域環(huán)境都會(huì)受到不同程度的影響，尤其是打亂附近的居民的生活秩序、危害人體健康，并且給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失;
(5)處置的艱巨性突發(fā)性水污染事故的性質(zhì)、規(guī)模和發(fā)展趨勢(shì)等不同，涉及自然因素和人為因素的相互作用，處置過程受歷史、地理、經(jīng)濟(jì)、文化等眾多因素的影響，而不是單純的進(jìn)行水污染事故本身的處理和處置，這就帶來了處置的復(fù)雜性和艱巨性。鑒于突發(fā)性水質(zhì)污染事故的特點(diǎn)，在發(fā)生重大突發(fā)性水質(zhì)污染時(shí)，需要立即在水污染區(qū)域和下游區(qū)域部署若干個(gè)移動(dòng)式/便攜式水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行水質(zhì)和特征污染物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)到的水質(zhì)和特征污染物數(shù)據(jù)報(bào)告給水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心或應(yīng)急監(jiān)測(cè)中心，水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心或應(yīng)急監(jiān)測(cè)中心依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告的水質(zhì)狀況和特征污染物濃度，才能對(duì)突發(fā)性水質(zhì)污染事故進(jìn)行快捷和有效地決策處置。面對(duì)復(fù)雜多變的水環(huán)境現(xiàn)狀和頻繁發(fā)生的突發(fā)性水質(zhì)污染事故，開發(fā)快速、有效的現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)式/便攜式水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備，以靈活應(yīng)對(duì)各類水質(zhì)突發(fā)性污染事故、保障人民群眾用水安全、最大限度減少各方面的損失，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。然而，現(xiàn)有的移動(dòng)式/便攜式水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備在功能方面較單一、可監(jiān)測(cè)水質(zhì)指標(biāo)偏少、自動(dòng)化水平不高，這使得在發(fā)生突發(fā)性水質(zhì)污染事故時(shí)，需要大量的人力投入，24小時(shí)不間斷地在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行水質(zhì)人工取樣、人工分析、人工上報(bào)，這已經(jīng)無法滿足目前日益復(fù)雜的水環(huán)境污染現(xiàn)狀和快速高效處理重大突發(fā)性水質(zhì)污染事故的要求。有鑒于此，本發(fā)明綜合利用光譜分析技術(shù)、GPS定位技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、水質(zhì)評(píng)價(jià)預(yù)警技術(shù)、音視頻編解碼技術(shù)等，提供在突發(fā)性水質(zhì)污染事故情況下，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)和特征污染物的即時(shí)監(jiān)測(cè)分析、即時(shí)評(píng)價(jià)預(yù)警、即時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、即時(shí)視頻會(huì)商等功能，為突發(fā)性水質(zhì)事故的處理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和保障
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有移動(dòng)式/便攜式水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備功能單一、監(jiān)測(cè)指標(biāo)偏少、自動(dòng)化程度不高的不足，提供一種移動(dòng)式水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警及無線遠(yuǎn)傳設(shè)備，利用該設(shè)備可進(jìn)行常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)和特征污染物的即時(shí)監(jiān)測(cè)分析、即時(shí)評(píng)價(jià)預(yù)警、即時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、即時(shí)視頻會(huì)商等功能，以提高緊急情況下處理突發(fā)性水質(zhì)事故的應(yīng)急能力。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種移動(dòng)式水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警及無線遠(yuǎn)傳設(shè)備，它包括主控單元、水質(zhì)在線取樣測(cè)量單元、視頻監(jiān)控及語(yǔ)音對(duì)講單元、GPS定位單元、人機(jī)交互單元、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警單元和無線通訊遠(yuǎn)傳單元等；其中，所述水質(zhì)在線取樣測(cè)量單元與主控單元通過RS485通訊接口相連接；視頻監(jiān)控和主意對(duì)講單元通過USB接口與主控單元相連接；GPS定位單元通過其通訊端口與主控單元相連接；人機(jī)交互單元通過RS485通訊接口與主控單元相連接；無線通訊遠(yuǎn)傳模塊通過RS232通訊接口與主控相連接；現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警單元與主控單元直連。進(jìn)一步地，所述主控單元包括主控制模塊、光譜分析模塊、評(píng)價(jià)預(yù)警模塊、語(yǔ)音視頻模塊和無線通訊模塊等；其中，所述光譜分析模塊、評(píng)價(jià)預(yù)警模塊、語(yǔ)音視頻模塊和無線通訊模塊均與主控制模塊相連。進(jìn)一步地，所述水質(zhì)在線取樣測(cè)量單元由光源、浸沒式反射式探頭和光譜儀等組成；其中，所述光源通過光纖與浸沒式反射式探頭連接，浸沒式反射式探頭通過光纖與光譜儀連接，光源通過信號(hào)線與光譜儀連接。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用紫外多光譜自動(dòng)掃描系統(tǒng)、嵌入式微機(jī)系統(tǒng)和基于支持水質(zhì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與智能算法的水質(zhì)模型，提高了水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警的準(zhǔn)確性與速度；嵌入式系統(tǒng)為核心的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)水，出水，清洗等過程的全自動(dòng)化；實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警的全自動(dòng)化，簡(jiǎn)單化，智能化，大大提高了水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警的速度，能夠適合于多種情況下運(yùn)行的水質(zhì)在線，快速，準(zhǔn)確監(jiān)控預(yù)警。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明的主控單元的電路原理 圖3是本發(fā)明的水質(zhì)取樣測(cè)量單元光路原理 圖4是本發(fā)明的單元工作流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明移動(dòng)式水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警及無線遠(yuǎn)傳設(shè)備包括主控單元、水質(zhì)在線取樣測(cè)量單元、視頻監(jiān)控及語(yǔ)音對(duì)講單元、GPS定位單元、人機(jī)交互單元、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警單元、無線通訊遠(yuǎn)傳單元。其中，水質(zhì)在線取樣測(cè)量單元與主控單元通過RS485通訊接口相連接；視頻監(jiān)控和主意對(duì)講單元通過USB接口與主控單元相連接；GPS定位單元通過其通訊端口與主控單元相連接；人機(jī)交互單元通過RS485通訊接口與主控單元相連接；無線通訊遠(yuǎn)傳模塊通過RS232通訊接口與主控相連接；現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警單元與主控單元直連。如圖2所示，主控單元包括主控制模塊、光譜分析模塊、評(píng)價(jià)預(yù)警模塊、語(yǔ)音視頻模塊、無線通訊模塊。其中，光譜分析模塊、評(píng)價(jià)預(yù)警模塊、語(yǔ)音視頻模塊和無線通訊模塊均與主控制模塊相連，主控單元可以由ARM公司的STM32F103RBT6P型號(hào)的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，它有著體積小、計(jì)算速度快、模塊化性能好、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，但不限于此。主控制模塊負(fù)責(zé)對(duì)基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，控制程序流程以及與各模塊及單元之間進(jìn)行常規(guī)通訊等功能。光譜分析模塊內(nèi)嵌紫外光譜分析算法，負(fù)責(zé)對(duì)水質(zhì)在線取樣單元所得到的吸光度數(shù)據(jù)根據(jù)分析算法進(jìn)行分析計(jì)算，得到水樣中檢測(cè)物質(zhì)的數(shù)據(jù)。評(píng)價(jià)預(yù)警模塊內(nèi)嵌評(píng)價(jià)預(yù)警算法，負(fù)責(zé)在光譜分析模塊對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上依據(jù)歷史信息及國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水質(zhì)信息進(jìn)行分類評(píng)價(jià)預(yù)警，得到及時(shí)的水質(zhì)評(píng)價(jià)預(yù)警信息遠(yuǎn)傳回服務(wù)器。語(yǔ)音視頻模塊負(fù)責(zé)對(duì)語(yǔ)音視頻信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。無線通訊模塊負(fù)責(zé)與遠(yuǎn)程中心服務(wù)器對(duì)接，收發(fā)中心指令，及時(shí)遠(yuǎn)傳現(xiàn)場(chǎng)信息及進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操控。如圖3所示，所述水質(zhì)在線取樣測(cè)量單元由光源、浸沒式反射式探頭、光譜儀組成。其中光源通過光纖與浸沒式反射式探頭連接，浸沒式反射式探頭通過光纖與光譜儀連接，光源通過信號(hào)線與光譜儀連接。其中光源可以選用脈沖氙燈光源，波長(zhǎng)范圍200-750nm;探頭可以米用浸入式UV-VIS探頭，波長(zhǎng)范圍200-1 lOOnm。較長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)及小型化的設(shè)備使其更具便攜性與適用性；光譜儀可以采用USB4000-UV-VIS它的波長(zhǎng)范圍是200-850nm，其他類型的紅外，熒光，拉曼光譜儀都不具有這一特點(diǎn)，另外它偏小型化，便于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)檢測(cè)的目的，具有232和USB借口，可與單片機(jī)或電腦通信，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)發(fā)送目的。視頻監(jiān)控及語(yǔ)音對(duì)講單元包括視頻攝像設(shè)備、視頻解碼器、錄音單元、麥克風(fēng)、喇叭等部分；其中視頻攝像設(shè)備與視頻解碼器相連接，視頻攝像設(shè)備與主控單元相連接，錄音單元與主控單元相連接，麥克風(fēng)、喇叭與主控單元相連接。整個(gè)視頻監(jiān)控及語(yǔ)音對(duì)講單元用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的圖像和語(yǔ)音進(jìn)行攝像和錄音，將視頻和語(yǔ)音信號(hào)發(fā)送給主控單元，并接收主控單元傳來的語(yǔ)音進(jìn)行播放。GPS定位單元用于從全球定位系統(tǒng)中接收并記錄設(shè)備所在的地理位置信息，經(jīng)由主控單元和無線通訊遠(yuǎn)傳單元發(fā)送給監(jiān)控中心服務(wù)器。具體可以采用ZyCast SR-87M模塊結(jié)構(gòu)，但不限于此，該產(chǎn)品具有高靈敏性，超小型等特點(diǎn)除體積小外還具備短信報(bào)警和遠(yuǎn)程測(cè)聽環(huán)境聲音等功能。人機(jī)交互單元包括了由用于事物處理及協(xié)調(diào)各模塊的核心控制單元、用于輸入操作者指令的輸入單元、用于輸出系統(tǒng)運(yùn)行功能結(jié)果的輸出單元及用于與其他終端進(jìn)行互聯(lián)通信的通信接口單元組成，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的人機(jī)交互，水質(zhì)參數(shù)監(jiān)控、工作參數(shù)配置、通訊參數(shù)設(shè)置等，具體可采用西門子公司SMART系列產(chǎn)品，但不限于此?，F(xiàn)場(chǎng)報(bào)警單元用于當(dāng)污染物濃度超過報(bào)警值時(shí)，觸發(fā)聲光報(bào)警，提示現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)前的水質(zhì)污染程度。具體實(shí)施報(bào)警單元可以采用TBJ-185可攜帶式聲光報(bào)警器，但不限于此，該產(chǎn)品包括了傳感裝置，通訊裝置，報(bào)警裝置，控制裝置和終端處理裝置，具有便攜、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。無線通訊遠(yuǎn)傳單元可以采用愛賽德公司的DTU產(chǎn)品，但不限于此，其中包括了監(jiān)測(cè)控制模塊、無線通訊收發(fā)模塊、無線智能傳感器和執(zhí)行模塊組成，用于經(jīng)由GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)建立設(shè)備與遠(yuǎn)端監(jiān)控中心服務(wù)器的無線數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)、水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)和語(yǔ)音數(shù)據(jù)的通訊。無線遠(yuǎn)傳模塊根據(jù)自行約定的波特率、校驗(yàn)位、停止位、固定IP等信息將所需數(shù)據(jù)傳回遠(yuǎn)端服務(wù)器。整個(gè)移動(dòng)式水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警及無線遠(yuǎn)傳設(shè)備的工作流程如下主控單元首先進(jìn)行上電初始化，水質(zhì)在線取樣分析單元對(duì)水樣進(jìn)行取樣，利用光路系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行在線分析獲得光譜測(cè)量數(shù)據(jù)；主控單元然后對(duì)光譜測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)和特征污染物指標(biāo)的估計(jì)值，并利用評(píng)價(jià)預(yù)警模型實(shí)現(xiàn)水質(zhì)評(píng)價(jià)預(yù)警，水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水質(zhì)評(píng)價(jià)預(yù)警結(jié)果通過無線通訊遠(yuǎn)傳單元實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心服務(wù)器的通訊。GPS定位單元實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位、視頻及語(yǔ)音數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，人機(jī)交互單元和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警單元實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的人機(jī)交互控制和聲光報(bào)警功能。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)突發(fā)水質(zhì)污染事件現(xiàn)場(chǎng)常規(guī)水質(zhì)和已知特征污染物的同時(shí)在線監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和報(bào)警，大大提高突發(fā)水質(zhì)污染事件的自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、智能化水平。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)式水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警及無線遠(yuǎn)傳設(shè)備，其特征在于，它包括主控單元、水質(zhì)在線取樣測(cè)量單元、視頻監(jiān)控及語(yǔ)音對(duì)講單元、GPS定位單元、人機(jī)交互單元、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警單元和無線通訊遠(yuǎn)傳單元等；其中，所述水質(zhì)在線取樣測(cè)量單元與主控單元通過RS485通訊接口相連接；視頻監(jiān)控和主意對(duì)講單元通過USB接口與主控單元相連接；GPS定位單元通過其通訊端口與主控單元相連接；人機(jī)交互單元通過RS485通訊接口與主控單元相連接；無線通訊遠(yuǎn)傳模塊通過RS232通訊接口與主控相連接；現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警單元與主控單元直連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述移動(dòng)式水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警及無線遠(yuǎn)傳設(shè)備，其特征在于，所述主控單元包括主控制模塊、光譜分析模塊、評(píng)價(jià)預(yù)警模塊、語(yǔ)音視頻模塊和無線通訊模塊等；其中，所述光譜分析模塊、評(píng)價(jià)預(yù)警模塊、語(yǔ)音視頻模塊和無線通訊模塊均與主控制模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述移動(dòng)式水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警及無線遠(yuǎn)傳設(shè)備，其特征在于，所述水質(zhì)在線取樣測(cè)量單元由光源、浸沒式反射式探頭和光譜儀等組成；其中，所述光源通過光纖與浸沒式反射式探頭連接，浸沒式反射式探頭通過光纖與光譜儀連接，光源通過信號(hào)線與光譜儀連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種移動(dòng)式水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警及無線遠(yuǎn)傳設(shè)備，該設(shè)備用于突發(fā)水質(zhì)污染事件時(shí)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、分析、報(bào)警，包括主控單元、水質(zhì)在線取樣測(cè)量單元、無線通訊遠(yuǎn)傳單元、視頻監(jiān)控和語(yǔ)音對(duì)講單元、GPS定位單元、人機(jī)交互單元和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警單元；水質(zhì)在線取樣分析單元利用取樣系統(tǒng)對(duì)水樣進(jìn)行取樣；主控單元對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)，并利用評(píng)價(jià)預(yù)警模型實(shí)現(xiàn)水質(zhì)評(píng)價(jià)預(yù)警；水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水質(zhì)評(píng)價(jià)預(yù)警結(jié)果、GPS位置數(shù)據(jù)、視頻及語(yǔ)音數(shù)據(jù)，通過無線通訊遠(yuǎn)傳單元實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心服務(wù)器通訊。人機(jī)交互單元和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警單元實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的控制和報(bào)警功能。該設(shè)備大大提高突發(fā)水質(zhì)污染事件的自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、智能化水平。
文檔編號(hào)G01N21/35GK103018197SQ20121054003
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者侯迪波, 武尚智, 張光新, 黃平捷, 張堅(jiān), 代雷雷, 李家琛, 魯天龍, 劉澍, 郭誠(chéng), 馮天恒 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)