一种水质监测系统和水质监测方法

技术领域

本公开涉及水质监测技术领域，尤其涉及一种水质监测系统和水质监测方法。

背景技术

水质监测是水污染防控的重要组成部分，是一种辅助和改善各种社会经济、环境等决策过程的有利工具，使得水资源的开发建设活动建立在环境协调和可持续发展的基础上，在水环境管理中起着重要的作用。通过对水质的监测可以了解其变化状况，在水资源管理中针对水质波动状况及时地采取有效的处理措施，对预防疾病，提高人民健康水平，保证社会稳定，为社会经济环境可持续发展提供技术保障。

通过对污水水质分析发现，气温、日照时数以及降水等因素均会影响污水中氨氮的浓度、氮的浓度、磷的浓度，因此，天气对于水质参数影响十分显著。现有技术中仅仅通过水质数据的采集分析来判定污水处理是否达标或河道治理是否良好，但是此方式没有考虑到气象对水体水质的影响，无法实现对水体水质的合理监测。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种水质监测系统和水质监测方法，提高水质监测系统的准确性。

第一方面，本公开实施例提供了一种水质监测系统，包括：

气象参数采集模块、水质参数采集模块、数据存储模块、主控模块和数据分析模块；

所述气象参数采集模块用于采集气象参数，并将采集的所述气象参数存储至所述数据存储模块；

所述水质参数采集模块用于采集水质参数，并将采集的所述水质参数存储至所述数据存储模块；

所述数据存储模块用于输出气象参数以及水质参数至所述主控模块；

所述主控模块根据所述水质参数与预设水质参数判断所述水质参数是否异常，并在所述水质参数异常时输出当前水质参数所对应的所述气象参数至所述数据分析模块；

所述数据分析模块根据所述主控模块输出的所述气象参数与所述数据存储模块存储的所述气象参数判断水质发生异常的原因。

可选的，所述水质监测系统还包括预测模块；

所述预测模块用于根据所述数据存储模块存储的气象参数预测未来时段的预测气象参数以及根据所述数据存储模块存储的水质参数预测未来时段的预测水质参数。

可选的，所述预测模块包括气象预测单元和水质预测单元；

所述气象预测单元用于获取所述数据存储模块存储的气象参数，并根据获取的气象参数预测未来时段的预测气象参数；

所述水质预测单元用于获取所述数据存储模块存储的水质参数，并根据获取的水质参数预测未来时段的预测水质参数。

可选的的，所述水质监测系统还包括控制器；

所述主控模块还用于接收所述预测模块输出的预测气象参数以及预测水质参数并输出所述预测气象参数以及预测水质参数至所述数据分析模块；

所述数据分析模块根据接收的所述预测气象参数以及预测水质参数输出控制参数至所述控制器。

可选的，所述水质监测系统还包括信息提示模块；

所述信息提示模块用于输出提示信息至所述主控模块。

第二方面，本公开实施例提供了一种水质监测方法，该水质监测方法应用于第一方面任一项所述的水质监测系统，所述水质监测方法包括：

所述气象参数采集模块采集气象参数，并将采集的气象参数传输至所述数据存储模块；

所述水质参数采集模块采集水质参数，并将采集的所述水质参数传输至所述数据存储模块；

所述数据存储模块输出气象参数以及水质参数至所述主控模块；

所述主控模块根据所述水质参数与预设水质参数判断水质参数是否异常，并在所述水质异常时输出当前水质参数所对应的气象参数至所述数据分析模块；

所述数据分析模块根据所述主控模块输出至所述数据分析模块的所述气象参数与所述数据存储模块存储的所述气象参数判断水质发生异常的原因。

可选的，所述数据分析模块根据所述主控模块输出的所述气象参数与所述数据存储模块存储的所述气象参数判断水质发生异常的原因包括：

所述数据分析模块接收所述主控模块输出的所述气象参数；

所述数据分析模块获取所述数据存储模块存储的所述气象参数；

所述数据分析模块比对分析所述主控模块输出的所述气象参数与所述数据存储模块存储的所述气象参数，判断水质发生异常的原因。

可选的，所述数据分析模块比对分析所述主控模块输出的所述气象参数与所述数据存储模块存储的所述气象参数，判断水质发生异常的原因包括：

若所述数据分析模块比对分析的所述主控模块输出的所述气象参数与所述数据存储模块存储的所述气象参数发生变化时，天气和气象引起水质异常；

若所述数据分析模块比对分析的所述主控模块输出的所述气象参数与所述数据存储模块存储的所述气象参数未发生变化时，设备异常引起水质异常。

可选的，所述水质监测系统还包括预测模块，所述监测方法还包括：

所述预测模块根据所述数据存储的气象参数预测未来时段的预测气象参数以及根据所述数据存储模块存储的水质参数预测未来时段的预测水质参数。

可选的，所述监测方法还包括：

所述主控模块接收所述预测模块输出的预测气象参数以及预测水质参数并输出所述预测气象参数以及预测水质参数至所述数据分析模块；

所述数据分析模块根据接收的所述预测气象参数以及预测水质参数输出控制参数至控制器。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

(1)通过设置水质监测系统包括气象参数采集模块、水质参数采集模块、数据存储模块、主控模块和数据分析模块，利用气象参数采集模块采集气象参数并将采集的气象参数存储至数据存储模块，利用水质参数采集模块采集水质参数并将水质参数存储模块，主控模块从数据存储模块获取气象参数和水质参数，并根据获取的水质参数与预设水质参数判断水体水质是否存在异常，在确定水体水质存在异常时，主控模块输出当前水质参数所对应的气象参数至数据分析模块，数据分析模块根据主控模块输出的气象参数与数据存储模块存储的气象参数判断水质发生异常的原因。通过将气象参数结合水质参数实现对水体水质发生异常的原因的分析，提高了水质监测系统的准确性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例一提供的一种水质监测系统的结构示意图；

图2是本公开实施例二提供的一种水质监测系统的结构示意图；

图3是本公开实施例二提供的另一种水质监测系统的结构示意图；

图4是本公开实施例二提供的又一种水质监测系统的结构示意图；

图5是本公开实施例二提供的又一种水质监测系统的结构示意图；

图6是本公开实施例三提供的一种水质监测方法的流程示意图；

图7是本公开实施例四提供的一种水质监测方法的流程示意图；

图8是本公开实施例五提供的一种水质监测方法的流程示意图。

其中，10、气象参数采集模块；20、水质参数采集模块；30、数据存储模块；40、主控模块；50、数据分析模块；60、预测模块；70、控制器；80、信息提示模块；61、气象预测单元；62、水质预测单元。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种水质监测系统的结构示意图，如图1所示，水质监测系统包括：气象参数采集模块10、水质参数采集模块20、数据存储模块30、主控模块40和数据分析模块50，气象参数采集模块10用于采集气象参数，并将采集的气象参数存储至数据存储模块30，水质参数采集模块20用于采集水质参数，并将采集的水质参数存储至数据存储模块30，数据存储模块30用于输出气象参数以及水质参数至主控模块40，主控模块40根据水质参数与预设水质参数判断水质参数是否异常，并在水质参数异常时输出当前水质参数所对应的气象参数至数据分析模块50，数据分析模块50根据主控模块40输出的气象参数与数据存储模块30存储的气象参数判断水质发生异常的原因。

如图1所示，水质监测系统包括气象参数采集模块10、水质参数采集模块20、数据存储模块30、主控模块40和数据分析模块50，气象参数采集模块10采集气象参数并将采集的气象参数存储至数据存储模块30，其中气象参数采集模块10采集的气象参数包括天气、大气温度、湿度以及风速等参数。水质参数采集模块20采集水质参数并将采集的水质参数存储至数据存储模块30，其中水质参数采集模块20采集的水质参数包括水温、溶解氧、pH值、氨氮含量以及亚硝酸分子含量等参数。数据存储模块30存储气象参数采集模块10采集的气象参数以及水质参数采集模块20采集的水质参数，其中，数据存储模块30存储的气象参数和水质参数包括气象采集模块10和水质参数采集模块20采集的多组参数数据，例如，气象参数采集模块和水质参数采集模块设定为以天为周期进行采集，气象参数采集模块10在每一天各个时刻采集气象参数后将气象参数存储至数据存储模块30，水质参数采集模块20在每一天各个时刻采集水质参数后将水质参数存储至数据存储模块30，数据存储模块30对应每一天的各个时刻分别存储该气象参数和水质参数。为提高水质监测系统的准确性，当气象参数采集模块10和水质参数采集模块20采集对应的气象参数和水质参数且存储至数据存储模块30后，主控模块40从数据存储模块30获取当日气象参数采集模块10采集的气象参数以及水质参数采集模块20采集的水质参数，并根据获取的当日采集的水质参数与预设水质参数进行比对，分析当日水体水质是否发生异常，当当日水质参数采集模块20采集的水质参数大于预设水质参数时，此时可确定当日水体水质发生异常。当主控模块40判断当日水质发生异常后，通过输出当日水质参数所对应的气象参数至数据分析模块50，数据分析模块50根据主控模块40输出的当日气象参数与数据存储模块30存储的前几日气象参数判断水质发生异常的原因。若数据分析模块50从主控模块40获取的气象参数相比较数据存储模块30存储的前几日气象参数无明显差别，则可排除天气原因造成的水体水质的异常，此时可能是水质参数采集模块20中的传感器出现问题而导致采集的水质参数出现异常。若数据分析模块50从主控模块40获取的气象参数相比较数据存储模块30存储的前几日气象参数发生了明显的变化，则可能是天气原因引起的水质参数的变化，一方面可考虑降水的增加使水质参数发生变化，另一方面可考虑温度的升高或降低导致的水体中微生物活性变化而造成的水体水质的异常。数据分析模块50根据发生异常的水质参数所对应的气象参数与数据存储模块30存储的气象参数实现对水体水质发生异常的原因分析，提高水质监测系统的准确性。

需要说明的是，气象参数采集模块和水质参数采集模块可以通过设置传感器实现对气象参数以及水质参数的采集，示例性，当采集湿度时可以通过湿度传感器实现对大气温度的采集，当采集水体水温时可以通过温度传感器对水体温度进行采集，对于水氧含量、氨氮含量也可以通过具体对应的传感器进行测量，本发明实施例不对此进行具体限定。

本发明实施例提供的水质监测系统，通过设置水质监测系统包括气象参数采集模块、水质参数采集模块、数据存储模块、主控模块和数据分析模块，利用气象参数采集模块采集气象参数并将采集的气象参数存储至数据存储模块，利用水质参数采集模块采集水质参数并将采集的水质参数存储至数据存储模块，主控模块从数据存储模块获取气象参数和水质参数，并根据获取的水质参数与预设水质参数判断水体水质是否存在异常，在确定水体水质存在异常时，主控模块输出当前水质参数所对应的气象参数至数据分析模块，数据分析模块根据主控模块输出的气象参数与数据存储模块存储的气象参数判断水质发生异常的原因。通过将气象参数结合水质参数实现对水体水质发生异常的原因的分析，提高了水质监测系统的准确性。

实施例二

可选的，在上述实施例的基础上，图2是本发明实施例二提供的一种水质监测系统的结构示意图，如图2所示，水质监测系统还包括预测模块60，预测模块60用于根据数据存储模块30存储的气象参数预测未来时段的预测气象参数以及根据数据存储模块30存储的水质参数预测未来时段的预测水质参数。

示例性的，如图2所示，水质监测系统还包括预测模块60，预测模块60根据存储模块存储的气象参数预测未来时段的预测气象参数以及根据数据存储模块存储的水质参数预测未来时段的预测水质参数，并将预测的预测气象参数以及预测水质参数传输至主控模块40。

可选的，在上述实施例的基础上，图3是本发明实施例二提供的另一种水质监测系统的结构示意图，如图3所示，预测模块60包括气象预测单元61和水质预测单元62，气象预测单元61用于获取数据存储模块30存储的气象参数，并根据获取的气象参数预测未来时段的预测气象参数，水质预测单元62用于获取数据存储模块30存储的水质参数，并根据获取的水质参数预测未来时段的预测水质参数。

具体的，当气象参数采集模块10和水质参数采集模块20设定为以天为周期进行采集时，气象参数采集模块10在每一天采集气象参数后将气象参数存储至数据存储模块30，水质参数采集模块20在每一天采集水质参数后将水质参数存储至数据存储模块30，数据存储模块30对应每一天存储气象参数和水质参数，即对应某一天，数据存储模块30存储当前日期气象参数采集模块采集10的气象参数和水质参数采集模块20采集的水质参数。为避免因气象参数的变化导致水体水质的变化，通过设置预测模块60包括气象预测单元61和水质预测单元62，气象预测单元61获取数据存储模块存储30的气象参数后训练成气象预测模型，通过气象预测模型预测未来时段的预测气象参数，水质预测单元62获取数据存储模块30存储的水质参数后训练生成水质预测模型，通过水质预测模型预测未来时段的预测水质参数。

示例性的，当气象参数采集模块10采集的气象参数为一天中各个时刻所对应的气象数据，以24个时刻采集的气象参数为一组数据，此时气象预测单元61可以从数据存储模块30获取多组数据，并对获取的多组数据进行归一化处理后进行训练得到气象参数预测模型，此时根据气象参数预测模型可以获取未来某一天各个时刻的气象参数。若气象参数采集模块10采集的气象参数为某一天中对应的某个时刻的气象数据，即气象参数采集模块仅仅在每一天的同一时刻进行气象参数的采集时，此时可以选择以5天为一个周期，即一组数据包括5个在不同天同一时刻采集的气象参数，选择多组数据进行训练得到气象参数预测模型，此时根据气象参数预测模型可以获取未来某一天某个时刻的气象参数。

需要说明的是，水质预测单元61对未来时段的水质参数预测与气象预测单元61的原理相同，本发明实施例不对此一一赘述。

可选的，在上述实施例的基础上，图4是本发明实施例提供的又一种水质监测系统的结构示意图，如图4所示，水质监测系统还包括控制器70，主控模块40还用于接收预测模块60输出的预测气象参数以及预测水质参数并输出预测气象参数以及预测水质参数至数据分析模块50，数据分析模块50根据接收的预测气象参数以及预测水质参数输出控制参数至控制器70。

示例性的，如图4所示，数据分析模块50接收主控模块40输出的预测气象参数以及预测水质参数，并对预测模块60预测的预测气象参数以及预测水质参数进行分析，若预测模块60预测的气象参数中天气参数为未来几天连续降雨，由于雨水量的增加会导致水体水质的变化，为保证水体水质尽可能的达标，此时可以通过数据分析模块50输出控制参数至控制器，利用控制参数调节控制器使得水体中氧气的浓度、氨氮的浓度、氮的浓度、磷的浓度等，保证水体水质处于合理范围。

可选的，在上述实施例的基础上，图5是本发明实施例提供的又一种水质监测系统的结构示意图，如图5所示，水质监测系统还包括信息提示模块80，信息提示模块80用于输出提示信息至主控模块40。

如图5所示，通过设置水质监测系统包括信息提示模块80，一方面，当数据分析模块50确定水质参数异常是由水质参数采集模块20中的传感器出现问题而导致采集的水质参数出现异常时，可以通过信息提示模块输出提示信息至主控模块40，主控模块40通过显示提示管理人员对传感器原件进行自检。若数据分析模块50确定水质参数异常是由天气原因引起的水质参数的变化，此时可以通过信息提示模块输出提示信息至主控模块40，利用主控模块40的显示提示工作人员水质异常与气象参数有关。另一方面，当预测模块60预测的气象参数中天气参数为未来几天连续降雨，此时可以通过信息提示模块输出提示信号至主控模块40，主控模块40通过显示提示运维管理人员及时补充碳源并注意适时采取保温措施来水体维持微生物活性。

实施例三

可选的，在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供一种水质监测方法，该方法应用于上述任意实施例所述的水质监测系统，图6是本发明实施例提供的一种水质监测方法的流程示意图，如图6所示，水质监测方法包括：

S110、气象参数采集模块采集气象参数，并将采集的气象参数传输至数据存储模块。

气象参数采集模块采集气象参数并将采集的气象参数存储至数据存储模块，其中气象参数采集模块采集的气象参数包括天气、大气温度、湿度以及风速等参数。

S120、水质参数采集模块采集水质参数，并将采集的水质参数传输至所述数据存储模块。

水质参数采集模块采集水质参数并将采集的水质参数存储至数据存储模块，其中水质参数采集模块采集的水质参数包括水温、溶解氧、pH值、氨氮含量以及亚硝酸分子含量等参数。

S130、数据存储模块输出气象参数以及水质参数至主控模块。

数据存储模块存储气象参数采集模块采集的气象参数以及水质参数采集模块采集的水质参数，其中，数据存储模块存储的气象参数和水质参数包括气象采集模块和水质参数采集模块采集的多组参数数据，例如，气象参数采集模块和水质参数采集模块设定为以天为周期进行采集，气象参数采集模块在每一天各个时刻采集气象参数后将气象参数存储至数据存储模块，水质参数采集模块在每一天各个时刻采集水质参数后将水质参数存储至数据存储模块，数据存储模块对应每一天的各个时刻分别存储该气象参数和水质参数。当气象参数采集模块和水质参数采集模块采集对应的气象参数和水质参数且存储至数据存储模块后，主控模块可以从数据存储模块获取当日气象参数采集模块采集的气象参数以及水质参数采集模块采集的水质参数。

S140、主控模块根据水质参数与预设水质参数判断水质参数是否异常，并在水质异常时输出当前水质参数所对应的气象参数至数据分析模块。

主控模块可以从数据存储模块获取当日气象参数采集模块采集的气象参数以及水质参数采集模块采集的水质参数，并根据获取的当日采集的水质参数与预设水质参数进行比对，分析当日水体水质是否发生异常，当当日水质参数采集模块采集的水质参数大于预设水质参数时，此时可确定当日水体水质发生异常，当主控模块判断当日水质发生异常后，通过输出当日水质参数所对应的气象参数至数据分析模块。

S150、数据分析模块根据主控模块输出至数据分析模块的气象参数与数据存储模块存储的气象参数判断水质发生异常的原因。

若数据分析模块从主控模块获取的气象参数相比较数据存储模块存储的前几日气象参数无明显差别，则可排除天气原因造成的水体水质的异常，此时可能是水质参数采集模块中的传感器出现问题而导致采集的水质参数出现异常。若数据分析模块从主控模块获取的气象参数相比较数据存储模块存储的前几日气象参数发生了明显的变化，则可能是天气原因引起的水质参数的变化，一方面可考虑降水的增加使水质参数发生变化，另一方面可考虑温度的升高或降低导致的水体中微生物活性变化而造成的水体水质的异常。数据分析模块根据发生异常的水质参数所对应的气象参数与数据存储模块存储的气象参数实现对水体水质发生异常的原因分析，提高水质监测系统的准确性。

实施例四

可选的，在上述实施例的基础上，图7是本发明实施例四提供的一种水质监测方法的流程示意图，如图7所示，所述水质监测方法包括：

S210、数据分析模块接收主控模块输出的气象参数。

S220、数据分析模块获取数据存储模块存储的气象参数。

S230、数据分析模块比对分析主控模块输出的气象参数与数据存储模块存储的气象参数，判断水质发生异常的原因。

具体的，若数据分析模块比对分析的主控模块输出的气象参数与数据存储模块存储的气象参数发生变化时，气象引起水质异常。

若数据分析模块比对分析的主控模块输出的气象参数与数据存储模块存储的气象参数未发生变化时，设备异常引起水质异常。

为提高水质监测系统的准确性，当主控模块判断当日水质发生异常后，此时数据分析模块首先接收主控模块输出的当日水质参数所对应的气象参数，然后数据分析模块获取数据存储模块中存储的前几日气象参数，通过比对分析主控模块输出的气象参数与数据存储模块存储的气象参数判断水质发生异常的原因。若数据分析模块从主控模块获取的气象参数相比较数据存储模块存储的前几日气象参数无明显差别，则可排除天气原因造成的水体水质的异常，此时可能是水质参数采集模块中的传感器出现问题而导致采集的水质参数出现异常。若数据分析模块从主控模块获取的气象参数相比较数据存储模块存储的前几日气象参数发生了明显的变化，则可能是天气原因引起的水质参数的变化，一方面可考虑降水的增加使水质参数发生变化，另一方面可考虑温度的升高或降低导致的水体中微生物活性变化而造成的水体水质的异常。数据分析模块根据发生异常的水质参数所对应的气象参数与数据存储模块存储的气象参数实现对水体水质发生异常的原因分析，提高水质监测系统的准确性。

实施例五

可选的，在上述实施例的基础上，图8是本发明实施例五提供的一种水质监测方法的流程示意图，如图8所示，水质监测系统还包括预测模块，监测方法还包括：

S310、预测模块根据数据存储的气象参数预测未来时段的预测气象参数以及根据数据存储模块存储的水质参数预测未来时段的预测水质参数。

测模块可以根据从数据存储模块获取的气象参数进行训练得到气象参数预测模型，此时根据训练生成的气象参数预测模型可以预测未来某一天的气象参数，并根据从数据存储模块获取的水质参数进行训练得到水质参数预测模型，此时根据训练生成的水质参数预测模型预测未来某一天的水质参数。

S320、主控模块接收预测模块输出的预测气象参数以及预测水质参数并输出预测气象参数以及预测水质参数至数据分析模块。

S330、数据分析模块根据接收的预测气象参数以及预测水质参数输出控制参数至控制器。

数据分析模块接收主控模块输出的预测气象参数以及预测水质参数，并对预测模块预测的预测气象参数以及预测水质参数进行分析，若预测模块预测的气象参数中天气参数为未来几天连续降雨，由于雨水量的增加会导致水体水质的变化，为保证水体水质尽可能的达标，此时可以通过数据分析模块输出控制参数至控制器，利用控制参数调节控制器使得水体中氧气的浓度、氨氮的浓度、氮的浓度、磷的浓度等，保证水体水质处于合理范围。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。