水质多参数监测综合信息管理系统

技术领域

本发明涉及环境保护领域，尤其涉及一种水质多参数监测综合信息管理系统。

背景技术

目前,现代工业发展越来越快，水质问题一直是全球关注的环境重点问题。水质监测系统发展于二十世纪七十年代，美、英、日、法、德等国先后建立了此类系统。在以往，对水体参数的采集通常使用人工方式测量与记录，该方式耗时费力，且采集到的数据具有偶然性，也不利于对水体水质进行综合分析。我国在水质自动监测、移动快速分析以及预警预报体系建设方面尚处于探索阶段，目前研发的地表水水质监测系统大多存在价格昂贵、效率不佳、功能不够完善等一些弊端。

发明内容

针对现有的地表水水质监测系统所存在的价格昂贵、效率不佳、功能不够完善等问题，本发明公开了一种水质多参数监测综合信息管理系统，其包括水质监测传感器、无线网络传输模块、预警预报监视模块、预警预报工作模块、水质监测工作模块、基础信息管理模块和系统维护管理模块。水质监测传感器设置于各个地表水监测站点，包括温度传感器、浊度传感器、TDS传感器、pH值传感器、电导率传感器、ORP传感器、水位传感器等，同时还包括与各类传感器对应的调理电路，水质监测传感器用于对各类水质监测参数数据进行实时采集，水质监测参数包括地表水的温度、浊度、TDS值、pH值、电导率、ORP值、水位等。无线网络传输模块用于将各个地表水监测站点的水质监测传感器所采集的各类水质监测参数数据传输至水质监测工作模块。水质监测传感器与无线网络传输模块相连，预警预报监视模块与预警预报工作模块相连，水质监测工作模块分别与无线网络传输模块、预警预报监视模块、预警预报工作模块、基础信息管理模块和系统维护管理模块进行连接。

水质多参数监测综合信息管理系统使用B/S与C/S结构，采用系统工程和软件工程技术，在PC端实现水质多参数监测综合信息软件框架、软件功能、界面的设计，基于地表水监测站点实时监测数据的远程传输，开发“智能标识+溯源日志+促发式质控”模型，建立地表水环境监测数据溯源体系，根据地表水环境资源综合评价算法，建立主要监测指标的预警指标体系，实现水质环境安全预警预报功能。

预警预报监视模块用于实现水质预报、水质预警和水质报警功能。该预警预报监视模块的功能界面提供列表和全景图切换功能，并且能按照时间段、参数、监测站点的查询条件对历史采集数据进行查询。

所述的水质预报，是提供不同地表水监测站点的全景图，并能对地表水监测站点今后某一时间段的水质监测参数进行预报。

所述的水质预警，是通过综合考虑季节性规律以及非正常因素影响，预设不同水质监测参数预警的浮动区间，设定时间段、水质修正参数，依据同一时期下水质监测参数变化规律，设置超标预警参数，对未来某一时间段内水质监测参数超标的可能性进行预测；

所述的水质报警，是综合考虑季节性规律以及非正常因素影响，预设不同水质监测参数报警的阈值区间，设定时间段、水质修正参数，依据同一时期下水质监测参数变化规律，设置水质超标最高阈值和最低阈值，对水质进行综合报警评判，并对判定报警的水质监测参数进行显示。

所述的对水质进行综合报警评判，对于某一个时间段内第i类水质监测传感器所采集的P个水质监测参数数据记为列向量a

a＝[a

计算采集数据阵矩阵a的互相关矩阵R，即得到：

R＝a

其中，互相关矩阵R的第i行、第j列的元素r

对互相关矩阵R进行特征分解，得到N个特征向量和特征值，根据特征值大小对特征向量进行筛选，筛选出大于某阈值的M个特征向量所构成的特征矩阵E记为：

E＝[v

其中，v

b＝E

利用权重矩阵ω对主成分分量b进行加权处理，得到水质监测参数综合评价值ρ：

ρ＝ωb，

根据水质超标最高阈值和最低阈值，对水质监测参数综合评价值ρ进行判断，当ρ大于水质超标最高阈值或小于水质超标最低阈值时，判定该时间段内所采集的水质监测参数数据报警。根据相关国家标准数据，以错误报警次数最小为目标，定期对权重矩阵ω、水质超标最高阈值和最低阈值进行优化更新。

所述的预警预报工作模块，用于完成流域温度编辑、流域流速编辑、异常状态编辑、水质超标记录和水质报警记录功能，将不同地表水监测站点获得的水质监测正常数据、异常数据以及外在影响数据，进行编辑和处理，通过处理获取规律性参数，将规律性参数作为水质修正参数输出到预警预报监视模块。

所述的流域温度编辑，是综合考量地表水监测站点周边环境的影响因素，编辑和处理某一站点某一时间段内的温度变化区间及上下浮动阈值；所述的流域流速编辑，是综合考量地表水监测站点周边地势地貌的影响，编辑和处理某一站点某一时间段内的流速变化区间及上下浮动阈值。

所述的水质监测工作模块，包括存储水质监测信息的数据库，水质监测工作模块用于接收无线网络传输模块发送的地表水监测站点采集的水质监测参数数据，实现水质监测数据手动导入，水质监测数据自动导入，水质监测数据查询，水质日报、水质周报、水质月报和水质变化分析功能，将不同的地表水监测站点采集的水质监测参数数据导入到其数据库中，再对该数据进行分析整理。水质监测参数数据导入到该数据库的方法包括，一种方法是通过编程将指定的数据直接导入到该数据库中，另一种方法是将提供的EXCEL格式的数据文件进行导入。

所述的水质变化分析，是在指定参数、时间、监测站点等前提条件下，查看水质变化趋势，进行不同地表水监测站点的水质监测参数的比较。

所述的基础信息管理模块，用于实现水质监测指标标准编辑、水质监测指标标准查询、水质监测地点编辑、水质监测地点查询、水质修正参数编辑、水质修正参数查询和标准数据编辑功能。

所述的水质监测指标标准编辑，是为了实现水质预报、预警和报警功能，将所有水质监测参数中定义为预警和报警的相关阈值与相关国家标准数据进行查询和比对，为水质分析和预报预警提供依据，并对预警和报警的相关阈值进行编辑。

所述的标准数据编辑，标准数据是本系统中引用的相关国家标准数据。

所述的系统维护管理模块，其实现系统人员管理和系统人员权限管理功能，新建或删除用户账号，并对用户的个人信息进行编辑，同时针对具体用户所担任的相应角色，对其进行相应的权限设置。

所述的系统人员管理，管理员可对使用本系统的用户人员信息进行管理和编辑，在本功能中，个性化加入“离职”功能，对使用过本系统的人员变动尽量不轻易选择删除，可通过设置为“离职”从而保留其以前的工作痕迹，便于实时查询。界面使用标准设计模式，列表查询环境+添加/修改/删除等功能。

所述的系统人员权限管理，管理员可对使用本系统的用户人员权限进行管理和编辑，在“系统人员”复选框中可以下拉查看或设置某一用户的使用权限。界面使用标准设计模式，列表查询环境+添加/修改/删除等功能。

本发明的有益效果为：

本发明系统集软件和硬件为一体，实现了将水质信息采集到数据查询、实时跟踪、预警等一系列功能系统化。该系统可以适应我国多样的地势结构，可对pH值、电导率等重要参数进行实时监测，实现了对水资源中污染的测定，以及对水资源中污染物的变化趋势有效跟踪，并可以综合评价水质的情况，使得对水质的综合评价更加科学客观，并有效提高了水质监测的准确率。

附图说明

图1为本发明的水质多参数监测综合信息管理系统的组成框图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明内容，这里给出一个实施例。

如图1所示，本发明公开了一种水质多参数监测综合信息管理系统，其包括水质监测传感器、无线网络传输模块、预警预报监视模块、预警预报工作模块、水质监测工作模块、基础信息管理模块和系统维护管理模块。水质监测传感器设置于各个地表水监测站点，包括温度传感器、浊度传感器、TDS传感器、pH值传感器、电导率传感器、ORP传感器、水位传感器等，同时还包括与各类传感器对应的调理电路，水质监测传感器用于对各类水质监测参数数据进行实时采集，水质监测参数包括地表水的温度、浊度、TDS值、pH值、电导率、ORP值、水位等。无线网络传输模块用于将各个地表水监测站点的水质监测传感器所采集的各类水质监测参数数据传输至水质监测工作模块。水质监测传感器与无线网络传输模块相连，预警预报监视模块与预警预报工作模块相连，水质监测工作模块分别与无线网络传输模块、预警预报监视模块、预警预报工作模块、基础信息管理模块和系统维护管理模块进行连接。

水质多参数监测综合信息管理系统使用B/S与C/S结构，采用系统工程和软件工程技术，在PC端实现水质多参数监测综合信息软件框架、软件功能、界面的设计，基于地表水监测站点实时监测数据的远程传输，开发“智能标识+溯源日志+促发式质控”模型，建立地表水环境监测数据溯源体系，根据地表水环境资源综合评价算法，建立主要监测指标的预警指标体系，实现水质环境安全预警预报功能。

水质多参数监测综合信息管理系统用于实现水质监测参数的导入、水质监测参数日志、水质监测参数查询、水质监测参数统计、水质监测参数分析、水质监测参数标识、水质监测参数溯源、水质修正参数的计算与获取、水质监测指标的报警、预警、预报等功能。

预警预报监视模块用于查看的水质监测指标的报警、预警和预报信息，预警预报工作模块用于对地表水监测站点实时监测数据进行分析评价，得到水质监测指标的报警、预警、预报参数，并能实时对上述参数进行修正处理；水质监测工作模块，用于接收地表水监测站点实时监测数据，并对其进行分析；基础信息管理模块，用于对该系统的标准数据进行存储和维护；系统维护管理模块，用于对系统进行安全管理，设置并保存系统人员和相应权限，对系统数据进行备份。

系统维护管理模块，用于显示系统登录界面，其采用标准登录界面，主界面分为标题区，菜单区和工作区，由单位图标、单位名称、软件名、用户名、密码和登录按钮等基本要素组成。用户从系统登录界面登录后进入系统操作主界面，系统的各个模块分别显示在界面左侧，从上至下依次为预警预报监视、预警预报工作、水质监测工作、基础信息管理和系统维护管理模块。

在五个模块下，分层次列出了其下所涉及的详细功能，单击模块旁边的收缩开关就可以展开或收缩当前模块的详细功能。点击各个详细功能，可以在界面的右方浏览或编辑详细信息。用户初次登录的密码一般为管理员设置的初始密码，并可以修改和设置当前用户的登录密码。

预警预报监视模块用于实现水质预报、水质预警和水质报警功能，其功能主要是为了各级用户可以使用本系统，查看地表水不同监测站点曾经出现的报警信息、设置预警环境，查看预警结果、查看预报结果。该预警预报监视模块的功能界面提供列表和全景图切换功能，并且能按照时间段、参数、监测站点的查询条件对历史采集数据进行查询。该预警预报监视模块的功能界面的全景图提供所有监测点的信息，包括物理信息、预警预报、历史记录同期比较信息，该预警预报监视模块的功能界面的列表记录了预警和预报信息，最终实现对水质环境安全的可视化预警预报功能。

所述的水质预报，是提供不同地表水监测站点的全景图，并能对地表水监测站点今后某一时间段的水质监测参数进行预报。

所述的水质预警，是通过综合考虑季节性规律以及非正常因素影响，预设不同水质监测参数预警的浮动区间，设定时间段、水质修正参数，依据同一时期下水质监测参数变化规律，设置超标预警参数，对未来某一时间段内水质监测参数超标的可能性进行预测；

所述的水质报警，是综合考虑季节性规律以及非正常因素影响，预设不同水质监测参数报警的阈值区间，设定时间段、水质修正参数，依据同一时期下水质监测参数变化规律，设置水质超标最高阈值和最低阈值，对水质进行综合报警评判，并对判定报警的水质监测参数进行显示。

所述的对水质进行综合报警评判，对于某一个时间段内第i类传感器所采集的P个水质监测参数数据记为列向量a

a＝[a

计算采集数据阵矩阵a的互相关矩阵R，即得到：

R＝a

其中，互相关矩阵R的第i行、第j列的元素r

对互相关矩阵R进行特征分解，得到N个特征向量和特征值，根据特征值大小对特征向量进行筛选，筛选出大于某阈值的M个特征向量所构成的特征矩阵E记为：

E＝[v

其中，v

b＝E

利用权重矩阵ω对主成分分量b进行加权处理，得到水质监测参数综合评价值ρ：

ρ＝ωb，

根据水质超标最高阈值和最低阈值，对水质监测参数综合评价值ρ进行判断，当ρ大于水质超标最高阈值或小于水质超标最低阈值时，判定该时间段内所采集的水质监测参数数据报警。根据相关国家标准数据，以错误报警次数最小为目标，定期对权重矩阵ω、水质超标最高阈值和最低阈值进行优化更新。

所述的预警预报工作模块，用于完成流域温度编辑、流域流速编辑、异常状态编辑、水质超标记录和水质报警记录功能，将不同地表水监测站点获得的水质监测正常数据、异常数据以及外在影响数据，进行编辑和处理，通过处理获取规律性参数，将规律性参数作为水质修正参数输出到预警预报监视模块。

所述的流域温度编辑，是综合考量地表水监测站点周边环境的影响因素，编辑和处理某一站点某一时间段内的温度变化区间及上下浮动阈值；所述的流域流速编辑，是综合考量地表水监测站点周边地势地貌的影响，编辑和处理某一站点某一时间段内的流速变化区间及上下浮动阈值。

所述的水质监测工作模块，包括存储水质监测信息的数据库，用于接收无线网络传输模块发送的地表水监测站点采集的水质监测参数数据，实现水质监测数据手动导入，水质监测数据自动导入，水质监测数据查询，水质日报、水质周报、水质月报和水质变化分析功能，将不同的地表水监测站点采集的水质监测参数数据导入到其数据库中，再对该数据进行分析整理。水质监测参数数据导入到该数据库的方法包括，一种方法是通过编程将指定的数据直接导入到该数据库中，另一种方法是将提供的EXCEL格式的数据文件进行导入。导入后的数据，按照实际工作需要，可以进行分析、整理、打印和导出等。

对于水质日报、周报、月报，根据用户实际需求，在复选框中勾选相应查询条件，自动生成水质日、周、月报，可打印和导出。对于水质监测数据查询，可以在本数据库中查询所有水质监测数据，但用户权限只限于查看，不能编辑。

所述的水质变化分析，是在指定参数、时间、监测站点等前提条件下，查看水质变化趋势，进行不同地表水监测站点的水质监测参数的比较，根据实际工作需要，分析结果可以以曲线、饼图的形式直观显示。

所述的基础信息管理模块，用于实现水质监测指标标准编辑、水质监测指标标准查询、水质监测地点编辑、水质监测地点查询、水质修正参数编辑、水质修正参数查询和标准数据编辑功能，其功能主要是对水质监测指标按照相关国家标准进行编辑和查询，同时可以增加和减少地表水的监测站点。

所述的水质监测指标标准编辑，是为了实现水质预报、预警和报警功能，将所有水质监测参数中定义为预警和报警的相关阈值与相关国家标准数据进行查询和比对，为水质分析和预报预警提供依据，并对预警和报警的相关阈值进行编辑。

所述的标准数据编辑，标准数据是本系统中引用的相关国家标准数据，标准数据在软件中一次录入，永久使用，此处可提供标准数据的编辑功能。

所述的系统维护管理模块，其实现系统人员管理和系统人员权限管理功能，新建或删除用户账号，并对用户的个人信息进行编辑，同时针对具体用户所担任的相应角色，对其进行相应的权限设置。

所述的系统人员管理，管理员可对使用本系统的用户人员信息进行管理和编辑，在本功能中，个性化加入“离职”功能，对使用过本系统的人员变动尽量不轻易选择删除，可通过设置为“离职”从而保留其以前的工作痕迹，便于实时查询。界面使用标准设计模式，列表查询环境+添加/修改/删除等功能。

所述的系统人员权限管理，管理员可对使用本系统的用户人员权限进行管理和编辑，在“系统人员”复选框中可以下拉查看或设置某一用户的使用权限。界面使用标准设计模式，列表查询环境+添加/修改/删除等功能。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。