一种水环境监测系统及方法

技术领域

本发明涉及环境监测领域，特别是涉及一种水环境监测系统及方法。

背景技术

水环境是指自然界中水的形成、分布和转化所处空间的环境，水环境主要由地表水环境和地下水环境两子带组成。随着我国进步发展，水环境事故频繁发生，使得生态环境受到破坏，人类过度开发和索取加重了了水环境的负荷，水污染已经严重威胁到了人们的身体健康和生命安全，目前我国水环境的治理不够精细化，很多的监测都是点的数据，不成整体，且信息的采集也不够及时，因此对水环境进行实时监测尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供了一种全面覆盖，实时监测的一种水环境监测系统及方法。

为解决上述问题，本发明第一方面公开了一种水环境监测系统，包括至少一个光纤水质量传感器、自动驾驶无人船、自动驾驶无人机、水下机器人、遥感光谱监测站、卫星遥感终端，数据通信模块、第一数据终端，第二数据终端，水质监测站、水位计监测站、数据基站及水环境监测中心；

所述自动驾驶无人船用于搭载水质采集设备及实现自动巡航，所述自动驾驶无人机用于采集地表水环境数据信息，所述水下机器人用于感知水底地形及水样采集，所述遥感光谱监测站用于接收卫星遥感终端发送的数据，所述自动驾驶无人船、自动驾驶无人机、水下机器人及卫星遥感终端构成一体化全方位立体感知体系，所述光纤水质量传感器用于监测水环境参数信息；水质监测站及水位计监测站通过数据终端可将采集的数据输送到水环境监控中心，实现了资源整合及自动监测，同时水位计监测站可预测洪水走向，在洪水爆发前进行工作调整，更好的保障人民生命，减少财产损失。

所述数据基站分别与至少一个光纤水质量传感器、自动驾驶无人船、自动驾驶无人机、水下机器人及第一数据终端无线连接；所述数据基站通过第一数据终端连接水质监测站和水位计监测站，所述数据基站通过卫星遥感终端连接到遥感光谱监测站； 所述数据基站通过第二数据终端连接水环境监测中心。

通过数据通信网络建立了水环境监测专网，形成一个以数据基站为中心，实现快速响应和安全传输目的，在发生水环境污染时，能够实时传输数据、图像或者视频，能将各类信息双向传输。

具体的，所述光纤水质量传感器包括：水质量参数检测模块、数字信号调解模块、控制模块及数据通信模块；所述水质量参数检测模块通过数字信号调解模块连接控制模块，所述控制模块连接数据通信模块。

具体的，所述光纤水质量传感器还包括：卫星导航定位系统及激光摄像头；所述卫星导航定位系统连接控制模块；所述激光摄像头连接数据通信模块。

所述卫星导航定位系统用于获取光纤水质量传感器所在的地理位置及时间信息，所述控制模块将水环境数据及光纤水质量传感器所在的地理位置及时间信息以密文的形式将信息发送到数据通信模块，数据通信模块将接收的信息通过无线网络发送到数据基站。

具体的，所述水环境监测中心基于区间归一化的数据融合方法对多个光纤水质量传感器采集的多源数据进行融合，并对当前水环境现状进行评价。

具体的，所述水环境监测中心基于区间归一化的数据融合方法对多个光纤水质量传感器采集的多源数据进行融合的具体步骤如下：

（1）将N个光纤水质量传感器分布于待检测的水域中，将第一个光纤水质量传感器 和第二个光纤水质量传感器设为同一组，通过估值计算分别求出第一个和第二个光纤水质 量传感器的方差，记为

(2)计算第一个光纤水质量传感器和第二个光纤水质量传感器的权值G

其中，Gi为第i个光纤水质量传感器的权值，

（3）获取同一时间点的第一个光纤水质量传感器参数数据X

（4）重复步骤（3），得到最终的融合值。

具体的，所述水环境监测中心基于递归循环深度神经网络对被检测的水域的水质情况进行预测；

具体的，所述水环境监测中心基于贝叶斯分类器对被检测的水环境进行预警。

所述水环境监测中心可将数据进行存储、多源数据进行融合及数据挖掘，对被监测的水域进行分析，对未来水环境的变化进行预测和实时进行预警。

本发明另一方面公开了一种基于水环境监测方法，包括如下步骤：

S1.将水环境监测中心的水质量参数检测模块的光纤水质量传感器放置在待检测的水域中；

S2. 光纤水质量传感器将采集的数据发送到数字信号解调模块；

S3. 数字信号调解模块将光纤水质量传感器输出的数字信号进行维纳滤波；

S4.控制模块将数字信号进行除噪并将水环境信息发送到数据通信模块；

S5.数据通信模块将控制信号处理后的水环境数据和光纤水质量传感器的位置信息和时间信息发送给数据基站。

具体的，步骤S2中，数字信号调解模块具体包括：温度、PH值、溶液浊度、溶解氧及水质参数。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明实现了区域范围内水环境自动监测，实时跟踪定位，实现了各级水环境监测机构的信息共享；通过自动驾驶无人船、自动驾驶无人机、水下机器人、卫星遥感终端实现了全方位的监测水环境情况，通过光纤水质量传感器能够实施监测水质的参数，并及时反馈信息及预警。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种水环境监测系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的光纤水质量传感器示意图；

图3为本发明实施例提供的一种水环境监测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1及图2，在本实施例1中，本发明提供了了一种水环境监测系统，包括至少一个光纤水质量传感器、自动驾驶无人船、自动驾驶无人机、水下机器人、遥感光谱监测站、卫星遥感终端，数据通信模块、第一数据终端、第二数据终端、水质监测站、水位计监测站、数据基站及水环境监测中心；所述自动驾驶无人船用于搭载水质采集设备及实现自动巡航，所述自动驾驶无人机用于采集地表水环境数据信息，所述水下机器人用于感知水底地形及水样采集，所述遥感光谱监测站用于接收卫星遥感终端发送的数据，所述自动驾驶无人船、自动驾驶无人机、水下机器人及卫星遥感终端构成一体化全方位立体感知体系，所述光纤水质量传感器用于监测水环境参数信息；水质监测站及水位计监测站通过数据终端可将采集的数据输送到水环境监控中心，实现了资源整合及自动监测，同时水位计监测站可预测洪水走向，在洪水爆发前进行工作调整，更好的保障人民生命，减少财产损失。

在本发明实施例中，所述数据基站分别与至少一个光纤水质量传感器、自动驾驶无人船、自动驾驶无人机、水下机器人及第一数据终端无线连接；所述数据基站通过第一数据终端连接水质监测站和水位计监测站，所述数据基站通过卫星遥感终端连接到遥感光谱监测站；通过数据通信网络建立了水环境监测专网，形成一个以数据基站为中心，实现快速响应和安全传输目的，在发生水环境污染时，能够实时传输数据、图像或者视频，能将各类信息双向传输。

在本发明实施例中，所述至少一个光纤水质量传感器的水环境参数模块通过数字信号解调模块连接控制模块，控制模块连接数据通信模块，数据通信模块通过数据基站连接到所述水环境监测中心的所述第二数据终端；

进一步的，在本发明实施例中，所述水环境监测中心中，控制模块连接卫星导航定位系统，激光摄像头连接数据通信模块。所述卫星导航定位系统用于获取光纤水质量传感器所在的地理位置及时间信息，所述控制模块将水环境数据及光纤水质量传感器所在的地理位置及时间信息以密文的形式将信息发送到数据通信模块，数据通信模块将接收的信息通过无线网络发送到数据基站。

实施例2

在本实施例中，所述水环境监测中心是基于区间归一化的数据融合方法对多个光纤水质量传感器采集的多源数据进行融合，并对当前水环境现状进行调查与评价；基于递归循环深度神经网络对被检测的水域的水质情况进行预测，基于贝叶斯分类器对被检测的水环境进行预警。所述水环境监测中心可将数据进行存储、多源数据进行融合及数据挖掘，对被监测的水域进行分析，对未来水环境的变化进行预测和实时进行预警。

所述水环境监测中心基于区间归一化的数据融合方法对多个光纤水质量传感器采集的多源数据进行融合的具体步骤如下：

（1）将N个光纤水质量传感器分布于待检测的水域中，将第一个光纤水质量传感器 和第二个光纤水质量传感器设为同一组，通过估值计算分别求出第一个和第二个光纤水质 量传感器的方差，记为

(2)计算第一个光纤水质量传感器和第二个光纤水质量传感器的权值G

其中，Gi为第i个光纤水质量传感器的权值，

（3）获取同一时间点的第一个光纤水质量传感器参数数据X

（4）重复步骤（3），得到最终的融合值。

在本发明实施例中，所述水环境监测中心基于递归循环深度神经网络对被检测的水域的水质情况进行预测；

在本发明实施例中，所述水环境监测中心基于贝叶斯分类器对被检测的水环境进行预警。

实施例3

请参阅图3，在本实施例中，本发明提供了一种基于水环境监测方法，包括如下步骤：

S1.将水环境监测中心的水质量参数检测模块的光纤水质量传感器放置在待检测的水域中；

S2. 光纤水质量传感器将采集的数据发送到数字信号解调模块；

S3. 数字信号调解模块将光纤水质量传感器输出的数字信号进行维纳滤波；

S4.控制模块将数字信号进行除噪并将水环境信息发送到数据通信模块；

S5.数据通信模块将控制信号处理后的水环境数据和光纤水质量传感器的位置信息和时间信息发送给数据基站。

进一步的，在本发明实施例步骤S2中，数字信号调解模块具体包括：温度、PH值、溶液浊度、溶解氧及水质参数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护。