一种水质的立体分层监测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种水质的立体分层监测方法及系统，方法通过采集各测量点的水质信息，实时计算各测量点水质参数的均方差，并根据均方差的大小水下采集位置；同时根据水位变化速率的大小自动控制水下采集速度。根据水质信息的均方差、水位变化选择适应性的测量点以及下方速度采集水下不同深度的水质信息，分层建立水体信息。系统包括升降执行装置、设置在升降执行装置上的水下采集装置、及与前述二者分别连接的水上控制装置。本发明专利技术实现了对海洋水质或地表水质的自动且准确的监测，能够智能的控制采集的深度、速度与间隔，准确且有效的自动划分沿方向的各水层，为水质的研究提供了准确且可靠的数据保证。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋或地表水质监测
，具体涉及一种水质的立体分层监测方法及系统。
技术介绍
自然界中的水是植物生长的根本，也是人类生存的必不可少的重要因素之一，其中，海洋水及地表水由于水体受水温等因素的影响，存在季节性分层现象，随着深度的不同，可以划分为温度跃层，盐度跃层，富氧层，低氧区和缺氧区等，而各层中的水体温度、溶解氧浓度、pH值、电导率以及叶绿素等指标，均为人们综合分析水体的分层结构和水质立体分布规律提供了重要基础，因此如何对海洋水或地表水中的纵向分布的水质进行监测，是研究水质及生态环境的重要前提。目前，对水质的监测方法为利用传统的浮标数据采集控制器采集固定水深水质参数，该种方式无法自动、全面且准确地采集水下不同深度的水质参数，会造成监测数据不能及时更新，进而影响对水质的研究准确性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种水质的立体分层监测方法及系统，实现了对海洋水质或地表水质的自动且准确的监测，能够智能的控制采集的深度、速度与间隔，准确且有效的自动划分延水深方向的各水层，为水质的研究提供了准确且可靠的数据保证。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种水质的立体分层监测方法，包括：步骤1.采集当前水层中初始监测点的水质信息；步骤2.沿当前水层中的所述初始监测点竖直向下，等间隔的依次采集各监测点的水质信息，并在每采集到一个监测点的水质信息后，均获取并判断该监测点的判定值，直到当前某一监测点的判定值大于预设值时，暂停采集；步骤3.将判定值大于预设值的当前监测点确定为下一水层的起始监测点，并将其前一监测点确认为当前水层的结束监测点，同时存储当前水层中全部监测点的水质信息；步骤4.判定当前监测点到水面的距离是否超出预设的标准监测距离；否是，则结束对当前水质的分层监测；若否，则减小各监测点之间的间隔的预设值，并自下一水层的起始监测点开始，返回步骤2进行下一水层的监测。2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：2-1.以预设的水位差值为移动间隔，沿当前水层中的上一监测点竖直向下移动至当前监测点；2-2.采集当前监测点的水质信息；2-3.根据上一监测点及当前监测点的水质信息，获取当前监测点的判定值，其中，所述判定值为|σn+1-σn|，且σn+1为当前监测点到当前水层的起始监测点之间所有监测点的水质信息的均方差；σn为上一监测点到当前水层的起始监测点之间所有监测点的水质信息的均方差；2-4.判断该监测点的判定值|σn+1-σn|是否大于预设值D；若是，则暂停采集，并进入步骤3；若否，则返回步骤2-1继续向下采集。进一步的，所述步骤2-1包括：2-1-a、在自上一监测点沿水深方向移动至当前监测点的过程中，不断地采集水位信息；2-1-b、根据所述水位信息进行模糊控制，使得当前监测点到达预设位置处，所述预设位置与上一监测点之间的距离等于预设的水位差值。进一步的，所述步骤2-1-b之后还包括：2-1-c、获取当前监测点所在位置的水流速信息，以及判断当前监测点的水流速是否在预设的水流速标准范围内；若是，则进入步骤2-2；若否，则返回上一监测点或暂停动作，并在一个时间间隔后重新到达监测点获取及比较当前监测点的水流速信息。进一步的，所述步骤2-1-b中的所述模糊控制包括：b-1.将所述水位信息中的水位偏差及水位偏差变化率作为模糊输入量；b-2.运用查表法对所述模糊输入量与预存的控制规则表进行匹配，得到与所述控制规则表相匹配的模糊控制输出量；b-3.根据重心法，将所述模糊控制输出量转化为控制输出量，并将所述控制输出量输出到执行机构。立体分层监测另一方面，本专利技术还提供一种水质的立体分层监测系统，包括水上控制装置、升降执行装置及水下采集装置；所述水上控制装置分别与水下采集装置及升降执行装置连接，且所述水上控制装置用于根据所述水下采集装置发回的水质信息实时计算所述水质信息中各参数的均方差，并根据均方差值向所述升降执行装置发送移动指令；所述升降执行装置根据所述移动指令在水下延水深方向移动；所述水下采集装置设置在所述升降执行装置上，并随着所述升降执行装置的移动而移动，所述水下采集装置用于采集所述水质信息，并将所述水质信息发送至所述水上控制装置。进一步的，所述水下采集装置包括：均设置在水下密封舱中的传感器组、数据采集单元及信号传输单元，且所述水下密封舱固定设置在所述升降执行装置上；所述传感器组用于获取当前监测点的水位信息、水流速及所述水质信息，且所述传感器组包括：水位传感器，温度传感器，流速检测仪及水质参数检测仪；其中，所述水质参数检测仪用于监测水中浑浊度、pH值、溶解氧含量、电导率及氨氮含量；所述数据采集单元分别连接所述传感器组及信号传输单元，且所述数据采集单元用于将所述传感器组获取的数据发送至所述信号传输单元；所述信号传输单元设有驱动芯片及串口，且所述信号传输单元用于将所述水位信息、水流速及所述水质信息发送至所述水上控制系统。进一步的，所述数据采集单元包括依次连接的多路开关、信号调理电路以及A/D转换电路，且所述多路开关与传感器组连接，所述A/D转换电路与所述信号传输单元连接。进一步的，所述水上控制装置包括：控制器、PLC、水质信息存储单元及蓄电池组；所述控制器分别连接所述PLC及水质信息存储单元，并用通信总线与所述水下采集装置连接；其中，所述控制器用于根据所述接收到的水位信息，基于模糊控制计算的方法获取移动命令，将所述移动命令发送至所述PLC；所述控制器用于根据接收到的水流速，生成暂停或避险命令，并将所述暂停或避险命令发送至所述PLC；以及所述控制器用于在所述水下采集装置的下潜距离达到上限值时，生成返回命令，并将所述返回命令发送至所述PLC；所述PLC与所述升降执行装置连接，所述PLC用于根据所述移动命令、暂停或避险命令、或所述返回命令，控制所述升降执行装置延水深方向移动；所述水质信息存储单元用于存储各水层中的全部监测点的水质信息；所述蓄电池组用于分别向所述控制器、PLC、水质信息存储单元、升降执行装置以及水下采集装置供电。进一步的，所述升降执行装置包括步进电机、驱动器、位移传感器、单向锁定开关、绞盘及铰链；所述绞盘设置在所述铰链的位于水下的部分上，且所述水下采集系统固定设置在所述绞盘上；所述铰链的位于水上的部分与所述水上控制系统中的所述PLC连接，且所述铰链的单向长度大于所述水下采集装置的下潜距离的上限值。所述步进电机与所述绞盘连接，且用于驱动绞盘转动，使水下采集装置在升降缆上运动；所述单向锁定开关与所述步进电机连接，且用于通过控制所述单向锁定开关的闭合，使所述水下密封舱固定在处于预定水深的升降缆上；所述驱动器与所述步进电机相连，且用于接收所述PLC的指令并控制步进电机的转动方向、转速及转动时间；所述位移传感器与所述PLC相连，且用于测量水下采集装置的位移并将所述位移发送至所述PLC中。由上述技术方案可知，本专利技术所述的一种水质的立体分层监测方法及系统，实现了对海洋水质或地表水质的自动且准确的监测，能够智能的控制采集的深度、速度与间隔，准确且有效的自动划分延水深方向的各水层，为水质的研究提供了准确且可靠的数据保证。1、本专利技术的技术方案，整个方法通过对海洋水或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水质的立体分层监测方法，其特征在于，包括：步骤1.采集当前水层中初始监测点的水质信息；步骤2.沿当前水层中的所述初始监测点竖直向下，等间隔的依次采集各监测点的水质信息，并在每采集到一个监测点的水质信息后，均获取并判断该监测点的判定值，直到当前某一监测点的判定值大于预设值时，暂停采集；步骤3.将判定值大于预设值的当前监测点确定为下一水层的起始监测点，并将其前一监测点确认为当前水层的结束监测点，同时存储当前水层中全部监测点的水质信息；步骤4.判定当前监测点到水面的距离是否超出预设的标准监测距离；否是，则结束对当前水质的分层监测；若否，则减小各监测点之间的间隔的预设值，并自下一水层的起始监测点开始，返回步骤2进行下一水层的监测。

【技术特征摘要】
1.一种水质的立体分层监测方法，其特征在于，包括：步骤1.采集当前水层中初始监测点的水质信息；步骤2.沿当前水层中的所述初始监测点竖直向下，等间隔的依次采集各监测点的水质信息，并在每采集到一个监测点的水质信息后，均获取并判断该监测点的判定值，直到当前某一监测点的判定值大于预设值时，暂停采集；步骤3.将判定值大于预设值的当前监测点确定为下一水层的起始监测点，并将其前一监测点确认为当前水层的结束监测点，同时存储当前水层中全部监测点的水质信息；步骤4.判定当前监测点到水面的距离是否超出预设的标准监测距离；否是，则结束对当前水质的分层监测；若否，则减小各监测点之间的间隔的预设值，并自下一水层的起始监测点开始，返回步骤2进行下一水层的监测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：2-1.以预设的水位差值为移动间隔，沿当前水层中的上一监测点竖直向下移动至当前监测点；2-2.采集当前监测点的水质信息；2-3.根据上一监测点及当前监测点的水质信息，获取当前监测点的判定值，其中，所述判定值为|σn+1-σn|，且σn+1为当前监测点到当前水层的起始监测点之间所有监测点的水质信息的均方差；σn为上一监测点到当前水层的起始监测点之间所有监测点的水质信息的均方差；2-4.判断该监测点的判定值|σn+1-σn|是否大于预设值D；若是，则暂停采集，并进入步骤3；若否，则返回步骤2-1继续向下采集。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2-1包括：2-1-a、在自上一监测点沿水深方向移动至当前监测点的过程中，不断地采集水位信息；2-1-b、根据所述水位信息进行模糊控制，使得当前监测点到达预设位置处，所述预设位置与上一监测点之间的距离等于预设的水位差值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2-1-b之后还包括：2-1-c、获取当前监测点所在位置的水流速信息，以及判断当前监测点的水流速是否在预设的水流速标准范围内；若是，则进入步骤2-2；若否，则返回上一监测点或暂停动作，并在一个时间间隔后重新到达监测点获取及比较当前监测点的水流速信息。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2-1-b中的所述模糊控制包括：b-1.将所述水位信息中的水位偏差及水位偏差变化率作为模糊输入量；b-2.运用查表法对所述模糊输入量与预存的控制规则表进行匹配，得到与所述控制规则表相匹配的模糊控制输出量；b-3.根据重心法，将所述模糊控制输出量转化为控制输出量，并将所述控制输出量输出到执行机构。6.一种水质的立体分层监测系统，其特征在于，包括水上控制装置、升降执行装置及水下采集装置；所述水上控制装置分别与水下采集装置及升降执行装置连接，且所述水上控制装置用于根据所述水下采集装置发回的水质信息实时计算所述水质信息中各参数的均方差，并根据均方差值向所述升降执行装置发送移动指令；所述升降执行装置根据所述移动指令在水下延水深方向移动；所述水下采...

【专利技术属性】
技术研发人员：位耀光，张旭，张龙，李道亮，陈英义，孙龙清，段青玲，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11