一种基于无线传感器网络的水质评估系统技术方案

一种基于无线传感器网络的水质评估系统，包括数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和水质评估模块，所述数据采集模块利用传感器节点对监测区域内的水质指标数据进行采集，并将采集得到的指标数据通过无线传感器网络传输至数据处理模块，由数据处理模块对接收到的指标数据进行处理，并结合模糊综合评价法对无线传感器网络中各个簇内的多水质指标数据进行融合，所述融合结果通过数据传输模块传输至水质评估模块，由水质评估模块根据各个簇的融合结果对监测区域内的水质情况进行综合评估。本发明专利技术的有益效果为：通过传感器节点采集监测区域内的水质指标参数，并对每个簇内的水质指标数据进行融合并将融合结果传输至水质评价模块进行评价。

A water quality assessment system based on Wireless Sensor Network

A water quality assessment system based on wireless sensor network includes data acquisition module, data processing module, data transmission module and water quality assessment module. The data acquisition module uses sensor nodes to collect water quality index data in the monitoring area, and collects the collected index data through wireless sensor. The data processing module processes the received index data and fuses the multi-water quality index data in each cluster of wireless sensor network with fuzzy comprehensive evaluation method. The fusion results are transmitted to the water quality evaluation module through the data transmission module and are evaluated by the water quality. According to the fusion result of each cluster, the module comprehensively evaluated the water quality in the monitoring area. The beneficial effect of the invention is that the water quality index parameters in the monitoring area are collected by the sensor nodes, and the water quality index data in each cluster are fused, and the fused results are transmitted to the water quality evaluation module for evaluation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线传感器网络的水质评估系统
本专利技术创造涉及水质安全监测领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的水质评估系统。
技术介绍
水是生命不可或缺的元素，也是国家经济的重要基础资源，然而我国的水资源危机日益严重，人均水资源占有量极为有限，水体污染日益严重，生活污水、工业废水等正急剧侵蚀我国的湖泊等水体，因此，科学管理和保护水资源是当务之急。水质监测是管理和保护水资源的重要前提和手段，然而，水环境信息的获取是一个复杂的过程，传统的水质监测方法多采用人工采样或通过水质自动监测站进行水质数据采集，但是前一种方法存在劳动强度大、采样频率低且不能实时监控的缺陷，后者存在建设成本高、建设周期长且覆盖水域有限的缺陷。无线传感器网络可以快速灵活部署，且成本低，克服了常规方法所具有的主观性强、监测范围小和难以应对突发性水污染事件等缺点，提供更快的实时响应，缩短信息传播的周期，实现了数据的共享，因此，无线传感器网络正适合应用于水质监测系统。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术旨在提供一种基于无线传感器网络的水质评估系统。本专利技术创造的目的通过以下技术方案实现：一种基于无线传感器网络的水质评估系统，包括数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和水质评估模块，所述数据采集模块利用传感器节点对监测区域内的水质指标数据进行采集，并将采集得到的指标数据通过无线传感器网络传输至数据处理模块，由数据处理模块对接收到的指标数据进行处理，并对无线传感器网络中各个簇内的水质指标数据进行融合，所述融合结果通过数据传输模块传输至水质评估模块，由水质评估模块根据各个簇的融合结果对监测区域内的水质情况进行综合评估。本专利技术创造的有益效果：本专利技术提供一种基于无线传感器网络的水质监测系统，通过传感器节点采集监测区域内的水质指标数据，并对各个簇内的水质指标数据进行融合后传输至控制模块，由控制模块根据各个簇的融合结果对监测区域内的水质情况进行综合评估，减少了传感器网络传输的数据量，从而减少了传感器网络消耗的能量，此外，增加了水质评估系统的精度，避免了因单个簇数据出现异常时，从而影响整个系统的评估结果的缺陷。附图说明利用附图对专利技术创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是本专利技术结构示意图；附图标记：数据采集模块1；数据处理模块2；数据传输模块3；水质评估模块4；权重计算单元21；数据融合单元22。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。参见图1，本实施例的一种基于无线传感器网络的水质评估系统，包括数据采集模块1、数据处理模块2、数据传输模块3和水质评估模块4，所述数据采集模块1利用传感器节点对监测区域内的水质指标数据进行采集，并将采集得到的指标数据通过无线传感器网络传输至数据处理模块2，由数据处理模块2对接收到的指标数据进行处理，并对无线传感器网络中各个簇内的水质指标数据进行融合，所述融合结果通过数据传输模块3传输至水质评估模块4，由水质评估模块4根据各个簇的融合结果对监测区域内的水质情况进行综合评估。本优选实施例提供一种基于无线传感器网络的水质监测系统，通过传感器节点采集监测区域内的水质指标数据，并对各个簇内的水质指标数据进行融合后传输至控制模块，由控制模块根据各个簇的融合结果对监测区域内的水质情况进行综合评估，减少了传感器网络传输的数据量，从而减少了传感器网络消耗的能量，此外，增加了水质评估系统的精度，避免了因单个簇数据出现异常时，从而影响整个系统的评估结果的缺陷。优选地，所述数据采集模块1采用一种基于LEACH算法的路由协议对网络中的传感器节点进行分簇，其采用一种改进的簇头选举方法进行簇头的选择，定义门限值为T(n),则T(n)的计算公式为：式中，P(i)为当前轮传感器节点i被选为簇头的百分比，p为初始时传感器网络中簇头数与总的传感器节点数的百分比，r为当前的轮数，di为当前轮传感器节点i距离sink节点的距离，DO为当前轮所有传感器节点到sink节点的距离之和，Ei为当前轮传感器节点i的剩余能量，Eo为当前轮所有传感器节点剩余的总能量。本优选实施例采用改进的簇头选取机制，综合考虑传感器节点的可用能量、到基站的距离，提高了可用能量较多、到基站距离较近的传感器节点成为簇头的概率，解决了簇头节点因能量消耗较多而导致的提前死亡的问题，延长了无线传感器网络的使用寿命。优选地，所述数据处理模块2包括权重计算单元21和数据融合单元22，所述权重计算单元21用于根据传感器节点采集得到的水质指标数据计算各水质指标的权重，所述数据融合单元22用于对传感器网络中各个簇内的指标数据进行融合。优选地，所述权重计算单元21用于根据传感器节点采集得到的水质指标数据计算各水质指标的权重，定义传感器网络中簇的个数为n，采集的水质指标种类为m，则cij为第i个簇内水质指标j的测量值，对水质指标j的权重进行计算，具体为：a.计算水质指标j的权重wj1，则权重wj1的计算公式为：式中，为水质指标j的测量值的平均值，vj为水质指标j的变异系数，n为传感器网络中簇的个数，m为采集的水质指标的种类；b.计算水质指标j的权重wj2，则权重wj2的计算公式为：式中，cj为水质指标j的测量值，Sj为水质指标j的水质标准值的算术平均值，m为采集的水质指标的种类；c.根据上述计算所得的权重wj1和wj2，计算水质指标j的综合权重ρj，则综合权重ρj的计算公式为：式中，m为采集的水质指标的种类，wj1和wj2为上述计算所得的水质指标j的权重。本优选实施例采用水质指标综合权重的计算方法，能够削弱单一权重计算方法异常的影响，使得计算得到的水质指标的权重具有较高的精确度和客观性。优选地，所述数据融合单元22用于对无线传感器网络中的各个簇内的多水质指标数据进行融合，其采用一种改进的模糊综合评价法，具体为：a.确定某个簇的隶属度函数，具体为：式中，cx为水质指标x的测量值，Sx,y为水质指标x的第y级水质的标准值；b.将上述计算所得的隶属度进行归一化处理，得到模糊评价矩阵R，具体为：式中，Rma为水质指标m对第a级水质标准隶属度的归一化值，m为采集的水质指标的种类，a为传感器水质标准的等级；c.根据上述所得的权重矩阵和模糊关系矩阵计算各个簇的水质综合指数Z，则Z的计算公式为：Y＝W·RZ＝Y·B式中，W为水质指标的权重矩阵，且W＝(ρ1,ρ2,…,ρm)，R为模糊关系矩阵，Y为模糊综合评价矩阵，B为水质标准的等级矩阵，且BT＝(1,2,3,4,5)。本优选实施例通过水质指标权重与模糊综合评价法相结合对监测区域的水质进行评估，将一个簇内的多水质指标数据融合成一个模糊综合指数，从而将所述模糊综合指数传输至水质评价模块进行评价，这样可以减少传感器网络中传输的数据量，从而减少传感器网络中消耗的能量，延长了传感器网络的生命周期。优选地，所述水质评估模块4用于对监测区域内的水质情况进行综合评估，具体包括：a.根据上述所得的各个簇的水质综合指数计算各个簇的权重，定义簇i的权重为ai,则簇i的权重为：式中，Zi为传感器网络中簇i的水质综合指数，为传感器网络中所有簇的水质综合指数的平均值，n为传感器网络中簇的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线传感器网络的水质评估系统，其特征是，包括数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和水质评估模块，所述数据采集模块利用传感器节点对监测区域内的水质指标数据进行采集，并将采集得到的指标数据通过无线传感器网络传输至数据处理模块，由数据处理模块对接收到的指标数据进行处理，并对无线传感器网络中各个簇内的水质指标数据进行融合，所述融合结果通过数据传输模块传输至水质评估模块，由水质评估模块根据各个簇的融合结果对监测区域内的水质情况进行综合评估。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感器网络的水质评估系统，其特征是，包括数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和水质评估模块，所述数据采集模块利用传感器节点对监测区域内的水质指标数据进行采集，并将采集得到的指标数据通过无线传感器网络传输至数据处理模块，由数据处理模块对接收到的指标数据进行处理，并对无线传感器网络中各个簇内的水质指标数据进行融合，所述融合结果通过数据传输模块传输至水质评估模块，由水质评估模块根据各个簇的融合结果对监测区域内的水质情况进行综合评估。2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的水质评估系统，其特征是，所述数据采集模块采用一种基于LEACH算法的路由协议对网络中的传感器节点进行分簇，其采用一种改进的簇头选举方法进行簇头的选择，定义门限值为T(n),则T(n)的计算公式为：式中，P(i)为当前轮传感器节点i被选为簇头的百分比，p为初始时传感器网络中簇头数与总的传感器节点数的百分比，r为当前的轮数，di为当前轮传感器节点i距离sink节点的距离，DO为当前轮所有传感器节点到sink节点的距离之和，Ei为当前轮传感器节点i的剩余能量，EO为当前轮所有传感器节点剩余的总能量。3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的水质评估系统，其特征是，所述数据处理模块包括权重计算单元和数据融合单元，所述权重计算单元用于根据传感器节点采集得到的水质指标数据计算各水质指标的权重，所述数据融合单元用于对传感器网络中各个簇内的指标数据进行融合。4.根据权利要求3所述的一种基于无线传感器网络的水质评估系统，其特征是，所述权重计算单元用于根据传感器节点采集得到的水质指标数据计算各水质指标的权重，定义传感器网络中簇的个数为n，采集的水质指标种类为m，则cij为第i个簇内水质指标j的测量值，对水质指标j的权重进行计算，具体为：a.计算水质指标j的权重wj1，则权重wj1的计算公式为：式中，为水质指标j的测量值的平均值，vj为水质指标j的变异系数，n为传感器网络中簇的个数，m为采集的水质指标的种类；b...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳粉，邓延玲，孙玉国，田美灵，张秀娟，
申请(专利权)人：陈艳粉，邓延玲，孙玉国，田美灵，张秀娟，
类型：发明
国别省市：天津,12