湖泊水质在线监测分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种湖泊水质在线监测分析系统，包括水质监测装置和水质分析模块，所述水质监测装置包括管道、配重滑轮车、浮标和水底监测设备，所述管道一端固定于湖泊深槽，另一端固定于湖泊岸边，所述管道内设置有轨道，所述配重滑轮车卡设在轨道上并可沿轨道滑动，所述浮标通过绳子与所述配重滑轮车连接，所述水底监测设备与浮标均通过中转通信设备与水质分析模块信号连接。本发明专利技术有效实现水位、水域面积年内剧烈变化湖泊的水质在线自动化监测，并实时提供湖泊水域范围内水质分布情况，同时，主要水质因子选择结果可靠，水质分析结果精确。

【技术实现步骤摘要】
湖泊水质在线监测分析系统
本专利技术涉及水质分析系统，具体涉及一种湖泊水质在线监测分析系统。
技术介绍
湖泊年内季节性和年际水位变幅明显，尤其以通江湖泊为突出代表。通江湖泊是指与大江大河直接连通的湖泊。通江湖泊一方面要承接自身流域汇流，还与联通的河流保持着密切的水力交换联系。尽管流域内的工业、农业和生活污水大量排入湖泊，但如果湖泊换水周期快，可以抑制水体富营养化进程，此类通江湖泊水环境问题相对并不突出。但由于湖泊往往湖湾众多，大量污水汇入会造成局部湖区污染物不容易排出，局部湖泊水体的氮磷浓度处于较高水平。通江湖泊往往呈现出湖泊/河流模态转变、水位剧烈变化的特征，但目前的水质自动化在线监测设备和技术，尚不能满足这类季节性和年际水位变幅明显的湖泊自动监测需求。主要问题表现在：按照现有水质监测方式，丰水期湖泊水位处于较高水平时在监测断面上布设若干垂线进行监测，而进入枯水期后水位落槽，需要通过人工方式将垂线转移至主航道或深水区。这种监测方法需要投入大量的人力、财力，且无法实现监测结果的在线上传，信息获取明显滞后，无法满足水质在线分析的要求。现有的诸多单一水质分析方法无法直接应用于这类季节性和年际水位变幅明显的湖泊。例如，通江湖泊在丰水期和枯水期的上游来水条件不同，汇入湖泊水体的污染源种类有明显区别，主要水质影响因子也不一致。因此，使用传统单一方法进行水质分析时在水质影响因子选择、水质分析结果合理性等方面具有很大的不确定性。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种湖泊水质在线监测分析系统，解决现有监测分析系统无法适用于变幅明显的湖泊监测，分析结果不确定性高的问题。技术方案：本专利技术所述的湖泊水质在线监测分析系统，包括水质监测装置和水质分析模块，所述水质监测装置包括管道、配重滑轮车、浮标和水底监测设备，所述管道一端固定于湖泊深槽，另一端固定于湖泊岸边，所述管道内设置有轨道，所述配重滑轮车卡设在轨道上并可沿轨道滑动，所述浮标通过绳子与所述配重滑轮车连接，所述水底监测设备与浮标均通过中转通信设备与水质分析模块信号连接。为了方便约束配种滑轮车的运动路径，所述管道为耐腐蚀的弯曲空心管道，轨道为T形轨道。为了方便水位变化时，配重滑轮车相应移动，所述配重滑轮车包括耐腐蚀金属配重块和滑轮，所述滑轮与耐腐蚀金属配重块连接。为了实时监测所处水域的多种水质参数、获取自身定位，并将监测信息发送至附近的通信中转设备，所述的浮标包括标体，所述标体上设置有多参数水质监测仪、定位设备、无线电通信器和供能设备。为了周期性监测底层水体水质参数并将监测信息发送至附近的通信中转设备，所述水底监测设备固定于管道在水底的一端，所述水底监测设备包括低功耗水质监测仪和超声波水下通讯器。为了接收浮标和水底监测设备传的监测信息，并将接收数据通过蜂窝网络发送到水质分析模块，所述通信中转设备设置有无线电和超声波通讯接口。为了分析湖泊当前水质情况，所述的水质分析模块包括通信单元、数据存储单元、主要因子确定单元、水质分析单元和水质发布单元，所述的通信单元接收水质监测装置发送的水质和位置监测数据，并将其转发至数据存储单元，所述的数据存储单元存储通信单元所发送监测数据，所述的主要因子确定单元调取数据存储单元中对应当前湖泊所处水位状态的历史水质监测数据并确定主要因子，所述水质分析单元调取数据存储单元中主要因子的实时监测信息计算湖泊各监测点的综合水质标识指数，所述水质发布单元接收水质分析单元得出的各监测点综合水质标识指数，结合数据存储单元中监测点的位置数据后发布水质分析结果。有益效果：本专利技术有效实现水位、水域面积年内剧烈变化湖泊水体的水质在线自动化监测，并实时提供湖泊水域范围内水质分布情况，同时，主要水质因子选择结果可靠，水质分析结果精确。附图说明图1为本专利技术水质监测装置示意图；图2为本专利技术导轨与浮标剖面图；图3为本专利技术水底监测设备结构图；图4为本专利技术的组成结构图；图5为采用本专利技术进行湖泊水质监测分析流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步说明。如图1-5所示，湖泊水质在线监测分析系统，包括水质监测装置和水质分析模块，水质监测装置1由导轨11、配重滑轮车12、浮标13、水底监测设备14和通信中转设备15组成。导轨11为耐腐蚀的弯曲空心管道，管道内部设有T形轨道111、底部设有排沙孔112、顶部开缝，管道一端固定于湖泊深槽、另一端固定于湖泊岸边、其余部位等间距固定于湖床。配重滑轮车12包括耐腐蚀金属配重块和与之相连的四只滑轮，配重滑轮车12通过滑轮凹槽固定于导轨11的T形轨道上并可沿T形轨道滑动。浮标13包括标体、Rs485多参数水质监测仪、CZN—011GPS定位器、无线电通信器和布设于标体四周的太阳能电池板。浮标13可利用Rs485多参数水质监测仪实时监测所处水域的多种水质参数、通过CZN—011GPS定位器获取自身定位，并将监测信息发送至附近的通信中转设备15。浮标13通过尼龙绳与配重滑轮车12相连。当湖泊水位上升时，在浮标13浮力驱动下，浮标13与配重滑轮车12沿T形轨道向湖泊岸边移动，当湖泊水位下降时，在配重滑轮车12重力驱动下浮标13与配重滑轮车12沿T形轨道向湖泊深槽移动。水底监测设备14包括XZ-017878低功耗水质监测仪和超声波水下通讯器，水底监测装置14固定于导轨11处于湖泊深槽的一端，周期性监测底层水体水质参数并将监测信息发送至附近的通信中转设备15。通信中转设备15集成无线电和超声波通讯接口，接收浮标13和水底监测设备14上传的监测信息，并将接收数据通过蜂窝网络发送到水质分析模块2。水质分析模块2由通信单元21、数据存储单元22、主要因子确定单元23、水质分析单元24和水质发布单元25组成，用于分析并发布各监测点的水质状况。通信单元21接收水质监测装置1发送的水质和位置监测数据，并将其转发至数据存储单元22。数据存储单元22存储通信单元21所发送监测数据，并接受主要因子确定单元23和水质分析单元24对监测数据的调用。主要因子确定单元23调取数据存储单元22中对应当前通江湖泊所处水位状态的历史水质监测数据，基于熵值法从中筛选出与水质变化关系较大的5种水质变量作为主要因子，提高水质监测数据的信噪比。水质分析单元24先调取主要因子确定单元23当前所筛选出的5种主要因子，后调取数据存储单元22中5种主要因子对应的实时监测信息，利用综合水质标识指数法计算通江湖泊各监测点的综合水质标识指数。水质发布单元25接收水质分析单元24得出的各监测点综合水质标识指数，结合数据存储单元22中监测点的位置数据后向通江湖泊管理部门和相关用水单位发布水质分析结果。其中，水质监测装置1中的浮标13包括标体131、多参数水质监测仪132、定位设备133、无线电通信器134和供能设备135，其中标体131为空心圆柱体，空心腔内充填有发泡体，标体131的下表面设有吊耳；其中多参数水质监测仪132通过尼龙绳固定在标体吊耳上，实时监测所处水域的多种水质参数；其中定位设备133固定于标体上表面，实时获取自身所处地理位置；其中无线电通信器134将多参数水质监测仪132和定位设备133的监测信息通过Zigbee网络发送到附近的通信中转装置；其中供能设备135为固定于标体上表面的太本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湖泊水质在线监测分析系统，其特征在于，包括水质监测装置和水质分析模块，所述水质监测装置包括管道(11)、配重滑轮车(12)、浮标(13)和水底监测设备(14)，所述管道一端固定于湖泊深槽，另一端固定于湖泊岸边，所述管道内设置有轨道(111)，所述配重滑轮车(12)卡设在轨道(111)上并可沿轨道滑动，所述浮标(13)通过绳子与所述配重滑轮车(12)连接，所述水底监测设备(14)与浮标(13)均通过通信中转设备(15)与水质分析模块信号连接。

【技术特征摘要】
1.一种湖泊水质在线监测分析系统，其特征在于，包括水质监测装置和水质分析模块，所述水质监测装置包括管道(11)、配重滑轮车(12)、浮标(13)和水底监测设备(14)，所述管道一端固定于湖泊深槽，另一端固定于湖泊岸边，所述管道内设置有轨道(111)，所述配重滑轮车(12)卡设在轨道(111)上并可沿轨道滑动，所述浮标(13)通过绳子与所述配重滑轮车(12)连接，所述水底监测设备(14)与浮标(13)均通过通信中转设备(15)与水质分析模块信号连接。2.根据权利要求1所述的湖泊水质在线监测分析系统，其特征在于，所述管道(11)为耐腐蚀的弯曲空心管道，轨道(111)为T形轨道。3.根据权利要求1所述的湖泊水质在线监测分析系统，其特征在于，所述配重滑轮车(12)包括耐腐蚀金属配重块(121)和滑轮(122)，所述滑轮(122)与耐腐蚀金属配重块(121)连接。4.根据权利要求1所述的湖泊水质在线监测分析系统，其特征在于，所述的浮标(13)包括标体(131)，所述标体(131)上设置有多参数水质监测仪(132)、定位设备(133)、无线电通信器(134)和供能设备(135)。5.根据权利要求1所述的湖泊水质在线监测分析系统，其特征在于，所述水底监测设备(14)固...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡腾飞，毛劲乔，黄文琴，戴会超，吴先明，杜文娟，陈韦钰，余松，徐婷婷，巨鑫慧，苗起森，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32