一种基于边缘计算的地下水和土壤气同步监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于边缘计算的地下水和土壤气同步监测方法，包括传输端和监测端，所述传输端为汇总传输网关，监测端为数据采集组网终端，所述汇总传输网关应用于网络层，利用internet网络将数据传输到大数据信息中心，数据采集组网终端应用于感知层，本发明专利技术利用边缘计算的原则和思想，开发体积小、低功耗、高性能的数据采集与传输软硬件一体应用。边缘计算，是将程序部署在指在靠近传感器和数据源一侧的硬件设备，就近提供计算服务。由于计算在边缘侧完成，设备响应迅速，且无需长时间采用高功耗监听模式等待云端网络服务响应，故能平衡高性能和低功耗的同时需求。衡高性能和低功耗的同时需求。衡高性能和低功耗的同时需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的地下水和土壤气同步监测方法


[0001]本专利技术涉及市政
，特别是涉及一种基于边缘计算的地下水和土壤气同步监测方法。

技术介绍

[0002]我国建设用地的土壤污染风险管控和修复包括土壤污染状况调查和土壤污染风险评估、风险管控、修复、风险管控效果评估、修复效果评估、后期管理等活动，在其中，污染地块环境监测是一项重要且关键的工作，是评价每一项活动工作效果的关键性指标。
[0003]污染地块环境监测具体包括地块土壤污染状况调查监测、地块治理修复监测、地块修复效果评估监测、地块回顾性评估监测等。传统的污染地块环境监测对象以土壤为主，辅以地下水监测，而对土壤中气体的监测较少。然而，对于地质状况复杂或污染严重的场地，仅依靠土壤监测可能会遗漏重污染区，而地下水或土壤气由于与土壤之间存在紧密的污染物质量交换关系，对地下水或土壤气的监测可以辅助揭示地层中的污染状况，尤其是在捕捉VOCs等污染区域的空间代表性更强。此外，土壤监测存在人力、物力及时间成本高，且无法进行实时监测、连续性监测、长期监测等缺陷。而地下水及土壤气监测可重复使用同一固定的监测井开展监测，在监测成本、数据可获取性和连续性等方面均高于传统的土壤监测。
[0004]由于目前污染地块地下水和土壤气监测主要依靠人工手段，仍不能完全实现实时动态监测，因此需要结合污染地块电力供给不足、无线信号弱、管理人员少等场地条件，开发体积小、低功耗、高性能的污染地块地下水和土壤气在线监测装置和方法，实现以较低成本跟踪监测污染场地各阶段工作中污染物的动态变化规律，使其在污染状况调查及风险评估、地块治理修复过程及修复效果跟踪、地块回顾性评估等阶段发挥重要作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于边缘计算的地下水和土壤气同步监测方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于边缘计算的地下水和土壤气同步监测方法，包括传输端和监测端，所述传输端为汇总传输网关，监测端为数据采集组网终端，所述汇总传输网关应用于网络层，利用internet网络将数据传输到大数据信息中心，数据采集组网终端应用于感知层，每个数据采集组网终端通过可扩展串联的多级探头支架，对多种电极传感器探头串联，同时实现对污染地块地下水和土壤气相关指标的数据采集。
[0007]作为本专利技术的进一步技术方案：在感知层通过Lora能够实现多个数据采集组网终端组网，实现双向数据交互。
[0008]作为本专利技术的进一步技术方案：所述汇总传输网关通过Lora组网后，能够实现分别对每个终端的数据采集。
[0009]作为本专利技术的进一步技术方案：在感知层，使用电极传感器对pH、盐度、水位、电导率、氧化还原电位、TVOC目标参数进行数据采集。
[0010]作为本专利技术的进一步技术方案：在网络层，通过采用Lora低功耗局域网无线技术，实现在郊区户外10km范围内通过Lora无线网关的快速组网和低功耗数据传输，数据上传至指定服务器。
[0011]作为本专利技术的进一步技术方案：所述电极传感器的电极直径<28mm,组件直径<36mm。
[0012]作为本专利技术的进一步技术方案：所述汇总传输网关通过Lora无线网络，循环获取数据采集组网终端的数据，汇总获取数据之后，通过GPRS接入Internet网络。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术利用边缘计算的原则和思想，开发体积小、低功耗、高性能的数据采集与传输软硬件一体应用。边缘计算，是将程序部署在指在靠近传感器和数据源一侧的硬件设备，就近提供计算服务。由于计算在边缘侧完成，设备响应迅速，且无需长时间采用高功耗监听模式等待云端网络服务响应，故能平衡高性能和低功耗的同时需求。在终端（监测端）通过智能化的软件程序，根据当前的业务需求智能选择网络传输芯片的工作模式和工作功率，仅在必要时唤醒设备，其余时间使设备采用节能模式运行甚至休眠，可以实现极低功耗的在线数据采集和传输。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的网关（传输端）的工作流程图。
[0015]图2为本专利技术的终端（监测端）的工作流程图。
[0016]图3为本专利技术的网关（传输端）工作流程图。
[0017]图4为本专利技术的网关（传输端）组成架构图。
[0018]图5为本专利技术的终端（监测端）产品工作流程图。
[0019]图6为本专利技术的终端（监测端）产品组成架构图。
[0020]图7为本专利技术的地下水和土壤气监测传感器探头组成架构图。
实施方式
[0021]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]实施例1，如图1
‑
7所示，一种基于边缘计算的地下水和土壤气同步监测方法，包括汇总传输网关（传输端）和数据采集组网终端（监测端）两个部分。两部分之间的连接关系是：网关（传输端）应用于网络层，实现利用internet网络将数据传输到大数据信息中心（一般为已有的服务器）。终端（监测端）应用于感知层，每个终端（监测端）通过可扩展串联的多级探头支架，对多种电极传感器探头串联，可同时实现对污染地块地下水和土壤气相关指标的数据采集。在感知层通过Lora可实现多个终端（监测端）组网，实现双向数据交互。汇总传输网关通过Lora组网后，可以实现分别对每个终端的数据采集。
[0023]实施例2，在实施例1的基础上，在感知层，使用电极传感器对pH、盐度、水位、电导率、氧化还原电位、TVOC等目标参数进行数据采集，并通过优化电极结构，完善电极封装，实现单个电极直径<28mm,组件直径<36mm的设计指标。满足适用于绝大多数地下水监测井（直径一般在500mm
‑
2500mm）。
[0024]在网络层，通过采用Lora低功耗局域网无线技术，实现在郊区户外10km范围内通过Lora无线网关的快速组网和低功耗数据传输，数据上传至指定服务器。
[0025]工作原理如下：本专利技术适用如下监测环境：
①
监测井直径50mm左右；
②
目标监测深度为水下2
‑
10米；
③
无电力供应环境；
④
弱信号网络环境；
⑤
(3)实时在线监测周期预计持续3个月至2年不等。
[0026]本专利技术采用嵌入式软件对监测终端进行控制，实现边缘计算，具体程序功能（见图1和2）包括如下步骤：
①
嵌入式控制软件使用C+语言开发，编制嵌入式MCU运行软件，对终端（监测端）和网关（传输端）进行控制。
[0027]②
编制程序软件，终端（监测端）定期通过已设好本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的地下水和土壤气同步监测方法，包括传输端和监测端，其特征在于，所述传输端为汇总传输网关，监测端为数据采集组网终端，所述汇总传输网关应用于网络层，利用internet网络将数据传输到大数据信息中心，数据采集组网终端应用于感知层，每个数据采集组网终端通过可扩展串联的多级探头支架，对多种电极传感器探头串联，同时实现对污染地块地下水和土壤气相关指标的数据采集。2.根据权利要求1的一种基于边缘计算的地下水和土壤气同步监测方法，其特征在于，在感知层通过Lora能够实现多个数据采集组网终端组网，实现双向数据交互。3.根据权利要求2的一种基于边缘计算的地下水和土壤气同步监测方法，其特征在于，所述汇总传输网关通过Lora组网后，能够实现分别对每个终端的数据采集。4.根据权利要求1的一种基于边缘计算的地下水和土壤气...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴双，严佩嘉，杨启帆，叶镓盛，古涛，李洁，黄舒煜，蔡诗婷，赵坤荣，
申请(专利权)人：生态环境部华南环境科学研究所生态环境部生态环境应急研究所，
类型：发明
国别省市：