本發(fā)明涉及污水監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的污水監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水域環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，其目的是為環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)決策的依據(jù)。水域環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)管理部門監(jiān)管的重要內(nèi)容之一，目前我國對大江、大河、沿海流域、港口、海灣實施日常例行監(jiān)測，對赤潮、溢油、重大污染物泄漏等污染事故，每天需進(jìn)行一次監(jiān)測。當(dāng)大江、大河及大型湖泊等突發(fā)水環(huán)境污染事故時，現(xiàn)有常規(guī)手段無法實現(xiàn)迅速、準(zhǔn)確、動態(tài)地監(jiān)測與預(yù)報，以致環(huán)保相關(guān)部門難以快速、恰當(dāng)?shù)刈鞒鰶Q策。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的污水監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

提供了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的污水監(jiān)測系統(tǒng)，包括基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的污水監(jiān)測模塊、通信模塊和監(jiān)測中心；所述的污水監(jiān)測模塊用于采集污水監(jiān)控參數(shù)，并將污水監(jiān)控參數(shù)通過通信模塊傳送至監(jiān)測中心。

本發(fā)明的有益效果為：利用無線傳感器技術(shù)實現(xiàn)了污水的監(jiān)測，使得環(huán)保相關(guān)部門能夠及時發(fā)現(xiàn)水環(huán)境污染事故，對事故的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)行監(jiān)測評估，制定緊急對策和措施。

附圖說明

利用附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明污水監(jiān)測模塊的連接框圖。

附圖標(biāo)記：

污水監(jiān)測模塊1、通信模塊2、監(jiān)測中心3、傳感器采集模塊4、基站5。

具體實施方式

結(jié)合以下實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參見圖1、圖2，本實施例提供的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的污水監(jiān)測系統(tǒng)，包括基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的污水監(jiān)測模塊1、通信模塊和監(jiān)測中心3；所述的污水監(jiān)測模塊1用于采集污水監(jiān)控參數(shù)，并將污水監(jiān)控參數(shù)通過通信模塊2傳送至監(jiān)測中心3。

優(yōu)選地，所述的監(jiān)測中心3包括一遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器以及與該遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器相連的應(yīng)用程序服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、用戶端，所述的用戶端與一打印機(jī)相連。

優(yōu)選地，所述的污水監(jiān)控參數(shù)包括水溫、ph值、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量。

優(yōu)選地，所述基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的污水監(jiān)測模塊1包括傳感器采集模塊4和基站5，所述的傳感器采集模塊4包括多個用于進(jìn)行污水監(jiān)控參數(shù)采集的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點和用于對簇內(nèi)污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和壓縮處理的簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)基站5傳送到所述的通信模塊2。

本發(fā)明上述實施例利用無線傳感器技術(shù)實現(xiàn)了污水的監(jiān)測，使得環(huán)保相關(guān)部門能夠及時發(fā)現(xiàn)水環(huán)境污染事故，對事故的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)行監(jiān)測評估，制定緊急對策和措施。

優(yōu)選地，按照設(shè)定的分簇機(jī)制在污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點中選出所述的簇頭節(jié)點，具體為：

(1)基站5向各污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點發(fā)送分簇指令，各污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點接收到分簇指令后，計算自身的節(jié)點狀態(tài)值g(α)，若g(α)＞0，則污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α處于活躍狀態(tài)，若g(α)≤0，則污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α處于消極狀態(tài)，節(jié)點狀態(tài)值g(α)的計算公式為：

式中，q(α)、s(α)、l(α)分別為污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α的剩余能量、可用內(nèi)存、鏈路分組丟失率，q(α)max為污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α的能量的最大值，s(α)max為污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α的內(nèi)存的最大值，a、b、c為設(shè)定的權(quán)重系數(shù)，且a+b+c＝1，ws為設(shè)定的節(jié)點狀態(tài)判定閾值；

(2)處于消極狀態(tài)的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點放棄簇頭競爭，處于活躍狀態(tài)的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點參與到簇頭競爭中，并向參與簇頭競爭的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點交換自身的信號接收強(qiáng)度值和到基站5的最短跳數(shù)距離，參與簇頭競爭的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點按照是否滿足下列條件確定能否競選為簇頭：

式中，u(α)為污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α的接收信號強(qiáng)度值，u(β)為除污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α外其余參與簇頭競爭的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點β的接收信號強(qiáng)度值，t(α)為污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α到基站5的最短跳數(shù)距離，u(β)為除污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點β外其余參與簇頭競爭的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點β到基站5的最短跳數(shù)距離，wu為設(shè)定比值閾值，為參與簇頭競爭的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點的數(shù)量；

(3)確定簇頭后，進(jìn)行分簇操作，對于其他污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點，計算該污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點與各簇頭節(jié)點之間的距離，選出距離最小值對應(yīng)的簇頭節(jié)點，將該污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點加入到該選出的簇頭節(jié)點所在的簇中。

本優(yōu)選實施例按照設(shè)定的分簇機(jī)制進(jìn)行分簇，從而確定簇頭，該分簇機(jī)制中選出的簇頭能夠根據(jù)節(jié)點的狀態(tài)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，分簇時間短，開銷小，進(jìn)一步提高了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的污水監(jiān)測模塊1的工作效率。

優(yōu)選地，所述的簇頭節(jié)點對簇內(nèi)污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理時，采用改進(jìn)的haar小波數(shù)據(jù)壓縮算法，具體包括：

(1)預(yù)先設(shè)定采樣數(shù)據(jù)數(shù)目閾值w1，污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點每輪采樣w1個數(shù)據(jù)，且污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點在每一輪采樣完成后計算該輪所采樣數(shù)據(jù)的樣本均值，開始第一輪數(shù)據(jù)采集，污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點將該輪的樣本均值和采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點根據(jù)污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點的樣本均值由大到小的順序生成污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點順序列表，并按照生成的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點順序列表對簇內(nèi)的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行排序；

(2)簇頭節(jié)點對排序后的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行haar小波分解處理，將獲得的近似系數(shù)連同所用的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點順序列表發(fā)送至基站5，進(jìn)而由基站5利用近似系數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)，獲取相應(yīng)的近似數(shù)據(jù)；

(3)開始下一輪數(shù)據(jù)采集，簇頭節(jié)點根據(jù)污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)樣本均值的更新，并根據(jù)更新后的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點的樣本均值由大到小的順序更新污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點順序列表，若滿足下列公式，則按照新的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點順序列表對簇內(nèi)的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點的該輪采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行排序：

式中，表示第θ輪的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點順序列表中第θ個位置的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點，表示第θ-1輪的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點順序列表中第θ個位置的污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點，m為簇內(nèi)污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點的數(shù)量，為定義的比較函數(shù)，若與相同，則若與不相同，則w2為設(shè)定的位置變化程度閾值；

(4)重復(fù)(2)和(3)的操作，直至完成采樣數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。

相關(guān)技術(shù)中，常利用haar小波數(shù)據(jù)壓縮算法對由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的污水監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行壓縮處理，該算法是減少數(shù)據(jù)傳輸量、獲得高精度重構(gòu)數(shù)據(jù)的一種有效方法，然而haar小波數(shù)據(jù)壓縮算法的數(shù)據(jù)處理性能受到待處理數(shù)據(jù)的平滑性影響。為解決這個問題，本優(yōu)選實施例對haar小波數(shù)據(jù)壓縮算法進(jìn)行改進(jìn)，在簇頭節(jié)點進(jìn)行基于小波變換的采樣數(shù)據(jù)壓縮處理之前，先對采樣數(shù)據(jù)按照設(shè)定方式進(jìn)行排序處理，并定期更新排序順序，從而改善污水監(jiān)控參數(shù)的平滑性，達(dá)到優(yōu)化小波處理性能的效果；按照上述方式對污水監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行處理后，提高了污水監(jiān)控參數(shù)的壓縮程度，減少了簇內(nèi)污水監(jiān)控參數(shù)的傳輸量，達(dá)到延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常工作時間的效果，且由基站5重構(gòu)的污水監(jiān)控參數(shù)的精度也有所提高。本優(yōu)選實施例從整體上減少了污水監(jiān)測系統(tǒng)的能耗成本。

優(yōu)選地，所述簇頭節(jié)點根據(jù)污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)樣本均值的更新，具體包括：污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點進(jìn)行下一輪采樣，若該輪所采樣數(shù)據(jù)的樣本均值和樣本標(biāo)準(zhǔn)差滿足下列公式，則將該輪的樣本均值和采樣數(shù)據(jù)發(fā)送至簇頭節(jié)點，告知簇頭節(jié)點更新對應(yīng)的樣本均值，否則只發(fā)送采樣數(shù)據(jù)，簇頭節(jié)點保存原有的樣本均值：

式中，表示污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α在第θ輪(即所述的下一輪)所采樣數(shù)據(jù)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差，表示污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α在第θ輪所采樣數(shù)據(jù)的樣本均值，表示污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α在第θ-1輪所采樣數(shù)據(jù)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差，表示污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點α在第θ-1輪所采樣數(shù)據(jù)的樣本均值，θ≥2，w2為設(shè)定的數(shù)據(jù)變化程度閾值。

本優(yōu)選實施例通過對樣本均值的更新進(jìn)行控制，能夠相對減少污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點順序列表的更新次數(shù)，從而在整體上縮短了對簇內(nèi)污水監(jiān)控參數(shù)采集節(jié)點采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理的時間，降低污水監(jiān)測系統(tǒng)在污水監(jiān)控參數(shù)采集和處理方面的整體開銷，達(dá)到節(jié)能的有益效果。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。