專利名稱：用于供水網(wǎng)絡的在線水質檢測裝置和在線水質監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型總體上涉及水質監(jiān)控，更特別地，涉及一種用于供水網(wǎng)絡的在線水質檢測裝置和在線實時水質遠程監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術：
水是生命之源，水尤其是飲用水的質量與人類身體健康緊密相關。隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平提高，人類越來越關注飲用水以及環(huán)境水的質量。目前，水質監(jiān)控還主要依賴于人力操作。檢測員定期從采樣點諸如水文站、自來水廠、供水站、廢水處理廠等采集水樣。然后，水樣可以利用例如便攜式水質檢測儀進行初步檢測。如果初步檢測發(fā)現(xiàn)水質異常，再將水樣送往專門的實驗室等進行更精密的檢測，以獲得關于污染類型和污染程度的詳細信息，從而可以采取有針對性的措施，并將該信息用于排查污染源。這種傳統(tǒng)水質監(jiān)控方式有許多缺點。例如，由于主要依賴于人力操作，所以在采樣點和采樣頻率方面均存在不足。采樣點一般設置在供水網(wǎng)絡(也稱為水網(wǎng))的主要節(jié)點處，因而不能獲得水網(wǎng)中更精細位置處的水質信息，從而不能精細地確定污染源的位置。采樣頻率快則每天，慢則每周甚至數(shù)周，因而不能及時獲得水質污染情況，這有可能對環(huán)境或居民健康造成不利影響。如果需要設置更多的采樣點和提高采樣頻率，則需要投入巨大的人力成本。此外，當在初步檢測中發(fā)現(xiàn)異常時，需要將水樣送往實驗室進行精密檢測才能獲得關于污染的詳細信息，這根據(jù)污染類型和實驗條件，一般又需要一周以上的時間。這種檢測不及時的問題在農(nóng)村地區(qū)更加嚴重，因為成本原因，在農(nóng)村地區(qū)采樣頻率更低，并且實驗設備更為有限。這使得相關部門在污染事件發(fā)生后不能迅速確定諸如污染類型、污染程度和污染源等的信息，不能及時采取有針對性的措施來有效控制事態(tài)發(fā)展。近來，隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展， 已經(jīng)提出了一些在線實時水質檢測設備。這些在線實時水質檢測設備可以安裝于監(jiān)測點處，其利用網(wǎng)絡諸如電信網(wǎng)、因特網(wǎng)等將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程監(jiān)控中心。這樣，可以降低監(jiān)控系統(tǒng)對人力的依賴程度，能以較低的成本增加采樣點和提高采樣頻率。然而，這些設備仍普遍存在檢測精度低和檢測指標單一等問題，不能在污染事件發(fā)生初期即輕度污染時起到預警作用，而且誤報率較高。即使在檢測到異常情況時，也只能給出大致的污染情況，而不能對污染物進行定性和/或定量分析，因此不能確定污染類型和污染程度等信息。在檢測到異常情況時，仍需要人工采集水樣送往實驗室進行精密檢測，才能定性定量地確定污染類型和污染程度等信息。如前所述，這一般又需要一周以上的時間。因此，不能及時采取有針對性的措施來有效應對污染事件。因此，需要一種在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，其能夠克服上述以及其他問題中的一個或者多個。應理解，提供以上背景技術只是為了便于本領域技術人員能夠更充分地理解本實用新型，而無意作為本領域的現(xiàn)有技術
實用新型內容
[0007]本實用新型的一個方面在于提供一種在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，其能夠實時監(jiān)控水網(wǎng)中的水質，并且在發(fā)現(xiàn)水質異常時，實時給出污染物的定性和定量分析。本實用新型的另一方面在于提供一種在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，其能夠提供更準確的水質監(jiān)控，降低誤報率。根據(jù)本實用新型的一示范性實施例，一種在線水質檢測裝置可以包括用于采集水質數(shù)據(jù)的傳感器組，其特征在于，所述在線水質檢測裝置還包括:用于采集水樣的光譜數(shù)據(jù)的光譜采集器；以及用于通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)從該在線水質檢測裝置發(fā)送到遠程控制中心的數(shù)據(jù)發(fā)送器。在一示例中，所述在線水質檢測裝置的特征在于還包括輔助信息采集器，用于采集與供水網(wǎng)絡相關聯(lián)的輔助信息。所述與供水網(wǎng)絡相關聯(lián)的輔助信息包括用戶投訴、醫(yī)院數(shù)據(jù)、藥房數(shù)據(jù)和所述在線水質檢測裝置的維護數(shù)據(jù)中的至少一種。在一示例中，所述在線水質檢測裝置的特征在于還包括水流流速控制器，用于控制流到所述傳感器組和所述光譜采集器的水樣的流速。所述傳感器組和所述光譜采集器并聯(lián)連接到所述水流流速控制器。在一示例中，所述傳感器組包括從由濁度儀、溫度計、pH傳感器、ORP傳感器、電導率傳感器、總氯/游離氯測試儀、總有機碳傳感器、總溶解固體測試儀、溶解氧測試儀、氯和氨測試儀構成的組中選擇的一種或者多種。在一示例中，所述在線水質檢測裝置的特征在于還包括:數(shù)據(jù)處理器，用于處理由所述傳感器組、所述光譜采集器和所述輔助信息采集器所收集的數(shù)據(jù)；以及存儲器，用于存儲在所述線水質檢測裝置的歷史數(shù)據(jù)以及污染物光譜圖庫。在一示例中，所述在線水質檢測裝置的特征在于還包括數(shù)據(jù)接收器，用于通過網(wǎng)絡接收來自遠程控制中心的數(shù)據(jù)。所述來自遠程控制中心的數(shù)據(jù)可以包括用于控制所述在線水質檢測裝置的操作的命 令。在一示例中，所述在線水質檢測裝置的特征在于還包括漏水檢測元件，用于檢測供水網(wǎng)絡的漏水。本實用新型的另一示范性實施例提供一種在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于包括:前述在線水質檢測裝置中的任一種，設置在供水網(wǎng)絡的多個不同節(jié)點處；以及遠程控制中心，包括數(shù)據(jù)接收器以用于接收來自所述在線水質檢測裝置的數(shù)據(jù)。在一示例中，所述在線水質監(jiān)控系統(tǒng)的特征在于所述遠程控制中心還包括輔助信息采集器，用于采集與供水網(wǎng)絡相關聯(lián)的輔助信息。所述與供水網(wǎng)絡相關聯(lián)的輔助信息包括用戶投訴、醫(yī)院數(shù)據(jù)、藥房數(shù)據(jù)和所述在線水質檢測裝置的維護數(shù)據(jù)中的至少一種。在一示例中，所述遠程控制中心還可以包括:數(shù)據(jù)處理器，用于處理由所述傳感器組和所述光譜采集器所收集的數(shù)據(jù)以及由所述輔助信息采集器采集的與所述傳感器組和所述光譜采集器相關聯(lián)的數(shù)據(jù)；以及存儲器，用于存儲在所述線水質檢測裝置的歷史數(shù)據(jù)以及污染物光譜圖庫。本實用新型的又一示范性實施例提供一種在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，包括:在線水質檢測裝置，包括用于采集水質數(shù)據(jù)的傳感器組；以及遠程控制中心，包括用于接收來自所述在線水質檢測裝置的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收器，其特征在于，所述在線水質檢測裝置還包括:用于采集水樣的光譜數(shù)據(jù)的光譜采集器；用于對所述傳感器組和所述光譜采集器所采集的數(shù)據(jù)進行初步分析以判斷水質是否正常的第一數(shù)據(jù)處理器；以及用于通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)從該在線水質檢測裝置發(fā)送到所述遠程控制中心的數(shù)據(jù)發(fā)送器，且所述遠程控制中心還包括:用于對所述光譜采集器所采集的光譜數(shù)據(jù)進行精細分析以確定污染物的種類和含量的第二數(shù)據(jù)處理器。本實用新型的在線水質監(jiān)測裝置通過包括使用光譜采集器采集水樣的光譜，并對光譜進行分析，可以在線提供污染物的定性定量信息，快速提供全面的水質污染信息。本實用新型的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)通過綜合考慮各種可用信息，包括常規(guī)傳感器信息、光譜信息和輔助信息等，可以大大提高水質檢測的準確性，降低誤報率。本實用新型的更多優(yōu)點將從后面描述的具體實施方式
變得顯然。

通過參照附圖閱讀下面的具體實施方式
，本實用新型的上述和其他本質和優(yōu)點將對本領域普通技術人員而言變得顯然。貫穿附圖，相似或相同的附圖標記始終表示相似或相同的部件。附圖不一定是按比例繪制的。附圖中:圖1是供水網(wǎng)絡的示意性拓撲圖，示出根據(jù)本實用新型的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)在供水網(wǎng)絡中的安置；圖2A示出根據(jù)本實用新型第一示范性實施例的在線水質檢測裝置的示意性框圖；圖2B示出根據(jù)本實用新型第一示范性實施例的遠程控制中心的示意性框圖；圖3是流 程圖，示出根據(jù)本實用新型第一示范性實施例的在線水質檢測裝置的操作步驟；圖4A示出根據(jù)本實用新型第二示范性實施例的在線水質檢測裝置的示意性框圖；圖4B示出根據(jù)本實用新型第二示范性實施例的遠程控制中心的示意性框圖；圖5A示出根據(jù)本實用新型第三示范性實施例的在線水質檢測裝置的示意性框圖；以及圖5B示出根據(jù)本實用新型第三示范性實施例的遠程控制中心的示意性框圖。
具體實施方式
下面將參照附圖描述本實用新型的示范性實施方式。然而，本領域技術人員可以理解的是，本實用新型能以許多模式實施，而不局限于所給出的示范性實施例。在本實用新型的教導下，本領域技術人員可以進行許多形式和細節(jié)上的改變，而不偏離本實用新型的思想和范圍。圖1是供水網(wǎng)絡的示意性拓撲圖，示出根據(jù)本實用新型的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)在供水網(wǎng)絡中的安置。應理解，圖1僅是示意性的，供水網(wǎng)絡可以具有各種其他更復雜的結構。如圖1所示，供水網(wǎng)絡可以始于水源U。水源11可以是例如蓄積大量自然清潔水資源的湖泊、水庫、濕地等。水源11的自然水資源可以通過溝渠等引入到自來水廠12。在自來水廠12中，自然水資源經(jīng)過例如初濾、沉淀劑聚合、過濾、氯氣消毒等處理，成為滿足飲用標準的飲用水，再經(jīng)高壓泵(未示出)壓出到供水管線中。然后，飲用水在各級供水站13處經(jīng)由水泵加壓，被提供到居民樓14和/或工廠15以供使用。使用后的生活廢水和工業(yè)廢水可以在廢水處理廠16處經(jīng)過處理，成為滿足排放標準的廢水，然后被排放。本實用新型提供一種在線實時水質監(jiān)控系統(tǒng)，其可用于例如但不限于圖1所示的供水網(wǎng)絡中。如圖1所示，本實用新型的在線實時水質監(jiān)控系統(tǒng)可包括在線水質檢測裝置20和遠程控制中心30，二者可通過網(wǎng)絡10進行通信。如圖1所示，在線水質檢測裝置20可以安置在供水網(wǎng)絡的不同位置處，以檢測安置點處的水質。例如，在線水質檢測裝置20可以安置在水源地11、自來水廠12、各小區(qū)和/或工廠的供水閥處等位置以檢測供給水質。應理解，在線水質檢測裝置20可以根據(jù)需要而安置在各種供水網(wǎng)絡的不同位置處，而不限于圖1所示的供水網(wǎng)絡結構和安置位置。多個在線水質檢測裝置20可以通過網(wǎng)絡10與遠程控制中心30通信。遠程控制中心30可以例如接收來自多個在線水質檢測裝置20的數(shù)據(jù)和控制多個在線水質檢測裝置20的操作，這將在下面進一步詳細地說明。網(wǎng)絡10可以利用任何已有的網(wǎng)絡，例如，諸如2G、3G和4G網(wǎng)絡的電信網(wǎng)絡、因特網(wǎng)等。網(wǎng)絡IO也可以是用于在線實時水質監(jiān)控系統(tǒng)的專用網(wǎng)絡。網(wǎng)絡10可以是有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡或者有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡的組合。第一示范性實施例下面將描述根據(jù)本實用新型第一示范性實施例的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)。圖2A示出根據(jù)第一示范性實施例的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)包括的在線水質檢測裝置20的框圖，圖2B示出該在線水質監(jiān)控系統(tǒng)包括的遠程控制中心30的框圖，二者可以通過網(wǎng)絡10彼此通信。參照圖2A，單個在線水質檢測裝置20可以包括常規(guī)傳感器組22和光譜采集器24。常規(guī)傳感器組22可以用于采集常用水質數(shù)據(jù)，例如檢測水樣的常規(guī)物理化學特性，包括但不限于濁度、溫度、PH值、電導率、游離氯濃度和氧化還原電位(ORP)等等。常規(guī)傳感器組22可以包括以下傳感器中的一種或多種:濁度儀、溫度計、pH傳感器、ORP傳感器、電導率傳感器、總氯/游離氯測試儀、總有機碳傳感器、總溶解固體測試儀、溶解氧測試儀、氯和氨測試儀等等。光譜采集器24可以通過測量透過水樣的光密度來采集水樣的吸收光譜。在一例子中，光譜采集器24的光譜范圍較廣，例如為200nm至llOOnm，光譜分辨率例如為0.75nm。通過分析水樣在流動過程中的光學性質，記錄不同污染物對水樣的光譜特征的獨特干擾模式，可以實現(xiàn)對水中污染物的定性和定量分析。與常規(guī)的使用光譜的峰值信息來進行分析的方法不同，本實用新型可以通過復雜的數(shù)據(jù)處理方法全面地考慮200nm至I IOOnm之間的所有信息，從而更精確地對更廣泛的污染物進行檢測和量化，這將在后面詳細描述。在一示例中，水質檢測裝置20還可以包括清洗器(未示出)，用來定時清洗光譜采集器24，確保光譜采集的準確性。任選而非必須地，如圖2A所示，檢測裝置20還可以包括水流流速控制器21，用于控制流到傳感器組22和光譜采集器24的水樣的流速。優(yōu)選地，就水流路徑而言，傳感器組22和光譜采集器24可以并聯(lián)連接到流速控制器21。在該情況下，流速控制器21可以分別控制流向傳感器組22和光譜采集器24的水樣流速，而且與傳感器組22和光譜采集器24串聯(lián)連接的情況相比，還可以 避免傳感器組22對光譜采集過程的干擾，保證光譜采集的準確性。應理解，圖2A所示的并聯(lián)連接結構是示范性而非限制性的。[0044]在一例子中，檢測裝置20還可以包括輔助信息采集器26，其可用于采集與供水網(wǎng)絡相關聯(lián)的輔助信息，該輔助信息可以是不與水質直接關聯(lián)的信息。例如，輔助信息可以是與檢測裝置20的安裝地點相關聯(lián)的客戶投訴信息、醫(yī)院急診室數(shù)據(jù)、藥房數(shù)據(jù)和該檢測裝置20的維護數(shù)據(jù)等。這些信息和數(shù)據(jù)均可能反應該地區(qū)的供水質量。目前的水質監(jiān)控系統(tǒng)尚未充分利用所有可獲得的信息。本實用新型通過綜合考慮這些信息，可以大大提高水質檢測的準確性和及時性。輔助信息采集器26可以通過各種途徑獲得各種輔助信息，例如，可以從供水網(wǎng)絡的客服話務中心網(wǎng)絡獲得客戶投訴信息，從檢測裝置20自身獲得維護數(shù)據(jù)，從醫(yī)院就診網(wǎng)絡獲得特定疾病類型的患病數(shù)據(jù)，以及從藥房網(wǎng)絡獲得特定藥品的銷售數(shù)據(jù)，等等。在一例子中，如圖2A所示，檢測裝置20還可以包括數(shù)據(jù)處理器28和存儲器29。數(shù)據(jù)處理器28可以用于處理傳感器組22、光譜采集器24和/或輔助信息采集器26采集的數(shù)據(jù)，這將在下面進一步詳細描述。存儲器29可以用于存儲傳感器組22、光譜采集器24和/或輔助信息采集器26采集的歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理器28處理后的數(shù)據(jù)，用于操作檢測裝置20的程序指令等。如圖2A所示，檢測裝置20還可以包括數(shù)據(jù)發(fā)送器23，用于通過網(wǎng)絡10將檢測裝置20所檢測的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程控制中心30。在一示例中，數(shù)據(jù)發(fā)送器23可以是數(shù)據(jù)收發(fā)器，其還可以用于通過網(wǎng)絡10接收來自遠程控制中心30的數(shù)據(jù)，包括但不限于用于控制檢測裝置20的操作的命令等。圖2B示出根據(jù)第一示范性實施例的遠程控制中心30的框圖。如圖2B所示，遠程控制中心30可以包括數(shù)據(jù)接收器33以通過網(wǎng)絡10接收來自多個檢測裝置20的檢測數(shù)據(jù)。類似地，在一示例中，數(shù)據(jù)接收器33可以是數(shù)據(jù)收發(fā)器以還用于向多個檢測裝置20發(fā)送控制命令等。在一示例中， 遠程控制中心30可以包括數(shù)據(jù)處理器38以處理接收自多個檢測裝置20的數(shù)據(jù)，例如將多個檢測裝置20的數(shù)據(jù)送往輸出裝置35以供輸出或者送往存儲器39以供存儲，或者基于多個檢測裝置20的數(shù)據(jù)生成整個供水網(wǎng)絡的水質狀態(tài)圖等。輸出裝置35可以是打印機、顯示器等。存儲器39可以存儲所接收的來自多個檢測裝置20的數(shù)據(jù)和/或由數(shù)據(jù)處理器38處理后的數(shù)據(jù)等。當確定檢測到水質異常時，遠程控制中心30可以通過警報器37發(fā)出警報，以提醒工作人員處理該水質異常情況。為了進一步理解本實用新型的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，下面將參照圖3的流程圖來說明檢測裝置20的操作。常規(guī)傳感器組22采集的常規(guī)傳感器數(shù)據(jù)、光譜采集器24采集的光譜數(shù)據(jù)和輔助信息采集器26采集的輔助信息可以被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器28中以被處理。為了確保數(shù)據(jù)的可靠性，可以首先對傳感器數(shù)據(jù)進行前期預處理，預處理主要分為兩步:處理遺失數(shù)據(jù)和處理無效數(shù)據(jù)。首先，如果檢測到數(shù)據(jù)遺失，則會根據(jù)前面的若干數(shù)據(jù)對遺失數(shù)據(jù)進行估計，估算的數(shù)值會被賦予較低的置信度。如果出現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)遺失的情況，則該時間段的估算數(shù)據(jù)的置信度會持續(xù)降低。然后，無效數(shù)據(jù)將被處理?？梢詰梅讲顪y量的方法檢測由傳感器故障引起的無效數(shù)據(jù)，例如但不限于每5個數(shù)據(jù)計算一個方差，方差過大或過小都是傳感器運行不正常的表現(xiàn)。本領域技術人員可以理解，本實用新型也可以使用其他降噪方法。類似地，光譜采集器24采集的光譜數(shù)據(jù)應首先經(jīng)歷光譜降噪處理。根據(jù)一示例，可以應用二維自適應濾波器進行頻率維和時間維的二維降噪。首先，在時域中使用固定長度的均值濾波器，并計算每個頻段的方差。然后，在頻域中，采用可調長度的均值濾波器，濾波器的長度根據(jù)所在移動濾波窗口內是否存在波峰而自動調節(jié)。如果存在波峰，則減小長度。其中，所使用的波峰檢測方法是依據(jù)分析每點和其相鄰若干點的統(tǒng)計特性，如果某一點的值和其局域平均值的差值大于局域方差的例如但不限于4倍，那么該點被檢測為波峰。本領域技術人員可以理解，本實用新型也可以使用其他光譜降噪方法。然后，可以分別對進行前期預處理之后的常規(guī)傳感器數(shù)據(jù)和進行降噪處理之后的光譜數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，也稱為水質異常檢測。在一示例中，可以預先采集足夠的正常水質的歷史數(shù)據(jù)來確定正常水質基線，這些歷史數(shù)據(jù)可以儲存在例如檢測裝置20的存儲器29中。通過分析正常水質變化的均值、標準差、月最大值、月最小值等統(tǒng)計參數(shù)來描繪正常水質分布。水處理不當、水網(wǎng)中的水被污染或者一些其他因素都可能引起檢測數(shù)據(jù)變化。如果測量出的常規(guī)傳感器數(shù)據(jù)和/或光譜數(shù)據(jù)偏離正常水質分布范圍，則判斷檢測到異常，同時給出問題的嚴重性，即檢測的置信度。在完成數(shù)據(jù)分析之后，可以對得到的初步分析結果和由輔助信息采集器26采集的輔助信息進行融合，以最終確定是否存在異常。在融合步驟中，可以采用Dempster-Shafer信息融合法。由于檢測數(shù)據(jù)和輔助信息相對獨立，Dempster-Shafer信息融合法可以根據(jù)不同信息的置信度進行最優(yōu)融合，所以能保證最終檢測的精確度。當然，除了 Dempster-Shafer信息融合法之外,在一些實施例中還可以使用其他信息融合方法。如果信息融合之后判斷水質異常，即有污染事件發(fā)生，則可以利用所采集到的光譜信息，進行污染 物的定性定量分析，即識別污染物的種類并估測其濃度。檢測裝置20的存儲器29中可以存儲有包括各種污染物的光譜圖的光譜圖庫，光譜圖庫中的污染物種類數(shù)量可以根據(jù)存儲器29本身的大小、用戶需要等進行增減，而且每個檢測裝置20的光譜圖庫可以經(jīng)由網(wǎng)絡10從遠程控制中心30更新?？梢圆捎弥С窒蛄繖C目標分類方法來自動識別污染物。支持向量機方法使用各類已知污染物相關濃度下的光譜作為訓練數(shù)據(jù)得到一個分類模型，然后用此分類模型對檢測光譜進行識別，找出最可能的污染物種類。如果沒有識別到包括在譜圖庫中的污染物而且光譜峰值大于一定的閾值，則輸出“未知污染物”。如果識別成功，則操作進行到污染物濃度估計?？梢愿鶕?jù)所識別的污染物的光譜特征采用最小二乘法來估測其濃度。最后，生成水質分析報告。雖然上面參照圖3描述了檢測裝置20的操作，但是以上操作不一定局限于在檢測裝置20中進行。本領域技術人員從上述和以下實施例可以理解，這些操作還可以在在線水質監(jiān)控系統(tǒng)的其他部件例如在遠程控制中心30中進行，或者，這些操作可以分散在多個部件中進行，例如一部分操作在檢測裝置20中進行，另一部分操作在遠程控制中心30中進行。返回參照圖2B，各個檢測裝置20所生成的水質分析報告數(shù)據(jù)可以經(jīng)由網(wǎng)絡10(圖1)傳輸?shù)竭h程控制中心30。數(shù)據(jù)處理器38可以對來自各個檢測裝置20的數(shù)據(jù)進行匯總，生成整個供水網(wǎng)絡的水質狀況圖并顯示在例如顯示器35上。水質分析報告數(shù)據(jù)還可以存儲在存儲器39中以供查詢。當水質分析報告包括水質污染信息時，數(shù)據(jù)處理器38可以根據(jù)供水網(wǎng)絡地圖、各個檢測裝置的水質報告、水的流速等計算得到污染源可能位于的區(qū)域。警報器37還可以發(fā)出例如聲、光警報等以提醒工作人員注意。此外，遠程控制中心30還可以根據(jù)水質分析報告調解檢測裝置20的操作，例如改變檢測頻率等。第二示范性實施例下面參照圖4A和4B描述根據(jù)本實用新型第二示范性實施例的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，其中圖4A和4B分別示出在線檢測裝置20-1和遠程控制中心30-1的框圖。第二示范性實施例的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)與參照圖2A、2B和3描述的第一示范性實施例基本相同，除了以下方面之外。因此，對于相同或類似的部件，這里不再贅述。參照圖4A和4B，在線檢測裝置20-1與第一實施例的檢測裝置20基本相同，除了缺少輔助信息采集器26之外；遠程控制中心30-1與第一實施例的遠程控制中心30基本相同，除了還包括輔助信息采集器36之外。輔助信息采集器36可用于采集與供水網(wǎng)絡相關聯(lián)的輔助信息，該輔助信息可以是不與水質直接關聯(lián)的信息。例如，輔助信息可以是客戶投訴信息、醫(yī)院急診室數(shù)據(jù)、藥房數(shù)據(jù)和各個檢測裝置20-1的維護數(shù)據(jù)等。這些信息和數(shù)據(jù)均可能反應供水網(wǎng)絡的水質。輔助信息采集器36可以通過各種途徑獲得各種輔助信息，例如，可以從供水網(wǎng)絡的客服話務中心網(wǎng)絡獲得客戶投訴信息，從在線水質監(jiān)控系統(tǒng)自身獲得檢測裝置20-1的維護數(shù)據(jù)，從醫(yī)院就診網(wǎng)絡獲得特定疾病類型的患病數(shù)據(jù)，以及從藥房網(wǎng)絡獲得特定藥品的銷售數(shù)據(jù)，等等。這些輔助信息可以在數(shù)據(jù)處理器38中被處理，例如根據(jù)地址信息被關聯(lián)到各個檢測裝置20-1，然后可以存儲在存儲器39中以供查詢，而且還可以送往相應的檢測裝置20-1以用于執(zhí)行例如附圖3所示的操作。通過將輔助信息采集器設置在遠程控制中心30-1而非檢測裝置20-1中，可以減少輔助信息采集器的數(shù)量，從而降低成本。第三示范性實施例下面參照圖5A和5B描述根據(jù)本實用新型第三示范性實施例的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，其中圖5A和5B分別示出在線檢測裝置20-2和遠程控制中心30-2的框圖。第三示范性實施例的在線水質監(jiān)控·系統(tǒng)與參照圖4A和4B描述的第二示范性實施例基本相同，除了以下方面之外。因此，對于相同或類似的部件，這里不再贅述。參照圖5A和5B，在線檢測裝置20_2包括水流流速控制器21、傳感器組22、數(shù)據(jù)發(fā)送器23和光譜采集器24。與檢測裝置20-1相比，檢測裝置20-2中進一步省略了數(shù)據(jù)處理器28和存儲器29。參照圖5A，傳感器組22和光譜采集器24檢測到的數(shù)據(jù)可以直接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)發(fā)送器23，然后經(jīng)由網(wǎng)絡10 (圖1)送往遠程控制中心30-2。數(shù)據(jù)發(fā)送器23還可以是數(shù)據(jù)收發(fā)器，其可以接收來自遠程控制中心30-2的命令以控制水流流速控制器21、傳感器組22和光譜采集器24的操作。檢測裝置20-2所檢測的數(shù)據(jù)和輔助信息采集器36所采集的數(shù)據(jù)可以一起在圖5B所示的遠程控制中心30-2的數(shù)據(jù)處理器38中經(jīng)歷例如圖3所示的處理，并且可以存儲在存儲器39中。處理所需的信息，例如前述歷史檢測信息、污染物光譜圖庫等，也可以預先存儲在存儲器39中。通過由遠程控制中心30-2實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和存儲功能，可以避免在每個檢測裝置20-2中提供數(shù)據(jù)處理器和存儲器，由此可以進一步降低成本。雖然上面已經(jīng)給出了分別在檢測裝置(第一、二實施例)和遠程控制中心(第三實施例)中執(zhí)行例如圖3所示的數(shù)據(jù)處理過程的實施例，但是應理解，本實用新型不限于此。例如，該數(shù)據(jù)處理過程可以分散在多個部件上執(zhí)行，例如，可以在檢測裝置上執(zhí)行分析結果融合以及之前的步驟。如果融合結果表明不存在水質異常，則直接生成水質分析報告并送往遠程控制中心；如果融合結果表明存在水質異常，則可以將光譜數(shù)據(jù)送往遠程控制中心，并在遠程控制中心執(zhí)行污染物的識別和濃度估計。可以理解，在這種情況下，污染物光譜圖庫可以存儲在遠程控制中心。第四示范性實施例根據(jù)第四示范性實施例的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)(未示出)可以與前述實施例中的任一個相同，除了以下方面之外。第四實施例的在線檢測裝置還具有漏水檢測功能，可包括流量計、壓力計和/或聲波元件作為漏水檢測元件。漏水的檢測可以主要通過對比正常水流模型和漏流模式來進行，正常的水流具有日常和季節(jié)性的波動，一般為高頻信號，但管道漏流通常是恒定流量或逐步增加，一般為低頻信號。此外，通過分析不同節(jié)點處的漏水檢測元件的數(shù)據(jù)，還可以估測哪段管道出現(xiàn)漏水。上面以框圖示范并描述了本實用新型的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)的實施例，但是，本領域技術人員將意識到，各個方框表示的功能塊或電路元件僅是示范性的。替選實施例可以將多個方框表示的多個功能塊或電路元件合并成一個功能塊或電路元件，或者將一個功能塊或電路元件在功能上分解成多個功能塊或電路元件。例如，數(shù)據(jù)收發(fā)器可以用單獨的數(shù)據(jù)接收器和數(shù)據(jù)發(fā)送器替代，反之亦可。因此將理解，這里繪示的架構僅是示例性的，實際上可以實施許多其他架構，其實現(xiàn)相同的功能。本實用新型的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)通過綜合考慮各種信息，例如常規(guī)傳感器信息、光譜信息和輔助信息，可以提供精確的水質評估。通過利用數(shù)學模型、多重信息融合技術、統(tǒng)計學原理等方法，減少了人為因素導致的偏差。與其他分立式在線水質監(jiān)控系統(tǒng)相比，大幅度提高了對水質狀況總體評估的準確性，使誤報率極大降低，從而減少了誤報給水質監(jiān)測人員帶來的恐慌。 該系統(tǒng)采用的全譜圖多污染物同時檢測技術，使其結構相當緊湊。作為環(huán)保產(chǎn)品，在減少占用空間及能源消耗上具有極大優(yōu)勢。該系統(tǒng)可以對水質異常快速反應，在線給出污染物種類和量化信息，避免了人工取樣和實驗室檢測導致的時間延遲。還系統(tǒng)還可以追溯污染源，從而為水質檢測人員找出污染源提供指導性建議，縮短了污染源排查時間。因此，可以幫助水質監(jiān)控人員對污染事件作出快速決策，例如迅速關閉污染源等，防止污染的進一步擴散。該系統(tǒng)在日常水質監(jiān)測中，可以對水網(wǎng)中各個地點水質情況進行對比和分析，并對水質較差的地區(qū)提出警示，這樣可指導水質監(jiān)測人員有針對性地采集水樣，從而減少隨機取樣的一些不必要支出。該系統(tǒng)還具有漏水檢測及漏水點判斷功能，可以為供水單位減少巨大的經(jīng)濟損失。如果供水部門根據(jù)該系統(tǒng)提供的漏水監(jiān)測信息及時修復漏水管道，可使管道的漏水情況減少約60%。本實用新型的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)可以應用到許多場合。例如，可以將在線檢測裝置安裝到水源、自來水處理廠的出水口處和城市供水網(wǎng)絡的不同節(jié)點處，實時監(jiān)控各處的水質。在線水質檢測裝置還可以安裝到自來水廠、純凈水、礦泉水等水產(chǎn)品廠商的不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)中以批量檢測水產(chǎn)品質量，便于廠商的內部質量控制和/或政府對廠商的監(jiān)管。此外，對用水質量敏感的廠商可以在其生產(chǎn)供水的各環(huán)節(jié)安裝在線水質檢測裝置以實時監(jiān)控水質，避免水質對產(chǎn)品質量的影響。此外，在線水質檢測裝置還可以安裝在例如工廠的廢水排放口處，以實時監(jiān)控工業(yè)廢水是否滿足排放標準。上面描述了本實用新型的若干示范性實施例，但是本領域技術人員將理解，這些實施例僅用于示范，而非限制。本實用新型還可以具有許多其他實施例，在不偏離本實用新型的范圍的情況下，許多修改和變型對于本領域普通技術人員來說是顯而易見的。描述實施例是為了更好地解釋本實用新型的原理和實際應用，并使本領域技術人員從所示實施例及各種顯而易見的修改來理解·本實用新型。
權利要求1.一種在線水質檢測裝置，包括: 用于采集水質數(shù)據(jù)的傳感器組， 其特征在于，所述在線水質檢測裝置還包括: 用于采集水樣的光譜數(shù)據(jù)的光譜采集器；以及 用于通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)從所述在線水質檢測裝置發(fā)送到遠程控制中心的數(shù)據(jù)發(fā)送器。
2.如權利要求1所述的在線水質檢測裝置，其特征在于，還包括用于采集與供水網(wǎng)絡相關聯(lián)的輔助信息的輔助信息采集器。
3.如權利要求1所述的在線水質檢測裝置，其特征在于，還包括用于控制流到所述傳感器組和所述光譜采集器的水樣的流速的水流流速控制器， 其中，所述傳感器組和所述光譜采集器并聯(lián)連接到所述水流流速控制器。
4.如權利要求1所述的在線水質檢測裝置，其特征在于，所述傳感器組包括從由濁度儀、溫度計、PH傳感器、ORP傳感器、電導率傳感器、總氯/游離氯測試儀、總有機碳傳感器、總溶解固體測試儀、溶解氧測試儀、氯和氨測試儀構成的組中選擇的一種或者多種。
5.如權利要求1所述的在線水質檢測裝置，其特征在于，還包括: 用于處理由所述傳感器組和所述光譜采集器所收集的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理器；以及 用于存儲所述在線水質檢測裝置的歷史數(shù)據(jù)以及污染物光譜圖庫的存儲器。
6.如權利要求2所述的在線水質檢測裝置，其特征在于，還包括: 用于處理由所述傳感器組、所述光譜采集器和所述輔助信息采集器所收集的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理器；以及 用于存儲所述在線水質檢測裝置的歷史數(shù)據(jù)以及污染物光譜圖庫的存儲器。
7.如權利要求1所述的在線水質檢測裝置，其特征在于，還包括用于通過網(wǎng)絡接收來自遠程控制中心的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收器， 其中，所述來自遠程控制中心的數(shù)據(jù)包括用于控制所述在線水質檢測裝置的操作的命令。
8.如權利要求1所述的在線水質檢測裝置，其特征在于，還包括用于檢測供水網(wǎng)絡的漏水的漏水檢測元件。
9.一種在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括: 多個如權利要求1、3、4、7和8中的任一項所述的在線水質檢測裝置，其設置在供水網(wǎng)絡的多個不同節(jié)點處；以及 遠程控制中心，包括用于接收來自所述在線水質檢測裝置的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收器。
10.如權利要求9所述的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述遠程控制中心還包括用于采集與供水網(wǎng)絡相關聯(lián)的輔助信息的輔助信息采集器。
11.如權利要求9所述的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述遠程控制中心還包括: 用于處理由所述傳感器組和所述光譜采集器所收集的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理器；以及 用于存儲所述在線水質檢測裝置的歷史數(shù)據(jù)以及污染物光譜圖庫的存儲器。
12.如權利要求10所述的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述遠程控制中心還包括: 用于處理由所述傳感器組和所述光譜采集器所收集的數(shù)據(jù)以及由所述輔助信息采集器采集的與所述傳感器組和所述光譜采集器相關聯(lián)的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理器；以及用于存儲所述在線水質檢測裝置的歷史數(shù)據(jù)以及污染物光譜圖庫的存儲器。
13.—種在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括: 多個如權利要求2、5和6中的任一項所述的在線水質檢測裝置，其設置在供水網(wǎng)絡的多個不同節(jié)點處；以及 遠程控制中心，包括用于接收來自所述在線水質檢測裝置的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收器。
14.一種在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，包括: 在線水質檢測裝置，包括用于采集水質數(shù)據(jù)的傳感器組；以及 遠程控制中心，包括用于接收來自所述在線水質檢測裝置的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接收器， 其特征在于， 所述在線水質檢測裝置還包括: 用于采集水樣的光譜數(shù)據(jù)的光譜采集器； 用于對所述傳感器組和所述光譜采集器所采集的數(shù)據(jù)進行初步分析以判斷水質是否正常的第一數(shù)據(jù)處理器；以及 用于通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)從所述在線水質檢測裝置發(fā)送到所述遠程控制中心的數(shù)據(jù)發(fā)送器，且 所述遠程控制中心還包括: 用于對所述光譜采集器所采集的光譜數(shù)據(jù)進行進一步分析以確定污染物的種類和含量的第二數(shù)據(jù)處理器。
專利摘要本實用新型涉及用于供水網(wǎng)絡的在線水質檢測裝置和在線水質監(jiān)控系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術中檢測精度低、檢測指標單一、誤報率高等問題。本實用新型的在線水質檢測裝置通過包括常規(guī)傳感器組和用于采集水樣光譜的光譜采集器，能夠在線實時地給出污染物種類和濃度等數(shù)據(jù)。本實用新型的在線水質檢測裝置還可以通過包括輔助信息采集器，能夠綜合利用多種可得信息來分析水質，大大提高了水質檢測準確度。本實用新型的在線水質監(jiān)控系統(tǒng)可以廣泛用于城市自來水供應網(wǎng)絡、用水工廠等來監(jiān)測水質。
文檔編號G08C19/00GK203101366SQ20122063136
公開日2013年7月31日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
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