一種污水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.一種污水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，包括污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)和監(jiān)控中心，所述污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)用于采集污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并將污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心；所述監(jiān)控中心包括主服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，所述污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)與主服務(wù)器連接，所述主服務(wù)器與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器交互式連接；所述污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)傳輸單元；所述數(shù)據(jù)采集單元用于通過由各傳感器構(gòu)建的傳感器節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作進(jìn)行污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集，并輸出各傳感器節(jié)點(diǎn)采集的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理單元用于對(duì)各傳感器節(jié)點(diǎn)采集的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以獲得有效的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)傳輸單元用于進(jìn)行污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸；所述數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)過濾模塊，數(shù)據(jù)過濾模塊用于通過智能網(wǎng)關(guān)過濾錯(cuò)誤的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括：
(1)去除沒有落入傳感器讀數(shù)的有效范圍內(nèi)的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；
(2)對(duì)剩余的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾處理，具體為：
1)假設(shè)所有傳感器的傳感頻率一致且滑動(dòng)窗口大小為A，利用Jaccard相似度函數(shù)計(jì)算出兩個(gè)傳感器SI、SJ讀數(shù)行為的相似度Sim(xI(t),xJ(t))，其中xI(t)表示傳感器SI在時(shí)間t時(shí)的傳感讀數(shù)，xJ(t)表示傳感器SJ在時(shí)間t時(shí)的傳感讀數(shù)；
2)定義傳感器SI、SJ的最初臨時(shí)相似度為：
K+1時(shí)刻的臨時(shí)相似度為：
式中，xI(A+t)表示傳感器SI最初的讀數(shù)行為，μ為設(shè)定的可調(diào)節(jié)的變量，μ的取值范圍為[-1,1]；
3)設(shè)共有M個(gè)傳感器，來自傳感器SI的一個(gè)事件查詢q，在過去被傳感器頻繁查詢的數(shù)據(jù)比那些很少被傳感器SI讀取的數(shù)據(jù)與傳感器SI更具有相關(guān)性，計(jì)算傳感器SI的排序等級(jí)值QL(q,SI)，計(jì)算公式為：
式中，n(q,SI)為在過去傳感器SI針對(duì)查詢q對(duì)一些主題的事件查詢數(shù)目，N(q,SI)表示傳感器SI針對(duì)查詢q的事件查詢總數(shù)，B為平滑因子；
4)采用投票法判斷傳感器SI的當(dāng)前讀數(shù)是否為錯(cuò)誤讀數(shù)，設(shè)定判斷函數(shù)為：
式中，net(I)表示傳感器SI的鄰居傳感器集合，VDecisionj(I)表示鄰居傳感器SJ對(duì)傳感器SI作出投票決定，投票決定有兩類，一類是積極的，另一類為消極的，投票決定為積極時(shí)，VDecisionj(I)＝1，投票決定為消極時(shí)，VDecisionj(I)＝0；PI>0時(shí)，表示傳感器SI的當(dāng)前讀數(shù)為正常讀數(shù)，PI<0時(shí)，表示傳感器SI的當(dāng)前讀數(shù)為錯(cuò)誤讀數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括污水pH值、濁度、電導(dǎo)率、溫度、流量、氧溶解量。

一種污水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明涉及污水監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種污水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。\n背景技術(shù)\n[0002] 水污染程度是水資源利用及環(huán)境保護(hù)的重要信息，而污水分布面廣，很多地方不便于人工測(cè)量，這樣給污水實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶來了很多不便。現(xiàn)有的污水監(jiān)測(cè)設(shè)備采用傳統(tǒng)手段采集水資源的污染程度信息，自動(dòng)化程度不高，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可操作性、實(shí)時(shí)性較差，不能很好地滿足污水成分信息實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0003] 為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種污水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。\n[0004] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：\n[0005] 一種污水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)和監(jiān)控中心，所述污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)用于采集污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并將污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心；所述監(jiān)控中心包括主服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，所述污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)與主服務(wù)器連接，所述主服務(wù)器與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器交互式連接。\n[0006] 本發(fā)明的有益效果：能夠?qū)⒏鞅O(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集的污水信息數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)了污水信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和處理的無線化、自動(dòng)化和智能化，提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可操作性，并滿足實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。\n附圖說明\n[0007] 利用附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。\n[0008] 圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)連接示意圖；\n[0009] 圖2是污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。\n[0010] 附圖標(biāo)記：\n[0011] 污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)1、監(jiān)控中心2、數(shù)據(jù)采集單元11、數(shù)據(jù)處理單元12、數(shù)據(jù)傳輸單元13、主服務(wù)器21、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器22。\n具體實(shí)施方式\n[0012] 結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。\n[0013] 參見圖1、圖2，本實(shí)施例的一種污水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)和監(jiān)控中心，所述污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)用于采集污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并將污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心；所述監(jiān)控中心包括主服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，所述污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)與主服務(wù)器連接，所述主服務(wù)器與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器交互式連接。\n[0014] 優(yōu)選的，所述污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括污水PH值、濁度、電導(dǎo)率、溫度、流量、氧溶解量。\n[0015] 本發(fā)明上述實(shí)施例能夠?qū)⒏鞅O(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集的污水信息數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)了污水信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和處理的無線化、自動(dòng)化和智能化，提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可操作性，并滿足實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。\n[0016] 優(yōu)選的，所述污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳送系統(tǒng)1包括數(shù)據(jù)采集單元11、數(shù)據(jù)處理單元12和數(shù)據(jù)傳輸單元13；所述數(shù)據(jù)采集單元11用于通過由各傳感器構(gòu)建的傳感器節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作進(jìn)行污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集，并輸出各傳感器節(jié)點(diǎn)采集的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)處理單元\n12用于對(duì)各傳感器節(jié)點(diǎn)采集的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以獲得有效的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)傳輸單元13用于采用預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制進(jìn)行污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。\n[0017] 優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集單元11包括傳感器定位子單元和數(shù)據(jù)修正子單元；所述傳感器定位子單元用于進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)定位，所述進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)定位具體包括：\n[0018] (1)將少部分傳感器節(jié)點(diǎn)部署在已知的位置坐標(biāo)上，作為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置建立滿足家居環(huán)境的局部坐標(biāo)系；\n[0019] (2)假設(shè)未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x,y)，能夠與其進(jìn)行通信的信標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)分別為(x1,y1)，(x2,y2)，…，(xn,yn)，未知節(jié)點(diǎn)位于各信標(biāo)節(jié)點(diǎn)為圓心，通信半徑為半徑的圓的相交區(qū)域，取該區(qū)域任一點(diǎn)作為未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)預(yù)選點(diǎn)，未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)預(yù)選點(diǎn)到信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的差分函數(shù)為：\n[0020]\n[0021] 式中，ri為未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)預(yù)選點(diǎn)到(xi,yi)距離，i＝1，2，…，n，利用最大似然估計(jì)法求取該式的最小值，即為未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置；\n[0022] 所述數(shù)據(jù)修正子單元用于對(duì)傳感器在非標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，修正因子σ為：\n[0023]\n[0024] 式中，T0為傳感器使用的標(biāo)準(zhǔn)溫度，T為傳感器使用時(shí)的環(huán)境溫度。\n[0025] 本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了傳感器定位和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測(cè)量。\n[0026] 優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理單元12包括數(shù)據(jù)過濾模塊和數(shù)據(jù)補(bǔ)全模塊，所述數(shù)據(jù)過濾模塊用于通過智能網(wǎng)關(guān)過濾錯(cuò)誤的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)補(bǔ)全模塊用于填補(bǔ)丟失的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；\n[0027] 所述通過智能網(wǎng)關(guān)過濾錯(cuò)誤的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括：\n[0028] (1)去除沒有落入傳感器讀數(shù)的有效范圍內(nèi)的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；\n[0029] (2)對(duì)剩余的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾處理，具體為：\n[0030] 1)假設(shè)所有傳感器的傳感頻率一致且滑動(dòng)窗口大小為A，利用Jaccard相似度函數(shù)計(jì)算出兩個(gè)傳感器SI、SJ讀數(shù)行為的相似度Sim(xI(t),xJ(t))，其中xI(t)表示傳感器SI在時(shí)間t時(shí)的傳感讀數(shù)，xJ(t)表示傳感器SJ在時(shí)間t時(shí)的傳感讀數(shù)；\n[0031] 2)定義傳感器SI、SJ的最初臨時(shí)相似度為：\n[0032]\n[0033] K+1時(shí)刻的臨時(shí)相似度為：\n[0034]\n[0035] 式中，xI(A+t)表示傳感器SI最初的讀數(shù)行為，μ為設(shè)定的可調(diào)節(jié)的變量，μ的取值范圍為[-1,1]；\n[0036] 3)設(shè)共有M個(gè)傳感器，來自傳感器SI的一個(gè)事件查詢q，在過去被傳感器頻繁查詢的數(shù)據(jù)比那些很少被傳感器SI讀取的數(shù)據(jù)與傳感器SI更具有相關(guān)性，計(jì)算傳感器SI的排序等級(jí)值QL(q,SI)，計(jì)算公式為：\n[0037]\n[0038] 式中，n(q,SI)為在過去傳感器SI針對(duì)查詢q對(duì)一些主題的事件查詢數(shù)目，N(q,SI)表示傳感器SI針對(duì)查詢q的事件查詢總數(shù)，B為平滑因子；\n[0039] 4)采用投票法判斷傳感器SI的當(dāng)前讀數(shù)是否為錯(cuò)誤讀數(shù)，設(shè)定判斷函數(shù)為：\n[0040]\n[0041] 式中，net(I)表示傳感器SI的鄰居傳感器集合，VDecisionj(I)表示鄰居傳感器SJ對(duì)傳感器SI作出投票決定，投票決定有兩類，一類是積極的，另一類為消極的，投票決定為積極時(shí)，VDecisionj(I)＝1，投票決定為消極時(shí)，VDecisionj(I)＝0；PI>0時(shí)，表示傳感器SI的當(dāng)前讀數(shù)為正常讀數(shù)，PI<0時(shí)，表示傳感器SI的當(dāng)前讀數(shù)為錯(cuò)誤讀數(shù)。\n[0042] 所述填補(bǔ)丟失的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括：\n[0043] (1)采用K-means聚類方法進(jìn)行污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的聚類處理；\n[0044] (2)對(duì)同一類中的缺失值進(jìn)行卻是數(shù)據(jù)的填充。\n[0045] 本優(yōu)選實(shí)施例過濾錯(cuò)誤的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，考慮了傳感器與鄰居節(jié)點(diǎn)以及環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)性，通過排序算法為每個(gè)傳感器分配一個(gè)適當(dāng)?shù)臋?quán)重來反映傳感器的重要性，進(jìn)而對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍來過濾采集過程中的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和環(huán)境引起的不正常數(shù)據(jù)，提高了過濾的精度；采用先聚類后填補(bǔ)缺失值的方式填補(bǔ)丟失的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以較好的考慮數(shù)據(jù)的局部特性，提高數(shù)據(jù)填補(bǔ)的精度。\n[0046] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制包括：\n[0047] (1)簇內(nèi)成員在各自分配的時(shí)間段內(nèi)將采集到的數(shù)據(jù)以單跳的方式傳輸?shù)剿鶎俅氐拇仡^節(jié)點(diǎn)Ci，簇頭節(jié)點(diǎn)Ci對(duì)收集到的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理；\n[0048] (2)簇頭節(jié)點(diǎn)Ci根據(jù)下式選擇其他簇頭節(jié)點(diǎn)，以確定其路由候選簇頭節(jié)點(diǎn)集合CN：\n[0049]\n[0050] 式中，diB表示簇頭節(jié)點(diǎn)Ci到基站的距離，djB表示簇頭節(jié)點(diǎn)Cj到基站的距離，dij表示簇頭節(jié)點(diǎn)Ci到簇頭節(jié)點(diǎn)Cj的距離，NSi表示簇頭節(jié)點(diǎn)Ci的剩余能量級(jí)別，NSj表示簇頭節(jié)點(diǎn)Cj的剩余能量級(jí)別；\n[0051] (3)若路由候選簇頭節(jié)點(diǎn)集合CN為空，則簇頭節(jié)點(diǎn)Ci直接將污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給基站，并跳轉(zhuǎn)至(6)；\n[0052] (4)若路由候選簇頭節(jié)點(diǎn)集合中只存在一個(gè)比簇頭節(jié)點(diǎn)Ci距離基站更近或者剩余能量級(jí)別更高的其他簇頭節(jié)點(diǎn)Cj，則選擇簇頭節(jié)點(diǎn)Cj作為下一跳路由節(jié)點(diǎn)，并將污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給簇頭節(jié)點(diǎn)Cj，使簇頭節(jié)點(diǎn)Cj成為新的簇頭節(jié)點(diǎn)Ci，并跳轉(zhuǎn)回(2)；\n[0053] (5)若路由候選簇頭節(jié)點(diǎn)集合中存在多個(gè)比簇頭節(jié)點(diǎn)Ci距離基站更近或者剩余能量級(jí)別更高的其他簇頭節(jié)點(diǎn)Cj，則選擇使得轉(zhuǎn)發(fā)污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通信開銷最小的簇頭節(jié)點(diǎn)Cj作為下一跳路由節(jié)點(diǎn)，并將污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給簇頭節(jié)點(diǎn)Cj，使簇頭節(jié)點(diǎn)Cj成為新的簇頭節(jié)點(diǎn)Ci，并跳轉(zhuǎn)回(2)；\n[0054] (6)基站接收簇頭節(jié)點(diǎn)Ci發(fā)送的污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。\n[0055] 本優(yōu)選實(shí)施例采用預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制進(jìn)行污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，使簇頭節(jié)點(diǎn)的剩余能量分布更加均衡，有效解決了距離基站較近或者距離基站較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)能量過早消耗完的問題，從而延長了整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的生命周期。\n[0056] 在另一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制包括：\n[0057] 針對(duì)不同傳輸數(shù)據(jù)大小和傳輸距離采用不同的傳輸方式，定義傳輸函數(shù)Tr：\n[0058]\n[0059] 式中，S為傳輸數(shù)據(jù)大小，S0為數(shù)據(jù)傳輸大小分界值，S0＝1MB，D為傳輸距離，D0為傳輸距離遠(yuǎn)近分界值，D0＝10m；\n[0060] 若DS0，則采用WIFI進(jìn)行通信。\n[0063] 本優(yōu)選實(shí)施例在實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)低能耗、高速率的通信。\n[0064] 最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)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(duì)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(shí)質(zhì)和范圍。