基于全光谱水质分析仪的监测预警方法和系统与流程

1.本发明涉及水质分析仪技术领域，具体是基于全光谱水质分析仪的监测预警方法和系统。


背景技术：

2.水质监测，是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程；全光谱水质分析仪通过传感器进行水质的在线自动监测，广泛应用于地表水、生活饮用水及污废水的水体质量监测，作为水环境评价的重要依据；河流作为自来水的一种重要源头，通常需要分析仪监测水质和颜色变化，而分析仪的性能直接影响监测数据，监测数据是否准确可信成为影响公信力的重要因素，现有的水质分析仪由于缺少有效及时的安全监测手段，常因为传感器发生异常或者外界环境的影响，导致测量结果不准确，可能会产生较大的安全隐患和经济损失且事后很难分析异常原因，并且在长时间使用的过程中，出现故障没有及时告知工作人员进行维修，缩短了水质分析仪的使用寿命，为此，我们提出基于全光谱水质分析仪的监测预警方法和系统。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出基于全光谱水质分析仪的监测预警方法和系统。
4.为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出基于全光谱水质分析仪的监测预警系统，包括水质信息采集模块、信息整理模块、设备监测模块和预警分析模块；所述水质信息采集模块用于检测员对河流水体进行样品取样，并通过全光谱水质分析仪对样品进行检测得到河水水质数据；所述信息整理模块用于对水质信息采集模块采集的河水水质数据进行有效性检测；若检测合格，则将河水水质数据发送至监控中心，供监控中心的管理人员研究分析；若检测不合格，则对全光谱水质分析仪进行校准，重新采集河水水质数据；所述设备监测模块用于对全光谱水质分析仪进行校准监测，当监测到全光谱水质分析仪中的传感器被校准时，记录校准信息并将校准信息打上时间戳传输到数据库进行实时存储；所述预警分析模块与数据库相连接，用于对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，若校准系数zh大于校准阈值，则生成预警信号，所述预警分析模块用于将预警信号传输至控制器；所述控制器接收到预警信号后控制报警模块发出警报，以提醒检测员对全光谱水质分析仪中对应传感器进行维修或更换。
5.进一步地，所述信息整理模块的具体分析步骤为：获取水质信息采集模块采集的河水水质数据，建立河水水质数据中各参数随时间变化的曲线图；
针对同一曲线图，从初始时刻起，按照预设的采集间隔时长采集对应参数数据，令最新采集的参数数据为xzn，取xzn及其前x1组参数数据的值，将其标记为区间参数信息组；其中x1为预设值；按照标准差计算公式计算得到区间参数信息组的标准差
µ
，若
µ
＞预设标准差阈值，则判定对应参数数据无效，检测不合格；若
µ
≤预设标准差阈值，则根据xzn和区间参数信息组，求取当前参数数据的偏差值w，具体计算方法为：若偏差值w≤偏差阈值，则判定当前参数数据有效，检测合格；否则检测不合格。
6.进一步地，当n≤x1时，自动对x1的值进行重置，令x1＝n-1。
7.进一步地，其中河水水质数据中的参数包括ph值信息、水温信息、浊度信息、溶解氧信息以及硫化物信息。
8.进一步地，所述水质信息采集模块的具体采集步骤为：检测员通过安装在无人机上的取样装置在当前河段不同位置以及不同深度处采取河水样品，然后通过无人机将污水样本运送至检测员位置处；检测员通过全光谱水质分析仪对河水样品进行检测得到河水水质数据。
9.进一步地，其中校准信息包括传感器编号、校准时刻。
10.进一步地，所述预警分析模块的具体分析方法为：根据传感器编号，获取同一传感器预设时间内的校准信息；统计该传感器的校准次数为c1，截取相邻校准时刻之间的时间段为缓冲时段，将每个缓冲时段内传感器的检测次数标记为缓冲频次gi；将缓冲频次gi与频次阈值相比较，统计gi＜频次阈值的次数为p1，当gi＜频次阈值时，获取gi与频次阈值的差值并求和得到差频值zt；利用公式cp=p1
×
b1 zt
×
b2计算得到差频系数cp，其中b1、b2为系数因子；利用公式zh=c1
×
g1 cp
×
g2计算得到该传感器的校准系数zh，其中g1、g2为系数因子。
11.进一步地，基于全光谱水质分析仪的监测预警方法，应用于上述基于全光谱水质分析仪的监测预警系统，包括：步骤一：检测员通过水质信息采集模块对河流水体进行样品取样，并通过全光谱水质分析仪对样品进行检测得到河水水质数据；步骤二：通过信息整理模块对河水水质数据进行有效性检测，若检测合格，则将河水水质数据发送至监控中心，供监控中心的管理人员研究分析，若检测不合格，则对全光谱水质分析仪进行校准，重新采集河水水质数据；步骤三：通过设备监测模块对全光谱水质分析仪进行校准监测，当监测到全光谱水质分析仪中的传感器被校准时，记录校准信息并将校准信息打上时间戳传输到数据库进行实时存储；步骤四：通过预警分析模块对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，若校准系数zh大于校准阈值，则生成预警信号，以提醒检测员对全光谱水质分析仪
中的对应传感器进行维修或更换。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明中检测员通过水质信息采集模块在当前河段不同位置以及不同深度处采取河水样品，使得河水样品更具有代表性和准确性；信息整理模块用于对河水水质数据进行有效性检测，建立河水水质数据中各参数随时间变化的曲线图，计算得到当前参数数据的偏差值w，若w≤偏差阈值，则判定当前参数数据有效，并将当前参数数据发送至监控中心，供监控中心的管理人员研究分析，否则对全光谱水质分析仪进行校准，重新采集对应参数数据，确保采集的参数数据符合水质分析的精度要求，使得水质分析结果更具有公信力；2、本发明中设备监测模块用于对全光谱水质分析仪进行校准监测，当监测到全光谱水质分析仪中的传感器被校准时，记录校准信息并将校准信息打上时间戳传输到数据库进行实时存储，预警分析模块用于对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，根据传感器编号获取同一传感器预设时间内的校准信息，统计该传感器的校准次数、相邻校准时刻之间的缓冲频次，计算得到对应传感器的校准系数zh，若zh≥校准阈值，则生成预警信号，以提醒检测员对全光谱水质分析仪中对应传感器进行维修或更换，提高全光谱水质分析仪的测量精度和准确度，使得水质分析结果更具有公信力。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明基于全光谱水质分析仪的监测预警系统的系统框图。
15.图2为本发明基于全光谱水质分析仪的监测预警方法的流程图。
具体实施方式
16.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
17.如图1至图2所示，基于全光谱水质分析仪的监测预警系统，包括水质信息采集模块、信息整理模块、监控中心、设备监测模块、数据库、预警分析模块以及报警模块；水质信息采集模块用于检测员对河流水体进行样品取样，并通过全光谱水质分析仪对样品进行检测得到河水水质数据，具体采集步骤为：检测员通过安装在无人机上的取样装置在当前河段不同位置以及不同深度处采取河水样品，然后通过无人机将污水样本运送至检测员位置处；其中取样装置选用公告号cn211292173u的文件中的污水取样装置，该装置可以通过浮板移动到待取样水域的任意位置，同时通过对该地点的不同深度污水进行同时取样，其取水效率高，且取样的污水更具有代表性和准确性；同时，可通过加装电机和远程驱动单元进行远程控制，降低工作人员的劳动强度，提升安全性；
检测员通过全光谱水质分析仪对河水样品进行检测得到河水水质数据，河水水质数据包括ph值信息、水温信息、浊度信息、溶解氧信息以及硫化物信息；水质信息采集模块用于将河水水质数据传输至信息整理模块，信息整理模块用于对河水水质数据进行有效性检测，若检测合格，则将河水水质数据发送至监控中心，供监控中心的管理人员研究分析；若检测不合格，则对全光谱水质分析仪进行校准，重新采集河水水质数据；信息整理模块的具体分析步骤为：获取水质信息采集模块采集的河水水质数据，建立河水水质数据中各参数随时间变化的曲线图；其中参数包括ph值信息、水温信息、浊度信息、溶解氧信息以及硫化物信息；针对同一曲线图，从初始时刻起，按照预设的采集间隔时长采集对应参数数据，令最新采集的参数数据为xzn，取xzn及其前x1组参数数据的值，将其标记为区间参数信息组；其中x1为预设值；按照标准差计算公式计算得到区间参数信息组的标准差
µ
，若
µ
＞预设标准差阈值，则判定对应参数数据无效，对全光谱水质分析仪中检测对应参数的传感器进行校准，重新采集对应参数数据；若
µ
≤预设标准差阈值，则根据xzn和区间参数信息组，求取当前参数数据的偏差值w，具体计算方法为：当n≤x1时；此时自动对x1的值进行重置，令x1＝n-1；当n＞x1时，利用公式计算得到当前参数数据的偏差值w；将偏差值w与偏差阈值相比较；若偏差值w≤偏差阈值，则判定当前参数数据有效，并将当前参数数据发送至监控中心；若偏差值w＞偏差阈值，则判定对应参数数据无效，对全光谱水质分析仪中检测对应参数的传感器进行校准，重新采集对应参数数据；本发明通过对采集的参数数据进行递进检测，根据实际情况调整精度，确保采集的参数数据符合水质分析的精度要求，使得水质分析结果更具有公信力；设备监测模块用于对全光谱水质分析仪进行校准监测，当监测到全光谱水质分析仪中的传感器被校准时，记录校准信息并将校准信息打上时间戳传输到数据库进行实时存储，其中校准信息包括传感器编号、校准时刻；预警分析模块与数据库相连接，用于对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，具体分析方法为：根据传感器编号，获取同一传感器预设时间内的校准信息；统计该传感器的校准次数为c1，截取相邻校准时刻之间的时间段为缓冲时段，将每个缓冲时段内传感器的检测次数标记为缓冲频次gi；将缓冲频次gi与频次阈值相比较，统计gi＜频次阈值的次数为p1，当gi＜频次阈值时，获取gi与频次阈值的差值并求和得到差频值zt；利用公式cp=p1
×
b1 zt
×
b2计算得到差频系数cp，其中b1、b2为系数因子；
将校准次数、差频系数进行归一化处理并取其数值，利用公式zh=c1
×
g1 cp
×
g2计算得到该传感器的校准系数zh，其中g1、g2为系数因子；其中校准系数zh越大，则表明对应传感器测量精度不佳的趋势越明显；将校准系数zh与校准阈值相比较，若zh≥校准阈值，则生成预警信号，预警分析模块用于将预警信号传输至控制器，控制器接收到预警信号后控制报警模块发出警报，以提醒检测员对全光谱水质分析仪中对应传感器进行维修或更换，提高全光谱水质分析仪的测量精度和准确度，降低测量误差，减少损失；基于全光谱水质分析仪的监测预警方法，应用于上述基于全光谱水质分析仪的监测预警系统，包括如下步骤：步骤一：检测员通过水质信息采集模块对河流水体进行样品取样，并通过全光谱水质分析仪对样品进行检测得到河水水质数据；步骤二：通过信息整理模块对河水水质数据进行有效性检测，若检测合格，则将河水水质数据发送至监控中心，供监控中心的管理人员研究分析，若检测不合格，则对全光谱水质分析仪进行校准，重新采集河水水质数据；步骤三：通过设备监测模块对全光谱水质分析仪进行校准监测，当监测到全光谱水质分析仪中的传感器被校准时，记录校准信息并将校准信息打上时间戳传输到数据库进行实时存储；步骤四：通过预警分析模块对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，若校准系数zh大于校准阈值，则生成预警信号，以提醒检测员对全光谱水质分析仪中的对应传感器进行维修或更换。
18.上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
19.本发明的工作原理：基于全光谱水质分析仪的监测预警方法和系统，在工作时，水质信息采集模块用于检测员对河流水体进行样品取样，并通过全光谱水质分析仪对样品进行检测得到河水水质数据；信息整理模块用于对河水水质数据进行有效性检测，建立河水水质数据中各参数随时间变化的曲线图，针对同一曲线图，从初始时刻起，按照预设的采集间隔时长采集对应参数数据，计算得到当前参数数据的偏差值w，若w≤偏差阈值，则判定当前参数数据有效，并将当前参数数据发送至监控中心，供监控中心的管理人员研究分析，否则对全光谱水质分析仪进行校准，重新采集对应参数数据，确保采集的参数数据符合水质分析的精度要求，使得水质分析结果更具有公信力；设备监测模块用于对全光谱水质分析仪进行校准监测，当监测到全光谱水质分析仪中的传感器被校准时，记录校准信息并将校准信息打上时间戳传输到数据库进行实时存储，预警分析模块用于对数据库内存储的带有时间戳的校准信息进行校准系数分析，根据传感器编号获取同一传感器预设时间内的校准信息，统计该传感器的校准次数、相邻校准时刻之间的缓冲频次，计算得到对应传感器的校准系数zh，若zh≥校准阈值，则生成预警信号，以提醒检测员对全光谱水质分析仪中对应传感器进行维修或更换，提高全光谱水质分析仪的测量精度和准确度，使得水质分析结果更具有公信力。
20.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
21.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。