一种基于大数据的水质检测系统的制作方法 专利技术说明

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及大数据应用技术领域，具体是一种基于大数据的水质检测系统。背景技术：2.目前，环境保护尤其水资源的保护是世界各国面临的紧迫问题，为了有效防范重大水质污染事故，预防改善水资源环境现状，符合国家对水源管理工作的要求，满足国家清洁能源等总体方针，需要进行水质监控，现有水质监测设备检测方式单一、检测范围局限，检测精度低，工作效率低，不便于判断数据正确性，同时，受气候、地域等环境影响，水质检测设备不能正常运行，传统环保存在信息滞后、处理繁琐等问题。技术实现要素：3.本发明的目的在于提供一种基于大数据的水质检测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：5.一种基于大数据的水质检测系统，其包括：水质监测层、数据汇聚层、大数据服务层和远程监控终端，其中，所述水质监测层用于采集水质参数，并将采集的水质参数传输至数据汇聚层，所述数据汇聚层接收所述水质数据，经压缩处理后传输至大数据服务层，所述大数据服务层对接收到的水质参数进行解压缩操作，并基于解压缩后的水质参数对监测水域的水质进行分析，并将分析结果传输至远程监控终端。6.优选地，所述水质监测层包括多个用于采集水质参数的传感器节点，所述传感器节点用于将采集的水质参数传送至数据汇聚层。7.优选地，在采集水质参数之前，将待监测水域划分为m×n个监测子区域，并在每个监测子区域内均撒布有多个传感器节点，从而完成无线传感器网络的部署工作。8.优选地，无线传感器网络部署完成后，每个监测子区域内竞选出一传感器节点作为簇首节点，未竞选上的传感器节点作为簇成员节点，簇成员节点用于将采集的水质参数传输至其所在监测子区域的簇首节点，簇首节点用于汇聚接收到的水质参数并将其传输至所述数据汇聚层。9.优选地，每个监测子区域内的簇首节点按照以下方式进行竞选：10.无线传感器网络部署完成后，所述数据汇聚层发送广播信息，所述待监测水域内的传感器节点接收到广播信息后，将携带有自身信息的参数发送至所述数据汇聚层，所述数据汇聚层根据接收到的各传感器节点的参数计算各传感器节点能够竞选上簇首节点的优势值，并选择各监测子区域内优势值最大的传感器节点作为簇首节点，并将竞选结果进行广播，传感器节点接收到广播信息后按照竞选结果进行水质参数的采集工作，其中，传感器节点能够竞选上簇首节点的优势值按照如下公式计算得到：[0011][0012]其中，p(xmn(i))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i能够竞选上簇首节点的优势值，m＝1,2,…,m；n＝1,2,…,n；d(xmn(i))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i到数据汇聚层的距离，r(smn(ij))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点j与传感器节点i之间的距离，n(xmn(i))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i的邻居节点数，t表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i与传感器节点j之间夹角的余弦值，imn表示第m行第n列监测子区域内传感器节点的个数，e0(xmn(i))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i的初始能量值，eha(xmn(i))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i的能量损坏值，γ1、γ2为权重因子，其满足γ1+γ2＝1，γ1的取值范围为[0.65-0.95]。[0013]优选地，所述水质监测层包括温度传感器、浊度传感器、酸碱度传感器、余氯传感器、电导率传感器、toc传感器中的一种或多种，用于采集待监测水域的水质参数。[0014]有益效果：基于无线传感器网络和大数据平台，实现了对待监测水域的实时监测，解决了人员无法及时记录数据的难题，通过远程监控终端可以得知待监测水域的相关信息，可以在发现问题时及时进行处理，达到水质预警功能，大数据服务层用于存储水质参数，便于进行数据追溯，及时了解待监测水域的相关信息。附图说明[0015]图1为本发明中水质检测系统的示意图。[0016]附图标记：水质监测层1、数据汇聚层2、大数据服务层3、远程监控终端4。具体实施方式[0017]在一个实施例中，如图1所示，一种基于大数据的水质检测系统，其包括：水质监测层1、数据汇聚层2、大数据服务层3和远程监控终端4，其中，所述水质监测层1用于采集水质参数，并将采集的水质参数传输至数据汇聚层2，所述数据汇聚层2接收所述水质参数，经压缩处理后传输至大数据服务层3，所述大数据服务层3对接收到的水质参数进行解压缩操作，并基于解压缩后的水质参数对监测水域的水质进行分析，并将分析结果传输至远程监控终端4。[0018]优选地，所述水质监测层1包括多个用于采集水质参数的传感器节点，所述传感器节点用于将采集的水质参数传送至数据汇聚层2。[0019]优选地，在采集水质参数之前，将待监测水域划分为m×n个监测子区域，并在每个监测子区域内均撒布有多个传感器节点，从而完成无线传感器网络的部署工作。[0020]优选地，无线传感器网络部署完成后，每个监测子区域内竞选出一传感器节点作为簇首节点，未竞选上的传感器节点作为簇成员节点，簇成员节点用于将采集的水质参数传输至其所在监测子区域的簇首节点，簇首节点用于汇聚接收到的水质参数并将其传输至所述数据汇聚层2。[0021]优选地，每个监测子区域内的簇首节点按照以下方式进行竞选：[0022]无线传感器网络部署完成后，所述数据汇聚层2发送广播信息，所述待监测水域内的传感器节点接收到广播信息后，将携带有自身信息的参数发送至所述数据汇聚层2，所述数据汇聚层2根据接收到的各传感器节点的参数计算各传感器节点能够竞选上簇首节点的优势值，并选择各监测子区域内优势值最大的传感器节点作为簇首节点，并将竞选结果进行广播，传感器节点接收到广播信息后按照竞选结果进行水质参数的采集工作，其中，传感器节点能够竞选上簇首节点的优势值按照如下公式计算得到：[0023][0024]其中，p(xmn(i))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i能够竞选上簇首节点的优势值，m＝1,2,…,m；n＝1,2,…,n；d(xmn(i))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i到数据汇聚层的距离，r(smn(ij))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点j与传感器节点i之间的距离，n(xmn(i))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i的邻居节点数，t表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i与传感器节点j之间夹角的余弦值，imn表示第m行第n列监测子区域内传感器节点的个数，e0(xmn(i))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i的初始能量值，eha(xmn(i))表示第m行第n列监测子区域内传感器节点i的能量损坏值，γ1、γ2为权重因子，其满足γ1+γ2＝1，γ1的取值范围为[0.65-0.95]。[0025]采用上述方式确定各监测子区域内的簇首节点，兼顾了传感器节点能量、各传感器节点之间距离以及其邻居节点数的影响，从而能够选择出最优的传感器节点作为簇首节点，承担着接收其簇成员节点发送的水质参数以及转发其接收和采集的水质参数，从而便于后续工作人员能够准确及时地获悉监测子区域内的水质相关信息，以便于当监测子区域内水质不满足环保要求时及时进行处理。[0026]优选地，所述水质监测层1包括温度传感器、浊度传感器、酸碱度传感器、余氯传感器、电导率传感器、toc传感器中的一种或多种，用于采集待监测水域的水质参数。[0027]有益效果：基于无线传感器网络和大数据平台，实现了对待监测水域的实时监测，解决了人员无法及时记录数据的难题，通过远程监控终端可以得知待监测水域的相关信息，可以在发现问题时及时进行处理，达到水质预警功能，大数据服务层用于存储水质参数，便于进行数据追溯，及时了解待监测水域的相关信息。[0028]在一种可选的实施方式中，数据汇聚层周期性地向作为簇首节点的传感器节点广播故障诊断信息，作为簇首节点的传感器节点接收到故障诊断信息后，将携带有当前状态下的自身参数信息发送至数据汇聚层，数据汇聚层接收到其信息后，按照如下公式计算各簇首节点的容错值，当其容错值小于预设容错值时，数据汇聚层发送广播信息，所述待监测水域内的传感器节点接收到广播信息后，将携带有自身信息的参数发送至所述数据汇聚层，所述数据汇聚层根据接收到的各传感器节点的参数计算容错率低于预设容错值的簇首节点所在监测子区域内的除簇首节点以外的各传感器节点能够竞选上簇首节点的优势值，从而选择优势值最大的传感器节点作为新的簇首节点；[0029]其中，簇首节点的容错值的按照如下公式计算得到：[0030][0031]式中，q(ch(a))为簇首节点ch(a)的容错值，eres(ch(a))为簇首节点ch(a)的剩余能量值，emin为满足网络服务质量要求以及簇首节点要求所设的最小能量值，cmax为满足网络服务质量要求所设的最大链路开销值，为在过去的时间里，传感器节点a作为簇首节点时，其形成的路由路径的链路开销值的平均值，bmin为满足数据的稳定传输所设的最小带宽值，为在过去的时间里，传感器节点a作为簇首节点时，其进行数据传输时的平均带宽值，α1、α2、α3为预设的权重因子，其分别表示能量、链路开销、带宽影响的权重。[0032]有益效果：由于簇首节点承担着接收其簇成员节点发送的水质参数以及转发其接收和采集的水质参数，其各方面损耗更快，因此需要周期性地对簇首节点进行检测，以判断其是否有能力继续作为簇首节点，采用上述方式计算簇首节点的容错值，并将计算得到的容错值和预设容错值进行比较，当其小于预设容错值时，此时该簇首节点已无力继续承担接收其簇成员节点发送的水质参数以及转发其接收和采集的水质参数的能力，此时，该簇首节点所在监测子区域内的剩余传感器节点重新竞选簇首节点，从而选择出新的簇首节点继续承担接收其簇成员节点发送的水质参数以及转发其接收和采集的水质参数，其中，在计算簇首节点的容错值时，考虑其能量、链路开销、带宽的影响，从而能够更精准的判断簇首节点的容错值，提高了整个无线传感器网络的稳定性和可靠性。。[0033]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。









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