技术领域
[0001] 本
发明涉及一种环境保护监测系统。更具体地说，本发明涉及一种基于NB-IOT的水质监测系统及操作方法。
背景技术
[0002] 随着人口的不断增加，以及城市数量与规模的迅速增加与扩张，城市生活污水问题日益严重。污水排放对于地表水和
地下水的水质影响显著，特别是地表水受污染更加直接。因此有必要采取措施，对地表水的水质进行监测。
[0003] CN105181920A公开了一种全方位水质监测系统，包括，
微处理器、摄像头、水位
传感器、水质传感器、GPS发送模
块以及无线收发模块，但是该系统采用的GPS发送模块功耗较高，在野外布设时正常工作的时间很短，通常需要频繁更换电源或充电操作，而且监测数据没有进行分析处理，不能满足监测预警和事故响应快速处理的要求。
发明内容
[0004] 本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或
缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0005] 本发明还有一个目的是提供基于NB-IOT的水质监测系统，其能够实现对地表水长时间的水质监测。
[0006] 本发明还有一个目的是通过基于NB-IOT的水质监测系统的操作方法，提高水质监测的效率，以便获得更好的监测预警和事故响应快速处理效果。
[0007] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于NB-IOT的水质监测系统，包括：
云端
服务器、安装有客户应用程序的移动终端、PC电脑客户端、
电子屏监测中心、水情预警装置和置于水面浮标上的监测终端；
[0008] 所述云端服务器与所述移动终端、所述PC电脑客户端和所述水情预警装置采用无线或有线方式实现数据互通；所述云端服务器与所述水质监测终端采用NB-IOT通讯模块实现数据互通；所述水情预警装置与所述电子屏监测中心采用无线或有线方式实现数据互通；
[0009] 所述水情预警装置包括：监测数据管理模块、模拟分析模块、事故处理
专家系统、预警报警模块和显示与输入模块；
[0010] 所述监测终端包括：
控制器、
电池、信息采集模块、储存模块、
定位模块、自检模块、NB-IOT通讯模块和固定装置；
[0011] 所述控制器分别与所述电池、信息采集模块、储存模块、定位模块、自检模块和NB-IOT通讯模块电性连接；
[0012] 所述自检模块与所述电池和所述定位模块电性连接。
[0013] 优选的是，其中所述定位模块为GPS定位模块或北斗卫星定位模块。
[0014] 优选的是，其中所述移动终端为手机、笔记本、
平板电脑中的任意一种。
[0015] 优选的是，其中所述信息采集模块包括：Ph值检测仪、
温度传感器、浑
浊度检测仪、
色度仪、余氯分析仪、粒度分析仪、
氨氮测定仪、
生化需氧量测定仪、
化学需氧量测定仪、电导率测定仪、流速与流量测定仪和总磷测定仪中的任意一种或多种。
[0016] 优选的是，其中所述固定装置为带锚链的
铁锚，所述锚链一端与所述监测终端本体相连，另一端与所述铁锚相连，所述锚链长度可以随被监测
水体深浅进行调整。
[0017] 本发明的目的还可以进一步由所述基于NB-IOT的水质监测系统的操作方法来实现，该方法包括以下步骤：
[0018] 步骤一：将所述监测终端放置于待监测水体表面，并由固定装置固定于
指定监测
位置，开启所述自检模块进行自检；自检完成后，所述监测终端进入待检状态，所述控制器将所述定位模块获取的定位信息、所述自检模块获取的自检信息及所述监测终端的ID信息通过NB-IOT通讯模块上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述定位信息和所述自检信息与所述监测终端的ID相关联并存储于云端；
[0019] 步骤二：所述云端服务器将进入待检状态的所述监测终端信息推送至所述水情预警装置和所述移动终端或所述PC电脑客户端，通过所述显示与输入模块和所述移动终端或所述PC电脑客户端显示所有进入待检状态的所述监测终端的位置信息；监测人员通过所述显示与输入模块或所述移动终端或所述PC电脑客户端选择所述监测终端输入定期监测指令，包括监测周期、监测项目、监测参数和数据上传周期，并将所述定期监测指令上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述定期监测指令与所述监测终端的ID相关联并存储于云端，同时通过NB-IOT通讯模块向所述监测终端发送所述定期监测指令；所述控制器收到所述定期监测指令后，将所述定期监测指令存储于所述储存模块；
[0020] 步骤三：所述控制器根据监测指令内容中的监测项目、监测参数向所述信息采集模块发送监测指令，所述信息采集模块采集水质信息后实时存储于所述储存模块，所述控制器根据指令内容中数据上传周期的将所述水质信息通过NB-IOT通讯模块上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述水质信息与所述监测终端的ID相关联并存储于云端；
[0021] 所述水质信息上传完毕后，所述监测终端自动进入休眠状态；所述控制器向所述监测终端各模块发送休眠指令，并将休眠信息上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述休眠信息与所述监测终端的ID相关联并存储于云端；
[0022] 步骤四：所述云端服务器将所述水质信息推送至所述水情预警装置、所述移动终端和所述PC电脑客户端，通过所述显示与输入模块和所述移动终端、所述PC电脑客户端显示所有所述监测终端的获取的水质信息；通过所述监测数据管理模块对所有所述监测终端的获取的水质信息进行
整理、分类和统计；通过所述模拟分析模块对统计后的所述水质信息进行计算形成
可视化图表并通过所述显示与输入模块进行显示，并推送至所述电子屏监测中心同步显示；
[0023] 步骤五：在指定监测周期开始时刻到来时，所述监测终端自动解除休眠状态；所述控制器向所述监测终端各模块发送解除休眠指令，并读取存储于所述储存模块中的所述定期监测指令；
[0024] 重复实施步骤三、四、五的内容，直至监测人员通过所述显示与输入模块或所述移动终端或所述PC电脑客户端对指定的所述监测终端输入监测结束指令，并上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述监测结束指令与所述监测终端的ID相关联并存储于云端，同时通过NB-IOT通讯模块向所述监测终端发送所述监测结束指令；所述控制器收到所述监测结束指令后，向所述监测终端各模块发送休眠指令，并将休眠信息上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述休眠信息与所述监测终端的ID相关联并存储于云端。
[0025] 优选的是，其中所述基于NB-IOT的水质监测系统的操作方法还包括以下步骤：
[0026] 步骤六：所述预警报警模块对所述模拟分析模块获得的统计结果进行判定，如果所述统计结果达到指定的水质预警指标，则启动所述水情预警装置的预警模式；所述水情预警装置将预警
信号，包括发现水质预警数据的所述监测终端的位置信息和所述水质信息，通过所述显示与输入模块进行区别显示，并推送至所述电子屏监测中心同步显示；同时，所述水情预警装置启动所述事故处理专家系统、查询获取预警处理建议；所述水情预警装置将预警信号和预警处理建议上传至所述云端服务器，所述云端服务器将预警信号和预警处理建议存储于云端并推送至所述移动终端和所述PC电脑客户端。
[0027] 优选的是，其中所述基于NB-IOT的水质监测系统的操作方法还包括以下步骤：
[0028] 步骤七：所述预警报警模块对所述模拟分析模块获得的统计结果进行判定，如果所述统计结果达到指定的水质报警指标，则启动所述水情预警装置的报警模式；所述水情预警装置将报警信号，包括发现水质报警数据的所述监测终端的位置信息和所述水质信息，通过所述显示与输入模块进行区别显示，并推送至所述电子屏监测中心同步显示；同时，所述水情预警装置启动所述事故处理专家系统、查询获取报警处理建议；所述水情预警装置将报警信号和报警处理建议上传至所述云端服务器，所述云端服务器将报警信号和报警处理建议存储于云端并推送至所述移动终端和所述PC电脑客户端；同时，所述云端服务器通过NB-IOT通讯模块向所述监测终端发送所述报警监测指令；
[0029] 步骤八：所述控制器收到所述报警监测指令后，将所述报警监测指令存储于所述储存模块；所述控制器根据指令内容向所述信息采集模块发送连续监测指令，所述信息采集模块连续采集水质信息后实时存储于所述储存模块，所述控制器将所述水质信息通过NB-IOT通讯模块上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述水质信息与所述监测终端的ID相关联并存储于云端；
[0030] 步骤九：所述云端服务器将所述水质信息连续推送至所述水情预警装置和所述移动终端、所述PC电脑客户端，通过所述显示与输入模块和所述移动终端、所述PC电脑客户端实时更新显示所述监测终端的获取的水质信息，并推送至所述电子屏监测中心同步显示。
[0031] 优选的是，其中所述基于NB-IOT的水质监测系统的操作方法还包括以下步骤：
[0032] 所述自检模块定时检测所述电池的电量信息和所述定位模块的定位信息并传送至所述控制器，所述控制器通过NB-IOT通讯模块将所述电量信息和定位信息上传至所述云端服务器；所述云端服务器将所述电量信息和定位信息与所述水质监测终端的ID相关联并存储于云端；如果电池电量低于指定数值或定位信息出现异常时，所述云端服务器将报警信号推送至所述水情预警装置和所述移动终端、所述PC电脑客户端，通过所述显示与输入模块和所述移动终端、所述PC电脑客户端区别显示。
[0033] 本发明至少包括以下有益效果：由于采用了基于NB-IOT的数据传输模块和间隔休眠的工作模式，因此能够实现对地表水长时间的水质监测。由于采用水情预警装置和电子屏监测中心，因此能够实现对水质信息的实时整理、分类和统计，并自动实现预警和报警功能。
[0034] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0035] 图1为本发明的一个
实施例的系统组成示意图；
[0036] 图2为本发明的一个实施例中步骤一至五的流程示意图；
[0037] 图3为本发明的一个实施例中步骤六至九的流程示意图。
具体实施方式
[0038] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照
说明书文字能够据以实施。
[0039] 图1～2示出了根据本发明的一种实现形式，示出了系统组成和操作流程。其中包括：云端服务器、安装有客户应用程序的移动终端、PC电脑客户端、电子屏监测中心、水情预警装置和置于水面浮标上的监测终端；
[0040] 所述云端服务器与所述移动终端、所述PC电脑客户端和所述水情预警装置采用无线或有线方式实现数据互通；该模块的作用是接收来自移动终端、PC电脑客户端、水情预警装置和监测终端的各种指令和数据并储存于云端，根据各种指令要求发送对应的指令和数据。所述云端服务器与所述水质监测终端采用NB-IOT通讯模块实现数据互通；该模块的作用是以较低的功耗实现云端服务器与水质监测终端的数据传输。所述水情预警装置与所述电子屏监测中心采用无线或有线方式实现数据互通；该模块的作用是将水情预警装置的处理结果实时推送至电子屏监测中心同步显示，使得水质监测结果更加直观明显。
[0041] 所述水情预警装置包括：监测数据管理模块、模拟分析模块、事故处理专家系统、预警报警模块和显示与输入模块；该装置的作用是对所有所述监测终端的获取的水质信息进行整理、分类和统计；通过所述模拟分析模块对统计后的所述水质信息进行计算形成可视化图表并通过所述显示与输入模块进行显示，在水质信息达到预警指标或报警指标时，启动事故处理专家系统和预警报警模块，实现水情预警和水情报警，并提供备选解决方案。
[0042] 所述监测终端包括：控制器、电池、信息采集模块、储存模块、定位模块、自检模块、NB-IOT通讯模块和固定装置；该模块的作用是根据云端服务器发送的指令，对固定点的水质情况进行监测，通过信息采集模块获取水质数据信息，并通过NB-IOT通讯模块传送相关数据。
[0043] 所述控制器分别与所述电池、信息采集模块、储存模块、定位模块、自检模块和NB-IOT通讯模块电性连接；该模块的作用是控制整个监测终端的运行过程，实现水质数据信息的自动采取、存储和自检信息的传送。
[0044] 所述自检模块与所述电池和所述定位模块电性连接。该模块的作用是监测电池电量和定位信息，在电量不足和位置发生偏移时发送报警信息，确保监测终端的正常工作条件。
[0045] 在这种技术方案中，所述基于NB-IOT的水质监测系统的操作方法包括以下步骤：
[0046] 步骤一：将所述监测终端放置于待监测水体表面，并由固定装置固定于指定监测位置，开启所述自检模块进行自检；自检完成后，所述监测终端进入待检状态，所述控制器将所述定位模块获取的定位信息、所述自检模块获取的自检信息及所述监测终端的ID信息通过NB-IOT通讯模块上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述定位信息和所述自检信息与所述监测终端的ID相关联并存储于云端；
[0047] 步骤二：所述云端服务器将进入待检状态的所述监测终端信息推送至所述水情预警装置和所述移动终端或所述PC电脑客户端，通过所述显示与输入模块和所述移动终端或所述PC电脑客户端显示所有进入待检状态的所述监测终端的位置信息；监测人员通过所述显示与输入模块或所述移动终端或所述PC电脑客户端选择所述监测终端输入定期监测指令，包括监测周期、监测项目、监测参数和数据上传周期，并将所述定期监测指令上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述定期监测指令与所述监测终端的ID相关联并存储于云端，同时通过NB-IOT通讯模块向所述监测终端发送所述定期监测指令；所述控制器收到所述定期监测指令后，将所述定期监测指令存储于所述储存模块；
[0048] 步骤三：所述控制器根据监测指令内容中的监测项目、监测参数向所述信息采集模块发送监测指令，所述信息采集模块采集水质信息后实时存储于所述储存模块，所述控制器根据指令内容中数据上传周期的将所述水质信息通过NB-IOT通讯模块上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述水质信息与所述监测终端的ID相关联并存储于云端；
[0049] 所述水质信息上传完毕后，所述监测终端自动进入休眠状态；所述控制器向所述监测终端各模块发送休眠指令，并将休眠信息上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述休眠信息与所述监测终端的ID相关联并存储于云端；
[0050] 步骤四：所述云端服务器将所述水质信息推送至所述水情预警装置、所述移动终端和所述PC电脑客户端，通过所述显示与输入模块和所述移动终端、所述PC电脑客户端显示所有所述监测终端的获取的水质信息；通过所述监测数据管理模块对所有所述监测终端的获取的水质信息进行整理、分类和统计；通过所述模拟分析模块对统计后的所述水质信息进行计算形成可视化图表并通过所述显示与输入模块进行显示，并推送至所述电子屏监测中心同步显示；
[0051] 步骤五：在指定监测周期开始时刻到来时，所述监测终端自动解除休眠状态；所述控制器向所述监测终端各模块发送解除休眠指令，并读取存储于所述储存模块中的所述定期监测指令；
[0052] 重复实施步骤三、四、五的内容，直至监测人员通过所述显示与输入模块或所述移动终端或所述PC电脑客户端对指定的所述监测终端输入监测结束指令，并上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述监测结束指令与所述监测终端的ID相关联并存储于云端，同时通过NB-IOT通讯模块向所述监测终端发送所述监测结束指令；所述控制器收到所述监测结束指令后，向所述监测终端各模块发送休眠指令，并将休眠信息上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述休眠信息与所述监测终端的ID相关联并存储于云端。
[0053] 在另一种实例中，所述定位模块为GPS定位模块或北斗卫星定位模块。采用这种方案使得监测终端能够兼容GPS定位或北斗卫星定位两大系统，具有更加广阔的监测应用区域。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求实施态样。
[0054] 上述方案中的移动终端的一种实现方式为：所述移动终端为手机、笔记本、平板电脑中的任意一种。采用这种方案使得系统的客户应用程序能够广泛的安装于常见的移动平台上，操作者可以方便的使用不同的移动平台实现查询和控制功能，进一步拓展了监测获取的水质信息的应用范围。
[0055] 上述方案中的信息采集模块的一种实现方式为：所述信息采集模块包括：Ph值检测仪、温度传感器、浑浊度检测仪、色度仪、余氯分析仪、粒度分析仪、氨氮测定仪、生化需氧量测定仪、化学需氧量测定仪、电导率测定仪、流速与流量测定仪和总磷测定仪中的任意一种或多种。采用这种方案使得用户能够根据需要自行选择装配的监测设备，从而使得系统组成更加灵活。
[0056] 上述方案中的固定装置的一种实现方式为：所述固定装置为带锚链的铁锚，所述锚链一端与所述监测终端本体相连，另一端与所述铁锚相连，所述锚链长度可以随被监测水体深浅进行调整。采用这种方案使得监测终端能够可靠的固定于地表水表面。
[0057] 如图3所示，上述方案中的基于NB-IOT的水质监测系统的操作方法的一种实现方式为：还包括以下步骤：
[0058] 步骤六：所述预警报警模块对所述模拟分析模块获得的统计结果进行判定，如果所述统计结果达到指定的水质预警指标，则启动所述水情预警装置的预警模式；所述水情预警装置将预警信号，包括发现水质预警数据的所述监测终端的位置信息和所述水质信息，通过所述显示与输入模块进行区别显示，并推送至所述电子屏监测中心同步显示；同时，所述水情预警装置启动所述事故处理专家系统、查询获取预警处理建议；所述水情预警装置将预警信号和预警处理建议上传至所述云端服务器，所述云端服务器将预警信号和预警处理建议存储于云端并推送至所述移动终端和所述PC电脑客户端。
[0059] 采用这种方案能够对监测获取的水质信息进行自动研判，实现统计结果的实时预警和通报，并能够提供针对性的备选解决方案，整个系统更加智能化。
[0060] 如图3所示，上述方案中的基于NB-IOT的水质监测系统的操作方法的一种实现方式为：还包括以下步骤：
[0061] 步骤七：所述预警报警模块对所述模拟分析模块获得的统计结果进行判定，如果所述统计结果达到指定的水质报警指标，则启动所述水情预警装置的报警模式；所述水情预警装置将报警信号，包括发现水质报警数据的所述监测终端的位置信息和所述水质信息，通过所述显示与输入模块进行区别显示，并推送至所述电子屏监测中心同步显示；同时，所述水情预警装置启动所述事故处理专家系统、查询获取报警处理建议；所述水情预警装置将报警信号和报警处理建议上传至所述云端服务器，所述云端服务器将报警信号和报警处理建议存储于云端并推送至所述移动终端和所述PC电脑客户端；同时，所述云端服务器通过NB-IOT通讯模块向所述监测终端发送所述报警监测指令；
[0062] 步骤八：所述控制器收到所述报警监测指令后，将所述报警监测指令存储于所述储存模块；所述控制器根据指令内容向所述信息采集模块发送连续监测指令，所述信息采集模块连续采集水质信息后实时存储于所述储存模块，所述控制器将所述水质信息通过NB-IOT通讯模块上传至所述云端服务器，所述云端服务器将所述水质信息与所述监测终端的ID相关联并存储于云端；
[0063] 步骤九：所述云端服务器将所述水质信息连续推送至所述水情预警装置和所述移动终端、所述PC电脑客户端，通过所述显示与输入模块和所述移动终端、所述PC电脑客户端实时更新显示所述监测终端的获取的水质信息，并推送至所述电子屏监测中心同步显示。
[0064] 采用这种方案不仅能够实现统计结果的实时报警和通报，并能够自动转换成连续监测模式，为后续事故处理获取重要现场数据。
[0065] 上述方案中的基于NB-IOT的水质监测系统的操作方法的一种实现方式为：还包括以下步骤：
[0066] 所述自检模块定时检测所述电池的电量信息和所述定位模块的定位信息并传送至所述控制器，所述控制器通过NB-IOT通讯模块将所述电量信息和定位信息上传至所述云端服务器；所述云端服务器将所述电量信息和定位信息与所述水质监测终端的ID相关联并存储于云端；如果电池电量低于指定数值或定位信息出现异常时，所述云端服务器将报警信号推送至所述水情预警装置和所述移动终端、所述PC电脑客户端，通过所述显示与输入模块和所述移动终端、所述PC电脑客户端区别显示。
[0067] 采用这种方案能够远程监控监测终端的电量信息和定位信息，确保监测终端处于正常工作状态。
[0068] 这里说明的模块数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、
修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
[0069] 如上所述，根据本发明，由于采用了基于NB-IOT的数据传输模块和间隔休眠的工作模式，因此能够实现对地表水长时间的水质监测。由于采用水情预警装置和电子屏监测中心，因此能够实现对水质信息的实时整理、分类和统计，并自动实现预警和报警功能。
[0070] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离
权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
