技术领域
[0001] 本
发明涉及水质监测领域，特别是涉及一种理化生物结合的水质监测装置。
背景技术
[0002] 近年来，随着社会经济的飞速发展，工业及生活废弃物
排放量越来越多，这些废弃物直接或间接得排入水域，导致大部分水域水质不断恶化，直接影响到生活
饮用水和城市集中供水的安全，特别是一些突发性水污染事故的发生，给人民群众的健康和生态安全造成严重威胁。
[0003] 面对严峻的水质问题，智能高效的水环境监测设备将在水质实时监测及有效治理中发挥至关重要的作用。国内现有的水质监测设备广泛应用了理化
传感器，生物监测方法也有了初步的应用。现有的理化监测大多采用电化学传感器进行理化分析，通过定量或定性的分析方法，测定
水体污染物及其浓度。而生物监测技术是通过
生物传感器监测水体内受试水生生物不同水平上的生物学指标变化，来测定被监测水质的综合情况。
[0004] 现有的理化监测方法能够对特定的水质参数做出定量和定性分析，可以有效检测到污染物的种类和浓度信息。但是，受仪器分析的特点限制，对污染监测的连续性不够，难以对突发性的水体污染事故及时警告；不能反映水体中各种有毒物质的长期混合效应；不能判断污染事故的性质。
[0005] 生物水质监测技术能反映整个时期环境因素改变的情况，以及各环境因素变化的协同和拮抗作用的结果。但是，生物监测技术不能够反应出水质参数的实时变化，不能够精确的测定水质的污染情况。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种理化生物结合的水质监测装置，通过生物水质监测分析水质的综合情况，结合理化水质监测对水质参数进行精确监测，实现了对水质复杂情况的全面分析。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0008] 一种理化生物结合的水质监测装置，所述水质监测装置包括：
[0009] 水质检测箱，所述水质检测箱中包含水和生物，所述水质检测箱分为理化监测模
块和生物监测模块两部分，所述理化监测模块用于检测水质参数；所述生物监测模块用于监测生物运动图像；
[0010] 中央控制系统，与所述水质检测箱连接，用于处理所述水质参数和所述生物运动图像；
[0011] 上位机，与所述中央控制系统连接，用于接收处理后的水质参数和生物运动图像，并根据所述处理后的水质参数和生物运动图像对所述水质进行分析，得到水质的综合信息。
[0012] 可选的，所述水质监测装置还包括：
[0013] 水质抽样模块，与所述水质检测箱连接，用于
抽取及保留不合格水质样本。
[0014] 可选的，所述水质抽样模块包括：
[0015]
采样蠕动泵，用于抽取及保留不合格水质样本；
[0016] 金属
导轨，所述金属导轨上布设所述采样
蠕动泵；
[0017] 步进
电机，与所述采样蠕动泵连接，用于为采样蠕动泵在金属导轨上滑动提供动
力；
[0018] 采样瓶，位于所述采样蠕动泵的正下方，用于接取所述采样蠕动泵中的水。
[0019] 可选的，所述采样瓶的数量为N个，N>1，且N为整数。
[0020] 可选的，所述理化监测模块包括：
[0021] 传感器组，与所述水质检测箱连接，用于获取水质参数信息。
[0022] 可选的，所述生物监测模块包括：
[0023] 工业摄像机，与所述中央控
制模块连接，用于拍摄所述水质检测箱中的生物的运动图像。
[0024] 可选的，所述中央控制系统包括：
[0025] 传感器调理
电路模块，与所述传感器组连接，用于对所述水质
信号进行预处理，得到水质
模拟信号；
[0026]
模数转换模块，与所述传感器调理电路模块连接，用于将所述水质模拟信号转换为水质
数字信号；
[0027] 中央
控制器，与所述模数转换模块连接，用于对所述水质数字信号进行处理，得到水质参数；与所述工业摄像机连接，用于对生物的运动图像进行读取，得到多
帧生物运动图像。
[0028] 可选的，所述装置还包括：
[0029] 远程传输模块，所述远程传输模块的输入端与所述中央控制系统连接，所述远程传输模块的输出端与所述上位机连接，用于将所述中央控制系统处理后的水质参数和生物运动图像传输到上位机。
[0030] 可选的，所述装置还包括：
[0031] 报警灯，与所述中央控制器连接，用于对水质异常信号进行报警。
[0032] 可选的，所述装置还包括：
[0033] 显示屏，与所述中央控制器连接，用于显示水质参数和生物运动图像。
[0034] 根据本发明提供的具体
实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种理化生物结合的水质监测装置，包括：水质检测箱，所述水质检测箱中包含水和生物，所述水质检测箱分为理化监测模块和生物监测模块两部分，所述理化监测模块用于检测水质参数；所述生物监测模块用于监测生物运动图像；中央控制系统，与所述水质检测箱连接，用于处理所述水质参数和所述生物运动图像；上位机，与所述中央控制系统连接，用于接收处理后的水质参数和生物运动图像，并根据所述处理后的水质参数和生物运动图像对所述水质进行分析，得到水质的综合信息。通过生物水质监测分析水质的综合情况，结合理化水质监测对水质参数进行精确监测，实现了对水质复杂情况的全面分析。
附图说明
[0035] 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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036] 图1为本发明实施例理化生物结合的水质监测装置结构图；
[0037] 图2为本发明实施例理化生物结合的水质监测装置水质检测箱的组成结构图；
[0038] 图3为本发明实施例理化生物结合的水质监测装置示意图；
[0039] 图4为本发明实施例理化生物结合的水质检测箱的内部详细结构图。
具体实施方式
[0040] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0042] 图1为本发明实施例理化生物结合的水质监测装置结构图。如图1所示，一种理化生物结合的水质监测装置，所述水质监测装置包括：
[0043] 水质检测箱101，所述水质检测箱中包含水和生物，所述水质检测箱分为理化监测模块1011和生物监测模块1012两部分，所述理化监测模块用于检测水质参数；所述生物监测模块用于监测生物运动图像；图2为本发明实施例理化生物结合的水质监测装置水质检测箱的组成结构图。
[0044] 中央控制系统102，与所述水质检测箱101连接，用于处理所述水质参数和所述生物运动图像；
[0045] 上位机103，与所述中央控制系统102连接，用于接收处理后的水质参数和生物运动图像，并根据所述处理后的水质参数和生物运动图像对所述水质进行分析，得到水质的综合信息。
[0046] 所述水质监测装置还包括：
[0047] 水质抽样模块，与所述水质检测箱101连接，用于抽取及保留不合格水质样本，并在上位机进行对应信息记录，水质不合格则记录下序号，时间，水质情况等信息，以便对水质样本进行保留。所述水质抽样模块包括：采样蠕动泵，用于抽取及保留不合格水质样本；金属导轨，所述金属导轨上布设所述采样蠕动泵；步进电机，与所述采样蠕动泵连接，用于为采样蠕动泵在金属导轨上滑动提供动力；采样瓶，位于所述采样蠕动泵的正下方，用于接取所述采样蠕动泵中的水。所述采样瓶的数量为N个，N>1，且N为整数。
[0048] 所述理化监测模块1011包括：传感器组，与所述水质检测箱连接，用于获取水质参数信息。所述传感器组，包括pH传感器、溶解
氧传感器、
氨氮传感器、电导率传感器、
盐度传感器、
浊度传感器、
温度传感器、总磷、总氮、余氯传感器、COD等，用于采集相应的水质数据。
[0049] 所述生物监测模块1012包括：工业摄像机，与所述中央
控制模块连接，用于拍摄所述水质检测箱中的生物的运动图像。生物监测模块1012包括加氧泵，用来给生物的监测环境进行补氧；还包括补光灯，为工业摄像机摄像环境提供
光源；还包括排水水泵预留出口，对水质检测箱中的水体进行排出。
[0050] 所述水质检测箱101还包括缓冲区，所述缓冲区主要是用来分离理化和生物监测区域。缓冲区还包括
液位传感器，液位传感器与中央控制器连接，用于对水质检测箱中的高低水位进行控制。
[0051] 所述中央控制系统102包括：传感器调理电路模块，与所述传感器组连接，用于对所述水质信号进行预处理，得到水质模拟信号；模数转换模块，与所述传感器调理电路模块连接，用于将所述水质模拟信号转换为水质数字信号；中央控制器，与所述模数转换模块连接，用于对所述水质数字信号进行处理，得到水质参数；与所述工业摄像机连接，用于对生物的运动图像进行读取，得到多帧生物运动图像。
[0052] 所述装置还包括：
[0053] 远程传输模块，所述远程传输模块的输入端与所述中央控制系统连接，所述远程传输模块的输出端与所述上位机连接，所述远程传输模块用于将所述中央控制系统处理后的水质参数和生物运动图像传输到上位机。
[0054] 报警灯，与所述中央控制器连接，用于对水质异常信号进行报警。
[0055] 显示屏，与所述中央控制器连接，用于显示水质参数和生物运动图像。
[0056] 控制按钮，用于对设备整体运行和停止进行控制。
[0057] 进水水泵，进水水泵与中央控制器连接，用来将待监测水质抽入水质检测箱中进行监测。
[0058] 排水水泵，排水水泵与中央控制器连接，用来将水质检测箱中的水体进行排出。
[0059] 图3为本发明实施例理化生物结合的水质监测装置示意图。图2中，1、报警灯；2、显示屏；3、工作状态显示灯；4、智能控制按钮；5、补光灯；6、工业摄像机；7、进水水泵；8、水质检测区；9、排水水泵；10、采样蠕动泵；11、金属导轨；12、采样瓶；21、步进电机。
[0060] 水质检测区包含水质检测箱101。
[0061] 图4为本发明实施例理化生物结合的水质监测装置划分区域图。图3中，5、补光灯；9、排水水泵；10、采样蠕动泵；13、理化监测区；14、缓冲区；15、生物监测区；16、加氧泵；17、液位传感器，18，传感器组；19、过滤网；20、过水小孔。
[0062] 理化检测区包含理化监测模块1011，生物监测区包含生物监测模块1012。
[0063] 本发明提供了一种理化生物结合的水质监测装置，该装置完成水质抽样后，一方面通过理化监测区利用电化学传感器实时采集水质的pH、溶解氧、氨氮含量、电导率、盐度、浊度、温度、总磷、总氮、余氯、COD等水质参数。将所采集到的信号通过A/D转换后传入中央控制器，中央控制器利用各种水质
算法将采集信号转化为水质参数；另一方面，生物监测区通过工业相机摄像头实时采集鱼体运动视频，并对采集到的视频进行存储，完成视频读取及逐帧分离。利用统计学背景建模方法获取初始化背景图像并完成背景图像的实时更新，对视频序列图像及对应背景图像灰度化处理并进行差分，对所得差分图像采用OSTU算法进行自适应
阈值分割获得鱼体运动目标二值图像。通过连通区域质心检测方法对滤波图像中的鱼体目标进行标记，获得标记图像、鱼体运动目标质心及面积参数，完成目标检测与
跟踪。对检测到的鱼体进行运动状态分析，从而得到鱼体的运动状态参数。通过获取到的鱼体运动速度、
加速度、撞壁
频率、转弯频率等运动状态参数，根据鱼体运动状态各参数水质语义特征及大量实验数据，定义水质影响指标因子及其对应权重，得出水质综合情况。
[0064] 将两种监测方式所得到的水质参数与水质情况通过远程传输模块上传到水质分析系统中，以便进行更进一步的水质综合评价工作。
[0065] 本发明提出了一种新型的水质检测箱装置，该装置通过进水水泵将待监测水质抽入检测箱的理化监测模块，理化监测模块通过隔板将监测区分为多块等大小的监测
箱体，每个箱体中都插入一个传感器，以防止传感器测量时相互干扰的问题。理化监测模块与缓冲区通过过滤网分离开，可以保证生物监测模块中的杂质不会回流入理化监测模块中，降低了对传感器测量的影响。缓冲区装有液位传感器，对水箱中的水位进行判断，当水箱中的水位高于最高警戒线时，将信息传入中央控制器，停止进水或进行排水，若水位低于最低警戒线时，将信息传入中央控制器，进行进水。缓冲区与生物监测模块通过若干半径为0.5cm的小孔相连接，可以使缓冲区的水以匀速流入生物监测模块，保证了生物监测环境的平稳性。生物监测模块上方设有工业摄像头，将生物的运动状态通过视频的形式传送到上位机进行处理，通过一系列的算法，得出水质的综合状态。生物监测模块还包括加氧泵和补光灯，用来为鱼体生存提供良好的条件。
[0066] 本发明的关键在于提出一种新型的水质检测箱，该水箱通过分区监测，保证了监测环境的
稳定性，提高了监测的
精度；并将理化和生物监测结合在了一起，使水质信息的获取更为广泛、全面，弥补了传统的监测方法在实时性、准确性、应急性、多样性等方面的不足。
[0067] 本
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0068] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
