污水参数采集设备和污水井监测系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010093149.4 (22)申请日 2020.02.14 (66)本国优先权数据 202010018883.4 2020.01.08 CN (71)申请人 南宁市勘察测绘地理信息院 地址 530020 广西壮族自治区南宁市青秀 区茶花园路31-1号 (72)发明人 肖丹宁王威潘爱群李永新 侯俊宇曾玄介蒋海砖 (74)专利代理机构 北京知呱呱知识产权代理有 限公司 11577 代理人 康震 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G05B 19/4。

2、18(2006.01) (54)发明名称 污水参数采集设备和污水井监测系统 (57)摘要 本发明实施例公开了污水参数采集设备和 污水井监测系统， 涉及城市地下污水环境监测领 域， 污水参数采集设备包括： 设置在污水水面下 用于检测污水水质的水质传感器； 安装在污水水 面上的非接触式液位计； 安装在污水水面上的电 源设备； 安装在污水水面上的无线通信设备； 安 装在污水水面上的控制器， 分别与水质传感器、 非接触式液位计、 电源设备和无线通信设备相 连， 控制器用于控制在水质传感器、 非接触式液 位计和无线通信设备在不工作时进行休眠， 工作 时进行唤醒。 本发明具有结构简明、 易于组装、 生 产。

3、容易和成本低等优点。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 111207791 A 2020.05.29 CN 111207791 A 1.一种污水参数采集设备， 其特征在于， 包括： 设置在污水水面下用于检测污水水质的水质传感器； 安装在所述污水水面上的非接触式液位计； 安装在所述污水水面上的电源设备； 安装在所述污水水面上的无线通信设备； 安装在所述污水水面上的控制器， 分别与所述水质传感器、 所述非接触式液位计、 所述 电源设备和所述无线通信设备相连， 所述控制器用于在系统未到达数据采集时刻控制所述 水质传感器、 所述非接触式液位计和所述无线通信设备休眠， 所述控制器还用于在系统在。

4、 到达数据采集时间时， 唤醒所述水质传感器和所述非接触式液位计， 以通过所述水质传感 器获取污水水质信息， 并通过所述非接触式液位计获取污水液位信息， 所述控制器还用于 在获取所述污水水质信息和所述污水液位信息之后控制所述水质传感器和所述非接触式 液位计休眠， 并唤醒所述无线通信设备， 以通过所述无线通信设备将所述污水水质信息和 所述污水液位信息发送给远程监控中心， 并在所述无线通信设备发送所述污水水质信息和 所述污水液位信息后控制所述无线通信设备休眠。 2.根据权利要求1所述的污水参数采集设备， 其特征在于， 所述污水水质信息包括浊 度、 氢离子浓度指数pH、 溶解氧和氨氮浓度。 3.根据权。

5、利要求1所述的污水参数采集设备， 其特征在于， 所述非接触式液位计包括超 声波液位计和雷达波液位计中的至少一种。 4.根据权利要求3所述的污水参数采集设备， 其特征在于， 还包括安装在所述非接触式 液位计的发射口处的圆管， 所述圆管靠近污水水面的一侧设置有开口， 在所述开口处设置 有过滤网。 5.根据权利要求4所述的污水参数采集设备， 其特征在于， 所述圆管为聚氯乙烯PVC材 料的圆管。 6.根据权利要求1所述的污水参数采集设备， 其特征在于， 所述水质传感器与所述控制 器之间通过采用RS485总线相连， 所述非接触式液位计与所述控制器之间通过采用RS485总 线相连。 7.一种污水井监测系统。

6、， 其特征在于， 包括权利要求1-6任一项所述的污水参数采集设 备， 还包括远程监控中心， 所述远程监控中心用于接收并保存所述污水水质信息和所述污 水液位信息， 进而根据所述污水水质信息得到污染度信息， 所述远程监控中心还用于显示 所述污水液位信息和所述污染度信息。 8.根据权利要求7所述的污水井监测系统， 其特征在于， 所述远程监控中心通过以下公 式得到所述污染度信息： W(t)a*Z(t)+b*pH(t)+c*DO(t)+d*NH(t) 其中， W(t)为所述污染度信息； a、 b、 c和d均为常数， 是对W(t)的贡献值； Z(t)表示浊度； pH(t)表示酸碱值； DO(t)表示溶解氧。

7、； NH(t)表示氨氮浓度。 9.根据权利要求8所述的污水井监测系统， 其特征在于， 所述远程监控中心通过对多组 相对应的污水水质信息和污水液位信息进行深度学习和关联度分析确定a、 b、 c和d的值。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111207791 A 2 污水参数采集设备和污水井监测系统 技术领域 0001 本发明实施例涉及城市地下污水环境监测领域， 具体涉及污水参数采集设备和污 水井监测系统。 背景技术 0002 目前对城市污水环境整治非常重视。 污水管(下水道)网是监测是重要评价的指标 之一， 是为水环境监测管理部门对辖区内地下管网的水位、 水质等数据进行实时监测的重 要内容， 以。

8、便能及时掌握它们动态变化情况。 及时、 准确、 有效是水位、 水质自动监测的技术 特点。 0003 在现代城市中， 生活污水、 工业污水是不能随意排放的， 是要经过城市地下污水管 网导流到特定的污水井， 再被收集到污水处理厂处理后， 才能排放到出去。 为了及时掌握特 定污水井(点)的污水液位、 水质及流量等参数， 就需要在那些点安装污水液位、 水质参数和 流量水质传感器， 在线式进行参数采集。 由于污水井的数量众多， 遍布城市每一个角落， 需 要监测的点也就非常多， 如果设备成本较高的话， 这种监测活动就不能得到普及， 限制对城 市污水环境的监测， 不能充分掌握污水的动态和不良影响。 发明内容。

9、 0004 本发明实施例的目的在于提供污水参数采集设备和污水井监测系统， 用以解决现 有污水监测设备成本高和能耗高的问题。 0005 为实现上述目的， 本发明实施例主要提供如下技术方案： 0006 第一方面， 本发明实施例提供了一种污水参数采集设备， 包括： 设置在污水水面下 用于检测污水水质的水质传感器； 安装在所述污水水面上的非接触式液位计； 安装在所述 污水水面上的电源设备； 安装在所述污水水面上的无线通信设备； 安装在所述污水水面上 的控制器， 分别与所述水质传感器、 所述非接触式液位计、 所述电源设备和所述无线通信设 备相连， 所述控制器用于在系统未到达数据采集时刻控制所述水质传感器。

10、、 所述非接触式 液位计和所述无线通信设备休眠， 所述控制器还用于在系统在到达数据采集时间时， 唤醒 所述水质传感器和所述非接触式液位计， 以通过所述水质传感器获取污水水质信息， 并通 过所述非接触式液位计获取污水液位信息， 所述控制器还用于在获取所述污水水质信息和 所述污水液位信息之后控制所述水质传感器和所述非接触式液位计休眠， 并唤醒所述无线 通信设备， 以通过所述无线通信设备将所述污水水质信息和所述污水液位信息发送给远程 监控中心， 并在所述无线通信设备发送所述污水水质信息和所述污水液位信息后控制所述 无线通信设备休眠。 0007 根据本发明的一个实施例， 所述污水水质信息包括浊度、 氢。

11、离子浓度指数pH、 溶解 氧和氨氮浓度。 0008 根据本发明的一个实施例， 所述非接触式液位计包括超声波液位计和雷达波液位 计中的至少一种。 说明书 1/5 页 3 CN 111207791 A 3 0009 根据本发明的一个实施例， 还包括安装在所述非接触式液位计的发射口处的圆 管， 所述圆管靠近污水水面的一侧设置有开口， 在所述开口处设置有过滤网。 0010 根据本发明的一个实施例， 所述圆管为聚氯乙烯PVC材料的圆管。 0011 根据本发明的一个实施例， 所述水质传感器与所述控制器之间通过采用RS485总 线相连， 所述非接触式液位计与所述控制器之间通过采用RS485总线相连。 001。

12、2 第二方面， 本发明实施例还提供一种污水井监测系统， 包括第一方面的污水参数 采集设备， 还包括远程监控中心， 所述远程监控中心用于接收并保存所述污水水质信息和 所述污水液位信息， 进而根据所述污水水质信息得到污染度信息， 所述远程监控中心还用 于显示所述污水液位信息和所述污染度信息。 0013 根据本发明的一个实施例， 所述远程监控中心通过以下公式得到所述污染度信 息： 0014 W(t)a*Z(t)+b*pH(t)+c*DO(t)+d*NH(t)； 0015 其中， W(t)为所述污染度信息； a、 b、 c和d均为常数， 是对W(t)的贡献值； Z(t)表示 浊度； pH(t)表示酸碱。

13、值； DO(t)表示溶解氧； NH(t)表示氨氮浓度； t为时间变量。 0016 根据本发明的一个实施例， 所述远程监控中心通过对多组相对应的污水水质信息 和污水液位信息进行深度学习和关联度分析确定a、 b、 c和d的值。 0017 本发明实施例提供的技术方案至少具有如下优点： 0018 本发明实施例提供的污水参数采集设备和污水井监测系统， 对设备进行节能化管 理。 对现场设备进行能耗管理， 使得同等设备和电源供给情况下， 现场设备能耗大幅降低； 整个系统架构集成化， 使用现售产品， 大大降低本系统的制作和生产成本； 通过 “关联度” 和 “深度学习” 分析智能过程， 提高整体系统的智能性； 。

14、对安装、 使用环境要求低。 由于设备体 积小、 耗能低、 数据无线传输和密闭式封装， 几乎不改变安装环境结构。 附图说明 0019 图1为本发明实施例的污水参数采集设备的结构框图。 0020 图2为本发明一个示例中的污水参数采集设备和远程监控中心的示意图。 0021 图3为本发明实施例的污水井监测系统的结构框图。 具体实施方式 0022 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式， 熟悉此技术的人士可由本说明 书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。 0023 以下描述中， 为了说明而不是为了限定， 提出了诸如特定系统结构、 接口、 技术之 类的具体细节， 以便透彻理解本发明。 然而，。

15、 本领域的技术人员应当清楚， 在没有这些具体 细节的其它实施例中也可以实现本发明。 在其它情况中， 省略对众所周知的系统、 电路以及 方法的详细说明， 以免不必要的细节妨碍本发明的描述。 0024 在本发明的描述中， 需要理解的是， 术语 “中心” 、“纵向” 、“横向” 、“上” 、“下” 、 “前” 、“后” 、“左” 、“右” 、“竖直” 、“水平” 、“顶” 、“底” 、“内” 和 “外” 等指示的方位或位置关系 为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或 暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为 说明书。

16、 2/5 页 4 CN 111207791 A 4 对本发明的限制。 此外， 术语 “第一” 和 “第二” 仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相 对重要性。 0025 在本发明的描述中， 需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 术语 “安装” 、“相 连” 和 “连接” 应做广义理解， 例如可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或一体地连接； 可 以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒介间接相连， 可以是 两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。 0026 图1为本发明实施例的污水参数采集设。

17、备的结构框图。 如图1所示， 本发明实施例 的污水参数采集设备100， 包括： 设置在污水水面下用于检测污水水质的水质传感器110、 安 装在污水水面上的非接触式液位计120、 安装在污水水面上的电源设备130、 安装在污水水 面上的无线通信设备140和安装在污水水面上的控制器150。 0027 图2为本发明一个示例中的污水参数采集设备和远程监控中心的示意图。 如图2所 示， 非接触式液位计120通过安装组件安装在污水井的水面上， 电源设备130、 无线通信设备 140和控制器150均通过安装组件安装在设备箱内(图中未示出)， 水质传感器110设置在污 水井的水面下， 水质传感器110与控制器。

18、150通过连接线路相连， 其中， 水质传感器110与控 制器150之间的连接线路是防水的。 0028 水质传感器110用于采集污水水质信息。 在本发明的一个实施例中， 污水水质信息 包括浊度、 氢离子浓度指数pH、 溶解氧和氨氮浓度。 水质传感器110可以通过RS485总线与控 制器150相连。 0029 非接触式液位计120用于获取污水井水面的液位信息。 本发明实施例采用非接触 式液位计120可以使传感器感应头不易受到腐蚀和杂物附着， 保证仪器使用寿命和精度。 在 本发明的一个实施例中， 非接触式液位计120包括超声波液位计和雷达波液位计中的至少 一种。 0030 在本发明的一个实施例中， 。

19、为了不让漂浮物影响非接触式液位计120获取的液位 精度， 在非接触式液位计120的波发射口安装圆管， 例如采用PVC材料的圆管。 圆管靠近污水 水面的一侧设置有开口， 在开口处设置有过滤网。 这样漂浮物就难以进入圆管内部。 0031 电源设备130用于为污水参数采集设备进行供电。 在本发明的实施例中， 电源设备 包括电池和电源变换器， 为各个电子元件提供相应的工作电压和/或工作电流。 0032 无线通信设备140用于将水质传感器110获取的水质数据和非接触式液位计120获 取的污水液位信息发送给远程监控中心， 实现对污水井的监测。 0033 控制器150用于控制水质传感器110、 非接触式液位。

20、计120、 电源设备130和无线通 信设备140。 由于电池储备电能有限， 为了保持设备能在井下持续工作时间尽可能的长， 控 制器150需要对水质传感器110、 非接触式液位计120、 电源设备130和无线通信设备140的工 作状态进行节能化处理。 0034 节能化处理的具体方式为： 在系统未到达数据采集时刻， 控制器150控制水质传感 器110、 非接触式液位计120和无线通信设备140休眠。 在系统在到达数据采集时间时， 控制 器150唤醒水质传感器110和非接触式液位计120， 以通过水质传感器110获取污水水质信 息， 并通过非接触式液位计120获取污水液位信息。 在获取污水水质信息和。

21、污水液位信息之 后， 控制器150控制水质传感器110和非接触式液位计120休眠， 并唤醒无线通信设备140， 通 说明书 3/5 页 5 CN 111207791 A 5 过无线通信设备140将污水水质信息和污水液位信息发送给远程监控中心， 并在无线通信 设备140发送污水水质信息和污水液位信息后， 控制无线通信设140休眠。 0035 本发明实施例提供的污水参数采集设备， 对现场设备进行能耗管理， 使得同等设 备和电源供给情况下， 现场设备能耗大幅降低； 整个系统架构集成化， 使用现售产品， 大大 降低本系统的制作和生产成本； 对安装、 使用环境要求低。 由于设备体积小、 耗能低、 数据无。

22、 线传输和密闭式封装， 几乎不改变安装环境结构。 0036 图3为本发明实施例的污水井监测系统的结构框图。 如图3所示， 本发明实施例的 污水井监测系统， 除了包括上述实施例的污水参数采集设备100之外， 还包括远程控制中心 200。 0037 请再次参考图2， 无线公网基站、 无线公网不需要用户自己建设， 采用社会现有的 公共资源， 如： 电信、 移动等公司的各种4G、 3G、 GPRS以及NB-IOT无线网络。 远程监控中心(即 图2中的中心)使用互联网带有固定IP地址服务器， 接收从公网传入的污水水质信息和污水 液位信息， 数据保存在服务器中。 远程监控中心200还用于根据污水水质信息得。

23、到污染度信 息， 并通过显示设备显示污水液位信息和污染度信息， 还可以进行WEB发布， 使得远程电脑、 手机可以远程查看到数据和分析结果。 0038 本发明的实施例中， 远程监控中心200通过监测一部分水质参数(即包括浊度、 PH 值、 溶解氧和氨氮浓度)作为初步判断水质情况的依据， 通过一些已知参数与别的参数关联 度分析， 给出水质是否被污染的判断。 判断结果的准确程度取决于关联度深度， 这种关联度 是要建立在系统不断取得数据， 不断进行分析， 取得关联经验， 即加强互联深度学习的过 程。 这种深度学习过程是需要不断深化完善系统软件智慧的过程， 也是系统智能化不断提 高的过程表现。 0039。

24、 具体实现方法： 水质污染程度一般可以通过水浊度(与透明度有关)、 pH、 溶解氧 (DO)、 氨氮(NH3-N)浓度有关， 把这些参数检测之后， 用一个等式表示出来， 当这个综合值达 到一定值之后， 就可以判定水质污染的等级。 0040 远程监控中心200通过以下公式得到污染度信息： 0041 W(t)a*Z(t)+b*PH(t)+c*DO(t)+d*NH(t)； 0042 其中， W(t)为污染度信息； a、 b、 c和d均为常数， 是对W(t)的贡献值； Z(t)表示浊度， 单位NTU； PH(t)表示酸碱值； DO(t)表示溶解氧， 单位mg/L； NH(t)表示氨氮浓度， 单位mg/。

25、m3； t为时间变量。 0043 远程监控中心200通过对多组相对应的污水水质信息和污水液位信息进行深度学 习和关联度分析确定a、 b、 c和d的值。 即初步计算出a、 b、 c、 d的数值之后， 然后修正、 记录它 们， 积累这些数据达到10次以上， 即可求平均值， 并替换最初的a、 b、 c、 d数值。 这个过程就是 深度学习和关联度分析过程。 0044 另外， 本发明实施例的远程监控中心的其它构成以及作用对于本领域的技术人员 而言都是已知的， 为了减少冗余， 不做赘述。 0045 在本发明实施例中， 控制器可以是一种集成电路芯片， 具有信号的处理能力。 处理 器可以是通用处理器、 数字信。

26、号处理器(Digital Signal Processor， 简称DSP)、 专用集成 电路(Application Specific Integrated Circuit， 简称ASIC)、 现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array， 简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、 分立门或者晶体管逻辑 说明书 4/5 页 6 CN 111207791 A 6 器件、 分立硬件组件。 0046 以上所述的具体实施方式， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施方式而已， 并不用于限定本发明 的保护范围， 凡在本发明的技术方案的基础之上， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应 包括在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 111207791 A 7 图1 图2 图3 说明书附图 1/1 页 8 CN 111207791 A 8 。