1.本发明涉及水质监测技术领域，具体为一种多功能一体化水质在线监测系统。
背景技术：2.国家将水体的预警、溯源列为发展方向，将日常业务从追责罚款调整为预警、溯源和控源，因此高密度低成本的自动化监测站点的重要性日益凸显，而水质监测系统主要适用于水源地监测、环保监测站、市政水处理过程、市政管网水质监督、农村自来水监控、循环冷却水、泳池水运行管理、工业水源循环利用、工厂化水产养殖等领域；但是传统的化学水质监测方法需要投入较大的人力、物力，且监测频率较低，无法实现水质网格化监测的需求，从而降低了水体水质预警的效率。
技术实现要素：3.本发明提供一种多功能一体化水质在线监测系统，可以有效解决上述背景技术中提出传统的化学水质监测方法需要投入较大的人力、物力，且监测频率较低，无法实现水质网格化监测的需求，从而降低了水体水质预警的效率的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多功能一体化水质在线监测系统，该监测系统由设备层、数据层、计算层、功能层和展示层组成；所述设备层包括水质智能监测仪，水质智能监测仪由光谱探测器、主动光源、集成4g/5g网络接口和北斗+gps定位设备组成；所述数据层包括光谱分析云服务平台，其中光谱分析云平台具体包括光谱库和算法库；所述计算层具体包括算法管理和模型计算，所述功能层包括设备管理和参数控制，所述展示层具体包括数据查看、数据导出、数据分析和数据统计；所述水质智能监测仪在水域中的固定位置，定时采集水质监测数据，通过集成4g/5g网络接口实时传输到光谱分析云服务平台，光谱分析云服务平台结合光谱库和算法库实现水质指标的实时推送，实现24小时连续在线监测；所述光谱探测器主要在现场采集监测水体样本，主动光源为整个监测系统进行主动供电，集成4g/5g网络接口实时将光谱探测器采集的水体样本传输到光谱分析云服务平台，北斗+gps定位设备用于对水体监测设备进行实时定位。
5.根据基于上述技术方案，所述算法管理和模型计算主要基于光谱分析云服务平台内的光谱库和算法库来实现将采集的水体样本数据以算法模型的方式进行计算，从而得出监测水体的水质数据信息。
6.根据基于上述技术方案，所述设备管理主要对设备层的水质监测设备进行管理，具体包括对水质监测设备的位置和水质监测设备的状况进行管理，而参数控制主要控制水质光谱数据的采集频率，以及控制水质光谱数据的采样时间间隔。
7.根据基于上述技术方案，所述数据查看是指通过水质监测系统大屏来查看经过计
算的水质监测数据，所述数据导出是指将计算的水质监测数据进行传输导出，所述数据分析是指对水质监测数据以绘图的方式进行具体分析处理，所述数据统计是指对水质监测数据进行统计记录和存储。
8.根据基于上述技术方案，该水质在线监测系统的具体监测步骤为：步骤一、水质监测仪器布设；步骤二、水体光谱数据采集；步骤三、设备功能数据查看；步骤四、校准数据采集检测；步骤五、水质指标结果展示。
9.根据基于上述技术方案，所述步骤一中，水质监测仪器在布设过程中，首先岸边检查水质监测设备无误后，再进行设备下水布设；在下水布设时，根据前期调研情况，确定该水域的最高水位和设备的中心布置位置，并预留出足够长的钢丝绳索，并将钢丝绳索一头牢系到设备底部锚点上，设备部署时，抛锚位置应合理选取，钢丝绳索应系紧系牢，避免钢丝绳索后期发生断裂造成设备漂移的现象，同时钢丝绳索应预留足够长度，防止水位上涨导致钢丝绳索的长度不够；在钢丝绳与设备底部锚点系紧系牢后，将铁锚放置在皮划艇上，设备放置水中，与皮划艇固定好，穿好救生衣，下水划船到指定地点，根据水位将钢丝绳另一头牢系到铁锚上，并将铁锚抛入水中，完成一个单点位监测设备的步骤工作；在具体布置时，在该监测区域中设备的中心布置位置布置好监测设备后，以该中心布置位置为中心，在该中心布置位置外沿，依次依序的布置五个监测设备，以中心布置位置为中心，使五个监测设备呈中心连环设置。
10.根据基于上述技术方案，所述步骤二中，水体光谱数据采集是指通过光谱探测器在监测水域中采集监测水体样本，而在光谱探测器进行水体采样时，需要根据需求来调节采集的频率，最高可达每1分钟采集一次光谱数据；在设置采样时间间隔时，采用每小时采集一次，整点进行采集的方式进行水体采样，且在采样时，将每次间隔六小时作为一个采样区间，将一天划分为四个采样区间，具体为：0.00-6.00、6.00-12.00、12.00-18.00、18.00-24.00，并在设置好采样的时间间隔和采样区间后，开始水质情况的监测工作。
11.根据基于上述技术方案，所述步骤三中，设备功能数据查看是指打开水质在线监测系统或app来查看设备位置、设备状况、水质分析以及光谱数据展示功能的正常运行情况，设备查看和数据返回一系列功能正常后，则部署工作完毕。
12.根据基于上述技术方案，所述步骤四中，校准数据采集检测是指在设备布设完毕后，通过光谱探测器在监测水域中先采集1-2组水样，使用专用的校准设备来快速对水样进行检测，初步判断当前的检测数据精度状况；其他检测设备或现场采样的水体样本采集时间点需要与布设的光谱检测设备的光谱采集时间点相对应；在需要进行进一步的精度校准时，设定的校准样本采集数量控制在20组以上，且非同一时间和同一位置进行采集，各个样本水质状况有明显差异为最佳。
13.根据基于上述技术方案，所述步骤五中，水质指标结果展示是指将光谱探测器采
集的光谱数据通过4g/5g网络上传至云服务平台，通过云服务平台累计的光谱库、算法库实现水质指标的实时推送，并通过云服务平台的计算，将计算的最终结果显示在水质监测系统的大屏上进行展示；在通过云服务平台累计的光谱库、算法库来计算水质指标时，在采样的水质指标不符合标准时，及时将水污染的信息上传至水质在线监测系统或app进行预警，从而实现水污染事件的秒级快速预警。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果：1、本发明主要以水质参量光谱提取技术为核心，综合运用传感器、自动测量、自动控制和网络通讯等技术，对水体水质进行在线实时综合评价，并且以光谱采集单元为核心，内置主动光源，光谱探测器，集成4g/5g网络接口和北斗+gps定位模块，预留接口，具有体积小、应用灵活的特点，能够满足水质光谱信息的快速采集、实时传输至光谱分析云平台的需求，通过平台累计的光谱库、算法库来实现将水质指标的实时推送，真正实现水质的网格化全天候实时动态监测，水污染事件的秒级快速预警。
15.2、水质智能监测仪可在固定位置，定时采集数据，通过4g/5g网络实时传输到云服务平台，实现24小时连续在线监测，数据分析云服务平台针对不同的水体类型和监测指标需求，智能选取水质模型，快速计算水质参数，提高了水质监测的效率，以便更加快速的获取到采样水体的水质情况。
16.3、通过将该监测区域中设备的中心布置位置作为中心，并在该中心布置位置外沿，依次依序的布置五个监测设备，且使五个监测设备呈中心连环设置，以此使得在该监测区域在进行水体采样时，能够获取不同点位的采样水体，以此使得该区域在进行水体采样时，通过多点位的采样处理，便于更准确全面的进行采样，且通过以中心连环的方式将多个监测设备进行连接，以此使得多个监测设备在实际布置后能够在取样时不产生漂移的现象，保证了多个监测设备采样位置的精度。
17.4、通过校准数据采集检测方便在设备布设完毕后，通过在监测水域中先采集多组水样，结合专用的校准设备来快速对水样进行检测，便于初步判断当前的检测数据精度状况，从而保证了后续水质监测的质量。
18.5、通过将计算的最终结果显示在水质监测系统的大屏上，方便对水质监测的数据进行直观了解，同时，借助云服务平台在计算水质指标时，能够及时的将水污染的信息上传至水质在线监测系统或app进行预警，从而使水污染事件的响应速度更加快速，同时便于及时的对水域进行后续治理。
附图说明
19.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
20.在附图中：图1是本发明监测系统的架构图；图2是本发明监测系统监测方法的步骤流程图。
具体实施方式
21.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
22.实施例：如图1-2所示，本发明提供一种技术方案，一种多功能一体化水质在线监测系统，该监测系统由设备层、数据层、计算层、功能层和展示层组成；设备层包括水质智能监测仪，水质智能监测仪由光谱探测器、主动光源、集成5g网络接口和北斗+gps定位设备组成；数据层包括光谱分析云服务平台，其中光谱分析云平台具体包括光谱库和算法库；计算层具体包括算法管理和模型计算，功能层包括设备管理和参数控制，展示层具体包括数据查看、数据导出、数据分析和数据统计；水质智能监测仪在水域中的固定位置，定时采集水质监测数据，通过集成5g网络接口实时传输到光谱分析云服务平台，光谱分析云服务平台结合光谱库和算法库实现水质指标的实时推送，实现24小时连续在线监测；光谱探测器主要在现场采集监测水体样本，主动光源为整个监测系统进行主动供电，集成5g网络接口实时将光谱探测器采集的水体样本传输到光谱分析云服务平台，北斗+gps定位设备用于对水体监测设备进行实时定位。
23.基于上述技术方案，算法管理和模型计算主要基于光谱分析云服务平台内的光谱库和算法库来实现将采集的水体样本数据以算法模型的方式进行计算，从而得出监测水体的水质数据信息。
24.基于上述技术方案，设备管理主要对设备层的水质监测设备进行管理，具体包括对水质监测设备的位置和水质监测设备的状况进行管理，而参数控制主要控制水质光谱数据的采集频率，以及控制水质光谱数据的采样时间间隔。
25.基于上述技术方案，数据查看是指通过水质监测系统大屏来查看经过计算的水质监测数据，数据导出是指将计算的水质监测数据进行传输导出，数据分析是指对水质监测数据以绘图的方式进行具体分析处理，数据统计是指对水质监测数据进行统计记录和存储。
26.基于上述技术方案，该水质在线监测系统的具体监测步骤为：步骤一、水质监测仪器布设；步骤二、水体光谱数据采集；步骤三、设备功能数据查看；步骤四、校准数据采集检测；步骤五、水质指标结果展示。
27.基于上述技术方案，步骤一中，水质监测仪器在布设过程中，首先岸边检查水质监测设备无误后，再进行设备下水布设；在下水布设时，根据前期调研情况，确定该水域的最高水位和设备的中心布置位置，并预留出足够长的钢丝绳索，并将钢丝绳索一头牢系到设备底部锚点上，设备部署时，抛锚位置应合理选取，钢丝绳索应系紧系牢，避免钢丝绳索后期发生断裂造成设备漂移的现象，同时钢丝绳索应预留足够长度，防止水位上涨导致钢丝绳索的长度不够；
在钢丝绳与设备底部锚点系紧系牢后，将铁锚放置在皮划艇上，设备放置水中，与皮划艇固定好，穿好救生衣，下水划船到指定地点，根据水位将钢丝绳另一头牢系到铁锚上，并将铁锚抛入水中，完成一个单点位监测设备的步骤工作；在具体布置时，在该监测区域中设备的中心布置位置布置好监测设备后，以该中心布置位置为中心，在该中心布置位置外沿，依次依序的布置五个监测设备，以中心布置位置为中心，使五个监测设备呈中心连环设置。
28.基于上述技术方案，步骤二中，水体光谱数据采集是指通过光谱探测器在监测水域中采集监测水体样本，而在光谱探测器进行水体采样时，需要根据需求来调节采集的频率，最高可达每1分钟采集一次光谱数据；在设置采样时间间隔时，采用每小时采集一次，整点进行采集的方式进行水体采样，且在采样时，将每次间隔六小时作为一个采样区间，将一天划分为四个采样区间，具体为：0.00-6.00、6.00-12.00、12.00-18.00、18.00-24.00，并在设置好采样的时间间隔和采样区间后，开始水质情况的监测工作。
29.基于上述技术方案，步骤三中，设备功能数据查看是指打开水质在线监测系统或app来查看设备位置、设备状况、水质分析以及光谱数据展示功能的正常运行情况，设备查看和数据返回一系列功能正常后，则部署工作完毕。
30.基于上述技术方案，步骤四中，校准数据采集检测是指在设备布设完毕后，通过光谱探测器在监测水域中先采集2组水样，使用专用的校准设备来快速对水样进行检测，初步判断当前的检测数据精度状况；其他检测设备或现场采样的水体样本采集时间点需要与布设的光谱检测设备的光谱采集时间点相对应；在需要进行进一步的精度校准时，设定的校准样本采集数量控制在20组以上，且非同一时间和同一位置进行采集，各个样本水质状况有明显差异为最佳。
31.基于上述技术方案，步骤五中，水质指标结果展示是指将光谱探测器采集的光谱数据通过4g/5g网络上传至云服务平台，通过云服务平台累计的光谱库、算法库实现水质指标的实时推送，并通过云服务平台的计算，将计算的最终结果显示在水质监测系统的大屏上进行展示；在通过云服务平台累计的光谱库、算法库来计算水质指标时，在采样的水质指标不符合标准时，及时将水污染的信息上传至水质在线监测系统或app进行预警，从而实现水污染事件的秒级快速预警。
32.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种多功能一体化水质在线监测系统，其特征在于：该监测系统由设备层、数据层、计算层、功能层和展示层组成；所述设备层包括水质智能监测仪，水质智能监测仪由光谱探测器、主动光源、集成4g/5g网络接口和北斗+gps定位设备组成；所述数据层包括光谱分析云服务平台，其中光谱分析云平台具体包括光谱库和算法库；所述计算层具体包括算法管理和模型计算，所述功能层包括设备管理和参数控制，所述展示层具体包括数据查看、数据导出、数据分析和数据统计；所述水质智能监测仪在水域中的固定位置，定时采集水质监测数据，通过集成4g/5g网络接口实时传输到光谱分析云服务平台，光谱分析云服务平台结合光谱库和算法库实现水质指标的实时推送，实现24小时连续在线监测；所述光谱探测器主要在现场采集监测水体样本，主动光源为整个监测系统进行主动供电，集成4g/5g网络接口实时将光谱探测器采集的水体样本传输到光谱分析云服务平台，北斗+gps定位设备用于对水体监测设备进行实时定位。2.根据权利要求1所述的一种多功能一体化水质在线监测系统，其特征在于：所述算法管理和模型计算主要基于光谱分析云服务平台内的光谱库和算法库来实现将采集的水体样本数据以算法模型的方式进行计算，从而得出监测水体的水质数据信息。3.根据权利要求1所述的一种多功能一体化水质在线监测系统，其特征在于：所述设备管理主要对设备层的水质监测设备进行管理，具体包括对水质监测设备的位置和水质监测设备的状况进行管理，而参数控制主要控制水质光谱数据的采集频率，以及控制水质光谱数据的采样时间间隔。4.根据权利要求1所述的一种多功能一体化水质在线监测系统，其特征在于：所述数据查看是指通过水质监测系统大屏来查看经过计算的水质监测数据，所述数据导出是指将计算的水质监测数据进行传输导出，所述数据分析是指对水质监测数据以绘图的方式进行具体分析处理，所述数据统计是指对水质监测数据进行统计记录和存储。5.根据权利要求1所述的一种多功能一体化水质在线监测系统，其特征在于：该水质在线监测系统的具体监测步骤为：步骤一、水质监测仪器布设；步骤二、水体光谱数据采集；步骤三、设备功能数据查看；步骤四、校准数据采集检测；步骤五、水质指标结果展示。6.根据权利要求5所述的一种多功能一体化水质在线监测系统，其特征在于：所述步骤一中，水质监测仪器在布设过程中，首先岸边检查水质监测设备无误后，再进行设备下水布设；在下水布设时，根据前期调研情况，确定该水域的最高水位和设备的中心布置位置，并预留出足够长的钢丝绳索，并将钢丝绳索一头牢系到设备底部锚点上，设备部署时，抛锚位置应合理选取，钢丝绳索应系紧系牢，避免钢丝绳索后期发生断裂造成设备漂移的现象，同时钢丝绳索应预留足够长度，防止水位上涨导致钢丝绳索的长度不够；
在钢丝绳与设备底部锚点系紧系牢后，将铁锚放置在皮划艇上，设备放置水中，与皮划艇固定好，穿好救生衣，下水划船到指定地点，根据水位将钢丝绳另一头牢系到铁锚上，并将铁锚抛入水中，完成一个单点位监测设备的步骤工作；在具体布置时，在该监测区域中设备的中心布置位置布置好监测设备后，以该中心布置位置为中心，在该中心布置位置外沿，依次依序的布置五个监测设备，以中心布置位置为中心，使五个监测设备呈中心连环设置。7.根据权利要求5所述的一种多功能一体化水质在线监测系统，其特征在于：所述步骤二中，水体光谱数据采集是指通过光谱探测器在监测水域中采集监测水体样本，而在光谱探测器进行水体采样时，需要根据需求来调节采集的频率，最高可达每1分钟采集一次光谱数据；在设置采样时间间隔时，采用每小时采集一次，整点进行采集的方式进行水体采样，且在采样时，将每次间隔六小时作为一个采样区间，将一天划分为四个采样区间，具体为：0.00-6.00、6.00-12.00、12.00-18.00、18.00-24.00，并在设置好采样的时间间隔和采样区间后，开始水质情况的监测工作。8.根据权利要求5所述的一种多功能一体化水质在线监测系统，其特征在于：所述步骤三中，设备功能数据查看是指打开水质在线监测系统或app来查看设备位置、设备状况、水质分析以及光谱数据展示功能的正常运行情况，设备查看和数据返回一系列功能正常后，则部署工作完毕。9.根据权利要求5所述的一种多功能一体化水质在线监测系统，其特征在于：所述步骤四中，校准数据采集检测是指在设备布设完毕后，通过光谱探测器在监测水域中先采集1-2组水样，使用专用的校准设备来快速对水样进行检测，初步判断当前的检测数据精度状况；其他检测设备或现场采样的水体样本采集时间点需要与布设的光谱检测设备的光谱采集时间点相对应；在需要进行进一步的精度校准时，设定的校准样本采集数量控制在20组以上，且非同一时间和同一位置进行采集，各个样本水质状况有明显差异为最佳。10.根据权利要求5所述的一种多功能一体化水质在线监测系统，其特征在于：所述步骤五中，水质指标结果展示是指将光谱探测器采集的光谱数据通过4g/5g网络上传至云服务平台，通过云服务平台累计的光谱库、算法库实现水质指标的实时推送，并通过云服务平台的计算，将计算的最终结果显示在水质监测系统的大屏上进行展示；在通过云服务平台累计的光谱库、算法库来计算水质指标时，在采样的水质指标不符合标准时，及时将水污染的信息上传至水质在线监测系统或app进行预警，从而实现水污染事件的秒级快速预警。
技术总结本发明公开了一种多功能一体化水质在线监测系统，水质智能监测仪由光谱探测器、主动光源、集成4G/5G网络接口和北斗+GPS定位设备组成，本发明主要以水质参量光谱提取技术为核心，综合运用传感器、自动测量、自动控制和网络通讯等技术，对水体水质进行在线实时综合评价，并且以光谱采集单元为核心，内置主动光源，光谱探测器，集成4G/5G网络接口和北斗+GPS定位模块，预留接口，具有体积小、应用灵活的特点，能够满足水质光谱信息的快速采集、实时传输至光谱分析云平台的需求，通过平台累计的光谱库、算法库来实现将水质指标的实时推送，真正实现水质的网格化全天候实时动态监测，水污染事件的秒级快速预警。染事件的秒级快速预警。染事件的秒级快速预警。
技术研发人员：王琛茜 刘光宗 杜鹃 王基荣 许林林 范力
受保护的技术使用者：中科谱光（郑州）应用科学技术研究院有限公司
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2022/11/1
