(19)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 202210850333.8 (22)申请日 2022.07.20 (71)申请人 中科谱光 （郑州） 应用科 学技术研究 院有限公司 地址 450046 河南省郑州市郑东 新区基运 投资大厦14层 (72)发明人 王琛茜　刘光宗　杜鹃　王基荣　 许林林　范力　 (74)专利代理 机构 南京鼎傲知识产权代理事务 所(普通合伙) 32327 专利代理师 刘蔼民 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/27(2006.01) G01S 19/33(2010.01)G01S 19/42(2010.01) H04Q 9/00(2006.01) H04W 4/029(2018.01) (54)发明名称 一种多功能一体化水质在线监测系统 (57)摘要 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。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115266584 A 2022.11.01 CN 115266584 A 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+GP S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/5 G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；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115266584 A 2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。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115266584 A 3