基于大數據的水質集散化監測系統的研究
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摘 要：隨著當今科技的發展，很多“大數據”的產物應運而生。在當今注重環境保護的國策下，做好水質監測工作并對水質監測系統進行轉型顯得更加重要。該系統將傳統水質監測系統向快捷且精準的方向轉化，同時構建大數據平臺，采用集散化監測系統對不同地域的水質進行監測，并將所捕獲的數據進行平臺化的管理和分析，以提高水質監測工作的精準性和針對性。該文將對該裝置的組成、構件特點、運行原理、實際應用及預期成果進行介紹，并從較為客觀的角度評價該項目方案的可行性。
關鍵詞：自主控制系統 光線檢測 實時監測 大數據管理 集散化 移動式
中圖分類號：X84 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）04（b）-0011-02
近幾年來，水環境遭到了嚴重破壞，在國家加強環境治理的政策下，水環境的治理工作變得尤為重要，而水質監測在水環境治理的工作中有著直接且關鍵性的作用。只有水質監測工作高效率且嚴謹地進行，我國水環境治理才能有時間和數據上的保證，我們的健康也能得到一定程度的保證?！盎诖髷祿乃|集散化監測系統”的想法便由此而來。
不同于傳統的水質監測系統，“基于大數據的水質集散化監測系統”利用了大數據技術和光線檢測的方法，一定程度上提高了監測效率和精準度，移動式監測模式也減少了人力和時間的消耗，提高了系統的針對性。該文將就“基于大數據的水質集散化監測系統”的組成、工作原理、應用和預期成果進行簡要介紹，以供參考。
1 系統的詳細介紹
1.1 系統的總體設計
系統由水漂浮平臺、水監測支架兩大部分組成，其中內部構造還包括第一光線監測模塊、第二光線監測模塊、定位模塊、處理器模塊、無線通信模塊、抽水裝置、水質監測模塊部分。
1.2 系統的構件及特點
1.2.1 水漂浮平臺
該平臺通過錨鏈連接有錨，所述錨鏈纏繞在水漂浮平臺上的卷筒上，其上還設置有卷筒轉動驅動裝置，以方便全方位移動進行監測。該平臺為其他構件提供了在水上工作的漂浮條件和平臺，有利于其他構件的固定和運作。
1.2.2 水質監測支架
水質監測支架包括支撐柱和旋轉桿，其中支撐柱豎直設置在水漂浮平臺上，旋轉桿的一端連接著支撐柱頂部，保證能夠繞連接點進行萬向旋轉。其另一端設有第一光線檢測模塊，所述第一光線監測模塊通過所述旋轉桿的旋轉進出水體?？梢?，該水質監測支架在整個系統中主要起固定和連接各個部件的作用。
1.2.3 第一、第二光線監測模塊
第一、第二光線監測模塊運用了多通道數字光線傳感器的性質，具有監測紫外光、可見光、紅外光的能力，因此在直射陽光的監測環境下性能尤為卓越。其中第一光線監測模塊與水質監測支架上的旋轉桿相連，在旋轉桿旋轉時對水體內的水質進行監測。第二光線監測模塊則位于水漂浮臺上，設置于水體外，用于在外監測數據。這種光線監測模塊不僅可以利用光線傳播測量來提高監測效率，還在光譜監測范圍內提高了測量的準確性。
1.2.4 定位模塊
定位模塊主要運用了衛星監測系統，安裝在水漂浮平臺上，該模塊運用GPS系統對水漂浮平臺進行實時定位，并將定位信息以數據形式傳送給操作人和處理器，以進行后期控制其他裝置運行的操作。
1.2.5 處理器模塊
該處理模塊用于接收第一、第二光線監測模塊、水質檢測模塊的監測數據，對所接受數據進行系統分析和處理，并將所接收數據傳輸至其他裝置，進行后期的控制和其他裝置的運行。信息處理完畢后，處理器將根據定位模塊的定位數據進行水區域的目標鎖定，然后控制抽水裝置的進行。該處理器模塊可對所接受數據進行及時且針對性的反應。
1.2.6 無線通信模塊
無線通信模塊主要利用互聯網傳輸數據的快捷性和共享性，將處理器中所接收數據無線傳輸至其他裝置中。一定程度上提高了信息傳遞的速度和便捷性。
1.2.7 抽水裝置和水質監測模塊
該抽水裝置設置在水漂浮平臺上，用于抽取鎖定區域內的水樣，并將水體中的水注入水收集裝置中，所述水收集裝置內設有水質監測模塊，將對水體中污染物的種類、各類污染物濃度及變化以及水質狀況進行及時的監測，并將數據傳送至處理器中進行處理和統計。
1.3 系統的工作原理
?。?）可移動式監測。
該系統設有水漂浮平臺，所述水漂浮平臺通過錨鏈連接有錨，所述錨鏈纏繞在所述水漂浮平臺上的卷筒上，可通過該平臺上所設置的卷筒轉動驅動裝置進行系統位置的移動，使得監測裝置系統能在一定范圍內自由移動，進行大范圍水域的水體監測，省去了傳統人工水質監測工作因監測環境受限而帶來的麻煩。
?。?）可自主運行系統。
設置在旋轉桿進行水體內部數據監測的第一光線模塊和水漂浮平臺上進行水體外數據監測的第二光線模塊，將自主進行數據的捕捉，并通過水質監測模塊進行水質監測。隨后自主將所捕捉的數據傳送到處理器中，在處理器中運用大數據技術將所接受數據信息進行平臺化的統一分析與整理后，將啟用定位模塊的定位系統進行區域性水體范圍鎖定，并根據數據顯示控制抽水裝置的運行。其中，處理器模塊中所接受的數據也會自主通過無線通信模塊傳輸到其他的裝置中。 ?。?）大數據統計。
監測系統將分為各個單元，每一個監測系統位于不同的水域，檢測完畢后，將會把各單元數據進行平臺化整合。不同于傳統遙控數據處理的方式，大數據時代的遙測數據處理可在高效率的數據整合下一定程度地擴大測量范圍。
1.4 系統的實際應用
由于水資源關系到人類和生物的生存問題，又是環境改善的基礎，因此對于水質的及時監測和處理顯得非常重要且急迫。由此，“基于大數據的水質集散化監測系統”在現在和未來都有著很大的發展前景。
該系統可應用于工廠排污渠道、水庫、公園、湖泊等地方進行水質監測。其中，可該本系統的各個單元分放在不同工廠的排污系統中，進行實時性且精準性的排污水質的檢測與監測，并能夠及時反映工廠的排污程度是否滿足標準，有利于管理工廠的排污系統。
分放在各大水庫的單元則可以對全國不同地域的居民飲用水水質進行監測，此數據的實時統計有利于掌控居民飲用水的水質狀況，還有利于對突發水質變化進行及時的發現和處理。
另外，分放在公園及湖泊中的監測單元則可以對大面積的水域進行監測，合理利用大數據技術，構建數據平臺，將數據集散化處理，有利于分析水質變化及趨勢，方便對自然生態下的水質進行監管和維護。
2 設計研究方案
2.1 設計目標
該文設計的系統主要用于對不同水域的水體進行水質檢測和監測。以實現監測工作的自動化，從監測區域的自由化開始，再實現監測工作的自主化，以及數據處理的智能化和系統化。利用現有技術，提高水質監測系統的水平。
2.2 研究方法
該項目先提出理論構架和原理，再建立簡要模型進行實際實驗。通過對該系統的不斷調試和更新，并與傳統監測方式下的數據進行比對，逐漸調整并完善該系統的監測工作，并修正其工作的穩定性。
2.3 實驗方案及其可行性
?。?）實驗方案。
采用材質較為輕便但穩定的物質作為水漂浮平臺，該平臺由錨鏈與錨連接，底部和側面設有卷筒驅動裝置保證系統的移動性。以上構件由于需要長期處于水環境下，應考慮使用壽命問題。第一第二光線監測模塊則基于光線跟蹤原理，將其原理運用到現實中的碰撞監測技術中，利用不同光線與水體中不同物質的碰撞頻率不同，監測水體中的各物質及其濃度。將第一第二光線監測模塊分別固定在水體內外，將處理器和無線通信模塊固定水漂浮平臺上，其中，處理器與水漂浮平臺下的抽水裝置和水收集裝置相連接，以方便操控其運行。無線通信模塊位于頂部，以便與其他裝置進行無障礙數據傳輸。
?。?）方案可行性。
基于目前已有的水質監測技術以及大數據技術，該方案可以通過計算機語言編輯一個算法，讓所構建系統有一套基于傳統人工監測技術的監測方法，并可構建一個平臺來統一顯示數據及其變化趨勢。在目前物理與化學的研究基礎上，設計的移動式監測方法和光線監測的方法有著理論知識的保障?？傮w而言，該系統可以高效、自主且較為穩定地運行。
2.4 系統運行的預期成果
“基于大數據的空氣質量集散化監測系統”將廣泛應用到各領域的水環境中，從人們的飲用水到生態水環境，對不同水質進行實時監控，并反映給相關人員進行水質控制和調整，以及對突發情況的及時發現和處理。數據統計的顯示平臺將更直觀且客觀地向相關人員提供水質信息和變化，方便使用人員獲取信息并采取及時反應。并且該系統將大面積覆蓋水環境，減少傳統監測方式的人力及時間的投入。
2.5 設計創新點
該系統的創新點主要體現在其可移動性、利用光線監測技術進行監測以及利用大數據技術進行數據分析管理幾方面。
其中，為達到可移動性，該裝置設有卷筒驅動裝置和定位系統，通過人工對于水域目標的鎖定，控制該系統向目標點位的移動來進行針對性的水質監測。
光線監測技術則基于當今物理學中不同光線與水中不同物質碰撞的頻率不同，來監測水質中存在的不同物質及其含量。
利用大數據技術進行數據的平臺化分析和管理的創新點，充分將系統數據集散化，運用并行計算、分布式計算以及云計算相結合的方法，通過網絡連接各個分系統，運用多臺處理器對數據進行并行運算和處理，提高信息處理的效率并平衡一臺處理器處理信息時的負荷。對數據進行分析管理后，將其放入虛擬的云平臺上進行統一的管理，具有一定的靈活性和可靠性。
3 成果分析
該系統進行試用測驗后，在短時間內便得出了區域性水域的水質情況及較短時間內的變化及趨勢。測驗中，系統的結構和數據測量方面也具有一定的穩定性。測驗后，系統展示的監測數據具有比傳統人力監測系統更強的可觀性和系統性，為使用者根據數據結果采取相應的應對措施帶來便捷。
4 結語
在當今大數據時代的不斷發展下，新型技術不斷衍生而出，望該文所介紹的實用新型系統能夠較好地利用當今新型技術，對傳統水質監測系統進行改進和轉型，高效且精準地進行水質檢測與監測工作。
參考文獻
[1] 陳志毅.大數據技術在遙測數據處理中的應用展望[J].中國管理信息化，2019，22（5）：156-157.
[2] 王巖峰，許曉鳴，許曉音，等.集散化模型在計算機信息系統中的應用[J].基礎自動化，1995（2）：57-60.
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