城市河道污染水质环境嵌入式监测系统设计

时间：2024-07-28

范东平颜士博

（广东华南环境科技有限公司广东广州 510655）

1 研究背景

城市河流是保证城市水资源和工农业发展的必要水源，也是人类生存环境改善所必需的社会自然资源，作为一个农业大国，河流的水质及流量是促进我国经济发展的重要保证，但随着气候条件的变化和工业进程的不断加快，人口资源的持续快速增长给我国的河流发展带来了严峻的挑战，同时，受我国疾风气候的影响，水资源时空分布不均也给我国的经济发展带来了一定的阻碍，充分利用河流水资源是保证我国经济发展和气候条件稳定的重要途径，但从目前我国河流的环境发展情况来看，生活废水和工农业污水在河道中的任意排放给河流水质造成了严重的威胁，很多的重要河流都面临水体富营养化，重金属含量严重超标主要问题，直接造成了河道水生动植物的多样性下降，水体溶解氧和自净能力进一步降低，进一步加剧了我国淡水水质资源供不应求的紧张局面，因此，为了我国社会环境和用水安全的进一步可持续发展，对城市河流水质的环境监测便显得尤其重要。

其中，水质检测系统是保证我国河流水质持续稳定的重要检测手段，其主要原理是在河流的定点进行一定的水质检测，通过传感器能够对某一范围内河流的水质参数信息进行获取，从而能够实时、准确的对当地的水质状况进行评价，并根据往常的数据参数来预测未来的水质变化走向，这种实时检测系统目前已经广泛的应用于人们的日常生活以及工农业生产中，对我国各个行业的科学研究具有重要的参考价值。将其应用于城市河流水质的监测能够充分保障河流在流动体系中的水质稳定性，并对其重要的水质参数进行系统化分析，从而帮助一些突发的环境和水质污染事故提供重要的应急性检测数据，该系统对于城市河流的稳定化运行具有重要的实践价值

2 城市河道水质在线检测系统的设计

2.1 嵌入式检测系统的设计

2.1.1 嵌入式监测系统的设计优势

现阶段的额水质监测主要有基站式和流动式量大类型，其中，基站式是通过在河流的主干道设立固定的监测站来实现对水质的检测，具有自动化程度高，水质信息参数比较完善等优点，能够通过水质监测网络直观的反映每个监测点的水质情况，但这种方法具有造价高，且覆盖面不够全面等特点；流动式主要是人工监测水质的重要手段，其具有机动性强，相对灵活等优势，但同时也存在精度不高，无法对水质参数进行实时获取等不足。嵌入式水质监测系统能够完美的克服以上提到的一些不足，其利用传感器的灵敏功能能够很大程度提高监测的灵敏度，同时也具有造价成本低，功耗小等优势。

2.1.2 嵌入式水质监测系统的设计

嵌入式河道水质监测系统的工作原理主要是由传感器对水质的敏感程度来对水质信息进行采集和监测，并进一步将数据信息输入到嵌入式的开发板中进行处理，最后将处理之后的信息通过GPRS定位模块实现与远距离控制中心的传输和交互。

总体来说，该系统主要由三个部分组成：第一部分是水质传感器，是嵌入式水质监测系统的基础部分，该传感器能够通过与河道具体位置的水质进行接触实现对河道水质参数的敏感性监测，从而实现对河道水质污染情况的真实化反映，第二部分指的是嵌入式开发板，这是嵌入式水质监测系统的核心组成，该部分主要是依靠对传感器中的数据进行分析并进一步建立数据信息库来实现对水质的监测和分析，该部分中数据处理器的选择及其重要，它能够实现对水质参数不同程度的精细度分析，然后进一步进行数据模数的转换。

2.2 人工神经网络预测模型的基础研究

水质参数信息的监测和数据处理主要是通过嵌入式开发板来实现的，在嵌入式开发板中人工神经网络的构建与实现是数据处理的核心组件，他不仅能够通过采集到的水质数据对其潜在的河道水质污染特征进行系统化分析，还能够根据以往的数据信息来预测水质的下一步变化，能够有效的预防和减小河道水质污染带来的环境危害，因此，在嵌入式水质监测系统中人工神经网络模型的构建是城市河道水质污染分析的重要核心部分。

人工神经网络是一种应用于类似于大脑神经吐出联接的结构进行数据信息处理的数学模式，其在水质监测系统中的作用主要是通过分布式的处理器来实现的，该处理器是由简单的处理单元组成的，具有一定的经验积累和知识储存的特性。其设计原理主要依靠人类的大脑工作来进行的，主要有两个方面，一方面是人工神经网络可以通过对数据处理的学习和积累来从外部环境获得经验，另一方面是可以根据突触权值即互连神经元的联接强度来实现对知识的获取和存储功能，从而实现对信息数据的分析、积累和进一步获取。