[发明专利]一种污水智能监测系统

权利要求书

1.一种污水智能监测系统，其特征是，包括水质感知监测模块、远程通信模块和污水监测管理终端；所述的水质感知监测模块用于基于无线传感器网络采集现场水质感知数据，并将现场水质感知数据通过远程通信模块传送至污水监测管理终端；所述水质感知监测模块包括水质监测感知节点、簇头节点、基站；所述的水质监测感知节点用于采集设定污水监测区域内的现场水质感知数据，并将现场水质感知数据发送至所在簇的簇头节点；簇头节点用于接收簇内的水质监测感知节点发送的现场水质感知数据，并进行融合处理后发送至基站，进而由基站将处理后的现场水质感知数据通过远程通信模块上传至污水监测管理终端；簇内水质监测感知节点根据一定的概率轮流当选为簇头节点，具体为：

(1)确定簇内水质监测感知节点当选为簇头节点的概率：

式中，R_p表示簇内水质监测感知节点p当选为簇头节点的概率，U_p和M_p分别为p的当前剩余能量和在通信距离内的邻居水质监测感知节点数目，e为p所在簇内的其他水质监测感知节点，N_p为p所在簇内的水质监测感知节点数目，U_e和M_e分别为e的当前剩余能量和在通信距离内的邻居水质监测感知节点数目；

(2)概率最大的水质监测感知节点当选为簇头节点。

2.根据权利要求1所述的一种污水智能监测系统，其特征是，所述的污水监测管理终端包括水质感知数据接收模块、水质感知数据存储模块、水质感知数据处理模块、阈值数据库和异常数据显示模块；水质感知数据接收模块与远程通信模块连接，水质感知数据接收模块、水质感知数据存储模块、水质感知数据处理模块、阈值数据库依次连接，异常数据显示模块与水质感知数据处理模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种污水智能监测系统，其特征是，还包括智能终端，所述的智能终端与污水监测管理终端通信连接，阈值数据库存储有现场水质感知数据阈值，所述的水质感知数据处理模块将收到的现场水质感知数据与阈值数据库中的对应现场水质感知数据阈值进行比较，当现场水质感知数据超过对应现场水质感知数据阈值时向智能终端发送报警信号。

4.根据权利要求1所述的一种污水智能监测系统，其特征是，无线传感器网络在初始化时划分为多个簇，水质监测感知节点的通信距离在分簇前设置为：

式中，L_q表示水质监测感知节点q所设置的通信距离，g为设定的调节系数，D_max和D_min分别为传感器监测网络中水质监测感知节点离汇聚节点sink的最大距离和最小距离，D(q,sink)表示水质监测感知节点q离汇聚节点sink的距离，表示水质监测感知节点q能够设置的最大通信距离。

5.根据权利要求4所述的一种污水智能监测系统，其特征是，无线传感器网络在初始化时划分为多个簇，具体包括：

(1)将无线传感器网络中的水质监测感知节点进行初始化群落划分，得到初始化的群落结构，具体为：为无线传感器网络中的每个水质监测感知节点分配一个群落，则共有N个群落，对于每个水质监测感知节点，计算其与各邻居水质监测感知节点之间的连接强度，确定最大连接强度，若最大连接强度为0，则水质监测感知节点不动，若最大连接强度为正值，则将水质监测感知节点从所在群落移除，并将其加入到最大连接强度对应的邻居水质监测感知节点的群落中，重复该过程，直至群落不再变化，其中连接强度的计算公式定义为：

式中，W_ij表示水质监测感知节点i与其邻居水质监测感知节点j之间的连接强度，D_ij表示水质监测感知节点i与其邻居水质监测感知节点j之间距离，n_i为水质监测感知节点i的邻居水质监测感知节点数目，y(i,j)为设定的群落判定函数，若i,j属于同个群落，则y(i,j)＝0，若i,j属于不同的群落，则y(i,j)＝1；

(2)对于初始化的群落结构中的每个群落，计算群落与其邻居群落之间的相关程度，确定最大相关程度，若最大相关程度为负值，则该群落不动，若最大相关程度为正值，则将该群落加入到最大相关程度对应的群落中，重复该过程，直至群落中水质监测感知节点的组成不再变化，从而完成水质监测感知节点的分簇，其中相关程度的计算公式为：

式中，W_AB表示群落A与其邻居群落B之间的相关程度，D_ab表示群落A的水质监测感知节点与其邻居群落B的水质监测感知节点之间的距离，w_T为设定的相关程度阈值。