阅读说明：本技术 一种地下水探测监控系统及探测监控方法 (A kind of underground water detection monitoring system and detection monitoring method ) 是由 李岩涛 韩琳 张慧 罗振江 郝杰 袁春鸿 于 2019-07-08 设计创作，主要内容包括：一种地下水探测监控系统及探测监控方法,方法包括在不加入干扰信号数据的预定周期内,分别采集探测参数数据和监控数据；对不加入干扰信号数据时采集的探测参数数据进行处理；在加入干扰信号数据的同一预定周期内,分别采集探测参数数据和监控数据；对加入干扰信号数据时采集的探测参数数据进行处理；比较分析计算得出的异常情况,如果异常情况的偏差符合标准,则进行异常确认,该方法监控全面,并且可以及时的反应监控情况,保证监控环境的稳定。(A kind of underground water detection monitoring system and detection monitoring method, method include acquiring detecting parameter data and monitoring data respectively in the predetermined period for being added without interference signal data；The detecting parameter data acquired when being added without interference signal data are handled；In the same predetermined period that interference signal data are added, detecting parameter data and monitoring data are acquired respectively；The detecting parameter data acquired when interference signal data are added are handled；The abnormal conditions that comparative analysis is calculated carry out abnormal confirmation if the deviation of abnormal conditions complies with standard, and this method monitoring comprehensively, and timely reaction monitoring situation, guarantee can monitor the stabilization of environment.)

一种地下水探测监控系统及探测监控方法

技术领域

本发明涉及地下水探测监控领域，具体涉及一种地下水探测监控系统及探测监控方法。

背景技术

地下水是水资源的重要组成部分，由于水量稳定，水质好，是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。当今对地下水文探测方法主要有遥感技术法，盐度法，放射元素法，工程物理勘探法等。探测时需要安装许多硬件设施，既耗资又费时。

地下水探测装置，是指通过相应的机械设备检测土壤中水流情况，从而进行水源有无的探测过程，在地下水探测过程中应用广泛且简单方便；现有的地下水探测装置主要包括利用磁、超声波等装置进行探测，也包括直接接触性的探测方式。

然后，目前随着科学技术的发展，地下水探测的方法开始变得更加的多样化和智能化，例如集成了多功能的地下水探测系统，其自身集成了通讯、探测、处理等多种方式，且形成一定的布置规模，还例如结合了物联网等多种新科技的方式实现的多功能探测系统。

现有技术中，申请号为CN201210454310的发明专利，公开了一种水环境物联网方法与装置，它设置自然水源物联网探测器，设置地包括地表水，江河，地下水，井水、暗河，监测水源水质，监测天然净化效果，设置水环境物联网探测器，设置地包括：河道、管道及水设施等的监测点上，监测流动水质，设置城镇供水物联网探测器，设置地点包括：饮用水源、工业用水、供水设施，监测人工净化水质，设置污染源物联网探测器，设置地点包括：污染物污水口，城镇居民生活污水口，工业废水口等，组成感知层即物联网传感器，网络层包括：无线传感器、无线网络传输，数据链路，传输到水环境物联网智能控制中心，它通过云计算中心进行数据处理，发出指令，实施智能实时监控水环境，形成良性水生态平衡，实现智慧水环境。

申请号为CN201810567829的发明专利，公开了一种地下空间环境监测网络，包括主节点计算机(16)，所述主节点计算机(16)与预设种类的多个传感器之间为无线信号连接：所述预设种类的多个传感器安装在地下空间(100)内铺设的热力管道(9)和供水管道(12)中以及地下空间的侧墙上；所述预设种类的多个传感器用于采集对应的地下空间的检测数据。本发明公开的一种便捷电池换装的地下空间环境监测网络，其可以安全、可靠地对地下管网的环境进行全方位的监测，能够减少地下管网的安全隐患，保证地下管网的安全使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。

在种地下水探测环境中，雨、风、雪等环境的变化，可能会出现探测温度异常、湿度过大、凝露等问题时，会引起电器元件的快速老化、锈蚀等问题，最不利情况是导致短路、接地故障等严重的设备故障。

对于现有集中这种集成智能的探测系统，其稳定性和探测环境的监控变的尤为重要，然后，现有技术中并没有这样的监控系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种地下水探测监控系统及探测监控方法，其监控全面，并且可以及时的反应监控情况，保证监控环境的稳定。

本发明提供了一种地下水探测监控方法，顺序的包括如下步骤：

1)在不加入干扰信号数据的预定周期内，分别采集探测参数数据和监控数据；

2)对不加入干扰信号数据时采集的探测参数数据进行处理，包括：

(2.1)将采集的探测参数数据汇总后形成数据采集表；

(2.2)通过分析数据采集表分析数据采集出现的异常情况：

3)在加入干扰信号数据的同一预定周期内，分别采集探测参数数据和监控数据；

4)对加入干扰信号数据时采集的探测参数数据进行处理，包括：

(4.1)将采集的探测参数数据汇总后形成数据采集表；

(4.2)通过分析数据采集表分析数据采集出现的异常情况：

5)比较步骤2)和3)中分别分析计算得出的异常情况，如果异常情况的偏差符合标准，则进行异常确认。

优选的方式中，所述步骤(2.2)中通过分析数据采集表分析数据采集出现的异常情况，具体为：

2.2.1)将在预定采样周期内采集的探测参数数据构成数据矩阵集，即D＝[D₁，D₂，D₃，D₄，P₁]，其中D₁-D₄分别代表电压、电流、电量、线损数据的集合，P₁代表干扰信号数据的集合；

2.2.2)对探测参数数据进行去噪处理，剔除超过第一噪声阈值的异常数据；

2.2.3)分别对D₁，D₂，D₃，D₄中的数据进行平均值的计算，得到对应的平均值d₁，d₂，d₃，d₄，然后将D₁，D₂，D₃，D₄中的对应数据D₁(i)，D₂(i)，D₃(i)，D₄(i)分别与d₁，d₂，d₃，d₄相减，得到对应的偏差值Δd₁(i)，Δd₂(i)，Δd₃(i)，Δd₄(i)；

2.2.4)按照偏差值Δd₁(i)，Δd₂(i)，Δd₃(i)，Δd₄(i)的大小，分别设置多个偏差范围，将偏差值落入对应偏差范围内对应的D₁，D₂，D₃，D₄中的数据分为一组，即D_j＝[a₁，…，a_m]，其中j＝1，2，3，4，m为对应的分组数，i为对应的数据编号；

2.2.5)在进行了分组以后，将各组数据进行归一化处理，具体的按照如下计算：

其中，对应的a_m(n)为对应组内的数据，为对应组内的数据的平均值，σ(a_m)为对应组内的数据的方差；

2.2.6)对归一化处理后的计算值配置关联因子β，通过P＝∑β·a计算得到对应组的P值，通过判断P值与参考值的偏差判断是否出现异常。

优选的方式中，所述关联因子β根据异常情况进行选择配置根据实际情况进行调整。

优选的方式中，所述步骤(4.2)中通过分析数据采集表分析数据采集出现的异常情况，具体为：

4.2.1)重新构成在同一预定周期内采集的探测参数数据的数据矩阵集，即D＝[D₁，D₂，D₃，D₄，P₁]，其中D₁-D₄分别代表电压、电流、电量、线损数据的集合，此处P₁代表对应加入的干扰信号数据集合；

4.2.2)对加入干扰信号数据时采集的探测参数数据进行去噪处理，剔除超过第二噪声阈值的异常数据；

4.2.3)分别对D₁，D₂，D₃，D₄中的数据进行平均值的计算，得到对应的平均值d₁，d₂，d₃，d₄，然后将D₁，D₂，D₃，D₄中的对应数据D₁(i)，D₂(i)，D₃(i)，D₄(i)分别与d₁，d₂，d₃，d₄相减，得到对应的偏差值Δd₁(i)，Δd₂(i)，Δd₃(i)，Δd₄(i)：

4.2.4)按照偏差值Δd₁(i)，Δd₂(i)，Δd₃(i)，Δd₄(i)的大小，分别设置多个偏差范围，将偏差值落入对应偏差范围内对应的D₁，D₂，D₃，D₄中的数据分为一组，即D_j＝[a₁，…，a_m]，其中j＝1，2，3，4，m为对应的分组数，i为对应的数据编号；

4.2.5)在进行了分组以后，将各组数据进行归一化处理，具体的按照如下计算：

其中，对应的a_m(n)为对应组内的数据，为对应组内的数据的平均值，σ(a_m)为对应组内的数据的方差；

4.2.6)对归一化处理后的计算值配置关联因子β，通过P＝∑β·a计算得到P值。

优选的方式中，所述步骤(5)中比较步骤2)和3)中分别分析计算得出的异常情况，如果异常情况的偏差符符合标准，则进行异常确认，具体为：通过比较加入干扰信号和没有加入干扰信号的P值的计算结果，如果两次偏差符合标准，则进行异常确认。

本发明还提供一种利用上述方法实现的地下水探测监控系统。

本发明的地下水探测监控系统及探测监控方法，可以实现：

1)通过对不加入和加入干扰信号时，异常情况的比较，根据偏差判断的符合标准，进一步进行了异常情况的确定，准确度高且及时，避免出现错误；

2)本发明通过通讯传输装置设置为多个输出端口，同时配置了对应的传输策略，根据采集数据情况实时的配置和更新传输策略，最大程度的利用传输端口，使得数据的传输效率明显提高。

附图说明

图1为地下水探测监控方法流程图；

图2为地下水探测监控系统原理图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种地下水探测监控系统及探测监控方法，可以使得能够实时的地下水探测系统的工作状态，以及周围环境的影响变化，可以在第一时间发现异常，不影响地下水探测系统的正常运行。

如附图1-2所示，分别是图1为地下水探测系统数据监测方法流程图和地下水探测监控系统原理图。如图所示，在对于地下水探测系统的监控部分包括了探测参数数据采集装置和监控数据采集装置。

其中探测参数数据采集装置用于对探测参数数据进行采集，例如电压、电流、电量、线损等，其设置的主要目的是对地下水探测系统的工作状态进行监控，从而可以实时的掌握地下水探测系统的工作状态，及时的发现问题。监控数据采集装置用于对地下水探测系统的环境数据进行采集，因为地下水探测系统的环境中会有很多情况发生，例如异常的温度、湿度变化等，会造成地下水探测系统设备的安全隐患，还例如因为地下水探测系统的环境非常复杂且异常，在环境中出现异常的人员可能会造成人员伤亡和设备损坏，这样需要对地下水探测系统的环境进行实时的监控，从而有效的掌握环境情况，及时的发现问题快速解决。具体的，监控数据采集装置可以包括温度传感装置，湿度传感装置，摄像装置，颗粒传感装置，优选的方式中，颗粒传感装置可以包括烟雾传感器。其中，探测参数指地下水探测系统工作时的测试用的探测参数，具体的指其工作时在自身检测点处测得的电压、电流、电量、线损等参数。

对于探测参数数据进行采集而言，其采集的数据汇总后成为数据采集表，通过分析数据表来分析数据采集的情况。在具体的实现过程中，探测参数数据采集装置主要用于采集电压、电流、电量、线损，在此基础上，本发明加入了对于干扰信号的施加和采集，以实现更进一步的验证过程。具体的，首先将在一定采样周期内采集的探测参数数据构成数据矩阵集，即D＝[D₁，D₂，D₃，D₄，P₁]，其中D₁-D₄分别代表电压、电流、电量、线损数据，P1代表对应加入的干扰信号数据，需要说明的是在标准数据的采样时刻(即不加入干扰信号数据的时刻)，对应的P₁可以为0，将其忽略。其次，对于相同的探测环境，采集到的探测参数数据会在一定的范围内波动，因此在没有加入干扰信号的情况下，对用探测参数数据进行采集后进行去噪处理，剔除超过第一噪声阈值的异常数据。之后，分别对D₁，D₂，D₃，D₄中的数据进行平均值的计算，得到对应的平均值d₁，d₂，d₃，d₄，然后将D₁，D₂，D₃，D₄中的数据D₁(i)，D₂(i)，D₃(i)，D₄(i)分别与d₁，d₂，d₃，d₄相减，得到对应的偏差值Δd₁(i)，Δd₂(i)，Δd₃(i)，Δd₄(i)；按照将偏差值Δd₁(i)，Δd₂(i)，Δd₃(i)，Δd₄(i)的大小，分别设置多个偏差范围，将偏差值落入偏差范围内的对应D₁，D₂，D₃，D₄中的数据分为一组，则D₁，D₂，D₃，D₄中的每一个对应的数据都按照其偏差值落入偏差范围被分进对应的组，即D_j＝[a₁，…，a_m]，其中j＝1，2，3，4，m为对应的分组数，i为对应的数据编号，j＝1，2，3，4。

在进行了分组以后，将各组数据进行归一化处理，具体的按照如下计算：

其中，对应的a_m(n)为对应组内的数据，为对应组内的数据的平均值，σ(a_m)为对应组内的数据的方差，这样也无需考虑量纲的问题，可以直接进行计算。

在进行归一化处理后，则可以对归一化处理后的计算值配置关联因子β，通过P＝∑β·a计算得到对应组的P值，通过判断P值与参考值的偏差判断是否出现异常。需要注意的是，关联因子β可以根据异常情况进行选择配置，并根据实际情况进行调整。

在此基础上，本发明加入了对于干扰信号的施加和采集，以实现更进一步的验证过程。在进行了没有加入干扰信号的情况下的处理后，加入预设的干扰信号，即对应的P₁不为0。那么重新构成了在一定采样周期内采集的探测参数数据构成数据矩阵集，即D＝[D₁，D₂，D₃，D₄，P₁]，其中D₁-D₄分别代表电压、电流、电量、线损数据，P1代表对应加入的干扰信号数据。其次，对于相同探测情况，采集到的探测参数数据会在一定的范围内波动，在加入干扰信号的情况下，探测参数数据数据会产生类同的数据变化，且因为干扰信号是实现设定的，其数据变化的规律是可以预期的。然后，对探测参数数据进行采集后进行去噪处理，剔除超过第二噪声阈值的异常数据。之后，分别对D₁，D₂，D₃，D₄中的数据进行平均值的计算，得到对应的平均值d₁，d₂，d₃，d₄，然后将D₁，D₂，D₃，D₄中的数据D₁(i)，D₂(i)，D₃(i)，D₄(i)分别与d₁，d₂，d₃，D₄相减，得到对应的偏差值Δd₁(i)，Δd₂(i)，Δd₃(i)，Δd₄(i)；按照将偏差值Δd₁(i)，Δd₂(i)，Δd₃(i)，Δd₄(i)的大小，分别设置多个偏差范围，将偏差值落入偏差范围内的对应D₁，D₂，D₃，D₄中的数据分为一组，则D₁，D₂，D₃，D₄中的每一个对应的数据都按照其偏差值落入偏差范围被分进对应的组，即D_j＝[a₁，…，a_m]，其中j＝1，2，3，4，m为对应的分组数，i为对应的数据编号，j＝1，2，3，4。

在进行了分组以后，将各组数据进行归一化处理，具体的按照如下计算：

其中，对应的a_m(n)为对应组内的数据，为对应组内的数据的平均值，σ(a_m)为对应组内的数据的方差，这样也无需考虑量纲的问题，可以直接进行计算。

在进行归一化处理后，则可以对归一化处理后的计算值配置关联因子β，通过P＝∑β·a计算得到P值。此时，加入干扰信号和没有加入干扰信号的P值计算结果是不同的，但是因为干扰信号是预期加入的，其对应的差异值是可以进行标准化的计算的，因此，将两次加入干扰信号和没有加入干扰信号的P值进行比较，如果两次偏差符合标准，则进行异常确认。

对于监控数据的采集而言，监控数据采集装置可以包括温度传感装置，湿度传感装置，摄像装置，颗粒传感装置，优选的方式中，颗粒传感装置可以包括烟雾传感器。对于监控数据的采集，通常需要进行实时的采集。而且，因此实时的采集是一个连续的过程，大量的数据需要进行采集，当数据量负荷过大的时候，会出现传输阻塞，即传输效率下降或者丢失的情况出现。本发明通过将温度传感装置，湿度传感装置，摄像装置，颗粒传感装置对应的采集数据进行分组，即将温度传感装置，湿度传感装置，摄像装置，颗粒传感装置对应的采集数据在数据处理器中进行处理，处理后将对应的采集数据按照类型和大小进行分组，将相同组的数据进行打包形成数据包，这样保证了各个数据包具有大致相同的数据量，同时处理模块计算当前时刻通讯传输装置的可用带宽、负载和时延数值，根据可用带宽、负载和时延数值配置传输策略，将传输策略配置于自身的内芯中进行存储。然后，查询前一时刻的缓存传输策略，比较当前时刻的传输策略和前一时刻的缓存传输策略，如果传输规则匹配，则依然按照前一时刻的传输策略将对应的采集数据包按照对应的输出端口进行传输，如果传输规则不匹配，则重新配置新的输出端口进行传输。具体的，匹配为通过下列方式计算匹配度：

其中，c为数据包中对应的数据总数，F₁为相同数据出现的次数，L为相同数据出现的最大值，当匹配度F(x)满足匹配条件时，则说明匹配成功。本发明通过通讯传输装置设置为多个输出端口，同时配置了对应的传输策略，根据采集数据情况实时的配置和更新传输策略，最大程度的利用传输端口，使得数据的传输效率明显提高。

数据通过分组处理后，按照传输策略向主控机传输，从而数据以并行且高效的方式快速传输至中控机进行监控。

尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。