[發明專利]一種分布式多參數水質監測系統

在審

• 申請號: 201810275880.1
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108226436A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 楊金源
• 申請（專利權）人: 深圳智達機械技術有限公司
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18;G08C17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種分布式多參數水質監測系統，其特征是，包括廣泛分布于監測水域中的多個用于完成水質數據采集的水質監測傳感器，與所述水質監測傳感器通信連接、用于數據收集的通信網關，以及與所述通信網關相連接、用于數據處理及系統任務調度的云計算平臺，所述云計算平臺與多個所述通信網關匹配對應，每個所述通信網關均與多個所述水質監測傳感器匹配對應，所述水質監測傳感器、所述通信網關以及所述云計算平臺三者配合完成對監測水域的水質監測；所述云計算平臺包括任務劃分模塊、資源調度模塊和資源池；任務劃分模塊用于對任務進行切分，得到N個子任務；資源調度模塊用于將所述N個子任務分配給資源池中的n個計算節點進行處理。

2.根據權利要求1所述的一種分布式多參數水質監測系統，其特征是，所述水質監測傳感器包括浮標外殼，以及固定設置于所述浮標外殼底部的傳感器節點。

3.根據權利要求2所述的一種分布式多參數水質監測系統，其特征是，所述傳感器節點包括用于數據采集的數據采集單元，用于數據存儲及處理的數據處理單元，用于所述數據傳輸及交互的無線通信單元，以及用于為節點整體供電的電源單元，所述數據采集單元及所述無線通信單元均與所述數據處理單元電性連接并實現數據交互，所述數據采集單元、所述數據處理單元以及所述無線通信單元均與所述電源單元電性連接并由其供電。

4.根據權利要求3所述的一種分布式多參數水質監測系統，其特征是，所述數據采集單元為多參數水質傳感器。

5.根據權利要求1-4任一項所述的一種分布式多參數水質監測系統，其特征是，子任務分配的具體方案通過求解以下數學模型得到：

Subjet to

T_kx≤T_ky,k＝1,…,N

式中，T表示完成所述N個子任務消耗的時間，J為每個計算節點分配到的子任務數，為第i個計算節點完成第j個子任務的任務執行時間，為第i個計算節點完成第j個子任務的任務通信時間，為第i個計算節點完成第j個子任務的任務存儲時間，T_kx為第k個子任務的預計執行時間，T_ky為第k個子任務的期待執行時間。

6.根據權利要求5所述的一種分布式多參數水質監測系統，其特征是，結合遺傳算法和蟻群優化算法求解所述數學模型，具體為：

(1)采用間接編碼的方式，染色體的長度等于子任務的數量N，其中的基因與N個子任務一一對應，基因的值為該基因所對應的子任務占用的計算節點編號，定義遺傳算法的適應度函數Φ(l)為：

式中，T(l)表示當前種群中第l個染色體完成所述N個子任務消耗的時間，T(max)為當前染色體種群中所有染色體中T(l)的最大值，T(min)為當前染色體種群中所有染色體中T(l)的最小值，ρ為設定的調整系數；

(2)隨機生成初始染色體種群，對當前的染色體種群進行應用選擇、變異和交叉操作，直至當前染色體種群滿足預設的算法終止條件，生成遺傳算法的最優解；

(3)選取遺傳算法得到的最優解的前8％染色體作為遺傳優化解集合，將其轉化為蟻群算法中各節點信息素的初始值；

(4)將每個子任務模擬成一只螞蟻，每只螞蟻根據得到的排序后的概率值來選擇計算節點，其中在t時刻第α只螞蟻選擇計算節點β的概率的計算公式為：

式中，τ_β(t)為t時刻計算節點β的信息素濃度，τ_γ(t)為t時刻計算節點γ的信息素濃度，δ_β(t)為t時刻計算節點β的綜合處理能力，δ_γ(t)為t時刻計算節點γ的綜合處理能力，9代表計算節點信息素的重要程度，9代表計算節點綜合處理能力的重要程度；

(5)進行局部和全局的信息素的更新，根據每個任務分配結果求解上述數學模型，記錄當前最優解，對產生的當前最優解進行歸并，生成子任務分配的最優化方案。