本发明公开一种基于互联网的山水治理监管方法和系统；包括：步骤一、通过数据采集模块实时采集山水数据信息；步骤二、所述山水数据信息通过数据传输模块经由互联网传输至远程监控中心；步骤三、所述远程监控中心通过数据储存与分析模块储存并动态分析山水数据信息，所述山水数据信息参数高于和低于风险参数阈值则执行步骤四操作；步骤四、通过预警模块预测岩溶塌陷灾害发生的可能性、危害程度、影响范围和紧急程度，并基于所述预测结果分级预警；实现实时高精度采集山水数据信息；采用K‑均值与粗糙集算法结合设置风险参数阈值提高实测山水状况准确性。
1.一种基于互联网的山水治理监管方法，其特征在于：包括以下步骤：
在步骤一中，所述山水数据信息包括地下水水位变幅、地下水流速、地下水化学特征、地下水浑浊度参数、降水量、蒸发量、河道水情、潮汐水情、沙情或冰情，所述数据采集模块基于传感器采集系统实现山水数据信息采集和处理，所述传感器采集系统包括传感器单元、控制单元、信号调理和数模转换单元、网关单元以及电源单元；
步骤二、山水数据信息通过数据传输模块经由互联网传输至远程监控中心；所述远程监控中心设置有与数据采集模块相互交互的对话模块；所述对话模块用于提高远程监控中心的控制能力；
在步骤二中，所述数据传输模块通过STM32107嵌入式芯片控制无线数据传输电台传输数据，所述无线数据传输电台采用具有数字信号处理、数字调制解调、前向纠错和均衡软判决功能的频分双工工作方式；
步骤三、所述远程监控中心通过数据储存与分析模块储存并动态分析山水数据信息；
在步骤三中，所述数据储存与分析模块包括数据储存单元和数据分析单元，所述数据储存单元通过管理数据库SQL Server储存所述山水数据信息，所述数据分析单元采用ARM数据处理器评估岩溶塌陷灾害发生风险，所述ARM数据处理器基于数据动态变化和历史数据分析设置风险参数阈值，所述山水数据信息参数高于和低于风险参数阈值则执行步骤四操作；
其中远程监控中心通过设置24不间断模块经由互联网网络接收山水数据信息；24不间断模块包含数据过滤模块、网络协议转换模块、网络诊断模块、修复模块、可视化显示模块和监控数据信息输出模块，其中所述数据过滤模块的输出端与网络协议转换模块的输入端连接，所述网络协议转换模块的输出端与网络协议转换模块的输入端连接，网络协议转换模块的输出端与网络诊断模块的输入端连接，网络诊断模块的输出端与修复模块的输入端连接，所述修复模块的输出端与可视化显示模块的输入端连接，所述可视化显示模块的输出端与监控数据信息输出模块的输入端连接；其中：数据过滤模块包含协方差矩阵函数，网络协议转换模块为ET‑61850协议转换模块；
网络协议转换模块包括控制器和与所述控制器连接的逻辑控制器、消息过载监测模块、逻辑识别模块和信息进出状态判断模块；
修复模块包括自适应调节函数模型和协议接口转换模块；
可视化显示模块包括远程无线通信接口和与所述远程无线通信接口连接即时通信模块；
步骤四、通过预警模块预测岩溶塌陷灾害发生的可能性、危害程度、影响范围和紧急程度，并基于预测结果分级预警；
对山水治理过程中不同数据信息的数据采集时，可以采用无人机携带图像采集模块对不同区域的山水状况进行信息采集，也可以采用无人机组，通过调解不同无人机组的飞行模型和区域特点实现山水治理过程中的信息交互；
逻辑控制器具体而言通过网络通信编排或布局选择信息通道；
消息过载监测模块适用于无人机，在无人机组存在的情况下，或者互联网通信频率比较高的情况下，为了提高通信效率，提高数据通信能力；
逻辑识别模块具体而言将本身输出的数据信息与设置的阈值网络协议等数据信息进行对比、配比，以提高数据信息通信能力；
信息进出状态判断模块可以设置在移动记载中，或者设置在网络数据通信接收处，通过数据信息流量值分析移动机载在山水治理监管区域的信号和状态，通过设定时间区域内的信号变化判定移动信息流量的进出区域状态；比如预设定位误差阈值、边界点个数阈值、框定多边形区域的各边界线的宽度值以及各边界线的边界等数据信息，以提高网络数据信息监测能力；
网络协议转换模式识别模块通过RTU‑CAN网关、串口转CAN网关协议转换模块对输入到网络中的数据信息进行转换和识别，支持Modbus主站、从站、通用模式和自定义协议,兼容RTU和ASCII两种模式,有多种灵活的配置使用方式；比如将ModbusRTU‑CAN网关串口转CAN网关协议转换模块等不同的方式以提高数据计算和应用能力；
自适应调节函数模型通过设置预测数据信息，将预测数据信息输入到函数输入端，通过信息反馈校正，对输入的数据信息进行反馈校正，对获得的控制增量进行优化以获得最优的控制量；同时利用获取的数据信息的实际模型设计自适应观测器的参考模型，可调模型利用估计的检测到数据信息；
将模型预测控制器和模型参考自适应控制器，使用STM32CubeMX软件生成开发板底层配置代码，再将采用Matlab生成的控制算法c代码在STM32开发板进行算法验证，实现数据信息的验证；
协议接口转换模块，当ModbusRTU‑CAN网关串口通信能力不佳的情况下通过CAN网关协议实现信息转换与交互；
所述山水数据信息通过数据传输模块传输时通信信号受干扰损耗结果输出函数公式为：（1）
在公式（1）中，d为无线数据发送端到无线数据接收端的距离，18.6lgd为数据信息从无线数据发送端传输至无线数据接收端单位距离信号损耗量，f为数据传输模块内部接收到的电磁波，20lgf为数据信息从无线数据发送端传输至无线数据接收端的单位电磁波干扰量，41.6lgb为路径基础通信损耗量，Ploss(B)为通信信号路径损耗量，B为数据信息通信信号；
阴影衰落、快速衰竭、通信信号电缆损耗造成的通信信号损耗结果输出函数公式为：（2）
在公式（2）中， P（r B）为接收到的最小电平， P（t B）为系统内部发射的功率，G（t B）为系统发射的通信天线增益，G（T B）为系统接收的通信天线增益，P（1 B）为通信路径的信号损耗值，a为其它损耗值；
所述ARM数据处理器采用K‑均值与粗糙集算法结合设置风险参数阈值；
所述山水数据信息和历史数据信息分为有序四元组S={P，L，F，H}，其中P，L，F，H为非空有限对象集，山水数据信息实测定标值为i，在风险评估体系中，i指标的最小取值为0.1，类簇平均质心距离平均值Y的输出函数表达式为：（3）
在公式（3）中，pi为非空有限对象集P的随机选取量，ρ表示山水数据信息实测数据传输密度，fi表示非空有限对象集F的随机选取量，θ为与无线传感器原件匹配的山水数据信息测量参量，L为山水数据信息的非空有限对象集，l表示非空有限对象集L的随机选取量，h表示山水数据信息实时测度权限；
山水数据信息实时检测风险参数阈值设定输出函数公式为：
在公式（4）中，y0表示类簇平均质心距离初始测量平均值，yn表示类簇平均质心距离最终测量平均值，d表示实测山水数据信息的时序排列标准值，B（δ）为山水数据信息检测序列条件，所述山水数据信息检测序列条件B（δ）设定表达式定义为： （5）
在公式（5）中，β表示山水显示数据，δ表示无线传感器的实测数据，P，L，F，H为山水数据信息的非空有限对象集；
ARM数据处理器装配了Cortex‑X4系列的Stm32芯片，此芯片具有32位数据处理器内核，采用立式结构，它的发送指令和数据总协议相互独立，138个引脚，126个GPIO 口，16个定时、定位器，128个屏蔽信号器；所述传感器单元包括：反射超声波液位传感器EchoPod，用于监测地下水水位及变幅，所述反射超声波液位传感器EchoPod将被测点水位参量实时转变为电信号传输至控制单元；
水流量传感器YF‑S201，用于监测地下水流速，所述水流量传感器YF‑S201包括阀体、水流转子组件和霍尔传感器，所述水流转子组件带动磁性转子转动，所述霍尔传感器传输脉冲信号至控制单元；
浊度传感器TS‑300B，用于监测地下水浑浊度，所述浊度传感器TS‑300B通过透光率和散射率监测地下水浑浊程度，主控单元将传感器输出的电流信号转化为电压信号，所述电压信号通过STM32107单片机进行A/D数据处理；
环形电导率水质传感器TCS3000，用于监测地下水中的离子特征及离子浓度，所述环形电导率水质传感器TCS3000采用电阻测量法监测地下水化学特征，所述电阻测量法基于电解导电原理实现离子浓度测量；所述无线数据传输电台基于PXI总线系统实现不同频段射频信号通讯，所述PXI总线系统包括接收单元、激励器单元、功放单元、控制单元、电源单元和基带单元，无线数传设备包括PXI总线、零槽控制器、下变频器、正交下变频器、D/A转换器和上变频器，所述无线数传设备采用分块式硬件结构合成仪器；
所述管理数据库SQL Server用于储存、浏览、编辑、查询、输出和建模山水数据信息参数，所述山水数据信息通过主控单元录入到管理数据库SQL Server；所述ARM数据处理器通过CART算法与集成学习方法结合实现影响岩溶塌陷灾害的选择变量和参数估计，设所述山水数据信息参数为数据集D，将数据集D按照地下水水位变幅、地下水流速、地下水水化学特征和地下水浑浊度分为4类，所述山水数据信息参数属于第k分类的概率为Pk，k=1,2,3,4，概率分布的基尼指数输出公式为：（6）
在公式（6）中，Pk为所述山水数据信息参数属于第k分类的概率，Gini（D）为概率分布的基尼指数，所述数据集D的基尼指数输出公式为：(7)
在公式（7）中，|Ck|表示在数据集D中属于类别k的数据个数，1≤k≤4，根据特征A将所述数据集D划分为4个子数据集 ， ， ， 的基尼指数输出公式为：(8)
将子数据集分为n个子区间A1，A2，...，An，区间Aj产生输出Cj的函数表达式为：（9）
在公式（9）中，Cj为区间Aj上所有xi对应yi的均值，其中1≤j≤n，xi为造成岩溶塌陷灾害的自变量参数，yi为造成岩溶塌陷灾害的因变量参数，风险损失L的输出函数公式为：（10）
在公式（10）中，xi为造成岩溶塌陷灾害的自变量参数，yi为造成岩溶塌陷灾害的因变量参数；对话模块包括采集通信协议设置模块、采集指令控制模块、指令发射模块、指令接收模块和指令判定模块，其中所述采集通信协议设置模块用于设置数据采集模块实时采集山水数据信息类型；采集指令控制模块用于控制采集指令的接收与发射，指令发射模块用于发射传感器采集系统采集数据信息类型；指令接收模块用于接收传感器采集系统采集数据信息类型；指令判定模块用判断是否进行指令发射、接收以及传感器采集系统采集何种数据信息；
在公式（11）中， 表示指令判定模块的命令控制输出，x表示指令判定模块的命令控制类型，k表示传感器类型，其中 表示每次采集的数据容量，n表示采集到的数据次数，表示数据采集有效率， 表示两次采集数据信息的时间差， 表示采集的所有数据容量，j表示同步采集到的数据信息次数， 表示采集到的所有数据容量；
互联网信息采集模块，用于通过数据采集模块实时采集山水数据信息；
互联网数据传输系统，将山水数据信息通过数据传输模块经由互联网传输至远程监控中心；
分析模块，用于将远程监控中心通过数据储存与分析模块储存并动态分析山水数据信息；
预警系统，用于通过预警模块预测岩溶塌陷灾害发生的可能性、危害程度、影响范围和紧急程度，并基于预测结果分级预警；
其中所述互联网信息采集模块的输出端与互联网数据传输系统的输入端连接，所述互联网数据传输系统的输出端与分析模块的输入端连接，所述分析模块的输出端与预警系统的输入端连接。
一种基于互联网的山水治理监管方法和系统
技术领域
[0001] 本发明涉及监视技术领域，且更具体地涉及一种基于互联网的山水治理监管方法和系统。
背景技术
[0002] 山水林田湖草沙是相互依存、紧密联系的生命共同体，也是一项科学性很强的系统工程，需要遵循生态系统内在规律，体现区域特点，山水治理监管时，挖坑栽树、绿地等都是现有技术中行之有效的方式。但是在山水治理过程中，如何实现山水远程监管与管理是亟待解决的计算问题。
[0003] 针对上述问题，现有技术也进行了相关技术研究，其中专利号CN202210658859.6公开一种山水林田湖草综合地质碳汇监测系统，该系统首先构建基于生态位理论的风积沙区山水林田湖草生命共同体相关要素关系；其次进行开采沉陷的风积沙区山水林田湖草综合配置，通过这样的方案也进行了研究，其中方法包括(1)预测开采沉陷对地形的影响；(2)预测开采沉陷对地下潜水位的影响；最后按以下步骤具体治理：(1)树木的移植；(2)土壤种子库剥离与利用；(3)沉陷湿地预处理；(4)植被恢复；(5)耕地开发。这种方法通过山水林田湖草综合配置的方式提高了荒漠化防治，对山水林田湖草各生态要素进行优化配置，在一定程度上提高了优化配置治理区山水林田湖草各生态要素，促进风积沙区采煤沉陷地生态环境改善与提升。但是无法通过互联网的方式实现山水治理监管的远程数据信息处理。专利号CN202010451220.1公开一种基于耗水量的山水林田湖草各系统均衡的水资源配置方法，该方法充分考虑真实节水理念，基于山水林田湖草各系统的耗水现状与各系统水均衡的特性，在WACM4.0模型中加入基于耗水量的水资源配置模块，可以模拟分析山水林田湖草各系统的水分运动与耗水情况，计算可耗水量，模拟山水林田湖草系统综合治理与节水政策下如何分配可耗水量使得社会经济效益最大与节水量最大，有助于实现水资源合理配置与真实节水。但是仅仅是节水，针对山水治理状况，无法实现数据信息的远程监管，监视能力滞后。
发明内容
[0004] 针对上述技术的不足，本发明公开一种基于互联网的山水治理监管方法和系统，能够实现山水数据信息的实时采集监测，所述传感器单元采用多性能传感器组合监测地下水水位变幅、地下水流速、地下水化学特征、地下水浑浊度参数、降水量、蒸发量、河道水情、潮汐水情、沙情或冰情，实现实时高精度采集山水数据信息；采用K‑均值与粗糙集算法结合设置风险参数阈值提高实测山水状况准确性。通过设置对话模块大大提高了数据信息监控能力，从而提高了山水治理监管能力。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种基于互联网的山水治理监管方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一、通过数据采集模块实时采集山水数据信息；
[0008] 在步骤一中，所述山水数据信息包括地下水水位变幅、地下水流速、地下水化学特征、地下水浑浊度参数、降水量、蒸发量、河道水情、潮汐水情、沙情或冰情，所述数据采集模块基于传感器采集系统实现山水数据信息采集和处理，所述传感器采集系统包括传感器单元、控制单元、信号调理和数模转换单元、网关单元以及电源单元；
[0009] 步骤二、山水数据信息通过数据传输模块经由互联网传输至远程监控中心；所述远程监控中心设置有与数据采集模块相互交互的对话模块；所述对话模块用于提高远程监控中心的控制能力；
[0010] 在步骤二中，所述数据传输模块通过STM32107嵌入式芯片控制无线数据传输电台传输数据，所述无线数据传输电台采用具有数字信号处理、数字调制解调、前向纠错和均衡软判决功能的频分双工工作方式；
[0011] 步骤三、所述远程监控中心通过数据储存与分析模块储存并动态分析山水数据信息；
[0012] 在步骤三中，所述数据储存与分析模块包括数据储存单元和数据分析单元，所述数据储存单元通过管理数据库SQL Server储存所述山水数据信息，所述数据分析单元采用ARM数据处理器评估岩溶塌陷灾害发生风险，所述ARM数据处理器基于数据动态变化和历史数据分析设置风险参数阈值，所述山水数据信息参数高于和低于风险参数阈值则执行步骤四操作；
[0013] 其中远程监控中心通过设置24不间断模块经由互联网网络接收山水数据信息；24不间断模块包含数据过滤模块、网络协议转换模块、网络诊断模块、修复模块、可视化显示模块和监控数据信息输出模块，其中所述数据过滤模块的输出端与网络协议转换模块的输入端连接，所述网络协议转换模块的输出端与网络协议转换模块的输入端连接，网络协议转换模块的输出端与网络诊断模块的输入端连接，网络诊断模块的输出端与修复模块的输入端连接，所述修复模块的输出端与可视化显示模块的输入端连接，所述可视化显示模块的输出端与监控数据信息输出模块的输入端连接；其中：
[0014] 数据过滤模块包含协方差矩阵函数，网络协议转换模块为ET‑61850协议转换模块；
[0015] 网络协议转换模块包括控制器和与所述控制器连接的逻辑控制器、消息过载监测模块、逻辑识别模块和信息进出状态判断模块；
[0016] 网络诊断模块包括网络协议转换模式识别模块；
[0017] 修复模块包括自适应调节函数模型和协议接口转换模块；
[0018] 可视化显示模块包括远程无线通信接口和与所述远程无线通信接口连接即时通信模块；
[0019] 监控数据信息输出模块包括共享数据接口；
[0020] 步骤四、通过预警模块预测岩溶塌陷灾害发生的可能性、危害程度、影响范围和紧急程度，并基于所述预测结果分级预警。
[0021] 作为本发明的进一步方案，所述传感器单元包括以下部分：
[0022] （1）反射超声波液位传感器EchoPod：用于监测地下水水位及变幅，所述反射超声波液位传感器EchoPod将被测点水位参量实时转变为电信号传输至控制单元；
[0023] （2）水流量传感器YF‑S201：用于监测地下水流速，所述水流量传感器YF‑S201包括阀体、水流转子组件和霍尔传感器，所述水流转子组件带动磁性转子转动，所述霍尔传感器传输脉冲信号至控制单元；
[0024] （3）浊度传感器TS‑300B：用于监测地下水浑浊度，所述浊度传感器TS‑300B通过透光率和散射率监测地下水浑浊程度，主控单元将传感器输出的电流信号转化为电压信号，所述电压信号通过STM32107单片机进行A/D数据处理；
[0025] （4）环形电导率水质传感器TCS3000：用于监测地下水中的离子特征及离子浓度，所述环形电导率水质传感器TCS3000采用电阻测量法监测地下水化学特征，所述电阻测量法基于电解导电原理实现离子浓度测量。
[0026] 作为本发明的进一步方案，所述无线数据传输电台基于PXI总线系统实现不同频段射频信号通讯，所述PXI总线系统包括接收单元、激励器单元、功放单元、控制单元、电源单元和基带单元，无线数传设备包括PXI总线、零槽控制器、下变频器、正交下变频器、D/A转换器和上变频器，所述无线数传设备采用分块式硬件结构合成仪器。
[0027] 作为本发明的进一步方案，所述山水数据信息通过数据传输模块传输时通信信号受干扰损耗结果输出函数公式为：
[0028] （1）
[0029] 在公式（1）中，d为无线数据发送端到无线数据接收端的距离，18.6lgd为数据信息从无线数据发送端传输至无线数据接收端单位距离信号损耗量，f为数据传输模块内部接收到的电磁波，20lgf为数据信息从无线数据发送端传输至无线数据接收端的单位电磁波干扰量，41.6lgb为路径基础通信损耗量，Ploss(B)为通信信号路径损耗量，B为数据信息通信信号；
[0030] 阴影衰落、快速衰竭、通信信号电缆损耗造成的通信信号损耗结果输出函数公式为：
[0031] Pr（B）= Pt（B）+Gt（B） + GT（B）‑ P（1 B）‑a（2）
[0032] 在公式（2）中， Pr（B）为接收到的最小电平， P（t B）为系统内部发射的功率，Gt（B）为系统发射的通信天线增益，GT（B）为系统接收的通信天线增益，P（1 B）为通信路径的信号损耗值，a为其它损耗值。
[0033] 作为本发明的进一步方案，所述ARM数据处理器采用K‑均值与粗糙集算法结合设置风险参数阈值；
[0034] 所述山水数据信息和历史数据信息分为有序四元组S={P，L，F，H}，其中P，L，F，H为非空有限对象集，山水数据信息实测定标值为i，在风险评估体系中，i指标的最小取值为0.1，类簇平均质心距离平均值Y的输出函数表达式为：
[0035] （3）
[0036] 在公式（3）中，pi为非空有限对象集P的随机选取量，ρ表示山水数据信息实测数据传输密度，fi表示非空有限对象集F的随机选取量，θ为与无线传感器原件匹配的山水数据信息测量参量，L为山水数据信息的非空有限对象集，l表示非空有限对象集L的随机选取量，h表示山水数据信息实时测度权限；
[0037] 山水数据信息实时检测风险参数阈值设定输出函数公式为：
[0038] （4）
[0039] 在公式（4）中，y0表示类簇平均质心距离初始测量平均值，yn表示类簇平均质心距离最终测量平均值，d表示实测山水数据信息的时序排列标准值，B（δ）为山水数据信息检测序列条件，所述山水数据信息检测序列条件B（δ）设定表达式定义为：
[0040] （5）
[0041] 在公式（5）中，β表示山水显示数据，δ表示无线传感器的实测数据，P，L，F，H为山水数据信息的非空有限对象集。
[0042] 作为本发明的进一步方案，所述管理数据库SQL Server用于储存、浏览、编辑、查询、输出和建模山水数据信息参数，所述山水数据信息通过主控单元录入到所述管理数据库SQL Server。
[0043] 作为本发明的进一步方案，所述ARM数据处理器通过CART算法与集成学习方法结合实现影响岩溶塌陷灾害的选择变量和参数估计，设所述山水数据信息参数为数据集D，将数据集D按照地下水水位变幅、地下水流速、地下水水化学特征和地下水浑浊度分为4类，所述山水数据信息参数属于第k分类的概率为Pk，k=1,2,3,4，概率分布的基尼指数输出公式为：
[0044] （6）
[0045] 在公式（6）中，Pk为所述山水数据信息参数属于第k分类的概率，Gini（D）为概率分布的基尼指数，所述数据集D的基尼指数输出公式为：
[0046] (7)
[0047] 在公式（7）中，|Ck|表示在数据集D中属于类别k的数据个数，1≤k≤4，根据特征A将所述数据集D划分为4个子数据集 ， ， ， 的基尼指数输出公式为：
[0048] (8)
[0049] 将子数据集分为n个子区间A1，A2，...，An，区间Aj产生输出Cj的函数表达式为：
[0050] （9）
[0051] 在公式（9）中，Cj为区间Aj上所有xi对应yi的均值，其中1≤j≤n，xi为造成岩溶塌陷灾害的自变量参数，yi为造成岩溶塌陷灾害的因变量参数，风险损失L的输出函数公式为：
[0052] （10）
[0053] 在公式（10）中，xi为造成岩溶塌陷灾害的自变量参数，yi为造成岩溶塌陷灾害的因变量参数。
[0054] 作为本发明进一步的实施例，对话模块包括采集通信协议设置模块、采集指令控制模块、指令发射模块、指令接收模块和指令判定模块，其中所述采集通信协议设置模块用于设置数据采集模块实时采集山水数据信息类型；采集指令控制模块用于控制采集指令的接收与发射，指令发射模块用于发射传感器采集系统采集数据信息类型；指令接收模块用于接收传感器采集系统采集数据信息类型；指令判定模块用判断是否进行指令发射、接收以及传感器采集系统采集何种数据信息。
[0055] 作为本发明进一步的实施例，对话模块包括采集通信协议设置模块、采集指令控制模块、指令发射模块、指令接收模块和指令判定模块，其中所述采集通信协议设置模块用于设置数据采集模块实时采集山水数据信息类型；采集指令控制模块用于控制采集指令的接收与发射，指令发射模块用于发射传感器采集系统采集数据信息类型；指令接收模块用于接收传感器采集系统采集数据信息类型；指令判定模块用判断是否进行指令发射、接收以及传感器采集系统采集何种数据信 作为本发明进一步的实施例，指令判定模块的命令控制公式为：
[0056] （11）
[0057] 在公式（11）中， 表示指令判定模块的命令控制输出，x表示指令判定模块的命令控制类型，k表示传感器类型，其中 表示每次采集的数据容量，n表示采集到的数据次数，表示数据采集有效率， 表示两次采集数据信息的时间差， 表示采集的所有数据容量，j表示同步采集到的数据信息次数， 表示采集到的所有数据容量。
[0058] 本发明还采用以下技术方案：
[0059] 一种基于互联网的山水治理监管方法的系统，其中包括：
[0060] 互联网信息采集模块，用于通过数据采集模块实时采集山水数据信息；
[0061] 互联网数据传输系统，将山水数据信息通过数据传输模块经由互联网传输至远程监控中心；
[0062] 分析模块，用于将远程监控中心通过数据储存与分析模块储存并动态分析山水数据信息；
[0063] 预警系统，用于通过预警模块预测岩溶塌陷灾害发生的可能性、危害程度、影响范围和紧急程度，并基于预测结果分级预警；
[0064] 其中所述互联网信息采集模块的输出端与互联网数据传输系统的输入端连接，所述互联网数据传输系统的输出端与分析模块的输入端连接，所述分析模块的输出端与预警系统的输入端连接。
[0065] 本发明区别于现有技术积极有益效果在于：
[0066] 本发明能够实现山水数据信息的实时采集监测，所述传感器单元采用多性能传感器组合监测地下水水位变幅、地下水流速、地下水化学特征、地下水浑浊度参数、降水量、蒸发量、河道水情、潮汐水情、沙情或冰情，实现实时高精度采集山水数据信息；采用K‑均值与粗糙集算法结合设置风险参数阈值提高实测山水状况准确性。
[0067] 本发明通过设置包括采集通信协议设置模块、采集指令控制模块、指令发射模块、指令接收模块和指令判定模块的对话模块对数据采集模块进行山水数据信息实时采集；大大提高了远程数据信息监控能力，在包括地下水水位变幅、地下水流速、地下水化学特征、地下水浑浊度参数、降水量、蒸发量、河道水情、潮汐水情、沙情或冰情监测中以提高数据采集能力。
附图说明
[0068] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅1仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
[0069] 图1为本发明一种基于互联网的山水治理监管方法和系统的整体架构示意图；
[0070] 图2为本发明一种基于互联网的山水治理监管方法和系统的系统结构示意图；
[0071] 图3为本发明一种基于互联网的山水治理监管方法和系统中数据采集模块架构示意图；
[0072] 图4为本发明一种基于互联网的山水治理监管方法和系统中A/D转换原理架构示意图。
[0073] 图5为本发明一种基于互联网的山水治理监管方法和系统中24不间断模块的原理示意图。
具体实施方式
[0074] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0075] 一种基于互联网的山水治理监管方法和系统，包括以下步骤：
[0076] 步骤一、通过数据采集模块实时采集山水数据信息；
[0077] 在步骤一中，所述山水数据信息包括地下水水位变幅、地下水流速、地下水化学特征、地下水浑浊度参数、降水量、蒸发量、河道水情、潮汐水情、沙情或冰情，所述数据采集模块基于传感器采集系统实现山水数据信息采集和处理，所述传感器采集系统包括传感器单元、控制单元、信号调理和数模转换单元、网关单元以及电源单元；
[0078] 步骤二、山水数据信息通过数据传输模块经由互联网传输至远程监控中心；所述远程监控中心设置有与数据采集模块相互交互的对话模块；所述对话模块用于提高远程监控中心的控制能力；
[0079] 在步骤二中，所述数据传输模块通过STM32107嵌入式芯片控制无线数据传输电台传输数据，所述无线数据传输电台采用具有数字信号处理、数字调制解调、前向纠错和均衡软判决功能的频分双工工作方式；
[0080] 步骤三、所述远程监控中心通过数据储存与分析模块储存并动态分析山水数据信息；
[0081] 在步骤三中，所述数据储存与分析模块包括数据储存单元和数据分析单元，所述数据储存单元通过管理数据库SQL Server储存所述山水数据信息，所述数据分析单元采用ARM数据处理器评估岩溶塌陷灾害发生风险，所述ARM数据处理器基于数据动态变化和历史数据分析设置风险参数阈值，所述山水数据信息参数高于和低于风险参数阈值则执行步骤四操作；
[0082] 其中远程监控中心通过设置24不间断模块经由互联网网络接收山水数据信息；24不间断模块包含数据过滤模块、网络协议转换模块、网络诊断模块、修复模块、可视化显示模块和监控数据信息输出模块，其中所述数据过滤模块的输出端与网络协议转换模块的输入端连接，所述网络协议转换模块的输出端与网络协议转换模块的输入端连接，网络协议转换模块的输出端与网络诊断模块的输入端连接，网络诊断模块的输出端与修复模块的输入端连接，所述修复模块的输出端与可视化显示模块的输入端连接，所述可视化显示模块的输出端与监控数据信息输出模块的输入端连接；其中：
[0083] 数据过滤模块包含协方差矩阵函数，网络协议转换模块为ET‑61850协议转换模块；具体而言，可将PPI/MPI协议转换为标准RJ45工业互联网网络接口，协议包括Modbus/TCP、OPC‑UA、Profinet协议，实现对山水治理过程中不同数据信息的数据采集。
[0084] 网络协议转换模块包括控制器和与所述控制器连接的逻辑控制器、消息过载监测模块、逻辑识别模块和信息进出状态判断模块；
[0085] 网络诊断模块包括网络协议转换模式识别模块；
[0086] 修复模块包括自适应调节函数模型和协议接口转换模块；
[0087] 可视化显示模块包括远程无线通信接口和与所述远程无线通信接口连接即时通信模块；
[0088] 监控数据信息输出模块包括共享数据接口；
[0089] 步骤四、通过预警模块预测岩溶塌陷灾害发生的可能性、危害程度、影响范围和紧急程度，并基于所述预测结果分级预警。
[0090] 在上述实施例中，协方差矩阵函数通过将网络监控数据信息中任意两个随机变量的协方差，以实时计算网络数据信息传递过程中两个随机变量传递过程中的分散程度。两个随机变量的协方差反映了这两个随机变量一致的分散程度有多大。比如将监测到不同数据信息通过这种形式继表达出来 ，以提高数据信息通信和监控、应用能力。其中X、Y、Z分别表示网络监控数据信息中不同类型数据信息。在具体应用中，数据过滤模块包含与多个变量相关的方差和协方差。矩阵的对角元素包含变量的方差，非对角元素包含所有可能的变量对之间的协方差。通过这种方式计算网络数据通信估计量的标准误差或估计量的函数。
[0091] 具体实施例中，对山水治理过程中不同数据信息的数据采集时，可以采用无人机携带图像采集模块对不同区域的山水状况进行信息采集，也可以采用无人机组，通过调解不同无人机组的飞行模型和区域特点实现山水治理过程中的信息交互。
[0092] 逻辑控制器具体而言通过网络通信编排或则布局，以选择何种信息通道。
[0093] 消息过载监测模块适用于无人机，在无人机组存在的情况下，或者互联网通信频率比较高的情况下，为了提高通信效率，提高数据通信能力。逻辑识别模块具体而言将本身输出的数据信息与设置的阈值网络协议等数据信息进行对比、配比，以提高数据信息通信能力。
[0094] 信息进出状态判断模块在具体实施例中可以设置移动记载中，或者设置在网络数据通信接收处，通过数据信息流量值分析移动机载在山水治理监管区域的信号和状态，通过设定时间区域内的信号变化判定移动信息流量的进出区域状态。比如预设定位误差阈值、边界点个数阈值、框定多边形区域的各边界线的宽度值以及各边界线的边界等数据信息，以提高网络数据信息监测能力。
[0095] 网络协议转换模式识别模块具体应用中比如通过RTU‑CAN网关、串口转CAN网关协议转换模块等对输入到网络中的数据信息进行转换和识别，具体实施例中，支持Modbus主站、从站、通用模式和自定义协议,兼容RTU和ASCII两种模式,有多种灵活的配置使用方式等。比如将ModbusRTU‑CAN网关串口转CAN网关协议转换模块等不同的方式以提高数据计算和应用能力。
[0096] 自适应调节函数模型比如通过设置预测数据信息，将预测数据信息输入到函数输入端，通过信息反馈校正，对输入的数据信息进行反馈校正，对获得的控制增量进行优化以获得最优的控制量。同时利用获取的数据信息的实际模型设计自适应观测器的参考模型，可调模型利用估计的检测到数据信息。这种方式适用于网络通信不佳状态下，或者根据用户选择数据传输流量，以选择不同数据通信模式
[0097] 将设计的模型预测控制器和模型参考自适应控制器，在具体实施例中使用STM32CubeMX软件生成开发板底层配置代码，再将采用Matlab生成的控制算法c代码在STM32开发板进行算法验证。通过方法实现数据信息的验证。
[0098] 协议接口转换模块比如在具体应用中，ModbusRTU‑CAN网关串口通信能力不佳，难以满足当前需求，这种情况下通过CAN网关协议实现信息转换与交互。
[0099] 在具体实施例中，网络协议转换模块包括控制器和与所述控制器连接的逻辑控制器、消息过载监测模块、逻辑识别模块和信息进出状态判断模块；
[0100] 具体实施例中，网络诊断模块包括网络协议转换模式识别模块；比如在主控模块控制下，将不同的协议与标准通信协议进行对比分析，以提高协议通信识别能力，当通信过程中的信息与传输信息一致时，则输出相同的通信协议，当通信过程中的信息与传输信息不一致时，则意味着重新输入新型数据信息。
[0101] 自适应调节函数模型具体而言通过调节输出的信息流量，再根据用户需求和流量特征实现自适应调节。协议接口转换模块通过转换控制按照通讯过程中的不同协议类型进行数据通信转换。
[0102] 具体实施例中，通过设置远程无线通信接口和与所述远程无线通信接口连接即时通信模块实现远程数据信息交互。这种方式可以通过地面数据信息传输或者机载数据信息，设置远程通信中继，都可以实现。
[0103] 共享数据接口比如通过区块链接口或者互联网接口，以实现不同类型数据信息的通信。
[0104] 在上述实施例中，所述传感器单元包括以下部分：
[0105] （1）反射超声波液位传感器EchoPod：用于监测地下水水位及变幅，所述反射超声波液位传感器EchoPod将被测点水位参量实时转变为电信号传输至控制单元；
[0106] （2）水流量传感器YF‑S201：用于监测地下水流速，所述水流量传感器YF‑S201包括阀体、水流转子组件和霍尔传感器，所述水流转子组件带动磁性转子转动，所述霍尔传感器传输脉冲信号至控制单元；
[0107] （3）浊度传感器TS‑300B：用于监测地下水浑浊度，所述浊度传感器TS‑300B通过透光率和散射率监测地下水浑浊程度，主控单元将传感器输出的电流信号转化为电压信号，所述电压信号通过STM32107单片机进行A/D数据处理；
[0108] （4）环形电导率水质传感器TCS3000：用于监测地下水中的离子特征及离子浓度，所述环形电导率水质传感器TCS3000采用电阻测量法监测地下水化学特征，所述电阻测量法基于电解导电原理实现离子浓度测量。
[0109] 在具体实施例中，首先对模拟输出的传感器信号进行适当的调理如放大滤波，然后FPGA通过控制具有16 bit的高精度模数转换芯片AD7616对于4路的模拟信号进行采样，并将其转换为数字量，同时将4路输出数字量的传感器通过相应的转换输人到控制芯片中，以实现同步采样，最后FPGA将采集到的数据进行相应的编帧，然后发送到无线传输模块或存储到备份存储模块中，同时FPGA将采到的传感器数据进行判别，程序中设定每种传感器的阈值当采集到的传感器数据达到各自设定的阈值时，控制声光报警器开始报警。
[0110] 在上述实施例中，所述无线数据传输电台基于PXI总线系统实现不同频段射频信号通讯，所述PXI总线系统包括接收单元、激励器单元、功放单元、控制单元、电源单元和基带单元，无线数传设备包括PXI总线、零槽控制器、下变频器、正交下变频器、D/A转换器和上变频器，所述无线数传设备采用分块式硬件结构合成仪器。
[0111] 在具体工作中，电源单元向不同的模块提供工作电压和电流，将控制单元与接收单元、激励器单元、功放单元、电源单元和基带单元连接，以提高无线数据信息交互能力。
[0112] 在具体实施例中，无线数传通过移动、联通和电信4G/3G/2G的通信网络实现了串口设备与服务器之间、串口设备与串口设备之间的双向、透明、无线传输，无线数传模块具有使用简单、USB/蓝牙设参、远程维护等特点，通过云平台转发、协议开发包、网络转串口工具等可轻松开发用户监控软件或对接第三方应用平台。
[0113] 在上述实施例中，所述山水数据信息通过数据传输模块传输时通信信号受干扰损耗结果输出函数公式为：
[0114] （1）
[0115] 在公式（1）中，d为无线数据发送端到无线数据接收端的距离，18.6lgd为数据信息从无线数据发送端传输至无线数据接收端单位距离信号损耗量，f为数据传输模块内部接收到的电磁波，20lgf为数据信息从无线数据发送端传输至无线数据接收端的单位电磁波干扰量，41.6lgb为路径基础通信损耗量，Ploss(B)为通信信号路径损耗量，B为数据信息通信信号；
[0116] 阴影衰落、快速衰竭、通信信号电缆损耗造成的通信信号损耗结果输出函数公式为：
[0117] Pr（B）= Pt（B）+Gt（B） + GT（B）‑ P（1 B）‑a（2）
[0118] 在公式（2）中， Pr（B）为接收到的最小电平， P（t B）为系统内部发射的功率，Gt（B）为系统发射的通信天线增益，GT（B）为系统接收的通信天线增益，P（1 B）为通信路径的信号损耗值，a为其它损耗值。
[0119] 在上述实施例中，所述ARM数据处理器采用K‑均值与粗糙集算法结合设置风险参数阈值；
[0120] 所述山水数据信息和历史数据信息分为有序四元组S={P，L，F，H}，其中P，L，F，H为非空有限对象集，山水数据信息实测定标值为i，在风险评估体系中，i指标的最小取值为0.1，类簇平均质心距离平均值Y的输出函数表达式为：
[0121] （3）
[0122] 在公式（3）中，pi为非空有限对象集P的随机选取量，ρ表示山水数据信息实测数据传输密度，fi表示非空有限对象集F的随机选取量，θ为与无线传感器原件匹配的山水数据信息测量参量，L为山水数据信息的非空有限对象集，l表示非空有限对象集L的随机选取量，h表示山水数据信息实时测度权限；
[0123] 山水数据信息实时检测风险参数阈值设定输出函数公式为：
[0124] （4）
[0125] 在公式（4）中，y0表示类簇平均质心距离初始测量平均值，yn表示类簇平均质心距离最终测量平均值，d表示实测山水数据信息的时序排列标准值，B（δ）为山水数据信息检测序列条件，所述山水数据信息检测序列条件B（δ）设定表达式定义为：
[0126] （5）
[0127] 在公式（5）中，β表示山水显示数据，δ表示无线传感器的实测数据，P，L，F，H为山水数据信息的非空有限对象集。
[0128] 在具体实施例中，ARM数据处理器装配了Cortex‑X4系列的Stm32芯片，此装片具有32位数据处理器内核，采用立式结构，它的发送指令和数据总协议相互独立，138个引脚，
126个GPIO 口，16个定时、定位器，128个屏蔽信号器，这样的装配更有利于通信、协议等方面的运作。
[0129] 在上述实施例中，所述管理数据库SQL Server用于储存、浏览、编辑、查询、输出和建模山水数据信息参数，所述山水数据信息通过主控单元录入到所述管理数据库SQL Server。
[0130] 在具体实施例中，管理数据库SQL Server是一个可扩展的、高性能的、为分布式客户机/服务器计算所设计的数据库管理系统，实现了与WindowsNT的有机结合。
[0131] 在上述实施例中，所述ARM数据处理器通过CART算法与集成学习方法结合实现影响岩溶塌陷灾害的选择变量和参数估计，设所述山水数据信息参数为数据集D，将数据集D按照地下水水位变幅、地下水流速、地下水水化学特征和地下水浑浊度分为4类，所述山水数据信息参数属于第k分类的概率为Pk，k=1,2,3,4，概率分布的基尼指数输出公式为：
[0132] （6）
[0133] 在公式（6）中，Pk为所述山水数据信息参数属于第k分类的概率，Gini（D）为概率分布的基尼指数，所述数据集D的基尼指数输出公式为：
[0134] (7)
[0135] 在公式（7）中，|Ck|表示在数据集D中属于类别k的数据个数，1≤k≤4，根据特征A将所述数据集D划分为4个子数据集 ， ， ， 的基尼指数输出公式为：
[0136] (8)
[0137] 将子数据集分为n个子区间A1，A2，...，An，区间Aj产生输出Cj的函数表达式为：
[0138] （9）
[0139] 在公式（9）中，Cj为区间Aj上所有xi对应yi的均值，其中1≤j≤n，xi为造成岩溶塌陷灾害的自变量参数，yi为造成岩溶塌陷灾害的因变量参数，风险损失L的输出函数公式为：
[0140] （10）
[0141] 在公式（10）中，xi为造成岩溶塌陷灾害的自变量参数，yi为造成岩溶塌陷灾害的因变量参数。
[0142] 本发明通过CART算法与集成学习方法相结合实现CART算法的改良，选择多个分类模型训练并将各自的预测结果结合提高对分类问题的预测准确性和速度；集成学习通过将多个基学习器结合获得比单一学习器显著优越的泛化性，基分类器需要满足两个基本条件；基分类器要有一定的性能，至少不差于随机猜测的性能，即基分类器准确率不低于50%；以及基学习器要具有多样性，即基学习器间要有差异性，不能多个基分类器一样。
[0143] 在进一步的实施例中，对话模块包括采集通信协议设置模块、采集指令控制模块、指令发射模块、指令接收模块和指令判定模块，其中所述采集通信协议设置模块用于设置数据采集模块实时采集山水数据信息类型；采集指令控制模块用于控制采集指令的接收与发射，指令发射模块用于发射传感器采集系统采集数据信息类型；指令接收模块用于接收传感器采集系统采集数据信息类型；指令判定模块用判断是否进行指令发射、接收以及传感器采集系统采集何种数据信作为本发明进一步的实施例，指令判定模块的命令控制公式为：
[0144] （11）
[0145] 在公式（11）中， 表示指令判定模块的命令控制输出，x表示指令判定模块的命令控制类型，k表示传感器类型，其中 表示每次采集的数据容量，n表示采集到的数据次数，表示数据采集有效率， 表示两次采集数据信息的时间差， 表示采集的所有数据容量，j表示同步采集到的数据信息次数， 表示采集到的所有数据容量。
[0146] 在具体实施例中，对话模块可以通过中间介质的方式设置在远程监控中心与数据采集模块之间，比如对话模块设置无线数据通信模块，通过无线数据通信的方式获取双边数据信息命令，通过具有采集通信协议设置模块、采集指令控制模块、指令发射模块、指令接收模块和指令判定模块的中间介质提高对话能力，比如采集通信协议设置模块参考传感器采集类型或者现场数据采集模块的工作方式，将通信协议与采集类型匹配，通过集指令控制模块进行协议控制，通过指令判定模块进行指令控制，以选择不同类型的控制指令，其中指令发射模块、指令接收模块也可以采用无线数据通信的方式进行数据信息发射与接收。通过上述实施例进而实现数据信息采集控制，大大提高数据信息监视能力。
[0147] 在进一步的实施例中，一种基于互联网的山水治理监管方法的系统，包括：
[0148] 互联网信息采集模块，用于通过数据采集模块实时采集山水数据信息；
[0149] 互联网数据传输系统，将山水数据信息通过数据传输模块经由互联网传输至远程监控中心；
[0150] 分析模块，用于将远程监控中心通过数据储存与分析模块储存并动态分析山水数据信息；
[0151] 预警系统，用于通过预警模块预测岩溶塌陷灾害发生的可能性、危害程度、影响范围和紧急程度，并基于预测结果分级预警；
[0152] 其中所述互联网信息采集模块的输出端与互联网数据传输系统的输入端连接，所述互联网数据传输系统的输出端与分析模块的输入端连接，所述分析模块的输出端与预警系统的输入端连接。
[0153] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变；例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围；因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
