一种水上定点巡航定位污染源的系统及方法与流程

本发明属于水污染检测领域，特别涉及一种水上定点巡航定位的污染源的系统及方法。

背景技术：

我国现阶段水质检测的问题在于检测、治理技术落后，自动化水平跟不上污染治理的需求。现阶段污水处理厂操作人员知识水平、工作经验不能适应大面积水域的在线监测与运行管理。环境污染检测的设备依赖进口，无法得到及时维修，这在很大程度上造成了污染的严重化。

水污染源检测的智能化水平极低。发现和治理污水都要人到现场，无法做到水质的实时检测。主要有实验室监测、自动监测站监测和移动监测3种。其中实验室监测需要人工到现场采样，监测周期长、劳动强度大；自动监测站监测则需要在监测地点建立监测站，使用配套仪器，成本极高；移动监测需要专门的检测车辆，并携带大量设备，成本和工作量较大。针对污染比较严重的一些浅滩、沼泽等水域，传统的移动监测设备无法满足实际测量的需要。

技术实现要素：

为了解决当前水污染检测工作量大，自动化程度低，监测周期长，检测成本高且不精确等问题，本发明提出了一种水上定点巡航定位污染源的系统及方法。

本发明系统的技术方案为一种水上定点巡航定位污染源的系统，其特征在于，包括：远程终端、第一无线通信模块、第二无线通信模块、水上机器人、卫星定位模块、第一污染源检测传感器、第二污染源检测传感器、...、第k污染源检测传感器，k>0；

所述远程终端与第一无线通信模块通过导线连接；所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块通过无线方式连接；所述第二无线通信模块与所述水上机器人通过导线连接；所述水上机器人与所述第一污染源检测传感器通过导线连接；所述水上机器人与所述第二污染源检测传感器通过导线连接；...；所述水上机器人与所述第k污染源检测传感器通过导线连接；所述水上机器人与所述卫星定位模块通过导线连接。

本发明方法的技术方案为一种水上定点巡航定位污染源的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：远程终端根据河道电子地图对水上机器人进行路径规划，标记重点检测污染源点，远程终端将规划后路径通过无线通信方式传输至水上机器人；

步骤2：水上机器人根据规划后路径进行河道的定点巡航，通过水质检测得到k种污染源浓度；

步骤3：水上机器人将污染源浓度与污染源浓度阈值比较，若污染源浓度大于污染源浓度阈值则将污染源实际位置和污染源浓度通过无线通信方式发送至远程终端，否则水上机器人继续保持原航道航行；

作为优选，远程终端将步骤1中所述河道电子地图等效为二维矢量地图；

步骤1中所述路径规划为根据二维矢量地图设置水上机器人航行的路径：

{(x1,y1),(x2,y2),...,(xn,yn)}

其中，(xi,yi)i∈[1,n]为二维矢量地图上第i个规划后路径坐标点，n为路径规划的坐标点数量；

步骤1中所述标记重点检测污染源点为：

{(a1,b1),(a2,b2),...,(an,bn)}

其中，(aj,bj)j∈[1,m]为二维矢量地图上第j个重点检测污染源坐标点，m为重点检测污染源坐标点的数量；

步骤1中所述无线通信方式为远程终端通过第一无线通信模块将规划后路径无线传输至第二无线通信模块，第二无线通信模块将规划后路径传输至水上机器人；

作为优选，步骤2中所述定点巡航为：

水上机器人根据规划后路径进行航行，通过卫星定位模块实时在二维矢量地图上标记航行点为(txi,tyi)i∈[1,n],将实时标记航行点与规划后路径坐标点(xi,yi)i∈[1,n]计算欧式距离为：

其中，disi为(txi,tyi)i∈[1,n]到(xi,yi)i∈[1,n]之间的欧式距离；

若ρ>l0水上机器人根据规划后路径调整航向，直到水上机器人运行在规划后路径上，否则水上机器人继续保持原航道航行；

步骤2中所述水质检测为：

水上机器人航行到重点检测污染源坐标点(aj,bj)j∈[1,m]，停留一段时间并对重点检测污染源坐标点水域的水质通过第一污染源检测传感器、第二污染源检测传感器、...、第k污染源检测传感器进行检测，分别得到重点检测污染源坐标点(aj,bj)j∈[1,m]的第一污染源浓度ρj,1，第二污染源浓度ρj,2，...，第k污染源浓度ρj,k；

作为优选，步骤3中所述污染源浓度为：

重点检测污染源坐标点(aj,bj)j∈[1,m]的第一污染源浓度ρj,1，第二污染源浓度ρj,2，...，第k污染源浓度ρj,k；

步骤3中所述污染源浓度阈值为：

第一污染源浓度阈值α1，第二污染源浓度阈值α2，...，第k污染源浓度阈值αk；

步骤3中所述水上机器人将污染源浓度与污染源浓度阈值比较为：

将ρj,l与αll∈[1,k]比较；

若ρj,l>αll∈[1,k]则污染源浓度超标，步骤3中所述无线通信方式为：

水上机器人通过卫星定位模块测量污染源实际位置(cj,dj)j∈[1,m]以及第一污染源浓度ρj,1，第二污染源浓度ρj,2，...，第k污染源浓度ρj,k通过第二无线通信模块无线传输至第一无线通信模块，第一无线通信模块将重点检测污染源坐标点(aj,bj)j∈[1,m]以及第一污染源浓度ρj,1，第二污染源浓度ρj,2，...，第k污染源浓度ρj,k传输至远程终端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明采用给水上机器人规划路径，实现水上机器人按照规定航线巡航监测查找污染源。

本发明采用水上机器人的传感器检测系统，检测污染源的组成并将污染源定位通过无线通信方式发送到远程终端。

附图说明

图1：本发明系统框图；

图2：本发明流程图；

图3：航行路径规划图；

图4：路径调整流程图；

图5：检测污染源流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不同于限定本发明。此外，下面所描的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

图1是本发明实施方式的系统框图。本发明实施方式中系统的技术方案为一种水上定点巡航定位污染源的系统，包括：远程终端(1)、第一无线通信模块(2)、第二无线通信模块(3)、水上机器人(4)、卫星定位模块(5)、第一污染源检测传感器(d1)、第二污染源检测传感器(d2)、...、第k污染源检测传感器(dk)，k>0；

所述远程终端(1)与所述第一无线通信模块(2)通过导线连接；所述第一无线通信模块(2)与所述第二无线通信模块(3)通过无线方式连接；所述第二无线通信模块(3)与所述水上机器人(4)通过导线连接；所述水上机器人(4)与所述第一污染源检测传感器(d1)通过导线连接；所述水上机器人(4)与所述第二污染源检测传感器(d2)通过导线连接；...；所述水上机器人(4)与所述第k污染源检测传感器(dk)通过导线连接；所述水上机器人(4)与所述卫星定位模块(5)通过导线连接。

本发明所述远程终端(1)为服务器；本发明所述第一无线通信模块(2)与所述第二无线通信模块(3)为4g无线通信模块；本发明所述水上机器人(4)型号为c580；本发明所述卫星定位模块(5)为gnss模块；本发明所述污染源检测传感器的数量为k＝5，其中，所述第一污染源检测传感器(d1)为酸碱度传感器、所述第二污染源检测传感器(d2)为温度传感器、所述第三污染源检测传感器(d3)为溶氧传感器、所述第四污染源检测传感器(d4)为电导率传感器、所述第五污染源检测传感器(d5)为浊度传感器。

下面结合图1至图4，介绍本发明的实施方式。具体步骤为：

步骤1：远程终端(1)根据河道电子地图对水上机器人(4)进行路径规划，标记重点检测污染源点，远程终端(1)将规划后路径通过无线通信方式传输至水上机器人(4)；

远程终端(1)将步骤1中所述河道电子地图等效为二维矢量地图；

步骤1中所述路径规划为根据二维矢量地图设置水上机器人航行的路径：

{(x1,y1),(x2,y2),...,(xn,yn)}

其中，(xi,yi)i∈[1,n]为二维矢量地图上第i个规划后路径坐标点，n＝100为路径规划的坐标点数量；

步骤1中所述标记重点检测污染源点为：

{(a1,b1),(a2,b2),...,(an,bn)}

其中，(aj,bj)j∈[1,m]为二维矢量地图上第j个重点检测污染源坐标点，m＝10为重点检测污染源坐标点的数量；

步骤1中所述无线通信方式为远程终端(1)通过第一无线通信模块(2)将规划后路径无线传输至第二无线通信模块(3)，第二无线通信模块(3)将规划后路径传输至水上机器人(4)；

步骤2：水上机器人(4)根据规划后路径进行河道的定点巡航，通过水质检测得到k种污染源浓度；

步骤2中所述定点巡航为：

水上机器人(4)根据规划后路径进行航行，通过卫星定位模块(5)实时在二维矢量地图上标记航行点为(txi,tyi)i∈[1,n],n＝100,将实时标记航行点与规划后路径坐标点(xi,yi)i∈[1,n]计算欧式距离为：

其中，disi为(txi,tyi)i∈[1,n]到(xi,yi)i∈[1,n]之间的欧式距离；

若ρ>l0水上机器人(4)根据规划后路径调整航向，直到水上机器人(4)运行在规划后路径上，否则水上机器人(4)继续保持原航道航行；

步骤2中所述水质检测为：

水上机器人(4)航行到重点检测污染源坐标点(aj,bj)j∈[1,m]，m＝10停留一段时间并对重点检测污染源坐标点水域的水质通过第一污染源检测传感器、第二污染源检测传感器、...、第k＝5污染源检测传感器进行检测，分别得到重点检测污染源坐标点(aj,bj)j∈[1,m]的第一污染源浓度ρj,1，第二污染源浓度ρj,2，...，第k＝5污染源浓度ρj,k；

步骤3：水上机器人将污染源浓度与污染源浓度阈值比较，若污染源浓度大于污染源浓度阈值则将污染源实际位置和污染源浓度通过无线通信方式发送至远程终端，否则水上机器人继续保持原航道航行；

步骤3中所述污染源浓度为：

重点检测污染源坐标点(aj,bj)j∈[1,m]的第一污染源浓度ρj,1，第二污染源浓度ρj,2，...，第k＝5污染源浓度ρj,k,m＝10

步骤3中所述污染源浓度阈值为：

第一污染源浓度阈值α1，第二污染源浓度阈值α2，...，第k＝5污染源浓度阈值αk；

步骤3中所述水上机器人将污染源浓度与污染源浓度阈值比较为：

将ρj,l与αll∈[1,k]比较；

若ρj,l>αll∈[1,k]则污染源浓度超标，步骤3中所述无线通信方式为：

水上机器人通过卫星定位模块测量污染源实际位置(cj,dj)j∈[1,m]m＝10以及第一污染源浓度ρj,1，第二污染源浓度ρj,2，...，第k＝5污染源浓度ρj,k通过第二无线通信模块无线传输至第一无线通信模块，第一无线通信模块将重点检测污染源坐标点(aj,bj)j∈[1,m]以及第一污染源浓度ρj,1，第二污染源浓度ρj,2，...，第k＝5污染源浓度ρj,k传输至远程终端。

尽管本文较多地使用了远程终端(1)、第一无线通信模块(2)、第二无线通信模块(3)、水上机器人(4)、卫星定位模块(5)、第一污染源检测传感器(d1)、第二污染源检测传感器(d2)、...、第k污染源检测传感器(dk)等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。