一种基于北斗通导一体化的污水监测装置及监测方法与流程

本发明涉及的是一种污水监测装置，属于一种污水溯源装置，具体地说是一种基于北斗的污水溯源装置及方法。

背景技术：

目前，全世界每年约有4200多亿m3的污水排入江河湖海，污染了5.5万亿m3的淡水，这相当于全球径流总量的14％以上。我国也有超过30％的重要流域受到不同程度的污染。污染主要因为工业排污不规范、不合理，以及较为普遍的企业偷排现象。提高偷排问题的整治成效，一方面需要加强地方监管、执法力度；另一方面需要提升环境监测能力，尽早发现问题，及时找出根源、获取证据、落实责任。然而，比较棘手的是，污水偷排口往往非常隐蔽，难以溯源，无法追责。当前我国环保部门的水质检测依旧依靠人工取样，然后使用实验室中的大型设备进行水质分析，耗费大量人力物力，效率低的同时，在环境条件不允许人工采样的环境下，难以采样。

据新闻报道，2019年4月3日，我国生态环境部门牵头对长江入河排污口进行大规模人工排查。近年来，长江水生态环境总体上不断改善，但形势依然严峻，突出的表现就是污染物的排放基数很大。据统计，沿江废水、化学需氧量、氨氮排放量分别占全国的43％、37％、43％。往长江里排污的到底有多少排污口，谁在排，排什么，排多少？对于长江保护修复攻坚战来说，只有把排污口查清楚，摸清污染来源，长江的水质改善才有希望。

当然，不只是长江水质治理面临这些问题，我国其他流域也面临同样的问题。所以，当今相关部门急需自动化程度高、便携可靠、灵敏度高、性能稳定的自动溯源水质监测装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自动化程度高、性能稳定的基于北斗通导一体化的污水监测装置。本发明的目的还在于提供一种基于北斗通导一体化的污水监测装置的监测方法

本发明的目的是这样实现的：

本发明的基于北斗通导一体化的污水监测装置包括污水监测浮标1、污水溯源船2、数据汇总及计算中心3及数据可视化界面4；污水监测浮标1包括第一污水采样装置5-1、第一污水检测装置6-1、第一污水存储装置7-1、第一北斗定位及通讯装置8-1；污水溯源船2包括第二污水采样装置5-2、第二污水检测装置6-2、第二污水存储装置7-2、第二北斗定位及通讯装置8-2、控制及运动装置；数据汇总及计算中心3包括与污水监测浮标和污水溯源船交换数据的通信模块9、数据转码与汇总模块10、污水源位置推算模块11；数据可视化界面4包括功能选择模块12、浮标数据与污水溯源展示模块13、数据显示模块14；污水监测浮标和污水监测船使用北斗定位技术定位，污水监测浮标和污水监测船与数据汇总及计算中心之间进行通讯；数据可视化界面接收数据汇总及计算中心的信息。

本发明的基于北斗通导一体化的污水监测装置还可以包括：

1.污水监测浮标和污水监测船与数据汇总及计算中心之间通过北斗短报文通讯方法进行通讯。

2.污水监测浮标和污水监测船与数据汇总及计算中心之间通讯过程中对大数据进行分包传输操作。

3.数据汇总及计算中心的污水源位置推算模块使用插值、向量运算推算得到污水源头的位置。

利用本发明的基于北斗通导一体化的污水监测装置的监测方法为：

步骤1：布放污水监测浮标1，采样，进行水质检测，记录水质数据，同时使用北斗定位系统获取自身位置并记录位置信息；

步骤2：污水监测浮标1通过分包技术将水质、位置、时间数据打包通过北斗通讯系统发送至数据汇总及计算中心3；

步骤3：布放污水溯源船2，污水溯源船在水域内航行，航行期间使用北斗定位系统获取自身位置并记录位置信息，同时进行采样，进行水质检测，记录水质数据；

步骤4：污水溯源船2将水质、位置、时间数据通过北斗通讯系统发送至数据汇总及计算中心3；

步骤5：数据汇总及计算中心3将接收到的北斗通讯系统的信息进行解码、分类、数据清洗与汇总；

步骤6：数据汇总及计算中心3通过从污水监测浮标1及污水溯源船2得到的水质随时间和位置分布的关系、计算得到可能的污水源位置或污水源方向；

步骤7：数据可视化界面4自数据汇总及计算中心3获取经处理的、格式化的污水沿时间空间的分布规律，并将其时间空间关系绘制在浮标数据与污水溯源展示模块13，当点击到某一个时间，某一个位置的数据时，将其各水质数据显示在数据显示模块14上，通过功能选择模块12控制选择显示静态长时间检测状态或动态路径检测状态。

本发明综合静态测污与动态测污方法，实现水质监测，污水采样，数据传输，自动追溯污水源等功能，使用浮标和船型机器人代替人工作业，解决了在自然水域移动不便的情况，浮标负责在复杂水域中长时间定点监测，船型机器人负责在水域中单时刻的轨迹取样与监测，节省取样人员的工作时间，保证了工作人员的安全。

本发明综合考虑了现有的蜂窝网络通信存在没有基站信号的位置，wifi、蓝牙、zigbee、2.4g无线数传作用距离过于短，且容易受到干扰的问题，我们使用北斗定位系统来解决相关存在的问题，北斗定位系统具有定位精度高、不易受干扰、全球定位及通讯能力。

附图说明

图1为本发明的基于北斗通导一体化的污水监测装置的结构框图；

图2为数据可视化界面设计图。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述。

本发明的基于北斗通导一体化的污水监测装置包括污水监测浮标1、污水溯源船2、数据汇总及计算中心3及数据可视化界面4。污水监测浮标1包括第一污水采样装置5-1、第一污水检测装置6-1、第一污水存储装置7-1、第二北斗定位及通讯装置8-1。污水溯源船2包括第二污水采样装置5-2、第二污水检测装置6-2、第二污水存储装置7-2、第二北斗定位及通讯装置8-2、控制及运动装置。数据汇总及计算中心3包括与污水监测浮标1和污水溯源船2交换数据的通信模块9、数据转码与汇总模块10、污水源位置推算模块11。数据可视化界面4包括功能选择模块12、浮标数据与污水溯源展示模块13、数据显示模块14。

所述污水监测浮标1和污水监测船使用的定位技术为北斗定位技术，其与数据汇总及计算中心3之间的通讯方法为北斗短报文通讯方法；其通讯过程中对过大数据进行分包传输操作。

所述数据汇总及计算中心3的污水源位置推算模块11能够使用插值、向量运算等手段推算得到污水源头的的大致位置。

利用本发明的基于北斗通导一体化的污水监测装置的监测方法包括如下步骤：

步骤1：布放污水监测浮标1，启动长时间，长间隔采样，进行水质检测，记录水质数据，同时使用北斗定位系统获取自身位置并记录位置信息；

步骤2：污水监测浮标1通过分包技术将大量水质、位置、时间数据经过打包通过北斗通讯系统发送至数据汇总及计算中心3；

步骤3：布放污水溯源船2，通过遥控或自动驾驶的手段使船只在水域内航向，期间使用北斗定位系统获取自身位置并记录位置信息，同时进行短间隔采样，进行水质检测，记录水质数据；

步骤4：污水溯源船2通过北斗通讯系统将水质、位置、时间数据通过北斗通讯系统发送至数据汇总及计算中心3；

步骤5：数据汇总及计算中心3将接收到的北斗短报文信息进行解码、分类、数据清洗与汇总；

步骤6：数据汇总及计算中心3通过从污水监测浮标1及污水溯源船2得到的水质随时间和位置分布的关系经计算得到可能的污水源位置或污水源方向；

步骤7：数据可视化界面4自数据汇总及计算中心3获取经处理的、格式化的污水沿时间空间的分布规律，并将其时间空间关系绘制在浮标数据与污水溯源展示模块13，当点击到某一个时间，某一个位置的数据时，将其各水质数据显示在数据显示模块14上，通过功能选择模块12控制选择显示静态长时间检测状态或动态路径检测状态。

以下，通过不同的实施例对本发明所提供的污水监测及信息处理方法的工作过程进行具体的描述。

实施例1：

首先，布放污水监测浮标1，启动并开始采样、进行水质检测，记录水质数据、记录使用北斗系统获取的定位信息。

然后，污水监测浮标1通过分包方法将采集到的各类数据经过北斗短报文传输发送至数据汇总及计算中心3。

随后，数据汇总及计算中心3将各水质数据按照下式进行标准化将归一至0～1间，并对数据格式进行统一。

最后，数据汇总及计算中心3通过从污水监测浮标1及污水溯源船2得到的水质随时间和位置分布的关系经计算得到可能的污水源位置或污水源方向，数据可视化界面4将这些内容读取并显示在浮标数据与污水溯源展示模块13及数据显示模块14上。

至此，完成一次污水检测及信息处理流程。

实施例2：

首先，布放污水溯源船2，启动并开始采样、进行水质检测，记录水质数据、记录使用北斗系统获取的定位信息，同时建立污水分布图，确定下一时刻应该进行水质检测的位置，污水分布图及下一时刻进行水质检测位置的确定方法如下式,我们使用梯度的思想计算污水分布图。

然后，污水溯源船2将采集到的各类数据经过北斗短报文传输发送至数据汇总及计算中心3。

随后，数据汇总及计算中心3将各水质数据格式按照下式进行统一

$时间，(污水溯源船2经度，污水溯源船2纬度)，第i个污水检测参数数值

最后，数据汇总及计算中心3通过从污水监测浮标1及污水溯源船2得到的水质随时间和位置分布的关系经计算得到可能的污水源位置或污水源方向，数据可视化界面4将这些内容读取并显示在浮标数据与污水溯源展示模块13及数据显示模块14上。

至此，完成一次污水检测及信息处理流程。

需要说明的是，由于控制算法与器件多种多样。本发明的实现并不拘泥于实际控制方案具体实现所使用的各种器件。

因此，本方案提供的这种基于北斗通导一体化的污水监测及信息处理方法解决了使用蜂窝移动网络、蓝牙、wifi带来的信号易受干扰、信号覆盖范围不足、信号传输距离过近等问题。同时，本发明所提供的这种基于北斗通导一体化的污水监测及信息处理方法对工作环境的要求更低，能够通过多种手段快速搜索污水排放位置，其考虑了污水源头搜索的各种手段，提高了在各种水域快速定位，快速查找污染源的方法，同时提供了长时间监控手段。该系统使用简单，功能丰富，可靠性强，在水域污染排放溯源方向提出了新的解决方案。