一种重金属污染扩散分布检测系统及方法与流程

1.本发明涉及污染检测分析技术领域，具体为一种重金属污染扩散分布检测系统及方法。


背景技术：

2.重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染，主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属超标制品等原因所致。土壤是环境中最易积累重金属污染的一部分，由于重金属自身特性使其难以快速迁移和去除，引起重金属在土壤中不断累积，从而会对土壤性质、土壤中微生物等造成不同程度影响，最终导致土壤质量及区域环境的明显改变，直接或间接地影响人类健康。因此需要对土壤中重金属情况及时进行检测，做出应对处理措施。但是现有技术中，对于土壤中重金属含量的检测还不够完善。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种重金属污染扩散分布检测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种重金属污染扩散分布检测系统，所述扩散分布检测系统包括区域划分模块、采集区选取模块、重金属浓度检测模块和污染分析模块，所述区域划分模块将监测区域划分成m个相同大小的第一检测区域，再将每个第一检测区域划分成n个相同大小的第二检测区域，其中，m、n为自然数，所述采集区选取模块用于从监测区域选取第二检测区域作为采集区，所述重金属浓度检测模块检测各个采集区的土壤中的重金属浓度，在检测到某个采集区的重金属浓度大于等于第一浓度阈值时，设该采集区为污染区，所述污染分析模块分析污染区周围的重金属浓度情况，并据此确定污染扩散区域。
5.进一步的，所述采集区选取模块包括第一采集区选取模块和第二采集区选取模块，所述第一采集区选取模块包括个数输入模块、时间参数获取模块、浓度参数获取模块、距离参数获取模块、候选指数计算模块和第一候选区排序模块，所述个数输入模块设在第一检测区域选取k个第二检测区域作为第一采集区，k为自然数，所述时间参数获取模块设第一检测区域内各个第二检测区域为第一候选区，分别获取各个第一候选区最近一次作为采集区的时间与当前的时间之间的间隔时长，对各个第一候选区的间隔时长做归一化处理得到时间参数t，所述浓度参数获取模块获取各个第一候选区的最近d次检测的参照浓度的方差，对各个第一候选区的参照浓度的方差做归一化处理得到浓度参数c，其中，在某次检测过程中，如果某个第一候选区为采集区，那么该个第一候选区该次检测的参考浓度为检测该个第一候选区时的重金属浓度，否则，选取距离第一候选区距离最近的两个采集区该次检测的重金属浓度的平均值为该第一候选区的参照浓度，所述距离参数获取模块获取最近d次检测时各个第一候选区与其最近的采集区之间的距离的平均值，对各个第一候选区所对应的距离的平均值做归一化处理得到距离参数r，所述候选指数计算模块计算各个第
一候选区的候选指数v＝0.3*t+0.42*c+0.28*r，所述第一候选区排序模块将各个第一候选区的候选指数按照从大到小的顺序排序，选取排序前k的第一候选区作为第一采集区，所述第二采集区选取模块在第一检测区域内随机选取若干个除第一采集区以外的第二检测区域作为第二采集区。
6.进一步的，所述污染分析模块包括参考圆划分模块、筛选区选取模块、条件判断模块和扩散区域划分模块，所述参考圆划分模块以污染区的中心为圆心o，以预设值为半径画圆得到一个参考圆，所述筛选区选取模块圆心o为端点，过参考圆上的点作射线为参考线，获取各条参考线上与污染区之间距离最小的采集区为该污染区的筛选区，所述条件判断模块判断是否存在筛选区的重金属浓度大于污染区的重金属浓度，如果存在某个筛选区的重金属浓度大于污染区的重金属浓度，那么重新设该筛选区为污染区，令参考圆划分模块和筛选区选取模块工作获取该污染区对应的筛选区，一直循环直到确定一个污染区的重金属浓度大于等于其对应的所有筛选区的重金属浓度，此时设该污染区为中心区，所述扩散区域划分模块分析中心区及其相应的筛选区的重金属浓度情况，据此确定污染扩散区域。
7.进一步的，所述扩散区域划分模块包括浓度之差计算模块、浓度之差比较模块、第一确定模块和第二确定模块，所述浓度之差计算模块计算中心区的重金属浓度cw与其各个筛选区的重金属浓度cc浓度之差cp，其中，cp＝cw-cc，所述浓度之差比较模块将所有的筛选区对应的浓度之差均与差值阈值进行比较，在所有的筛选区对应的浓度之差均大于差值阈值时，令第一确定模块以各个筛选区与中心区的距离的最小值为半径，以中心区为圆心画圆得到扩散区域，在存在筛选区对应的浓度之差小于等于差值阈值时，所述第二确定模块设该筛选区为选中区，沿着参考圆的圆周方向，依次将选中区的重金属浓度与各个筛选区的重金属浓度进行比较，如果某个筛选区的重金属浓度大于等于选中区的重金属浓度的阈值时，如果该个筛选区与中心区之间的距离小于选中区与中心区之间的距离，那么选取该个筛选区所在参考线上局与中心区之间的距离和选中区与中心区之间的距离相等的那个第二检测区域为连接区，否则，该个筛选区为连接区，将选中区和连接区依次用线连接，所得到的封闭区域为扩散区域。
8.一种重金属污染扩散分布检测方法，所述扩散分布检测方法包括以下步骤：
9.将监测区域划分成m个相同大小的第一检测区域，再将每个第一检测区域划分成n个相同大小的第二检测区域，其中，m、n为自然数；
10.根据历史检测信息，分别从各个第一检测区域选取相同数量的第二检测区域作为第一采集区，之后，再在第一检测区域内随机选取若干个除第一采集区以外的第二检测区域作为第二采集区；
11.检测各个采集区的土壤中的重金属浓度，其中，采集区包括第一采集区和第二采集区，如果存在某个采集区的重金属浓度大于等于第一浓度阈值，设该采集区为污染区，分析污染区周围的重金属浓度情况，并据此确定污染扩散区域。
12.进一步的，所述从各个第一检测区域选取相同数量的第二检测区域作为第一采集区包括：
13.设在第一检测区域选取k个第二检测区域作为第一采集区，k为自然数，
14.设第一检测区域内各个第二检测区域为第一候选区，分别获取各个第一候选区最近一次作为采集区的时间与当前的时间之间的间隔时长，对各个第一候选区的间隔时长做
归一化处理得到时间参数t；
15.获取各个第一候选区的最近d次检测的参照浓度的方差，对各个第一候选区的参照浓度的方差做归一化处理得到浓度参数c，其中，在某次检测过程中，如果某个第一候选区为采集区，那么该个第一候选区该次检测的参考浓度为检测该个第一候选区时的重金属浓度，否则，选取距离第一候选区距离最近的两个采集区该次检测的重金属浓度的平均值为该第一候选区的参照浓度；
16.获取最近d次检测时各个第一候选区与其最近的采集区之间的距离的平均值，对各个第一候选区所对应的距离的平均值做归一化处理得到距离参数r；
17.计算各个第一候选区的候选指数v＝0.3*t+0.42*c+0.28*r，
18.将各个第一候选区的候选指数按照从大到小的顺序排序，选取排序前k的第一候选区作为第一采集区。
19.进一步的，所述分析污染区周围的重金属浓度情况包括：
20.以污染区的中心为圆心o，以预设值为半径画圆得到一个参考圆，以圆心o为端点，过参考圆上的点作射线为参考线，获取各条参考线上与污染区之间距离最小的采集区为该污染区的筛选区，
21.判断是否存在筛选区的重金属浓度大于污染区的重金属浓度，如果存在某个筛选区的重金属浓度大于污染区的重金属浓度，那么重新设该筛选区为污染区，并获取该污染区对应的筛选区，
22.一直循环直到确定一个污染区的重金属浓度大于等于其对应的所有筛选区的重金属浓度，此时设该污染区为中心区；
23.分析中心区及其相应的筛选区的重金属浓度情况，据此确定污染扩散区域。
24.进一步的，所述分析中心区及其相应的筛选区的重金属浓度情况包括：
25.计算中心区的重金属浓度cw与其各个筛选区的重金属浓度cc浓度之差cp，其中，cp＝cw-cc，
26.如果所有的筛选区对应的浓度之差均大于差值阈值，那么以各个筛选区与中心区的距离的最小值为半径，以中心区为圆心画圆得到扩散区域；
27.如果存在筛选区对应的浓度之差小于等于差值阈值，设该筛选区为选中区，沿着参考圆的圆周方向，依次将选中区的重金属浓度与各个筛选区的重金属浓度进行比较，
28.如果某个筛选区的重金属浓度大于等于选中区的重金属浓度的阈值时，如果该个筛选区与中心区之间的距离小于选中区与中心区之间的距离，那么选取该个筛选区所在参考线上局与中心区之间的距离和选中区与中心区之间的距离相等的那个第二检测区域为连接区，否则，该个筛选区为连接区，
29.将选中区和连接区依次用线连接，所得到的封闭区域为扩散区域。
30.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明在对监测区域进行重金属污染检测时，将根据历史检测信息选取的第一采集区和随机选取的第二采集区共同作为采集区，从而保证了选取的采集区的合理性和客观性，提高了对监测区域进行检测的结果的准确性，同时，本技术在检测到某个采集区的重金属浓度较高时，对其周围的采集区的重金属浓度进行分析，确定重金属污染的扩散区域，便于后续对重金属进行治理。
附图说明
31.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
32.图1是本发明重金属污染扩散分布检测系统的模块示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.请参阅图1，本发明提供技术方案：一种重金属污染扩散分布检测系统，所述扩散分布检测系统包括区域划分模块、采集区选取模块、重金属浓度检测模块和污染分析模块，所述区域划分模块将监测区域划分成m个相同大小的第一检测区域，再将每个第一检测区域划分成n个相同大小的第二检测区域，其中，m、n为自然数，所述采集区选取模块用于从监测区域选取第二检测区域作为采集区，所述重金属浓度检测模块检测各个采集区的土壤中的重金属浓度，在检测到某个采集区的重金属浓度大于等于第一浓度阈值时，设该采集区为污染区，所述污染分析模块分析污染区周围的重金属浓度情况，并据此确定污染扩散区域。
35.所述采集区选取模块包括第一采集区选取模块和第二采集区选取模块，所述第一采集区选取模块包括个数输入模块、时间参数获取模块、浓度参数获取模块、距离参数获取模块、候选指数计算模块和第一候选区排序模块，所述个数输入模块设在第一检测区域选取k个第二检测区域作为第一采集区，k为自然数，所述时间参数获取模块设第一检测区域内各个第二检测区域为第一候选区，分别获取各个第一候选区最近一次作为采集区的时间与当前的时间之间的间隔时长，对各个第一候选区的间隔时长做归一化处理得到时间参数t，所述浓度参数获取模块获取各个第一候选区的最近d次检测的参照浓度的方差，对各个第一候选区的参照浓度的方差做归一化处理得到浓度参数c，其中，在某次检测过程中，如果某个第一候选区为采集区，那么该个第一候选区该次检测的参考浓度为检测该个第一候选区时的重金属浓度，否则，选取距离第一候选区距离最近的两个采集区该次检测的重金属浓度的平均值为该第一候选区的参照浓度，所述距离参数获取模块获取最近d次检测时各个第一候选区与其最近的采集区之间的距离的平均值，对各个第一候选区所对应的距离的平均值做归一化处理得到距离参数r，所述候选指数计算模块计算各个第一候选区的候选指数v＝0.3*t+0.42*c+0.28*r，所述第一候选区排序模块将各个第一候选区的候选指数按照从大到小的顺序排序，选取排序前k的第一候选区作为第一采集区，所述第二采集区选取模块在第一检测区域内随机选取若干个除第一采集区以外的第二检测区域作为第二采集区。
36.所述污染分析模块包括参考圆划分模块、筛选区选取模块、条件判断模块和扩散区域划分模块，所述参考圆划分模块以污染区的中心为圆心o，以预设值为半径画圆得到一个参考圆，所述筛选区选取模块圆心o为端点，过参考圆上的点作射线为参考线，获取各条参考线上与污染区之间距离最小的采集区为该污染区的筛选区，所述条件判断模块判断是
否存在筛选区的重金属浓度大于污染区的重金属浓度，如果存在某个筛选区的重金属浓度大于污染区的重金属浓度，那么重新设该筛选区为污染区，令参考圆划分模块和筛选区选取模块工作获取该污染区对应的筛选区，一直循环直到确定一个污染区的重金属浓度大于等于其对应的所有筛选区的重金属浓度，此时设该污染区为中心区，所述扩散区域划分模块分析中心区及其相应的筛选区的重金属浓度情况，据此确定污染扩散区域。
37.所述扩散区域划分模块包括浓度之差计算模块、浓度之差比较模块、第一确定模块和第二确定模块，所述浓度之差计算模块计算中心区的重金属浓度cw与其各个筛选区的重金属浓度cc浓度之差cp，其中，cp＝cw-cc，所述浓度之差比较模块将所有的筛选区对应的浓度之差均与差值阈值进行比较，在所有的筛选区对应的浓度之差均大于差值阈值时，令第一确定模块以各个筛选区与中心区的距离的最小值为半径，以中心区为圆心画圆得到扩散区域，在存在筛选区对应的浓度之差小于等于差值阈值时，所述第二确定模块设该筛选区为选中区，沿着参考圆的圆周方向，依次将选中区的重金属浓度与各个筛选区的重金属浓度进行比较，如果某个筛选区的重金属浓度大于等于选中区的重金属浓度的阈值时，如果该个筛选区与中心区之间的距离小于选中区与中心区之间的距离，那么选取该个筛选区所在参考线上局与中心区之间的距离和选中区与中心区之间的距离相等的那个第二检测区域为连接区，否则，该个筛选区为连接区，将选中区和连接区依次用线连接，所得到的封闭区域为扩散区域。
38.一种重金属污染扩散分布检测方法，所述扩散分布检测方法包括以下步骤：
39.将监测区域划分成m个相同大小的第一检测区域，再将每个第一检测区域划分成n个相同大小的第二检测区域，其中，m、n为自然数；
40.根据历史检测信息，分别从各个第一检测区域选取相同数量的第二检测区域作为第一采集区，之后，再在第一检测区域内随机选取若干个除第一采集区以外的第二检测区域作为第二采集区，这样的方式在随机性的基础上减少了偶然性，增加了选取的采集区的合理性；
41.检测各个采集区的土壤中的重金属浓度，其中，采集区包括第一采集区和第二采集区，如果存在某个采集区的重金属浓度大于等于第一浓度阈值，设该采集区为污染区，分析污染区周围的重金属浓度情况，并据此确定污染扩散区域。
42.所述从各个第一检测区域选取相同数量的第二检测区域作为第一采集区包括：
43.设在第一检测区域选取k个第二检测区域作为第一采集区，k为自然数，
44.设第一检测区域内各个第二检测区域为第一候选区，分别获取各个第一候选区最近一次作为采集区的时间与当前的时间之间的间隔时长，对各个第一候选区的间隔时长做归一化处理得到时间参数t；防止某个第一候选区经常被选为采集区导致对该其周围的重金属浓度的评估结果片面性较大，所以在某个第一候选区长时间没有被选取作为采集区时，应当尽可能选取其为采集区，提高检测重金属浓度结果的准确性和客观性；
45.获取各个第一候选区的最近d次检测的参照浓度的方差，对各个第一候选区的参照浓度的方差做归一化处理得到浓度参数c，其中，在某次检测过程中，如果某个第一候选区为采集区，那么该个第一候选区该次检测的参考浓度为检测该个第一候选区时的重金属浓度，否则，选取距离第一候选区距离最近的两个采集区该次检测的重金属浓度的平均值为该第一候选区的参照浓度，d为自然数；当某个第一候选区的参照浓度的方差较大时，说
明该第一候选区的参照浓度波动较大，应当将其作为采集区，便于及时发现该第一候选区的异常；
46.获取最近d次检测时各个第一候选区与其最近的采集区之间的距离的平均值，对各个第一候选区所对应的距离的平均值做归一化处理得到距离参数r；当某个第一候选区最近一段时间检测时与其最近的采集区的距离都比较远时，依靠其最近的采集区的检测到的重金属浓度来判断该第一候选区的重金属的浓度的情况，误差会比较大，因此，在该种情况下，应当尽可能将该第一候选区作为采集区采集重金属的浓度情况，减少误差几率，也提高了不同次检测过程中选取的第一候选区的均匀性，扩大了同次检测过程中选取的第一候选区的覆盖面；
47.计算各个第一候选区的候选指数v＝0.3*t+0.42*c+0.28*r，
48.将各个第一候选区的候选指数按照从大到小的顺序排序，选取排序前k的第一候选区作为第一采集区。
49.把某个参数做归一化处理就是把该参数变成0到1之间的数，本技术中把某个参数w做归一化处理，那么获取参数w所对应的数据中的最大值wmax和最小值wmin，
50.那么参数w对应的某个数据v归一化处理后的值y＝(v-wmin)/(wmax-wmin),打个比方，当对各个第一候选区的间隔时长进行归一化处理时，先获取各个第一候选区的间隔时长所对应的数值中的最大值amax和最小值amin，然后计算某个第一候选区的间隔时长a归一化处理得到的数值t＝(a-amax)/(amax-amin)；当对各个第一候选区的参照浓度的方差进行归一化处理时，先获取各个第一候选区的参照浓度的方差所对应的数值中的最大值bmax和最小值bmin，然后计算某个第一候选区的参照浓度的方差b归一化处理得到的数值c＝(b-bmax)/(bmax-bmin)；
51.所述分析污染区周围的重金属浓度情况包括：
52.以污染区的中心为圆心o，以预设值为半径画圆得到一个参考圆，以圆心o为端点，过参考圆上的点作射线为参考线，获取各条参考线上与污染区之间距离最小的采集区为该污染区的筛选区，如果某条参考线上存在采集区，那么获取该条参考线上与污染区之间距离最小的采集区为该污染区的筛选区，
53.判断是否存在筛选区的重金属浓度大于污染区的重金属浓度，如果存在某个筛选区的重金属浓度大于污染区的重金属浓度，那么重新设该筛选区为污染区，并获取该污染区对应的筛选区，
54.一直循环直到确定一个污染区的重金属浓度大于等于其对应的所有筛选区的重金属浓度，此时设该污染区为中心区；
55.分析中心区及其相应的筛选区的重金属浓度情况，据此确定污染扩散区域。
56.所述分析中心区及其相应的筛选区的重金属浓度情况包括：
57.计算中心区的重金属浓度cw与其各个筛选区的重金属浓度cc浓度之差cp，其中，cp＝cw-cc，
58.如果所有的筛选区对应的浓度之差均大于差值阈值时，说明中心区的重金属污染当前还没有扩散到其对应的筛选区，那么以各个筛选区与中心区的距离的最小值为半径，以中心区为圆心画圆，得到的圆形区域为扩散区域，本技术中的扩散区域为粗判定的扩散区域，如果想得到精准的扩散区域可以进一步采集本技术中划定的扩散区域中重金属浓度
进一步判定。
59.如果存在筛选区对应的浓度之差小于等于差值阈值，说明该筛选区的重金属浓度也较高，设该筛选区为选中区，沿着中心区的参考圆的圆周方向，依次将选中区的重金属浓度与各个筛选区的重金属浓度进行比较，
60.如果某个筛选区的重金属浓度大于等于选中区的重金属浓度的阈值时，
61.如果该个筛选区与中心区之间的距离小于选中区与中心区之间的距离，那么选取该个筛选区所在参考线上与中心区之间的距离和选中区与中心区之间的距离相等的那个第二检测区域为连接区，
62.否则，该个筛选区为连接区，
63.将选中区和所有的连接区依次用线连接，这里的依次连接是指顺着中心区的参考圆的圆周方向挨个连接起来，可以用直线连接，也可以用圆弧曲线连接，所得到的封闭区域为扩散区域，针对扩散区域进行用药处理土壤中的重金属，不仅能够减少重金属对土壤和人类的影响，而且提高了处理重金属污染的效率。
64.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
65.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。