CN104199406B - 一种水体排污巡游监控取证系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种水体排污巡游监控取证的系统，包括外壳及安装在外壳上的排污信息获取单元、数据采集处理单元、水下视频摄像头、控制单元、无线通信单元、动力推进器。数据采集处理单元用于根据排污信息获取单元实时获得的水体排污数据计算污染物浓度值或综合毒性指数的超标程度，并发送至控制单元，控制单元识别到水域排放的污染物浓度值或综合毒性指数的超标程度达到最大值时启动水下视频摄像头进行排污过程拍摄取证。本发明可对单个排污口或取水口的各种水体隐蔽非法污染排放和突发水污染进行巡游监管，通过系统编组实现大面积水域、多个排污口以及突发水污染的时空连续性覆盖监控，杜绝水利或环保部门对水体隐蔽排污和其他非法排污行为的执法监管盲区。

Description

一种水体排污巡游监控取证系统及方法

技术领域

本发明涉及水体排污监控技术领域，具体是一种水体排污巡游监控取证系统及方法。

背景技术

良好的水质是及时持续、稳定可靠获得水资源产品及维护良好生态环境的保障。据水利部最新公布的《中国水资源公报》显示，我国50.9％的湖泊水质为Ⅳ～Ⅴ类，52.6％的水功能区水质不达标，水质严重污染已极大制约了经济社会可持续发展。为有效保护水质和监管排污，环保部门要求企业在排污口安装在线水质监测系统，水利部门也在重要或关键水域设置了水质监测断面。然而，传统的抽样检测或依赖企业自主监测的办法不能在时空上形成连续性覆盖，难以保证企业守法排污难以保证企业守法排污，突发水污染以及频频曝光的偷排或不达标排放以及隐蔽排污等仍然是造成江河湖库水质恶化的重要原因，严重威胁生产生活用水安全。目前，很多企业排污行为隐蔽、方式多样，有些甚至不通过排污口排放，导致环保或水利监察执法部门难以实时查证处理，水质安全保障监管也存在重大盲区。

环保部和水利部分别实行污染排放实施总量控制和水体纳污能力管理制度，对水环境而言，重点限制化学需氧量COD和氨氮NH4-N排放，并严格控制重金属、持久性有机污染物如农药等有毒有害物质排放。为了使污水排放监管更有力，专利号为CN 102637003 A的中国专利公布了一种水污染自动采样决策系统，包括在线检测传感器含pH值、电导率、溶解氧及浊度和温度、预处理电路、单片机、无线传输模块和采样装置；该系统最大的优点是通过上述指标的测定判断水质污染，自动采集水样留作物证，还能通过多站点布设形成监测网。针对淡水蓝藻水华和海洋硅藻、甲藻赤潮的早期预警监测的问题，专利号为CN101923764 A的中国专利公开了一种水域污染监测船只预警系统，安装了pH、DO、浊度、色度、温度、电导率、叶绿素、风向、风速等与藻类水华密切相关的传感器，并通过船体上方安装的视频摄像头监控船只的航行。

上述公开的水污染自动采样决策系统或水域污染监测船有监测系统不直接测定污染物，而是通过pH和溶解氧等常规水质参数监测在一定程度上间接指示水质污染，但受排污口附近水体稀释作用影响，其水质污染指示的敏感性处于较低水平，难以定性或定量污染类别和污染程度；其次，现有排污监测或水质监控缺乏对污染排放位置、排放量、污染物排放浓度值或综合毒性指数的超标程度等排污特征的取证和记录；再者，这些系统侧重监测常规水体物理参数或应对藻类水华预警，对COD和NH4-N等总量排放指标的监控能力不足，重金属和持久性有机污染物等有毒有害物质监控更少。最后，排污口或断面的水质监测多为固定式站点，企业排污容易躲避时空上的固定监控，且固定式监测站点移动性和灵活性差，一个站点仅监控一个排污口，大面积水域监控需布设多个点，设备和安装费用高。

发明内容

本发明提供一种水体排污巡游监控取证系统及方法，对水体污废水的各种隐蔽非法排放或突发水污染进行巡游监管，严密监控污染排放总量限制污染物及重金属、持久性有机污染物等各种有毒有害污染物的排放，并对非法排污或超标排污行为取证记录，能通过系统的编组，实现排污监控的时空连续性覆盖，破解水利或环保部门对水体隐蔽排污和非法排污行为的执法监管盲区。

一种水体排污巡游监控取证系统，包括外壳及安装在外壳上的排污信息获取单元、数据采集处理单元、水下视频摄像头、控制单元、无线通信单元、动力推进器，

排污信息获取单元，用于获得水域的水体排污数据，所述水体排污数据包括污染物排放温度、排放量、排放深度、水体COD和NH4-N的浓度值以及重金属和持久性有机污染物的综合毒性指数；

数据采集处理单元，与排污信息获取单元连接，用于根据排污信息获取单元实时获得的水体排污数据进行分析、计算和存储，经过计算获得污染物浓度值或综合毒性指数的超标值；

控制单元，用于将数据采集处理单元实时发送的污染物浓度值或综合毒性指数的超标值与前期历次监测数据进行对比，当该水域排放的污染物浓度值或综合毒性指数的超标程度最大时启动水下视频摄像头进行拍摄取证，并记录取证时段的水体排污数据，还用于根据所述无线通信单元接收的陆上指挥中心的指令，控制动力推进器对系统的航向进行调整。

如上所述的水体排污巡游监控取证系统，排污信息获取单元由排污口检测模块和污染物检测模块组成，排污口检测模块内安装有温度传感器、流量传感器和水深传感器，用于检测污染物排放温度、排放量及排放深度，污染物检测模块内安装有COD传感器、NH4-N传感器和综合毒性传感器，分别用于检测水体COD和NH4-N的浓度值以及重金属和持久性有机污染物的综合毒性指数。

如上所述的水体排污巡游监控取证系统，无线通信单元还用于将水下视频摄像头拍摄的排污取证影像数据以及取证时段记录的水体排污数据发送回陆上指挥中心。

如上所述的水体排污巡游监控取证系统，所述动力推进器为安装在外壳上水平方向且间隔设置的两个水力推进器，控制单元根据陆上指挥中心的指令调节两个水力推进器的速度差，以改变系统的航向。

如上所述的水体排污巡游监控取证系统，还包括与控制单元连接的GPS定位单元，GPS定位单元用于确定排污点平面坐标，并将所述排污点平面坐标传回陆上指挥中心，陆上指挥中心可根据GPS定位单元确定的平面坐标发出指令调整系统的航向。

如上所述的水体排污巡游监控取证系统，还包括与控制单元连接的警报器，在排污行为确认、电源电力消耗殆尽，或系统被破坏时进行报警，控制单元将报警信号传至陆上指挥中心。

如上所述的水体排污巡游监控取证系统，排污口检测模块和污染物检测模块的外壳材质均为有机玻璃，且形状为圆柱状，圆柱状有机玻璃柱下方开有均匀圆孔，孔径为2-4cm。

如上所述的水体排污巡游监控取证系统，还包括与排污信息获取单元、数据采集处理单元、水下视频摄像头、控制单元、动力推进器连接的电源。

一种水体排污巡游监控取证方法，其应用上述水体排污巡游监控取证系统进行排污取证，包括如下步骤：

将所述水体排污巡游监控取证系统置于水域的排污口或取水口附近；

启动动力推进器，使所述取证系统按照预先设置的运行轨迹在水域表面巡游，控制单元根据所述无线通信单元接收的陆上指挥中心的指令，控制动力推进器对系统的航向进行调整；

排污信息获取单元的排污口检测模块和污染物检测模块实时获取水体排污数据，数据采集处理单元根据排污信息获取单元获得的水体排污数据进行分析、计算和存储，经过计算获得污染物浓度值或综合毒性指数的超标值并发送至控制单元，控制单元将数据采集处理单元发送的污染物浓度值或综合毒性指数的超标值与前期历次监测数据对比，当该水域排放的污染物浓度值或综合毒性指数的超标程度最大时启动水下视频摄像头进行拍摄取证，并记录取证时段的水体排污数据。

如上所述的水体排污巡游监控取证方法，还包括将水下视频摄像头拍摄的排污取证影像数据和取证时段记录的水体排污数据经无线通信单元发送回陆上指挥中心。

本发明具有如下优点：

1、将水体排污监测与污染物排放总量控制相统一，重点监控COD和NH4-N的非法排放行为，有助于环保部门检查企业达标排放和节能减排落实情况。通过水质综合毒性传感器检测重金属、持有性有机污染物等，基本覆盖全部有毒有害物质排污，较早对突发水污染进行监测预警，保障生产生活用水安全特别是饮用水供水安全。

2、通过污染物检测结果与水污染排放浓度限值或综合毒性指数参考值相互比对，鉴别企业非法排污。利用水下高清视频摄像头拍照排污过程，同时采用流量和水深传感器及GPS系统，定位排污位置，记录排污量，取证排污行为，为水利或环保部门污染执法以及第三方评价提供事实依据。

3、巡游监控，规避了固定站点移动性和灵活性差的不足，能够在时间上和空间上不间断地进行排污监管，突破了传统断面监测、固定站点或排污口自动监测的时空不连续局限，有助于杜绝企业隐蔽排污和非法排污的盲区。对同一水域而言，巡游监控比固定站网监控，更能节省设备和安装、运行和管理成本。通过编组应用，彻底实现排污监控的时空连续覆盖。

附图说明

图1是本发明水体排污巡游监控取证系统的侧面剖视图；

图2是本发明水体排污巡游监控取证系统的俯视图；

图3是本发明水体排污巡游监控取证系统的原理框图；

图4是本发明的编组应用示意图。

图中:1—排污口检测模块，1-1—温度传感器，1-2—流量传感器，1-3—水深传感器，2—污染物检测模块，2-1—COD传感器，2-2—NH4-N传感器，2-3—综合毒性传感器，3—圆孔，4—数据采集处理单元，5—水下视频摄像头，6—控制单元，7—外壳，8—GPS定位单元，9—无线通信单元，10—电源，11—动力推进器，12—警报器。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明水体排污巡游监控取证系统为自主推进式水上巡游排污监控器，其剖面和俯视结构图分别见图1和图2，整个系统见图3包括排污信息获取单元、数据采集处理单元4、水下视频摄像头5、控制单元6、动力推进器11、GPS定位单元8、无线通信单元9、警报器12，其中控制单元6与数据采集处理单元4、水下视频摄像头5、动力推进器11、GPS定位单元8、无线通信单元9、警报器12相连。

如图1所示，排污信息获取单元安装在浮在水中的防水、防撞和防腐的高密度聚乙烯工程塑料外壳7内，排污信息获取单元由圆柱状的排污口检测模块1和污染物检测模块2组成，各模块外壳材质均为有机玻璃，用于保护内部安装的水质监测传感器。为便于水流通过传感器探头并保护探头，各模块的有机玻璃柱下方开有均匀圆孔3，在确保正常检测的条件下保护传感器不受水下杂物破坏，孔径为2-4cm。

排污口检测模块1内安装有温度传感器1-1、流量传感器1-2和水深传感器1-3，用于检测污染物排放温度、排放量及排放深度等信息。

污染物检测模块2内安装有COD传感器2-1、NH4-N传感器2-2和综合毒性传感器2-3，分别用于检测水体COD和NH4-N的浓度值以及重金属和持久性有机污染物等有毒有害物质的综合毒性指数。COD传感器2-1、NH4-N传感器2-2较为普遍，属于常见的水质自动监测设备。综合毒性传感器2-3多为进口设备，如Toxcontrol，采用微生物原理设计，基于生物毒性原理检测重金属、持久性有机污染物等，基本覆盖全部的有毒有害物质检测。

排污信息获取单元获取的污染物排污浓度值或综合毒性指数、排放量、排放深度等水体排污数据，输入数据采集处理单元4。数据采集处理单元4用于对从排污信息获取单元获取的水体排污数据进行分析、计算和存储，与《污水综合排放标准》GB8978-1996中待检测水域COD和NH4-N排放限值，以及水质综合毒性指数参考值比较，识别超标的水质指标，并计算污染物浓度值或综合毒性指数的超标值。

数据采集处理单元4将计算的污染物浓度值或综合毒性指数的超标值发送给控制单元6进行存储，控制单元6将其与前期历次监测数据对比，当该水域排放的污染物浓度值或综合毒性指数的超标程度最大时，控制单元6将其确认为排污行为或排污口，并启动水下视频摄像头5，另外控制单元6还可同时记录取证时段的水体排污数据，以便于作为后期查证和处罚的依据。

水下视频摄像头5位于排污口检测模块1上，采用密封防水的自动清洁镜头。所述水下视频摄像头5包括图像捕捉、信号收发及存储等模块，所述信号收发模块用于接收控制单元6的指令启动图像捕捉模块开始工作，并将采集的照片、视频、排污时间等排污取证影像数据存储于存储模块，取证结束后，将排污取证影像数据返回控制单元6。

控制单元6还与无线通信单元9连接，无线通信单元9用于将排污取证影像数据、取证时段记录的水体排污数据以及系统自身运行状态发送回陆上指挥中心，通信方式可以采取GPRS等。陆上指挥中心一方面接收污染物排放浓度值或综合毒性指数、排放量、排放深度、排污过程等水体排污监控排污取证影像数据，另一方面可以通过修改控制单元6指令的方式指导和监管本系统的运行。较佳的，控制单元6内可设置存储模块，将排污取证影像数据以及取证时段记录的水体排污数据存储在控制单元6的存储模块内，便于在取证结束后直接拷贝。

本系统的运行动力源于动力推进器11，由电源10(例如大容量蓄电池)供电。电源10提供本系统一切电力供应，通过陆地或水上码头进行续电。外壳7上的水平方向，间隔安装2个类似螺旋桨的动力推进器11，利用推进速度和方向的差别调整航向和航速。

最后，本系统还配备GPS定位单元8和警报器12。GPS定位单元8能够引导陆上指挥中心确认排污点平面坐标，便于水利、环保等开展水体排污执法监管，以及水体日常环境管理，还能够为陆上指挥中心实时了解本系统的运行位置和轨迹。较佳的，在GPS定位单元8中还可预先设置本系统的运行轨迹图，在系统运行时，控制单元6根据GPS定位单元8中存储的运行轨迹图控制动力推进器11的运动方向，以使得本系统按照预先设置的运行轨迹进行巡航监控和取证。

系统安装的警报器12，在排污行为确认、蓄电池电力消耗殆尽，或系统受自然和人为破坏时报警，报警信号传回控制单元6，控制单元6将报警信号传至陆上指挥中心，陆上指挥中心则根据不同类型的报警信号判断开展排污追责，电力补充或系统维修。

在完成单次排污取证后，可通过无线通信单元9将排污取证影像数据、取证时段记录的水体排污数据发送回陆上指挥中心，然后控制单元6中存储的历次污染物浓度值或综合毒性指数的超标值监测数据、排污取证影像数据以及取证时段记录的水体排污数据自动清零，开始巡游监控下一排污行为；在其它实施例中，也可以每次排污取证时在控制单元6的存储模块中设置一个独立的数据存储区间，每次取证过程的数据全部存储在对应的数据存储区间中，以避免对下一次排污取证造成影响，整个取证过程结束后，再将该系统回收进行取证数据读取。本发明还提供一种水体排污巡游监控取证方法，其应用上述水体排污巡游监控取证系统进行排污取证，包括如下步骤：

(一)将所述水体排污巡游监控取证系统置于水域的排污口或取水口附近；

(二)启动动力推进器11，使所述取证系统按照预先设置的运行轨迹在水域表面巡游；

(三)排污信息获取单元的排污口检测模块1和污染物检测模块2实时获取水体排污数据，数据采集处理单元4根据排污信息获取单元获得的水体排污数据进行分析、计算和存储，经过计算获得污染物浓度值或综合毒性指数超标值并发送至控制单元6，控制单元6将数据采集处理单元4发送的污染物浓度值或综合毒性指数的超标值与前期历次监测数据对比，当该水域排放的污染物浓度值或综合毒性指数的超标程度最大时，控制单元6将其诊断为排污行为或排污口，同时启动水下视频摄像头5进行拍摄取证，并记录取证时段的水体排污数据；较佳的，可将水下视频摄像头5拍摄的排污取证影像数据和取证时段记录的水体排污数据经无线通信单元9发送回陆上指挥中心。

在完成单次排污取证后，可通过无线通信单元9将排污取证影像数据、取证时段记录的水体排污数据发送回陆上指挥中心，然后控制单元6中存储的历次污染物浓度值或综合毒性指数的超标值监测数据、排污取证影像数据以及取证时段记录的水体排污数据自动清零，开始巡游监控下一排污行为；在其它实施例中，也可以每次排污取证时在控制单元6的存储模块中设置一个独立的数据存储区间，每次取证过程的数据全部存储在对应的数据存储区间中，以避免对下一次排污取证造成影响，整个取证过程结束后，再将该系统回收进行取证数据读取。

当监控水域有多个排污口时，可根据排污口的布局、排污影响范围，系统巡游速度范围，对若干个排污监控系统进行编组，做到排污监控的时空连续性覆盖。以下简要介绍系统的单个及编组应用实例。

实施例1：排污口监管

为应对非法排污，按照水利或环保部门确认的排污口分布规划路线，可布设单一的系统到各排污口，自动在附近水域不间断巡游，监控污废水排放，一旦COD、NH4-N以及综合毒性等水质参数超标，系统便取证记录并报警，将污染物排放浓度值或综合毒性指数、排放量、排放点位置、排放过程图片等水体非法排污或隐蔽排污信息发送给陆上指挥中心，以便水利或环保执法监管部门及时制止排放和作出相应处理。

实施例2：取水口监管

为了应对突发水污染，保障居民饮用水安全，将单一的系统布设在各流域各饮用水取水口，自动巡游，一旦COD、NH4-N以及综合毒性监测结果超过水源地水质标准或水质综合毒性参考值，系统便自动报警，告知陆上指挥中心取水口出现突发水污染，停止取水并作出相应处理。

实施例3：大面积水域的多排污口监管

本系统除监管单个排污口或取水口外，还能够进行编组，覆盖某河段或者湖库水域。以图4为例，当监控水域面积大、存在多个排污口时，依据排污后，污染物在水体中扩散稀释到《污水综合排放标准》GB8978-1996排放限值或水质综合毒性参考值时的水域半径r_i和时长t_i，确定为单个排污口的最大排污影响范围和最小巡游时间间隔。设定相邻两个排污口排污影响范围之间的巡游距离为S_i，排污监控系统巡游路径全长∑S_i，单个排污巡游监控系统的最低巡游速度为v_min，为覆盖全部排污口和全部水域，则所需排污监控系统个数最多为t_min为该水域排污口污染扩散稀释至《污水综合排放标准》GB8978-1996排放限值或水质综合毒性参考值时的最小时长。当确定出所需排污监控系统数量后，各系统沿着巡游路径对各排污口及相邻水域进行排污监控取证，便能彻底实现时空上的连续监控和全覆盖，做到排污口排污和突发水污染的双重监控，实现时空上连续性的监控覆盖，杜绝隐蔽及非法排污的监管盲区。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种水体排污巡游监控取证系统，其特征在于：包括外壳(7)及安装在外壳(7)上的排污信息获取单元、数据采集处理单元(4)、水下视频摄像头(5)、控制单元(6)、无线通信单元(9)、动力推进器(11)，

排污信息获取单元，用于获得水域的水体排污数据，所述水体排污数据包括污染物排放温度、排放量、排放深度、水体COD和NH4-N的浓度值以及重金属和持久性有机污染物的综合毒性指数；

数据采集处理单元(4)，与排污信息获取单元连接，用于根据排污信息获取单元实时获得的水体排污数据进行分析、计算和存储，经过计算获得污染物浓度值或综合毒性指数的超标值；

控制单元(6)，用于将数据采集处理单元(4)发送的污染物浓度值或综合毒性指数的超标值与已存储的前期历次监测数据进行对比，当该水域排放的污染物浓度值或综合毒性指数的超标程度最大时启动水下视频摄像头(5)进行拍摄取证，并记录取证时段的水体排污数据，还用于根据所述无线通信单元(9)接收的陆上指挥中心的指令，控制动力推进器(11)对系统的航向进行调整；

排污信息获取单元由排污口检测模块(1)和污染物检测模块(2)组成，排污口检测模块(1)内安装有温度传感器(1-1)、流量传感器(1-2)和水深传感器(1-3)，用于检测污染物排放温度、排放量及排放深度，污染物检测模块(2)内安装有COD传感器(2-1)、NH4-N传感器(2-2)和综合毒性传感器(2-3)，分别用于检测水体COD和NH4-N的浓度值以及重金属和持久性有机污染物的综合毒性指数；

水下视频摄像头(5)位于排污口检测模块(1)上。

2.如权利要求1所述的水体排污巡游监控取证系统，其特征在于：无线通信单元(9)还用于将水下视频摄像头(5)拍摄的排污取证影像数据以及取证时段记录的水体排污数据发送回陆上指挥中心。

3.如权利要求1所述的水体排污巡游监控取证系统，其特征在于：所述动力推进器(11)为安装在外壳(7)上水平方向且间隔设置的两个水力推进器，控制单元(6)根据陆上指挥中心的指令调节两个水力推进器的速度差，以改变系统的航向。

4.如权利要求1所述的水体排污巡游监控取证系统，其特征在于：还包括与控制单元(6)连接的GPS定位单元(8)，GPS定位单元(8)用于确定排污点平面坐标，并将所述排污点平面坐标传回陆上指挥中心，陆上指挥中心可根据GPS定位单元(8)确定的平面坐标发出指令调整系统的航向。

5.如权利要求1所述的水体排污巡游监控取证系统，其特征在于：还包括与控制单元(6)连接的警报器(12)，在排污行为确认、电源电力消耗殆尽，或系统被破坏时进行报警，控制单元(6)将报警信号传至陆上指挥中心。

6.如权利要求1所述的水体排污巡游监控取证系统，其特征在于：排污口检测模块(1)和污染物检测模块(2)的外壳材质均为有机玻璃，且形状为圆柱状，圆柱状有机玻璃柱下方开有均匀圆孔(3)，孔径为2-4cm。

7.如权利要求1所述的水体排污巡游监控取证系统，其特征在于：还包括与排污信息获取单元、数据采集处理单元(4)、水下视频摄像头(5)、控制单元(6)、动力推进器(11)连接的电源(10)。

8.一种水体排污巡游监控取证方法，其特征在于应用权利要求1-7任一所述水体排污巡游监控取证系统进行排污取证，包括如下步骤：

(一)将所述水体排污巡游监控取证系统置于水域的排污口或取水口附近；

(二)启动动力推进器(11)，使所述取证系统按照预先设置的运行轨迹在水域表面巡游，控制单元(6)根据所述无线通信单元(9)接收的陆上指挥中心的指令，控制动力推进器(11)对系统的航向进行调整；

(三)排污信息获取单元的排污口检测模块(1)和污染物检测模块(2)实时获取水体排污数据，数据采集处理单元(4)根据排污信息获取单元获得的水体排污数据进行分析、计算和存储，经过计算获得污染物浓度值或综合毒性指数的超标值并发送至控制单元(6)，控制单元(6)将数据采集处理单元(4)发送的污染物浓度值或综合毒性指数的超标值与前期历次监测数据对比，当该水域排放的污染物浓度值或综合毒性指数的超标程度最大时启动水下视频摄像头(5)进行拍摄取证，并记录取证时段的水体排污数据。

9.如权利要求8所述的水体排污巡游监控取证方法，其特征在于：还包括将水下视频摄像头(5)拍摄的排污取证影像数据和取证时段记录的水体排污数据经无线通信单元(9)发送回陆上指挥中心。