CN106595757B - 一种环境监测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环境监测方法及系统，该方法包括：采集监测地区的环境信息；将环境信息与预设阈值进行对比，当环境信息超过预设阈值时，发出报警信息；采集污染物泄漏的扩散信息，根据扩散信息计算得到污染物泄漏的扩散函数模型；根据扩散函数模型分析得到污染物泄漏的扩散预测结果；向用户端发送环境信息、报警信息和/或扩散预测结果。本发明对于环境信息的监测更加全面和完善，能够提早的发现污染物的扩散情况，能够在污染扩散前做出迅速响应，并提升了预测的准确度，更具有实用性。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测领域，尤其涉及一种环境监测方法及系统。
背景技术
目前，现有的应急安全监测控制系统，功能单一，只能提供某项数据的报警及检测，不能达到用户的实际现场监测需求，比如油田井喷事故，目前还没有能同时提供现场视频情况、有毒气体泄漏数据、现场风向以及现场环境的方法或系统，通常需要布控多种设备和线路才能同时解决这些问题，给实际应用带来了很大的不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种环境监测方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种环境监测方法，包括以下步骤：
步骤1，采集监测地区的环境信息；
步骤2，将所述环境信息与预设阈值进行对比，当所述环境信息超过预设阈值时，发出报警信息；
步骤3，采集污染物泄漏的扩散信息，根据所述扩散信息计算得到所述污染物泄漏的扩散函数模型；
步骤4，根据所述扩散函数模型分析得到所述污染物泄漏的扩散预测结果；
步骤5，向所述用户端发送所述环境信息、所述报警信息和/或所述扩散预测结果。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种环境监测方法，通过采集监测地区的各项环境信息，并对环境信息进行检测判断，发出报警信息，对于环境信息的监测更加全面和完善，同时通过采集污染气体的扩散信息，并通过计算建模得到扩散函数模型，并根据扩散函数模型对污染气体的扩散情况进行预测与分析，能够提早的发现污染物的扩散情况，能够在污染扩散前做出迅速响应，并提升了预测的准确度，更具有实用性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述环境信息包括：噪声信息、有害气体信息、温度信息、湿度信息、细颗粒物信息和辐射信息。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过采集监测地区内的噪声信息、有害气体信息、温度信息、湿度信息、细颗粒物信息和辐射信息，能够实现对监测地区全面的监测，得到的环境数据更加全面完善，更具有参考价值和使用价值。
进一步地，所述监测方法还包括：
步骤6，实时采集监测地区的影像信息，并将所述影像信息发送到所述用户端；
步骤7，提取所述影像信息中的人脸信息，将所述人脸信息与预存的人脸信息进行对比得到相似度，当相似度达到预设值时，发出报警信息。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过对检测地区进行实时的视频监控，能够提高监测地区的安全性，当监测地区出现目标人员时，能够第一时间发现并处理，时效性和实用性更高。
进一步地，所述监测方法还包括：
步骤8，对进入到所述监测地区的入侵物体进行监测，当所述入侵物体的行为满足预设警戒条件时，发出报警信息。
进一步地，所述监测方法还包括：
步骤9，向不同的用户端开放的不同程度的使用权限。
采用上述进一步方案的有益效果是：同伙通过软件编程向用户端开放的不同程度的使用权限，有效避免数据被恶意删除，参数被篡改等情况，提高本发明的安全性。
进一步地，所述监测方法还包括：
步骤10，根据所述报警信息，提取所述报警信息产生的时间、报警次数、报警值并存储。
进一步地，在步骤3之前还包括：
步骤11，获取烟云的边缘温度TS，环境大气温度TA，烟云的边缘扩散速度VS。
进一步地，所述预设阈值按照国家标准和/或国际通用规则进行设定。
进一步地，步骤3中，包括：
步骤3.1，选择所述污染物的测量点；
步骤3.2，采集所述测量点的环境风速u、所述污染物的泄漏高度H、所述测量点的直角坐标系坐标(x，y，z)、所述污染物的泄漏时间t以及所述污染物测量点的瞬时泄漏总量Q*，其中，所述坐标x的正方向为下风方向，所述坐标z的正方向为垂直地面向上的方向；
步骤3.3，根据所述泄漏高度H计算得到污染物的有效高度Hr；
步骤3.4，根据所述环境风速u、所述有效高度Hr、所述坐标(x，y，z)、所述泄漏时间t和所述瞬时泄漏总量Q*计算得到当泄漏时间为t时，所述测量点(x，y，z)处所述污染物的瞬时浓度C(x，y，z，t)；
步骤3.5，将所述泄漏时间t进行n等分，得到每等分的时间改变量Δt；
步骤3.6，根据所述环境风速u、所述有效高度Hr、所述坐标(x，y，z)、所述时间改变量Δt和所述污染物的瞬时浓度C(x，y，z，t)计算得到当时间改变量为Δt时，污染物的泄漏改变量ΔQ；
步骤3.7，根据所述泄漏改变量ΔQ得到污染物浓度随时间变化的扩散函数模型。
采用上述进一步方案的有益效果是：通常对于污染物扩散的研究，都是基于污染源泄漏情况已知的情况下进行预测，而实际情况下，污染物泄漏源的情况很可能是未知的，上述进一步方案能够实现在污染物泄漏源未知的情况下对污染物的泄漏情况进行预测，将实测数据加入到预测模型中，提高了预测的准确度，同时，上述进一步方案具有计算速度快的优点，能够早于大规模泄漏发生前就作出有效预警和快速响应。
进一步地，根据以下公式计算所述污染物的有效高度Hr：
Hr＝H+ΔH
根据以下公式计算所述污染物的瞬时浓度C(x，y，z，t)：
根据以下公式计算所述污染物的泄漏改变量ΔQ：
所述扩散函数模型为：
其中，σx、σy、σz为扩散系数，σx、σy均为水平扩散参数，σz为垂直扩散参数，tn为任意泄漏时间，TS为烟云边缘温度，TA为环境大气温度，VS为烟云边缘扩散速度，g为重力加速度，i＝1，2，3，…，n。
进一步地，根据以下公式计算所述扩散系数σx、σy、σz：
σx＝σy＝axb
σz＝cxd
其中，系数a、b、c、d根据大气稳定度确定。
进一步地，根据所述监测地区的天气情况选取大气稳定度，再根据所述大气稳定度选取所述扩散系数的取值，其中，所述大气稳定度的取值见表1，所述扩散系数σx、σy、σz的取值见表2。
表1大气稳定度取值表
表2扩散系数取值表
进一步地，所述环境数据通过微功率RF(Radio Frequency，射频)模式发送给用户端，所述影像信息通过Wi-Fi发送给所述用户端，并支持跳传传输。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种环境监测系统，包括：
采集模块，用于采集监测地区的环境信息和污染物泄漏的扩散信息；
处理模块，与所述采集模块连接，用于根据所述扩散信息计算得到所述污染物泄漏的扩散函数模型，根据所述扩散函数模型分析得到所述污染物泄漏的扩散预测结果，并将所述环境信息与预设阈值进行对比；
报警模块，与所述处理模块连接，用于当所述环境信息超过预设阈值时，发出报警信息；
传输模块，分别与所述处理模块和所述报警模块连接，用于向所述用户端发送所述环境信息、所述报警信息和/或所述扩散预测结果。
进一步地，所述采集模块包括：
声音传感器，用于采集所述监测地区的噪声信息；
气体传感器，用于采集所述监测地区的有害气体信息及污染物浓度信息；
温度传感器，用于采集所述监测地区的温度信息；
湿度传感器，用于采集所述监测地区的湿度信息；
激光粉尘传感器，用于采集所述监测地区的细颗粒物信息；
辐射传感器，用于采集所述监测地区的辐射信息；
风速仪，用于采集所述监测地区的风速信息及风向信息；
卫星定位仪，用于采集所述监测地区的地理坐标信息；
视频采集器，用于实时采集所述监测地区的影像信息，并对进入到所述监测地区的入侵物体进行监测。
进一步地，所述环境信息包括：噪声信息、有害气体信息、温度信息、湿度信息、细颗粒物信息和辐射信息。
进一步地，所述处理模块还用于：将实时采集的所述影像信息通过所述传输模块发送到所述用户端，并提取所述影像信息中的人脸信息，将所述人脸信息与预存的人脸信息进行对比得到相似度，当相似度达到预设值时，通过所述报警模块发出报警信息，并当所述视频采集器检测到所述入侵物体的行为满足预设警戒条件时，通过所述报警模块发出报警信息。
进一步地，所述环境监测系统还包括权限管理模块，与所述处理模块连接，通过软件编程向不同的用户端开放的不同程度的使用权限。
进一步地，所述处理模块还用于根据所述报警信息，提取所述报警信息产生的时间、报警次数、报警值并存储。
进一步地，所述预设阈值按照国家标准和/或国际通用规则进行设定。
进一步地，所述传输模块的传输方式可以为有线传输和/或无线传输的方式。
进一步地，所述环境监测系统还包括嵌入式在线地图，用于将所述监测地区根据数据中的经纬度显示在地图上，并用于通过所述用户端显示所述监控地区实时的所述影像信息和所述环境数据。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种环境监测方法的流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的一种环境监测系统的结构框架图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种环境监测方法的流程示意图，该方法包括：
S110，采集监测地区的环境信息；
S120，将环境信息与预设阈值进行对比，当环境信息超过预设阈值时，发出报警信息；
S130，采集污染物泄漏的扩散信息，根据扩散信息计算得到污染物泄漏的扩散函数模型；
S140，根据扩散函数模型分析得到污染物泄漏的扩散预测结果；
S150，向用户端发送环境信息、报警信息和/或扩散预测结果。
上述实施例提供的一种环境监测方法，通过采集监测地区的各项环境信息，并对环境信息进行检测判断，发出报警信息，对于环境信息的监测更加全面和完善，同时通过采集污染气体的扩散信息，并通过计算建模得到扩散函数模型，并根据扩散函数模型对污染气体的扩散情况进行预测与分析，能够提早的发现污染物的扩散情况，能够在污染扩散前做出迅速响应，并提升了预测的准确度，更具有实用性。
进一步，环境信息包括：噪声信息、有害气体信息、温度信息、湿度信息、细颗粒物信息和辐射信息，其中：
有害气体包括可燃气体、VOC气体(Volatile Organic Compounds，挥发性有机化合物)以及有毒气体，例如，可燃气体包括：天然气、氢气、乙炔等，VOC气体包括：沙林毒气，芥子气，氰化氢，苯类等，有毒气体包括：硫化氢，二氧化硫，氯气，氨气，一氧化碳等；
辐射信息包括伽马射线、X射线、中子射线等；
细颗粒物信息包括PM2.5、PM10等。
进一步，监测方法还包括：
实时采集监测地区的影像信息，并将影像信息发送到用户端，影像信息可以为视频、音频和/或图像形式；
提取影像信息中的人脸信息，将人脸信息与预存的人脸信息进行对比得到相似度，当相似度达到预设值时，发出报警信息。
进一步，监测方法还包括：
对进入到监测地区的入侵物体进行监测，当入侵物体的行为满足预设警戒条件时，发出报警信息，例如，可以在检测地区根据实际使用需求设置警戒区域，对警戒区域进行全天候监控，当有人、动物或车辆等接近警戒区域时，向用户端发送报警信息。
进一步，监测方法还包括：
通过软件编程向不同的用户端开放的不同程度的使用权限，并通过软件编程随意配置用户的权限。
进一步，监测方法还包括：
根据报警信息，提取报警信息产生的时间、报警次数、报警值并存储。
进一步，S130之前还包括：
获取烟云的边缘温度TS，环境大气温度TA，烟云的边缘扩散速度VS。
进一步，预设阈值按照国家标准和/或国际通用规则进行设定。
进一步，S130中，包括以下步骤：
选择污染物的测量点，通常将污染物扩散的中心点选为测量点；
采集测量点的环境风速u、污染物的泄漏高度H、测量点的直角坐标系坐标(x，y，z)、污染物的泄漏时间t以及污染物测量点的瞬时泄漏总量Q*，其中，坐标x的正方向为下风方向，坐标z的正方向为垂直地面向上的方向；
根据泄漏高度H计算得到污染物的有效高度Hr；
根据环境风速u、有效高度Hr、坐标(x，y，z)、泄漏时间t和瞬时泄漏总量Q*计算得到当泄漏时间为t时，测量点(x，y，z)处污染物的瞬时浓度C(x，y，z，t)；
将泄漏时间t进行n等分，得到每等分的时间改变量Δt；
根据环境风速u、有效高度Hr、坐标(x，y，z)、时间改变量Δt和污染物的瞬时浓度C(x，y，z，t)计算得到当时间改变量为Δt时，污染物的泄漏改变量ΔQ；
根据泄漏改变量ΔQ得到污染物浓度随时间变化的扩散函数模型，例如，当前已发生泄漏的时间为10S，则可以通过扩散函数模型对泄漏发生20S、30S、100S的扩散情况进行模拟与预测。
进一步，根据以下公式计算污染物的有效高度Hr：
Hr＝H+ΔH
根据以下公式计算污染物的瞬时浓度C(x，y，z，t)：
根据以下公式计算污染物的泄漏改变量ΔQ：
扩散函数模型为：
其中，σx、σy、σz为扩散系数，σx、σy均为水平扩散参数，σz为垂直扩散参数，tn为任意泄漏时间，TS为烟云边缘温度，TA为环境大气温度，VS为烟云边缘扩散速度，g为重力加速度，i＝1，2，3，…，n。
进一步，根据以下公式计算扩散系数σx、σy、σz：
σx＝σy＝axb
σz＝cxd
其中，系数a、b、c、d根据大气稳定度确定。
进一步，根据监测地区的天气情况选取大气稳定度，再根据大气稳定度选取扩散系数的取值，其中，大气稳定度的取值见表1，扩散系数σx、σy、σz的取值见表2。
表1大气稳定度取值表
表2扩散系数取值表
进一步地，所述环境数据通过微功率RF(Radio Frequency，射频)模式发送给用户端，所述影像信息通过Wi-Fi发送给所述用户端，并支持跳传传输。
如图2所示，为本发明另一实施例提供的一种环境监测系统的结构框架图，该系统包括：
采集模块210，用于采集监测地区的环境信息和污染物泄漏的扩散信息，其中：
环境信息包括：噪声信息、有害气体信息、温度信息、湿度信息、细颗粒物信息、辐射信息以及影像信息；
扩散信息包括：污染物浓度信息、风速信息、风向信息、地理坐标信息；
处理模块220，与采集模块210连接，用于根据扩散信息计算得到污染物泄漏的扩散函数模型，根据扩散函数模型分析得到污染物泄漏的扩散预测结果，并将环境信息与预设阈值进行对比；
报警模块230，与处理模块220连接，用于当环境信息超过预设阈值时，发出报警信息；
传输模块240，分别与处理模块220和报警模块230连接，用于向用户端250发送环境信息、报警信息和/或扩散预测结果。
进一步，采集模块210包括：
声音传感器，用于采集监测地区的噪声信息；
气体传感器，用于采集监测地区的有害气体信息及污染物浓度信息；
温度传感器，用于采集监测地区的温度信息；
湿度传感器，用于采集监测地区的湿度信息；
激光粉尘传感器，用于采集监测地区的细颗粒物信息；
辐射传感器，用于采集监测地区的辐射信息；
风速仪，用于采集监测地区的风速信息及风向信息；
卫星定位仪，用于采集监测地区的地理坐标信息；
视频采集器，用于实时采集监测地区的影像信息，并对进入到监测地区的入侵物体进行监测。
进一步，有害气体包括可燃气体、VOC气体(Volatile Organic Compounds，挥发性有机化合物)以及有毒气体，例如，可燃气体包括：天然气、氢气、乙炔等，VOC气体包括：沙林毒气，芥子气，氰化氢，苯类等，有毒气体包括：硫化氢，二氧化硫，氯气，氨气，一氧化碳等；
辐射信息包括伽马射线、X射线、中子射线等；
细颗粒物信息包括PM2.5、PM10等。
进一步，处理模块220还用于：将实时采集的影像信息通过传输模块240发送到用户端250，并提取影像信息中的人脸信息，将人脸信息与预存的人脸信息进行对比得到相似度，当相似度达到预设值时，通过报警模块230发出报警信息，并当视频采集器检测到入侵物体的行为满足预设警戒条件时，通过报警模块230发出报警信息。
进一步，视频采集器采用高清IPC(IP CAMERA，网络摄像机)作为视频信号采集源，支持动态高清码率，支持RTSP协议，通过对摄像头H.264算法优化，低码率和ROI的综合运用，可以节省3/4的存储空间；结合SVC对任意时间段录像进行抽帧处理，延长录像时间；可选多路独立编码流，双路实时高清码流。
进一步，视频采集器用于对越界入侵、区域入侵行为自动检测、分别布防，并可联动报警；并实现检测无音源输入、环境噪音过滤、突发尖叫事件提醒等，并自动检测画面亮度，通过内部算法抑制近处物体过曝，同时保证背景区域亮度。
进一步，环境监测系统还包括权限管理模块260，与处理模块220连接，通过软件编程向不同的用户端250开放的不同程度的使用权限。
进一步，处理模块220还用于根据报警信息，提取报警信息产生的时间、报警次数、报警值并存储。
进一步，预设阈值按照国家标准和/或国际通用规则进行设定。
进一步，传输模块240的传输方式可以为有线传输和/或无线传输的方式，例如，有线传输包括电缆、光纤等；无线连接包括Zigbee、Z-wave、Wifi或GPRS等。
进一步，环境监测系统还包括嵌入式在线地图，用于将监测地区根据数据中的经纬度显示在地图上，并用于通过用户端250显示监控地区实时的影像信息和环境数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。
Claims (6)
1.一种环境监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采集监测地区的环境信息；
步骤2，将所述环境信息与预设阈值进行对比，当所述环境信息超过预设阈值时，发出报警信息；
步骤3，采集污染物泄漏的扩散信息，根据所述扩散信息计算得到所述污染物泄漏的扩散函数模型；
步骤4，根据所述扩散函数模型分析得到所述污染物泄漏的扩散预测结果；
步骤5，向用户端发送所述环境信息、所述报警信息和/或所述扩散预测结果；
步骤3中，包括：
步骤3.1，选择所述污染物的测量点；
步骤3.2，采集所述测量点的环境风速u、所述污染物的泄漏高度H、所述测量点的直角坐标系坐标(x，y，z)、所述污染物的泄漏时间t以及所述污染物测量点的瞬时泄漏总量Q*，其中，所述坐标x的正方向为下风方向，所述坐标z的正方向为垂直地面向上的方向；
步骤3.3，根据所述泄漏高度H计算得到污染物的有效高度Hr；
步骤3.4，根据所述环境风速u、所述有效高度Hr、所述坐标(x，y，z)、所述泄漏时间t和所述瞬时泄漏总量Q*计算得到当泄漏时间为t时，所述测量点(x，y，z)处所述污染物的瞬时浓度C(x，y，z，t)；
步骤3.5，将所述泄漏时间t进行n等分，得到每等分的时间改变量Δt；
步骤3.6，根据所述环境风速u、所述有效高度Hr、所述坐标(x，y，z)、所述时间改变量Δt和所述污染物的瞬时浓度C(x，y，z，t)计算得到当时间改变量为Δt时，污染物的泄漏改变量ΔQ；
步骤3.7，根据所述泄漏改变量ΔQ得到污染物浓度随时间变化的扩散函数模型。
2.根据权利要求1所述的一种环境监测方法，其特征在于，所述环境信息包括：噪声信息、有害气体信息、温度信息、湿度信息、细颗粒物信息和辐射信息。
3.根据权利要求1所述的一种环境监测方法，其特征在于，还包括：
步骤6，实时采集监测地区的影像信息，并将所述影像信息发送到所述用户端；
步骤7，提取所述影像信息中的人脸信息，将所述人脸信息与预存的人脸信息进行对比得到相似度，当相似度达到预设值时，发出报警信息。
4.根据权利要求3所述的一种环境监测方法，其特征在于，还包括：
步骤8，对进入到所述监测地区的入侵物体进行监测，当所述入侵物体的行为满足预设警戒条件时，发出报警信息。
5.根据权利要求1所述的一种环境监测方法，其特征在于，根据以下公式计算所述污染物的有效高度Hr：
Hr＝H+ΔH
根据以下公式计算所述污染物的瞬时浓度C(x，y，z，t)：
根据以下公式计算所述污染物的泄漏改变量ΔQ：
所述扩散函数模型为：
其中，σx、σy、σz为扩散系数，σx、σy均为水平扩散参数，σz为垂直扩散参数，tn为任意泄漏时间，Ts为烟云边缘温度，Ta为环境大气温度，Vs为烟云边缘扩散速度，g为重力加速度，i＝1，2，3，…，n。
6.根据权利要求5所述的一种环境监测方法，其特征在于，根据以下公式计算所述扩散系数σx、σy、σz：
σx＝σy＝axb
σz＝cxd
其中，系数a、b、c、d根据大气稳定度确定。
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