CN107168215B - 一种污染源在线监控系统及其分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污染源在线监控系统，包括污染源信号接收模块，气态污染物检测模块，液态污染物检测模块，固态污染物检测模块，外界环境污染物分析模块，对比判断模块，校准模块，外界环境污染物分析模块包括气液污染物联合分析模块，气固污染物联合分析模块和固液污染物联合分析模块。本发明能够改进现有技术的不足，实现了监控系统对于监控数据的主动分析和判断，提高了监控的真实性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及污染在线监控技术领域，尤其是一种污染源在线监控系统及其分析方法。
背景技术
随着工业的发展，工业生产对于环境的影响越来越明显。为了保护环境，我国对工业企业的排污有着严格的规定。为了对排污企业进行及时的监管，各地的环保部门陆续建立起了与排污企业信息联动的在线监控系统。但是，现有的监控系统还只是对信息数据的被动接收，无法对监控数据的真实性和准确性进行主动控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种污染源在线监控系统及其分析方法，能够解决现有技术的不足，实现了监控系统对于监控数据的主动分析和判断，提高了监控的真实性和准确性。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种污染源在线监控系统，其特征在于：包括，
污染源信号接收模块，用于接收排污企业污染源监控数据；
气态污染物检测模块，用于检测排污企业外界环境中的气态污染物；
液态污染物检测模块，用于检测排污企业外界环境中的液态污染物；
固态污染物检测模块，用于检测排污企业外界环境中的固态污染物；
外界环境污染物分析模块，分别与气态污染物检测模块、液态污染物检测模块和固态污染物检测模块通讯连接，用于对外界环境污染物进行分析；
对比判断模块，用于对排污企业污染源监控数据的真实性进行判断；
校准模块，用于对气态污染物检测模块、液态污染物检测模块和固态污染物检测模块的检测数据进行校准；
外界环境污染物分析模块包括，
气液污染物联合分析模块，用于对气态污染物和液态污染物中所含同类物质进行含量分析；
气固污染物联合分析模块，用于对气态污染物和固态污染物中所含同类物质进行含量分析；
固液污染物联合分析模块，用于对固态污染物和液态污染物中所含同类物质进行含量分析。
一种上述的污染源在线监控系统的分析方法，包括以下步骤：
A、外界环境污染物分析模块对气态污染物检测模块、液态污染物检测模块和固态污染物检测模块检测到的污染物数据进行分析，得出排污企业外界环境中的污染物数据；
B、对比判断模块通过从污染源信号接收模块接收来的污染源数据和从外界环境污染物分析模块接收来的排污企业外界环境中的污染物数据进行对比分析，判断排污企业污染源监控数据的真实性；
C、使用判定为真实的排污企业污染源监控数据对气态污染物检测模块、液态污染物检测模块和固态污染物检测模块的检测结果进行校正。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤A中，包括以下步骤，
A1、对各单一污染物在气态污染物检测模块、液态污染物检测模块和固态污染物检测模块中的检测结果进行求和计算，得出各单一污染物的排放总量；
A2、使用固液污染物联合分析模块的分析结果以及液态污染物检测模块和固态污染物检测模块安装位置与污染源的距离，计算污染物扩散速率；
A3、根据气液污染物联合分析模块和气固污染物联合分析模块的分析结果以及污染物扩散速率计算气态污染物、液态污染物和固态污染物中各单项污染物的初始含量。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤B中包括以下步骤，
B1、若从污染源信号接收模块接收来的单一污染物的排放总量数据和从外界环境污染物分析模块接收来的单一污染物的排放总量数据的差异大于设定阈值，则判定为不真实数据，其余数据标记为待定；
B2、若步骤B1中标记为待定的数据的各单项污染物的初始含量和从外界环境污染物分析模块接收来的各单项污染物的初始含量的差异小于设定阈值，则判定为真实数据，其余数据继续标记为待定；
B3、若步骤B2中标记为待定的数据中各单项污染物的变化趋势和从外界环境污染物分析模块接收来的数据中各单项污染物的变化趋势相关，则判定为真是数据，否则判定为不真实数据。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤B3中，包括以下步骤，
B31、将步骤B2中标记为待定的数据中各单项污染物的变化趋势曲线中线性相关的区域进行提取；
B32、对步骤B31中提取的曲线段进行小波分解，然后对分解结果进行如下迭代处理，
其中，F为迭代前的数据，为迭代后的数据，为小波分解后的数据均值；
B33、对迭代后的数据进行重构，将重构后的数据与从外界环境污染物分析模块接收来的数据中各单项污染物分别进行归一化，若归一化之后的两项数据不存在交叉点，则认定步骤B2中标记为待定的数据中各单项污染物的变化趋势和从外界环境污染物分析模块接收来的数据中各单项污染物的变化趋势相关。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤C中，包括以下步骤，
C1、将判定为真实的排污企业污染源监控数据进行离散化；
C2、将离散化之后的数据按照污染物种类的不同组成不同的过渡矩阵；
C3、计算过渡矩阵的特征值和与其对应的特征向量；
C4、选取不同过渡矩阵中相同特征值所对应的非线性相关的特征向量作为校正向量，组成校正矩阵；
C5、使用校正矩阵分别对气态污染物检测模块、液态污染物检测模块和固态污染物检测模块的检测结果进行校正。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤C5中，在校正前，对校正矩阵的元素进行遍历，对其中的零值元素使用其对应的高斯密度函数值进行替换。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过建立企业内部监控数据和企业外部监控数据的联合采样监控系统，通过企业外部监控数据对企业内部的监控数据进行真实性判断，从而提高监控结果的真实性。通过对气态污染物、液态污染物和固态污染物的独立监测，然后对不同状态污染物中的各成分进行分析，计算出污染物之间的扩散速率，进而得出各污染物的初始排放数据，然后使用计算出的初始排放数据与企业的排污数据进行对比，可以准确、快速的对企业的排放数据进行真实性判别，准确性高，速度快，实时性好。然后使用企业真实的排放数据对外部监控数据进行反馈校正，可以有效提高外部数据采集的准确度，进一步提高整个系统对于污染物排放监控的真实性和准确性。
附图说明
图1是本发明的原理图。
具体实施方式
实施例1
一种污染源在线监控系统，包括，
污染源信号接收模块1，用于接收排污企业污染源监控数据；
气态污染物检测模块2，用于检测排污企业外界环境中的气态污染物；
液态污染物检测模块3，用于检测排污企业外界环境中的液态污染物；
固态污染物检测模块4，用于检测排污企业外界环境中的固态污染物；
外界环境污染物分析模块5，分别与气态污染物检测模块2、液态污染物检测模块3和固态污染物检测模块4通讯连接，用于对外界环境污染物进行分析；
对比判断模块6，用于对排污企业污染源监控数据的真实性进行判断；
校准模块7，用于对气态污染物检测模块2、液态污染物检测模块3和固态污染物检测模块4的检测数据进行校准；
外界环境污染物分析模块5包括，
气液污染物联合分析模块51，用于对气态污染物和液态污染物中所含同类物质进行含量分析；
气固污染物联合分析模块52，用于对气态污染物和固态污染物中所含同类物质进行含量分析；
固液污染物联合分析模块53，用于对固态污染物和液态污染物中所含同类物质进行含量分析。
一种上述的污染源在线监控系统的分析方法，包括以下步骤：
A、外界环境污染物分析模块5对气态污染物检测模块2、液态污染物检测模块3和固态污染物检测模块4检测到的污染物数据进行分析，得出排污企业外界环境中的污染物数据；
B、对比判断模块6通过从污染源信号接收模块1接收来的污染源数据和从外界环境污染物分析模块5接收来的排污企业外界环境中的污染物数据进行对比分析，判断排污企业污染源监控数据的真实性；
C、使用判定为真实的排污企业污染源监控数据对气态污染物检测模块2、液态污染物检测模块3和固态污染物检测模块4的检测结果进行校正。
步骤A中，包括以下步骤，
A1、对各单一污染物在气态污染物检测模块2、液态污染物检测模块3和固态污染物检测模块4中的检测结果进行求和计算，得出各单一污染物的排放总量；
A2、使用固液污染物联合分析模块53的分析结果以及液态污染物检测模块3和固态污染物检测模块4安装位置与污染源的距离，计算污染物扩散速率；
A3、根据气液污染物联合分析模块51和气固污染物联合分析模块52的分析结果以及污染物扩散速率计算气态污染物、液态污染物和固态污染物中各单项污染物的初始含量。
步骤B中包括以下步骤，
B1、若从污染源信号接收模块1接收来的单一污染物的排放总量数据和从外界环境污染物分析模块5接收来的单一污染物的排放总量数据的差异大于设定阈值，则判定为不真实数据，其余数据标记为待定；
B2、若步骤B1中标记为待定的数据的各单项污染物的初始含量和从外界环境污染物分析模块5接收来的各单项污染物的初始含量的差异小于设定阈值，则判定为真实数据，其余数据继续标记为待定；
B3、若步骤B2中标记为待定的数据中各单项污染物的变化趋势和从外界环境污染物分析模块5接收来的数据中各单项污染物的变化趋势相关，则判定为真是数据，否则判定为不真实数据。
步骤B3中，包括以下步骤，
B31、将步骤B2中标记为待定的数据中各单项污染物的变化趋势曲线中线性相关的区域进行提取；
B32、对步骤B31中提取的曲线段进行小波分解，然后对分解结果进行如下迭代处理，
其中，F为迭代前的数据，为迭代后的数据，为小波分解后的数据均值；
B33、对迭代后的数据进行重构，将重构后的数据与从外界环境污染物分析模块5接收来的数据中各单项污染物分别进行归一化，若归一化之后的两项数据不存在交叉点，则认定步骤B2中标记为待定的数据中各单项污染物的变化趋势和从外界环境污染物分析模块5接收来的数据中各单项污染物的变化趋势相关。
步骤C中，包括以下步骤，
C1、将判定为真实的排污企业污染源监控数据进行离散化；
C2、将离散化之后的数据按照污染物种类的不同组成不同的过渡矩阵；
C3、计算过渡矩阵的特征值和与其对应的特征向量；
C4、选取不同过渡矩阵中相同特征值所对应的非线性相关的特征向量作为校正向量，组成校正矩阵；
C5、使用校正矩阵分别对气态污染物检测模块2、液态污染物检测模块3和固态污染物检测模块4的检测结果进行校正。
步骤C5中，在校正前，对校正矩阵的元素进行遍历，对其中的零值元素使用其对应的高斯密度函数值进行替换。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上改进而来的。步骤A中，使用计算出的气态污染物、液态污染物和固态污染物中各单项污染物的初始含量和实际测得的各单项污染物的含量，对各单项污染物的扩散速率进行计算，然后使用各单项污染物的扩散速率和步骤A2中求得的污染物扩散速率拟合出其共同的逼近函数作为修正后的扩散速率，对气态污染物、液态污染物和固态污染物中各单项污染物的初始含量进行二次计算。通过对污染物扩散率的二次拟合，可以提高对于污染物扩散率计算的准确率。
实施例3
本实施例是在实施例2的基础上改进而来的。步骤B33中，对迭代后的数据进行重构时，如果重构后的数据出现负值，则对负值数据进行如下替换，
其中，为修正前的重构目标函数，为修正后的重构目标函数，x为迭代后的数据，H为x对应的非线性观测算子。
通过对重构数据中失效的负值数据进行替换，可以提高重构后数据的利用率，从而提高各单项污染物变化趋势的计算准确度。
实施例4
本实施例是在实施例3的基础上改进而来的。步骤C4中，对于校正矩阵，对于其中所包含的稀疏向量，使用校正矩阵内与该稀疏向量内积最小的非稀疏向量对改稀疏向量进行替换。
通过对校正矩阵进行上述修正，可以减少校正过程中，对于孤立数据点的校正误差。
建立实验模型对上述4个实施例的方法进行验证。实验模型包含10个人工污染源（其中气态污染源3个，固态污染源3个，液态污染源4个），每次对若干个人工污染源进行污染物浓度调整，总计进行5次测量，对个污染源的检测平均准确率结果如下：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | |
| 第一次测量 | 78% | 84% | 85% | 85% |
| 第二次测量 | 77% | 86% | 85% | 91% |
| 第三次测量 | 81% | 86% | 88% | 94% |
| 第四次测量 | 85% | 87% | 90% | 95% |
| 第五次测量 | 85% | 89% | 91% | 97% |
由此可见，本发明可以实现多污染源检测的高准确率检测。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。
Claims (7)
1.一种污染源在线监控系统，其特征在于：包括，
污染源信号接收模块（1），用于接收排污企业污染源监控数据；
气态污染物检测模块（2），用于检测排污企业外界环境中的气态污染物；
液态污染物检测模块（3），用于检测排污企业外界环境中的液态污染物；
固态污染物检测模块（4），用于检测排污企业外界环境中的固态污染物；
外界环境污染物分析模块（5），分别与气态污染物检测模块（2）、液态污染物检测模块（3）和固态污染物检测模块（4）通讯连接，用于对外界环境污染物进行分析；
对比判断模块（6），用于对排污企业污染源监控数据的真实性进行判断；
校准模块（7），用于对气态污染物检测模块（2）、液态污染物检测模块（3）和固态污染物检测模块（4）的检测数据进行校准；
外界环境污染物分析模块（5）包括，
气液污染物联合分析模块（51），用于对气态污染物和液态污染物中所含同类物质进行含量分析；
气固污染物联合分析模块（52），用于对气态污染物和固态污染物中所含同类物质进行含量分析；
固液污染物联合分析模块（53），用于对固态污染物和液态污染物中所含同类物质进行含量分析。
2.一种权利要求1所述的污染源在线监控系统的分析方法，其特征在于包括以下步骤：
A、外界环境污染物分析模块（5）对气态污染物检测模块（2）、液态污染物检测模块（3）和固态污染物检测模块（4）检测到的污染物数据进行分析，得出排污企业外界环境中的污染物数据；
B、对比判断模块（6）通过从污染源信号接收模块（1）接收来的污染源数据和从外界环境污染物分析模块（5）接收来的排污企业外界环境中的污染物数据进行对比分析，判断排污企业污染源监控数据的真实性；
C、使用判定为真实的排污企业污染源监控数据对气态污染物检测模块（2）、液态污染物检测模块（3）和固态污染物检测模块（4）的检测结果进行校正。
3.根据权利要求2所述的污染源在线监控系统的分析方法，其特征在于：步骤A中，包括以下步骤，
A1、对各单一污染物在气态污染物检测模块（2）、液态污染物检测模块（3）和固态污染物检测模块（4）中的检测结果进行求和计算，得出各单一污染物的排放总量；
A2、使用固液污染物联合分析模块（53）的分析结果以及液态污染物检测模块（3）和固态污染物检测模块（4）安装位置与污染源的距离，计算污染物扩散速率；
A3、根据气液污染物联合分析模块（51）和气固污染物联合分析模块（52）的分析结果以及污染物扩散速率计算气态污染物、液态污染物和固态污染物中各单项污染物的初始含量。
4.根据权利要求2所述的污染源在线监控系统的分析方法，其特征在于：步骤B中包括以下步骤，
B1、若从污染源信号接收模块（1）接收来的单一污染物的排放总量数据和从外界环境污染物分析模块（5）接收来的单一污染物的排放总量数据的差异大于设定阈值，则判定为不真实数据，其余数据标记为待定；
B2、若步骤B1中标记为待定的数据的各单项污染物的初始含量和从外界环境污染物分析模块（5）接收来的各单项污染物的初始含量的差异小于设定阈值，则判定为真实数据，其余数据继续标记为待定；
B3、若步骤B2中标记为待定的数据中各单项污染物的变化趋势和从外界环境污染物分析模块（5）接收来的数据中各单项污染物的变化趋势相关，则判定为真实数据，否则判定为不真实数据。
5.根据权利要求4所述的污染源在线监控系统的分析方法，其特征在于，步骤B3中，包括以下步骤，
B31、将步骤B2中标记为待定的数据中各单项污染物的变化趋势曲线中线性相关的区域进行提取；
B32、对步骤B31中提取的曲线段进行小波分解，然后对分解结果进行如下迭代处理，
其中，F为迭代前的数据， 为迭代后的数据， 为小波分解后的数据均值；
B33、对迭代后的数据进行重构，将重构后的数据与从外界环境污染物分析模块（5）接收来的数据中各单项污染物分别进行归一化，若归一化之后的两项数据不存在交叉点，则认定步骤B2中标记为待定的数据中各单项污染物的变化趋势和从外界环境污染物分析模块（5）接收来的数据中各单项污染物的变化趋势相关。
6.根据权利要求2所述的污染源在线监控系统的分析方法，其特征在于：步骤C中，包括以下步骤，
C1、将判定为真实的排污企业污染源监控数据进行离散化；
C2、将离散化之后的数据按照污染物种类的不同组成不同的过渡矩阵；
C3、计算过渡矩阵的特征值和与其对应的特征向量；
C4、选取不同过渡矩阵中相同特征值所对应的非线性相关的特征向量作为校正向量，组成校正矩阵；
C5、使用校正矩阵分别对气态污染物检测模块（2）、液态污染物检测模块（3）和固态污染物检测模块（4）的检测结果进行校正。
7.根据权利要求6所述的污染源在线监控系统的分析方法，其特征在于：步骤C5中，在校正前，对校正矩阵的元素进行遍历，对其中的零值元素使用其对应的高斯密度函数值进行替换。
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