CN107782749A - 一种土壤环境质量在线监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土壤环境质量在线监控系统，属于土壤检测技术领域，由现场土壤环境质量监测系统、后台处理系统和环保部门监管系统组成，现场土壤环境质量监测系统由实时地面监控装置、X射线产生装置、土壤取样盒、能谱仪、计算机系统、无线通讯装置、机械取样手、北斗定位系统组成，后台处理系统由远程终端、远程移动控制端、数据库组成，环保部门监管系统由检索及显示单元、分析研判及报警单元、GIS地图查看单元、系统管理单元组成；该系统监控方法包括检测，程序控制、数据收集及处理，数据接收、命令控制。本发明实现土壤实时数据采集、位置监控、数据信息传输及存储、土壤环境质量预警及应急处置等，使土壤监测工作自动化、信息化。
Description
技术领域
本发明涉及一种土壤检测系统及方法，特别是涉及一种土壤环境质量在线监控系统及方法，属于土壤检测技术领域。
背景技术
土壤质量是土壤在生态系统界面内维持生产，保障环境质量，促进动物和人类健康行为的能力；美国土壤学会把土壤质量定义为：在自然或管理的生态系统边界内，土壤具有动植物生产持续性，保持和提高水、气质量以及人类健康与生活的能力；土壤质量是指土壤在一定生态系统内支持生物的生产能力，净化环境能力，促进动植物及人类健康的能力。土壤环境监测是指通过对影响土壤环境质量因素的代表值的测定，确定环境质量及其变化趋势。我们通常所说的土壤监测是指土壤环境监测，其一般包括布点采样、样品制备、分析方法、结果表征、资料统计和质量评价等技术内容。土壤环境监测的内容，目前，中国关于土壤环境监测的标准有《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166-2004)，其属于中华人民共和国环境保护行业标准；一般土壤监测可以分为全国区域土壤背景、农田土壤环境、建设项目土壤环境评价、土壤污染事故等类型的监测。
目前，土壤检测仪分包括以下几种：1)用于土壤前处理的土壤取样器、土壤振筛仪、环刀、土壤筛、土壤溶液取样器等；2)用于土壤养分检测的土壤EC计、土壤养分速测仪、台式近红外土壤养分速测仪、手持式土壤养分速测仪、尼龙筛、定氮仪、离子计、PH计、原子吸收分光光度计、铭空心阴极灯、乙块钢瓶、原子吸收光谱仪、原子荧光光度计、测汞仪、滴定仪、气相色谱仪、分光光度计、电导率仪、土壤盐分测定仪等；3)用于土壤水分检测的便携式土壤水分速测仪、土壤水分速测仪、便携式土壤墒情测定仪、土壤水分温度速测仪、烘干法红外水分测试仪、土壤水分温度速测仪等；4)用于土壤硬度检测的数字式土壤硬度计、指针式土壤硬度计、土壤紧实度测定仪等；5)用于土壤酸碱度检测的土壤PH计、指针式土壤酸度计、数字式土壤酸度计等。
以上这些土壤检测仪器在土壤检测应用的过程中起到了积极作用，然而，目前，现有技术中的土壤检测仪器多不能实现土壤质量自动检测采集，且无法实时监控土壤状态，后台无实时报警提醒，设备装置使用过程中多处于手工状态，不能对土壤抽样检测的样品区域进行视频拍摄取样，进而不能将拍摄的视频传输到控制系统而实时显示在控制人员面前，不利于目前土壤质量自动检测采集的自动化、无人化、集约化控制管理，且不利于控制人员实时掌握土壤质量自动检测采集装置周围环境，及其对土壤取样的合理性和代表性的判断，且对土壤位置无法实时监控，无法定位取样的地址位置，不利于信息集成化建设，不能满足现代农业使用需求。
发明内容
本发明的主要目的是为了解决目前土壤质量检测采集过程中存在的上述问题，提供一种土壤环境质量在线监控系统。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种土壤环境质量在线监控系统，由现场土壤环境质量监测系统、后台处理系统和环保部门监管系统组成，所述现场土壤环境质量监测系统和所述环保部门监管系统均与所述后台处理系统连接，所述现场土壤环境质量监测系统由实时地面监控装置、X射线产生装置、土壤取样盒、能谱仪、计算机系统、无线通讯装置、机械取样手、北斗定位系统组成，所述后台处理系统由远程终端、远程移动控制端、数据库组成，所述环保部门监管系统由检索及显示单元、分析研判及报警单元、GIS地图查看单元、系统管理单元组成。
作为上述方案的优选方案，所述计算机系统通过所述无线通讯装置与所述远程终端无线连接，所述远程终端与所述数据库无线连接，所述实时地面监控装置与所述远程终端无线连接，并向所述远程终端发送视频信息。
作为上述方案的优选方案，所述计算机系统与所述北斗定位系统连接，所述北斗定位系统与所述机械取样手连接，所述机械取样手与所述土壤取样盒连接，并将取样的土壤送至所述土壤取样盒。
作为上述方案的优选方案，所述计算机系统与所述实时地面监控装置、所述能谱仪、所述X射线产生装置电连接，所述X射线产生装置与所述土壤取样盒连接，所述土壤取样盒与所述能谱仪连接，所述X射线产生装置和所述能谱仪对所述土壤取样盒内的土壤进行检测和分析，所述计算机系统与所述远程移动控制端无线连接。
作为上述方案的优选方案，所述数据库具有导入接口、修改接口和导出接口，所述修改接口和所述导出接口用于数据的组织和管理。
作为上述方案的优选方案，所述数据库包括：
土壤质量监察数据库，用于存储各类土壤质量数据，包括历史上从各类渠道获得的土壤环境质量信息；
土壤污染物实时采集数据库，用于存储实时读取的土壤污染物数据，包括污染物类型、含量以及实时截取的视频片段或截图；
土壤污染物预警信息库，用于存储土壤污染预警数据，记录预警的处理方式；
风险隐患点库，用于存储土壤污染隐患点；
公众参与数据库，用于存储公众预报的土壤环境质量信息；
基础测绘信息库，用于存储基础地理信息数据。
作为上述方案的优选方案，所述环保部门监管系统中的：
所述检索及显示单元，用于检索、显示各类信息，包括历史存储数据以及实时监测信息，并产生相关统计图表；
所述分析研判及报警单元，用于根据监测的数据进行分析与研判，自动产生报警数据，将报警信息传递给相关工作人员，包括报警点位置信息和土壤质量情况；
所述GIS地图查看单元，用于提供地图的放大缩小、漫游、并控制地图缩放的最大最小缩放比例，简单查询、地图切换、出图等基本功能；
所述系统管理单元，用于提供功能方便的系统管理工具，可以对系统中的各种活动如登录、修改、关键查询等进行有效的记录和管理，并用于对用户分级，明确权限，用于数据的导入导出、删改。
本发明还提供了一种土壤环境质量在线监控方法，包括如下步骤：
步骤S100：检测
由X射线产生装置、土壤取样盒、能谱仪对现场土壤环境取样进行检测，并将检测结果发送到计算机系统；
步骤S200：程序控制、数据收集及处理
计算机系统对检测结果进行程序控制发出控制命令，后台处理系统对检测结果进行数据收集及处理，并将数据和控制命令通过无线通讯装置发送至远程终端；
步骤S300：数据接收、命令控制
远程终端进行数据接收，并通过实时地面监控装置接收现场土壤环境取样区域的视频监控，将接收到的数据发送至数据库，远程终端根据接收到的数据接收进行命令控制，并将命令控制通过无线通讯装置发送给计算机系统。
进一步的，所述步骤S100包括如下步骤，
步骤S101：计算机系统向北斗定位系统发送检测命令，北斗定位系统对待检测区域进行定位；
步骤S102：北斗定位系统定位后，机械取样手对待检测区域内的土壤进行取样，并将土壤样品放置在土壤取样盒内；
步骤S103：计算机系统向X射线产生装置发出检测土壤样品的命令，X射线产生装置对土壤样品进行检测，能谱仪对土壤样品进行分析；
步骤S104：能谱仪将对土壤样品的分析结果发送至计算机系统。
进一步的，所述步骤S300中数据库环保部门监管系统连接，所述环保部门监管系统由检索及显示单元、分析研判及报警单元、GIS地图查看单元、系统管理单元组成，所述数据库包括土壤质量监察数据库、土壤污染物实时采集数据库、土壤污染物预警信息库、风险隐患点库、公众参与数据库和基础测绘信息库。
本发明的有益技术效果：本发明的土壤质量自动检测采集系统，能实现对土壤质量自动检测采集，能定位取样的地址位置，能实现对多达15种重金属元素一次性检测，判断土壤是否污染，实现对土壤重金属含量的实时数据采集，系统具备能对土壤环境进行实时位置监控、重金属含量监控以及数据信息传输及存储、土壤环境质量预警以及应急处置等功能的信息管理系统，使土壤环境质量监测工作自动化、信息化，可利用该系统的后台监测中心远程监控各区域的土壤污染情况及现场视频图像。
附图说明
图1为本发明按照土壤环境质量在线监控系统的一优选实施例的示意图；
图2为本发明按照土壤环境质量在线监控系统的一优选实施例的现场土壤环境质量监测系统示意图；
图3为本发明按照土壤质量自动检测采集方法一优选实施例的流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1和图2所示，本实施例的土壤环境质量在线监控系统，由现场土壤环境质量监测系统、后台处理系统和环保部门监管系统组成，所述现场土壤环境质量监测系统和所述环保部门监管系统均与所述后台处理系统连接，所述现场土壤环境质量监测系统由实时地面监控装置、X射线产生装置、土壤取样盒、能谱仪、计算机系统、无线通讯装置、机械取样手、北斗定位系统组成，所述后台处理系统由远程终端、远程移动控制端、数据库组成，所述环保部门监管系统由检索及显示单元、分析研判及报警单元、GIS地图查看单元、系统管理单元组成。
在本实施例中，如图2所示，所述计算机系统通过所述无线通讯装置与所述远程终端无线连接，所述远程终端与所述数据库无线连接，所述实时地面监控装置与所述远程终端无线连接，并向所述远程终端发送视频信息，所述计算机系统与所述北斗定位系统连接，所述北斗定位系统与所述机械取样手连接，所述机械取样手与所述土壤取样盒连接，并将取样的土壤送至所述土壤取样盒，所述计算机系统与所述实时地面监控装置、所述能谱仪、所述X射线产生装置电连接，所述X射线产生装置与所述土壤取样盒连接，所述土壤取样盒与所述能谱仪连接，所述X射线产生装置和所述能谱仪对所述土壤取样盒内的土壤进行检测和分析，所述计算机系统与所述远程移动控制端无线连接。
在本实施例中，所述数据库具有导入接口、修改接口和导出接口，所述修改接口和所述导出接口用于数据的组织和管理；所述数据库包括：土壤质量监察数据库，用于存储各类土壤质量数据，包括历史上从各类渠道获得的土壤环境质量信息；土壤污染物实时采集数据库，用于存储实时读取的土壤污染物数据，包括污染物类型、含量以及实时截取的视频片段或截图；土壤污染物预警信息库，用于存储土壤污染预警数据，记录预警的处理方式；风险隐患点库，用于存储土壤污染隐患点；公众参与数据库，用于存储公众预报的土壤环境质量信息；基础测绘信息库，用于存储基础地理信息数据。
在本实施例中，所述环保部门监管系统中的：所述检索及显示单元，用于检索、显示各类信息，包括历史存储数据以及实时监测信息，并产生相关统计图表；所述分析研判及报警单元，用于根据监测的数据进行分析与研判，自动产生报警数据，将报警信息传递给相关工作人员，包括报警点位置信息和土壤质量情况；所述GIS地图查看单元，用于提供地图的放大缩小、漫游、并控制地图缩放的最大最小缩放比例，简单查询、地图切换、出图等基本功能；所述系统管理单元，用于提供功能方便的系统管理工具，可以对系统中的各种活动如登录、修改、关键查询等进行有效的记录和管理，并用于对用户分级，明确权限，用于数据的导入导出、删改。
如图3所示，本实施例还提供了一种土壤环境质量在线监控方法，包括如下步骤：
步骤S100：检测
由X射线产生装置、土壤取样盒、能谱仪对现场土壤环境取样进行检测，并将检测结果发送到计算机系统；
步骤S200：程序控制、数据收集及处理
计算机系统对检测结果进行程序控制发出控制命令，后台处理系统对检测结果进行数据收集及处理，并将数据和控制命令通过无线通讯装置发送至远程终端；
步骤S300：数据接收、命令控制
远程终端进行数据接收，并通过实时地面监控装置接收现场土壤环境取样区域的视频监控，将接收到的数据发送至数据库，远程终端根据接收到的数据接收进行命令控制，并将命令控制通过无线通讯装置发送给计算机系统。
进一步的，在本实施例中，所述步骤S100包括如下步骤，
步骤S101：计算机系统向北斗定位系统发送检测命令，北斗定位系统对待检测区域进行定位；
步骤S102：北斗定位系统定位后，机械取样手对待检测区域内的土壤进行取样，并将土壤样品放置在土壤取样盒内；
步骤S103：计算机系统向X射线产生装置发出检测土壤样品的命令，X射线产生装置对土壤样品进行检测，能谱仪对土壤样品进行分析；
步骤S104：能谱仪将对土壤样品的分析结果发送至计算机系统。
进一步的，在本实施例中，所述步骤S300中数据库环保部门监管系统连接，所述环保部门监管系统由检索及显示单元、分析研判及报警单元、GIS地图查看单元、系统管理单元组成，所述数据库包括土壤质量监察数据库、土壤污染物实时采集数据库、土壤污染物预警信息库、风险隐患点库、公众参与数据库和基础测绘信息库。
在本实施例中，土壤环境质量在线监控系统集数据采集、展现、筛选、审核、复盘于一体，主体采用BS构架，实现数据的集中存储和发布，本系统由现场土壤环境质量监测系统、后台处理系统和环保部门监管系统组成，后台处理系统由远程终端、远程移动控制端、数据库组成，数据库采用SQL Server 2008，远程终端采用C#语言基于多线程技术开发，完成数据的实时转换和服务产品的加工，远程移动控制端采用富客户端技术基于Flex和FlexAPI For ArcGIS Server开发，可以采用Mobile GIS实现实时数据和历史土壤环境质量数据展现，按时间和空间对土壤环境质量进行查询、分析、研判、报警。
在本实施例中，本土壤环境质量在线监控系统：
分析探测时间：3～10S，一次性可同时准确检测多达15种重金属元素，包括：钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As)、硒(Se)、镉(Cd)、锑(Sb)、汞(Hg)和铅(Pb)。
本土壤环境质量在线监控系统的各项性能指标如表1：
表1本土壤环境质量在线监控系统的各项性能指标
综上所述，本实施例提供的土壤质量自动检测采集系统，能实现对土壤质量自动检测采集，能定位取样的地址位置，能实现对多达15种重金属元素一次性检测，判断土壤是否污染，实现对土壤重金属含量的实时数据采集，系统具备能对土壤环境进行实时位置监控、重金属含量监控以及数据信息传输及存储、土壤环境质量预警以及应急处置等功能的信息管理系统，使土壤环境质量监测工作自动化、信息化，可利用该系统的后台监测中心远程监控各区域的土壤污染情况及现场视频图像。
以上所述，仅为本发明优选的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种土壤环境质量在线监控系统，其特征在于：由现场土壤环境质量监测系统、后台处理系统和环保部门监管系统组成，所述现场土壤环境质量监测系统和所述环保部门监管系统均与所述后台处理系统连接，所述现场土壤环境质量监测系统由实时地面监控装置、X射线产生装置、土壤取样盒、能谱仪、计算机系统、无线通讯装置、机械取样手、北斗定位系统组成，所述后台处理系统由远程终端、远程移动控制端、数据库组成，所述环保部门监管系统由检索及显示单元、分析研判及报警单元、GIS地图查看单元、系统管理单元组成。
2.根据权利要求1所述的一种土壤环境质量在线监控系统，其特征在于：所述计算机系统通过所述无线通讯装置与所述远程终端无线连接，所述远程终端与所述数据库无线连接，所述实时地面监控装置与所述远程终端无线连接，并向所述远程终端发送视频信息。
3.根据权利要求1所述的一种土壤环境质量在线监控系统，其特征在于：所述计算机系统与所述北斗定位系统连接，所述北斗定位系统与所述机械取样手连接，所述机械取样手与所述土壤取样盒连接，并将取样的土壤送至所述土壤取样盒。
4.根据权利要求1所述的一种土壤环境质量在线监控系统，其特征在于：所述计算机系统与所述实时地面监控装置、所述能谱仪、所述X射线产生装置电连接，所述X射线产生装置与所述土壤取样盒连接，所述土壤取样盒与所述能谱仪连接，所述X射线产生装置和所述能谱仪对所述土壤取样盒内的土壤进行检测和分析，所述计算机系统与所述远程移动控制端无线连接。
5.根据权利要求1所述的一种土壤环境质量在线监控系统，其特征在于：所述数据库具有导入接口、修改接口和导出接口，所述修改接口和所述导出接口用于数据的组织和管理。
6.根据权利要求1所述的一种土壤环境质量在线监控系统，其特征在于：所述数据库包括：
土壤质量监察数据库，用于存储各类土壤质量数据，包括历史上从各类渠道获得的土壤环境质量信息；
土壤污染物实时采集数据库，用于存储实时读取的土壤污染物数据，包括污染物类型、含量以及实时截取的视频片段或截图；
土壤污染物预警信息库，用于存储土壤污染预警数据，记录预警的处理方式；
风险隐患点库，用于存储土壤污染隐患点；
公众参与数据库，用于存储公众预报的土壤环境质量信息；
基础测绘信息库，用于存储基础地理信息数据。
7.根据权利要求1所述的一种土壤环境质量在线监控系统，其特征在于：所述环保部门监管系统中的：
所述检索及显示单元，用于检索、显示各类信息，包括历史存储数据以及实时监测信息，并产生相关统计图表；
所述分析研判及报警单元，用于根据监测的数据进行分析与研判，自动产生报警数据，将报警信息传递给相关工作人员，包括报警点位置信息和土壤质量情况；
所述GIS地图查看单元，用于提供地图的放大缩小、漫游、并控制地图缩放的最大最小缩放比例，简单查询、地图切换、出图等基本功能；
所述系统管理单元，用于提供功能方便的系统管理工具，可以对系统中的各种活动如登录、修改、关键查询等进行有效的记录和管理，并用于对用户分级，明确权限，用于数据的导入导出、删改。
8.一种土壤环境质量在线监控方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤S100：检测
由X射线产生装置、土壤取样盒、能谱仪对现场土壤环境取样进行检测，并将检测结果发送到计算机系统；
步骤S200：程序控制、数据收集及处理
计算机系统对检测结果进行程序控制发出控制命令，后台处理系统对检测结果进行数据收集及处理，并将数据和控制命令通过无线通讯装置发送至远程终端；
步骤S300：数据接收、命令控制
远程终端进行数据接收，并通过实时地面监控装置接收现场土壤环境取样区域的视频监控，将接收到的数据发送至数据库，远程终端根据接收到的数据接收进行命令控制，并将命令控制通过无线通讯装置发送给计算机系统。
9.根据权利要求8所述的一种土壤环境质量在线监控方法，其特征在于：所述步骤S100包括如下步骤，
步骤S101：计算机系统向北斗定位系统发送检测命令，北斗定位系统对待检测区域进行定位；
步骤S102：北斗定位系统定位后，机械取样手对待检测区域内的土壤进行取样，并将土壤样品放置在土壤取样盒内；
步骤S103：计算机系统向X射线产生装置发出检测土壤样品的命令，X射线产生装置对土壤样品进行检测，能谱仪对土壤样品进行分析；
步骤S104：能谱仪将对土壤样品的分析结果发送至计算机系统。
10.根据权利要求8所述的一种土壤环境质量在线监控方法，其特征在于：所述步骤S300中数据库环保部门监管系统连接，所述环保部门监管系统由检索及显示单元、分析研判及报警单元、GIS地图查看单元、系统管理单元组成，所述数据库包括土壤质量监察数据库、土壤污染物实时采集数据库、土壤污染物预警信息库、风险隐患点库、公众参与数据库和基础测绘信息库。
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