CN109118078A - 一种湖泊重金属污染评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种湖泊重金属污染评估系统，包括湖泊区域划分模块、水质环境检测模块、水源检测模块、处理器、参数数据库、云服务器和显示模块，云服务器分别与湖泊区域划分模块、水质环境检测模块、处理器、参数数据库和显示模块，处理器分别与水源检测模块和参数数据库连接。本发明通过云服务器并结合水质环境检测模块、处理器和水源检测模块，对各检测子区域内的面积进行划分，并对检测的各重金属浓度进行处理得到各金属浓度对比集合，以统计各金属污染评估系数以及重金属综合污染评估系数，实现重金属污染程度的量化显示，具有操作简单、评估可靠性高的特点，能够快速且有效地对湖泊水质污染状况进行检测，为治理湖泊提供可靠的参考依据。
Description
技术领域
本发明属于重金属污染分析技术领域，涉及到一种湖泊重金属污染评估系统。
背景技术
随着人们生活水平以及科技的不断发展，重金属在我们生活中出现的越来越多，其中，重金属包括汽车用柴油、荧光灯管、恒温器中的汞、特种玻璃、涂料、农药中的砷和铅等等。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制品等人为因素所致。
由于重金属产品的广泛使用以及人们对重金属的危害不重视，造成越来越多的工厂加工场，将含有众多重金属的污水排放到河流中，导致湖泊中的重金属含量逐渐增多，以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝的体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害，而当农民采用受重金属污染的湖泊水浇灌作物时，会造成农作物中重金属的含量逐渐增多，严重损害了人体健康。
传统的湖泊环境在重金属检测的过程中，存在检测范围小、采样误差大和可靠性低的问题，以及无法准确地对湖泊中重金属污染程度进行有效地评估。
发明内容
本发明的目的在于提供的湖泊重金属污染评估系统，解决了现有湖泊重金属污染检测的过程中，存在准确性差、可靠性低以及检测误差大的问题，且无法根据流入各区域内的流量进行区域面积的划分，有效地降低了重金属浓度采集中误差。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种湖泊重金属污染评估系统，包括湖泊区域划分模块、水质环境检测模块、水源检测模块、处理器、参数数据库、云服务器和显示模块，云服务器分别与湖泊区域划分模块、水质环境检测模块、处理器、参数数据库和显示模块，处理器分别与水源检测模块和参数数据库连接；
湖泊区域划分模块用于将待检测湖泊的整个区域划分成若干第一检测子区域和一个第二检测子区域，各检测子区域按照设定的顺序依次进行编号，分别为S1,S2,..,Si,...,Sn,S(n+1),Si表示为编号顺序为i的检测子区域，即第i个第一检测子区间，S(n+1)表示为编号顺序为n+1的检测子区域，即第n+1个检测子区域为第二检测子区间，并将各检测子区域对应的编号发送至云服务器；
水质环境检测模块用于对各检测子区域内湖泊中的水样进行提取，并将提取的各检测子区域内的水进行重金属浓度检测，并将检测的重金属浓度发送至云服务器，在进行各检测子区域内的水样进行提取的过程中，提取的水样数量与该检测子区域的面积呈正比，且每个水样容量相同，所述水样为抽取的湖水检测样本，将各检测子区域的面积与设定的标准检测面积进行对比，若检测子区域的面积是设定的标准检测面积的x倍，x采用四舍五入的方法取整，则对该检测子区域内提取的水样数量为2x倍，其中，水质环境检测模块分别对各第一检测子区域和第二检测子区域内的水样进行重金属浓度检测；
水质环境检测模块采用原子吸收光谱仪，用于对提取的各检测子区域内的各组水样进行汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度检测，并将检测的各检测子区域内的各水样中汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度发送至云服务器；
水源检测模块用于对流入湖泊中的各入口的不同位置处进行水流速度和水流面积检测，并将检测的水流速度和水流面积发送至云服务器，所述水源检测模块包括若干水流速检测单元和若干水流深度检测单元，水流速检测单元采用流速传感器，分别检测流入湖泊中的每个入口支流处的水流速度，并将检测的水流速度发送至处理器；水流深度检测单元采用水深传感器，分别放置在各入口支流处，用于对流入湖泊中的各入口支流的水深进行检测，并将检测的水深高度发送至处理器；
参数数据库用于存储湖泊中汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度分别对应的汞浓度阈值、镉浓度阈值、铅浓度阈值、锌浓度阈值和砷浓度阈值，以及存储各第一检测子区域内流入湖泊的各入口支流在放置流速传感器的位置处对应的入口支流槽道的截面形状、宽度和高度信息，其中，入口支流槽道的截面形状为半圆或矩形，各第一检测子区域内各入口支流槽道对应的宽度构成支流槽道宽度集合Bi(bi1,bi2,...,bij,...,bim)，bij表示为第i个第一检测子区域内第j个入口支流槽道的宽度，各第一检测子区域内各入口支流槽道对应的宽度构成支流槽道高度集合Ci(ci1,ci2,...,cij,...,cim)，cij表示为第i个第一检测子区域内第j个入口支流槽道的高度；
处理器用于接收水源检测模块发送的各第一检测子区域内各入口支流的水流速度和水深高度，并将该入口支流的水深高度与参数数据库中存储的该入口支流槽道的高度进行对比，通过计算该入口支流的水流截面积，统计各第一检测子区域内各入口支流的流量，并统计各第一检测子区域内同一检测子区域内的总流量，最后将各第一检测子区域对应的流量发送至云服务器；
云服务器接收处理器发送的各第一检测子区域对应的流量，各第一检测子区域中的流量构成区域流量集合D(d1,d2,...,di,...,dn)，di表示为第i个第一检测子区域内的各入口支流流入第i个第一检测子区域内的流量，将区域流量集合D中流入各第一检测子区域内的流量与设定的标准流量数值进行对比，得到区域对比流量集合D′(d′1,d′2,...,d′i,...,d′n)，d′i表示流入第i个第一检测子区域内流量与标准流量数值间的比值，若流入第i个第一检测子区域内流量与标准流量数值间的比值在k-(k+1)倍的范围内，则取d′i等于k+1,且流入第i个检测子区域内流量与标准流量数值间的比值不同，对应的比值所占的比重也不同；
云服务器将区域对比流量集合D′中的各比值与该比值所对应的比重进行匹配，得到区域对比流量集合中各比值对应的比重，各检测子区域内流量对应的比重构成区域比重系数集合GD′(gd′1,gd′2,...,gd′i,...,gd′n)，gd′i表示为第i个检测子区域中流量所占的比重系数；
云服务器根据区域对比流量集合和区域比重系数集合，统计各第一检测子区域内划分的检测区域面积，并根据各检测区域面积构成检测区域面积集合S(S1,S2,...,Si,...,Sn,S(n+1))，云服务器将统计的各第一检测子区域内的检测面积发送至湖泊区域划分模块，将待检测湖泊的整个区域内去除各第一检测子区域，剩下的区域作为第二检测子区域；
云服务器用于接收水质环境检测模块发送的各检测子区域内的各水样中的汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度，并将同一检测子区域内的各水样中的汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度分别求平均，得同一检测子区域内的平均汞浓度、平均镉浓度、平均铅浓度、平均锌浓度和平均砷浓度，云服务器分别统计各检测子区域内的平均汞、镉、铅、锌和砷浓度，分别得到区域汞浓度集合、区域镉浓度集合、区域铅浓度集合、区域锌浓度集合和区域砷浓度集合；
所述区域汞浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均汞浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均汞浓度数值，即为第二检测子区域内的平均汞浓度数值；所述区域镉浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均镉浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均镉浓度数值；所述区域铅浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均铅浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均铅浓度数值；所述区域锌浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均锌浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均锌浓度数值；所述区域砷浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均锌浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均锌浓度数值；
云服务器将区域汞浓度集合、区域镉浓度集合、区域铅浓度集合、区域锌浓度集合和区域砷浓度集合中的各检测子区域内的各重金属浓度分别逐一与参数数据库中存储的各金属对应的浓度阈值进行求差并计算差值比，得到区域汞浓度对比集合
区域镉浓度对比集合
区域铅浓度对比集合
区域锌浓度对比集合
和区域镉浓度对比集合
其中，表示编号顺序为i的检测子区域内的汞浓度与汞浓度阈值间的差值与汞浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的镉浓度与镉浓度阈值间的差值与镉浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的铅浓度与铅浓度阈值间的差值与铅浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的锌浓度与锌浓度阈值间的差值与锌浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的砷浓度与砷浓度阈值间的差值与锌浓度阀值间的比值，其中，区域汞浓度对比集合中第i个检测子区域内的汞浓度小于汞浓度阈值，则取0，当第i个检测子区域内的汞浓度大于汞浓度阈值，则则区域镉浓度对比集合、区域铅浓度对比集合、区域锌浓度对比集合和区域砷浓度对比集合比值计算方式与区域汞浓度对比集合中各元素的计算方式相同；
云服务器根据区域汞浓度对比集合、区域镉浓度对比集合、区域铅浓度对比集合、区域锌浓度对比集合、区域砷浓度对比集合并集合各检测子区域的面积，统计该湖泊中各金属污染评估系数以及该湖泊中重金属综合污染评估系数L，云服务器将该湖泊中各金属污染系数以及重金属综合污染评估系数发送至显示模块；
显示模块为显示终端，用于接收云服务器发送的各金属污染系数以及湖泊中重金属综合污染评估系数并进行显示。
进一步地，每个第一检测子区域均与至少一个流入湖泊的入口支流相连接，湖泊区域划分模块统计各第一检测子区域内入口支流的数量，构成入口支流数量集合A(a1,a2,...,ai,...,an)，其中，ai表示为第i个第一检测子区域内入口支流的数量，对同一第一检测子区域内的各入口支流按照设定的顺序依次进行编号，分别为1,2,...,j,...,m。
进一步地，所述处理器的处理方法，包括以下步骤：
S1、将检测的各第一检测子区域内的各入口支流对应的编号分别与参数数据库中存储的各入口支流对应的编号相匹配；
S2、获取水源检测模块编号顺序为1的第一检测子区域内编号顺序为1的入口支流对应的水流速度v和水深高度H；
S3、判断该第一检测子区域内该入口支流的截面形状，若截面形状为半圆形，则执行步骤S4，否则，执行步骤S5；
S4、提取该入口支流编号对应的槽道宽度2R和高度H，并结合步骤S2中的水深高度H，统计该入口支流编号对应的水流面积Wij，执行步骤S6；
S5、提取该入口支流编号对应的槽道宽度K和高度F,并结合步骤S2中的水深高度H，统计该入口支流编号对应的水流面积Wij＝K*H，执行步骤S6；
S6、根据步骤S4或步骤S5中计算的水流面积Wij，并结合步骤S2中水流速度v，计算该入口支流对应的流量Qij＝Wij*vij；
S7、分别依次对同一第一检测子区域内各入口支流的编号进行加1，判断该第一检测子区域内的入口支流编号是否大于m，若入口支流编号大于该第一检测子区域内的入口支流编号数量m，则执行步骤S8，否则，执行步骤S3；
S8、判断该第一检测子区域对应的编号是否大于n，若第一检测子区域对应的编号小于n，则对第一检测子区域对应的编号进行加1，并执行步骤S7，否则，执行步骤S9；
S9、对同一第一检测子区域内的所有入口支流对应的流量进行统计，得到各第一检测子区域内的总流量Ti表示为第i个第一检测子区域中所有入口支流的总流入量。
进一步地，所述步骤S4中水流面积计算公式为
其中，R表示为截面形状为半圆形的截面宽度的一半,H表示为截面高度，且R＝H。
进一步地，当d′i分别表示为1,2,...,k,k+1,...,f比值系数时，不同比值系数对应的比重分别为g1,g2,...,gk,g(k+1),...,gf，且g1+g2+...+gk+g(k+1)+...+gf＝1。
进一步地，各第一检测子区域划分的检测区域面积的计算公式为Si＝di*gdi*S0，Si表示为第i个检测子区域的面积，S0表示为设定的标准检测区域的面积。
进一步地，所述汞污染评估系数的计算公式为镉污染评估系数的计算公式为铅污染评估系数的计算公式为锌污染评估系数的计算公式为和砷汞污染评估系数的计算公式为其中，Si表示为第i个检测子区域的面积，表示编号顺序为i的检测子区域内的汞浓度与汞浓度阈值间的差值与汞浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的镉浓度与镉浓度阈值间的差值与镉浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的铅浓度与铅浓度阈值间的差值与铅浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的锌浓度与锌浓度阈值间的差值与锌浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的砷浓度与砷浓度阈值间的差值与锌浓度阀值间的比值。
进一步地，所述重金属综合污染评估系数L＝Lhg+Lcd+Lpb+Lzn+Las。
本发明的有益效果：
本发明提供的湖泊金属污染评估系数，通过水源检测模块和处理器，对流入各第一检测子区域内水流量进行统计，根据各第一检测子区域内水流量统计各第一检测子区域的划分的区域面积，保证各第一检测子区域内划分的面积与流入该第一检测子区域内的流量呈正比，能够有效地检测子区间的区域进行划分，提供了可靠且准确的检测面积，降低数据采集的偶然性和不准确性；
通过云服务器并结合水质环境检测模块和处理器，对湖泊中各检测子区域内的各水样中的各重金属浓度进行检测并求平均，并将各金属的平均浓度分别与对应的各金属浓度阈值进行求差并计算差值比，得到区域内各金属浓度对比集合，根据区域内各金属浓度对比集合计算各金属污染评估系数以及该湖泊中重金属综合污染评估系数，能够有效地统计湖泊中各金属污染评估系数以及综合污染评估系数，实现重金属污染程度的量化显示，具有操作简单、评估可靠性高的特点，能够有效地且快速地对湖泊水质污染状况进行检测和统计，为管理人员治理湖泊提供可靠的参考依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中一种湖泊重金属污染评估系统的示意图；
图2为本发明湖泊中各检测子区域的分布示意图。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，一种湖泊重金属污染评估系统，包括湖泊区域划分模块、水质环境检测模块、水源检测模块、处理器、参数数据库、云服务器和显示模块，云服务器分别与湖泊区域划分模块、水质环境检测模块、处理器、参数数据库和显示模块，处理器分别与水源检测模块和参数数据库连接；
湖泊区域划分模块用于将待检测湖泊的整个区域划分成若干第一检测子区域和一个第二检测子区域，每个第一检测子区域均与至少一个流入湖泊的入口支流相连接，各检测子区域按照设定的顺序依次进行编号，分别为S1,S2,..,Si,...,Sn,S(n+1),Si表示为编号顺序为i的检测子区域，即第i个第一检测子区间，S(n+1)表示为编号顺序为n+1的检测子区域，即第n+1个检测子区域为第二检测子区间，并将各检测子区域对应的编号发送至云服务器，同时，湖泊区域划分模块统计各第一检测子区域内入口支流的数量，构成入口支流数量集合A(a1,a2,...,ai,...,an)，其中，ai表示为第i个第一检测子区域内入口支流的数量，对同一第一检测子区域内的各入口支流按照设定的顺序依次进行编号，分别为1,2,...,j,...,m；
水质环境检测模块用于对各检测子区域内湖泊中的水样进行提取，并将提取的各检测子区域内的水进行重金属浓度检测，并将检测的重金属浓度发送至云服务器，在进行各检测子区域内的水样进行提取的过程中，提取的水样数量与该检测子区域的面积呈正比，且每个水样容量相同，所述水样为抽取的湖水检测样本，将各检测子区域的面积与设定的标准检测面积进行对比，若检测子区域的面积是设定的标准检测面积的x倍，x采用四舍五入的方法取整，则对该检测子区域内提取的水样数量为2x倍，其中，水质环境检测模块分别对各第一检测子区域和第二检测子区域内的水样进行重金属浓度检测；
水质环境检测模块采用原子吸收光谱仪，用于对提取的各检测子区域内的各组水样进行汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度检测，并将检测的各检测子区域内的各水样中汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度发送至云服务器；
水源检测模块用于对流入湖泊中的各入口的不同位置处进行水流速度和水流面积检测，并将检测的水流速度和水流面积发送至云服务器，所述水源检测模块包括若干水流速检测单元和若干水流深度检测单元，水流速检测单元采用流速传感器，分别检测流入湖泊中的每个入口支流处的水流速度，并将检测的水流速度发送至处理器；水流深度检测单元采用水深传感器，分别放置在各入口支流处，用于对流入湖泊中的各入口支流的水深进行检测，并将检测的水深高度发送至处理器；
参数数据库用于存储湖泊中汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度分别对应的汞浓度阈值、镉浓度阈值、铅浓度阈值、锌浓度阈值和砷浓度阈值，以及存储各第一检测子区域内流入湖泊的各入口支流在放置流速传感器的位置处对应的入口支流槽道的截面形状、宽度和高度信息，其中，入口支流槽道的截面形状为半圆或矩形，各第一检测子区域内各入口支流槽道对应的宽度构成支流槽道宽度集合Bi(bi1,bi2,...,bij,...,bim)，bij表示为第i个第一检测子区域内第j个入口支流槽道的宽度，各第一检测子区域内各入口支流槽道对应的宽度构成支流槽道高度集合Ci(ci1,ci2,...,cij,...,cim)，cij表示为第i个第一检测子区域内第j个入口支流槽道的高度。
处理器用于接收水源检测模块发送的各第一检测子区域内各入口支流的水流速度和水深高度，并将该入口支流的水深高度与参数数据库中存储的该入口支流槽道的高度进行对比，通过计算该入口支流的水流截面积，统计各第一检测子区域内各入口支流的流量，并统计各第一检测子区域内同一检测子区域内的总流量，最后将各第一检测子区域对应的流量发送至云服务器；
其中，处理器的处理方法，包括以下步骤：
S1、将检测的各第一检测子区域内的各入口支流对应的编号分别与参数数据库中存储的各入口支流对应的编号相匹配；
S2、获取水源检测模块编号顺序为1的第一检测子区域内编号顺序为1的入口支流对应的水流速度v和水深高度H；
S3、判断该第一检测子区域内该入口支流的截面形状，若截面形状为半圆形，则执行步骤S4，否则，执行步骤S5；
S4、提取该入口支流编号对应的槽道宽度2R和高度H，并结合步骤S2中的水深高度H，统计该入口支流编号对应的水流面积
执行步骤S6；
S5、提取该入口支流编号对应的槽道宽度K和高度F,并结合步骤S2中的水深高度H，统计该入口支流编号对应的水流面积Wij＝K*H，执行步骤S6；
S6、根据步骤S4或步骤S5中计算的水流面积Wij，并结合步骤S2中水流速度v，计算该入口支流对应的流量Qij＝Wij*vij；
S7、分别依次对同一第一检测子区域内各入口支流的编号进行加1，判断该第一检测子区域内的入口支流编号是否大于m，若入口支流编号大于该第一检测子区域内的入口支流编号数量m，则执行步骤S8，否则，执行步骤S3；
S8、判断该第一检测子区域对应的编号是否大于n，若第一检测子区域对应的编号小于n，则对第一检测子区域对应的编号进行加1，并执行步骤S7，否则，执行步骤S9；
S9、对同一第一检测子区域内的所有入口支流对应的流量进行统计，得到各第一检测子区域内的总流量Ti表示为第i个第一检测子区域中所有入口支流的总流入量。
云服务器接收处理器发送的各第一检测子区域对应的流量，各第一检测子区域中的流量构成区域流量集合D(d1,d2,...,di,...,dn)，di表示为第i个第一检测子区域内的各入口支流流入第i个第一检测子区域内的流量，将区域流量集合D中流入各第一检测子区域内的流量与设定的标准流量数值进行对比，得到区域对比流量集合D′(d′1,d′2,...,d′i,...,d′n)，d′i表示流入第i个第一检测子区域内流量与标准流量数值间的比值，若流入第i个第一检测子区域内流量与标准流量数值间的比值在k-(k+1)倍的范围内，则取d′i等于k+1,且流入第i个检测子区域内流量与标准流量数值间的比值不同，对应的比值所占的比重也不同，即当d′i分别表示为1,2,...,k,k+1,...,f时，不同比值系数对应的比重分别为g1,g2,...,gk,g(k+1),...,gf，且g1+g2+...+gk+g(k+1)+...+gf＝1；
云服务器将区域对比流量集合D′中的各比值与该比值所对应的比重进行匹配，得到区域对比流量集合中各比值对应的比重，各检测子区域内流量对应的比重构成区域比重系数集合GD′(gd′1,gd′2,...,gd′i,...,gd′n)，gd′i表示为第i个检测子区域中流量所占的比重系数；
云服务器根据区域对比流量集合和区域比重系数集合，统计各第一检测子区域内划分的检测区域面积Si＝di*gdi*S0，根据各检测区域面积构成检测区域面积集合S(S1,S2,...,Si,...,Sn,S(n+1))，其中，Si表示为第i个检测子区域的面积，S0表示为设定的标准检测区域的面积，云服务器将统计的各第一检测子区域内的检测面积发送至湖泊区域划分模块，如图2所示，将待检测湖泊的整个区域内去除各第一检测子区域，剩下的区域作为第二检测子区域。
云服务器用于接收水质环境检测模块发送的各检测子区域内的各水样中的汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度，并将同一检测子区域内的各水样中的汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度分别求平均，得同一检测子区域内的平均汞浓度、平均镉浓度、平均铅浓度、平均锌浓度和平均砷浓度，云服务器分别统计各检测子区域内的平均汞、镉、铅、锌和砷浓度，分别得到区域汞浓度集合、区域镉浓度集合、区域铅浓度集合、区域锌浓度集合和区域砷浓度集合；
所述区域汞浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均汞浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均汞浓度数值，即为第二检测子区域内的平均汞浓度数值；所述区域镉浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均镉浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均镉浓度数值；所述区域铅浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均铅浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均铅浓度数值；所述区域锌浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均锌浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均锌浓度数值；所述区域砷浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均锌浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均锌浓度数值；
云服务器将区域汞浓度集合、区域镉浓度集合、区域铅浓度集合、区域锌浓度集合和区域砷浓度集合中的各检测子区域内的各重金属浓度分别逐一与参数数据库中存储的各金属对应的浓度阈值进行求差并计算差值比，得到区域汞浓度对比集合
区域镉浓度对比集合
区域铅浓度对比集合
区域锌浓度对比集合
和区域镉浓度对比集合
其中，表示编号顺序为i的检测子区域内的汞浓度与汞浓度阈值间的差值与汞浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的镉浓度与镉浓度阈值间的差值与镉浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的铅浓度与铅浓度阈值间的差值与铅浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的锌浓度与锌浓度阈值间的差值与锌浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的砷浓度与砷浓度阈值间的差值与锌浓度阀值间的比值，其中，区域汞浓度对比集合中第i个检测子区域内的汞浓度小于汞浓度阈值，则取0，当第i个检测子区域内的汞浓度大于汞浓度阈值，则则区域镉浓度对比集合、区域铅浓度对比集合、区域锌浓度对比集合和区域砷浓度对比集合比值计算方式与区域汞浓度对比集合中各元素的计算方式相同。
云服务器根据区域汞浓度对比集合、区域镉浓度对比集合、区域铅浓度对比集合、区域锌浓度对比集合、区域砷浓度对比集合并集合各检测子区域的面积，统计该湖泊中各金属污染评估系数以及该湖泊中重金属综合污染评估系数L，其中，汞污染评估系数为镉污染评估系数为铅污染评估系数为锌污染评估系数为和砷汞污染评估系数为该湖泊中重金属综合污染评估系数L＝Lhg+Lcd+Lpb+Lzn+Las；云服务器将该湖泊中各金属污染系数以及重金属综合污染评估系数发送至显示模块，重金属综合污染评估系数越高，表明该湖泊污染程度越严重；
显示模块为显示终端，用于接收云服务器发送的各金属污染系数以及湖泊中重金属综合污染评估系数并进行显示，便于管理人员直观地了解该湖泊的污染状况，并根据污染状况制定对应的减污策略。
本发明提供的湖泊金属污染评估系数，通过水源检测模块和处理器，对流入各第一检测子区域内水流量进行统计，根据各第一检测子区域内水流量统计各第一检测子区域的划分的区域面积，保证各第一检测子区域内划分的面积与流入该第一检测子区域内的流量呈正比，能够有效地检测子区间的区域进行划分，提供了可靠且准确的检测面积，降低数据采集的偶然性和不准确性；
通过云服务器并结合水质环境检测模块和处理器，对湖泊中各检测子区域内的各水样中的各重金属浓度进行检测并求平均，并将各金属的平均浓度分别与对应的各金属浓度阈值进行求差并计算差值比，得到区域内各金属浓度对比集合，根据区域内各金属浓度对比集合计算各金属污染评估系数以及该湖泊中重金属综合污染评估系数，能够有效地统计湖泊中各金属污染评估系数以及综合污染评估系数，实现重金属污染程度的量化显示，具有操作简单、评估可靠性高的特点，能够有效地且快速地对湖泊水质污染状况进行检测和统计，为管理人员治理湖泊提供可靠的参考依据。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种湖泊重金属污染评估系统，其特征在于：包括湖泊区域划分模块、水质环境检测模块、水源检测模块、处理器、参数数据库、云服务器和显示模块，云服务器分别与湖泊区域划分模块、水质环境检测模块、处理器、参数数据库和显示模块，处理器分别与水源检测模块和参数数据库连接；
湖泊区域划分模块用于将待检测湖泊的整个区域划分成若干第一检测子区域和一个第二检测子区域，各检测子区域按照设定的顺序依次进行编号，分别为S1,S2,..,Si,...,Sn,S(n+1),Si表示为编号顺序为i的检测子区域，即第i个第一检测子区间，S(n+1)表示为编号顺序为n+1的检测子区域，即第n+1个检测子区域为第二检测子区间，并将各检测子区域对应的编号发送至云服务器；
水质环境检测模块用于对各检测子区域内湖泊中的水样进行提取，并将提取的各检测子区域内的水进行重金属浓度检测，并将检测的重金属浓度发送至云服务器，在进行各检测子区域内的水样进行提取的过程中，提取的水样数量与该检测子区域的面积呈正比，且每个水样容量相同，所述水样为抽取的湖水检测样本，将各检测子区域的面积与设定的标准检测面积进行对比，若检测子区域的面积是设定的标准检测面积的x倍，x采用四舍五入的方法取整，则对该检测子区域内提取的水样数量为2x倍，其中，水质环境检测模块分别对各第一检测子区域和第二检测子区域内的水样进行重金属浓度检测；
水质环境检测模块采用原子吸收光谱仪，用于对提取的各检测子区域内的各组水样进行汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度检测，并将检测的各检测子区域内的各水样中汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度发送至云服务器；
水源检测模块用于对流入湖泊中的各入口的不同位置处进行水流速度和水流面积检测，并将检测的水流速度和水流面积发送至云服务器，所述水源检测模块包括若干水流速检测单元和若干水流深度检测单元，水流速检测单元采用流速传感器，分别检测流入湖泊中的每个入口支流处的水流速度，并将检测的水流速度发送至处理器；水流深度检测单元采用水深传感器，分别放置在各入口支流处，用于对流入湖泊中的各入口支流的水深进行检测，并将检测的水深高度发送至处理器；
参数数据库用于存储湖泊中汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度分别对应的汞浓度阈值、镉浓度阈值、铅浓度阈值、锌浓度阈值和砷浓度阈值，以及存储各第一检测子区域内流入湖泊的各入口支流在放置流速传感器的位置处对应的入口支流槽道的截面形状、宽度和高度信息，其中，入口支流槽道的截面形状为半圆或矩形，各第一检测子区域内各入口支流槽道对应的宽度构成支流槽道宽度集合Bi(bi1,bi2,...,bij,...,bim)，bij表示为第i个第一检测子区域内第j个入口支流槽道的宽度，各第一检测子区域内各入口支流槽道对应的宽度构成支流槽道高度集合Ci(ci1,ci2,...,cij,...,cim)，cij表示为第i个第一检测子区域内第j个入口支流槽道的高度；
处理器用于接收水源检测模块发送的各第一检测子区域内各入口支流的水流速度和水深高度，并将该入口支流的水深高度与参数数据库中存储的该入口支流槽道的高度进行对比，通过计算该入口支流的水流截面积，统计各第一检测子区域内各入口支流的流量，并统计各第一检测子区域内同一检测子区域内的总流量，最后将各第一检测子区域对应的流量发送至云服务器；
云服务器接收处理器发送的各第一检测子区域对应的流量，各第一检测子区域中的流量构成区域流量集合D(d1,d2,...,di,...,dn)，di表示为第i个第一检测子区域内的各入口支流流入第i个第一检测子区域内的流量，将区域流量集合D中流入各第一检测子区域内的流量与设定的标准流量数值进行对比，得到区域对比流量集合D′(d′1,d′2,...,d′i,...,d′n)，d′i表示流入第i个第一检测子区域内流量与标准流量数值间的比值，若流入第i个第一检测子区域内流量与标准流量数值间的比值在k-(k+1)倍的范围内，则取d′i等于k+1,且流入第i个检测子区域内流量与标准流量数值间的比值不同，对应的比值所占的比重也不同；
云服务器将区域对比流量集合D′中的各比值与该比值所对应的比重进行匹配，得到区域对比流量集合中各比值对应的比重，各检测子区域内流量对应的比重构成区域比重系数集合GD′(gd′1,gd′2,...,gd′i,...,gd′n)，gd′i表示为第i个检测子区域中流量所占的比重系数；
云服务器根据区域对比流量集合和区域比重系数集合，统计各第一检测子区域内划分的检测区域面积，并根据各检测区域面积构成检测区域面积集合S(S1,S2,...,Si,...,Sn,S(n+1))，云服务器将统计的各第一检测子区域内的检测面积发送至湖泊区域划分模块，将待检测湖泊的整个区域内去除各第一检测子区域，剩下的区域作为第二检测子区域；
云服务器用于接收水质环境检测模块发送的各检测子区域内的各水样中的汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度，并将同一检测子区域内的各水样中的汞浓度、镉浓度、铅浓度、锌浓度和砷浓度分别求平均，得同一检测子区域内的平均汞浓度、平均镉浓度、平均铅浓度、平均锌浓度和平均砷浓度，云服务器分别统计各检测子区域内的平均汞、镉、铅、锌和砷浓度，分别得到区域汞浓度集合、区域镉浓度集合、区域铅浓度集合、区域锌浓度集合和区域砷浓度集合；
所述区域汞浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均汞浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均汞浓度数值，即为第二检测子区域内的平均汞浓度数值；所述区域镉浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均镉浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均镉浓度数值；所述区域铅浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均铅浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均铅浓度数值；所述区域锌浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均锌浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均锌浓度数值；所述区域砷浓度集合 表示编号顺序为i的检测子区域内的平均锌浓度数值，表示编号顺序为n+1的检测子区域内的平均锌浓度数值；
云服务器将区域汞浓度集合、区域镉浓度集合、区域铅浓度集合、区域锌浓度集合和区域砷浓度集合中的各检测子区域内的各重金属浓度分别逐一与参数数据库中存储的各金属对应的浓度阈值进行求差并计算差值比，得到区域汞浓度对比集合区域镉浓度对比集合区域铅浓度对比集合区域锌浓度对比集合和区域镉浓度对比集合
其中，表示编号顺序为i的检测子区域内的汞浓度与汞浓度阈值间的差值与汞浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的镉浓度与镉浓度阈值间的差值与镉浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的铅浓度与铅浓度阈值间的差值与铅浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的锌浓度与锌浓度阈值间的差值与锌浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的砷浓度与砷浓度阈值间的差值与锌浓度阀值间的比值，其中，区域汞浓度对比集合中第i个检测子区域内的汞浓度小于汞浓度阈值，则取0，当第i个检测子区域内的汞浓度大于汞浓度阈值，则则区域镉浓度对比集合、区域铅浓度对比集合、区域锌浓度对比集合和区域砷浓度对比集合比值计算方式与区域汞浓度对比集合中各元素的计算方式相同；
云服务器根据区域汞浓度对比集合、区域镉浓度对比集合、区域铅浓度对比集合、区域锌浓度对比集合、区域砷浓度对比集合并集合各检测子区域的面积，统计该湖泊中各金属污染评估系数以及该湖泊中重金属综合污染评估系数L，云服务器将该湖泊中各金属污染系数以及重金属综合污染评估系数发送至显示模块；
显示模块为显示终端，用于接收云服务器发送的各金属污染系数以及湖泊中重金属综合污染评估系数并进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种湖泊重金属污染评估系统，其特征在于：每个第一检测子区域均与至少一个流入湖泊的入口支流相连接，湖泊区域划分模块统计各第一检测子区域内入口支流的数量，构成入口支流数量集合A(a1,a2,...,ai,...,an)，其中，ai表示为第i个第一检测子区域内入口支流的数量，对同一第一检测子区域内的各入口支流按照设定的顺序依次进行编号，分别为1,2,...,j,...,m。
3.根据权利要求1所述的一种湖泊重金属污染评估系统，其特征在于：所述处理器的处理方法，包括以下步骤：
S1、将检测的各第一检测子区域内的各入口支流对应的编号分别与参数数据库中存储的各入口支流对应的编号相匹配；
S2、获取水源检测模块编号顺序为1的第一检测子区域内编号顺序为1的入口支流对应的水流速度v和水深高度H；
S3、判断该第一检测子区域内该入口支流的截面形状，若截面形状为半圆形，则执行步骤S4，否则，执行步骤S5；
S4、提取该入口支流编号对应的槽道宽度2R和高度H，并结合步骤S2中的水深高度H，统计该入口支流编号对应的水流面积Wij，执行步骤S6；
S5、提取该入口支流编号对应的槽道宽度K和高度F,并结合步骤S2中的水深高度H，统计该入口支流编号对应的水流面积Wij＝K*H，执行步骤S6；
S6、根据步骤S4或步骤S5中计算的水流面积Wij，并结合步骤S2中水流速度v，计算该入口支流对应的流量Qij＝Wij*vij；
S7、分别依次对同一第一检测子区域内各入口支流的编号进行加1，判断该第一检测子区域内的入口支流编号是否大于m，若入口支流编号大于该第一检测子区域内的入口支流编号数量m，则执行步骤S8，否则，执行步骤S3；
S8、判断该第一检测子区域对应的编号是否大于n，若第一检测子区域对应的编号小于n，则对第一检测子区域对应的编号进行加1，并执行步骤S7，否则，执行步骤S9；
S9、对同一第一检测子区域内的所有入口支流对应的流量进行统计，得到各第一检测子区域内的总流量Ti表示为第i个第一检测子区域中所有入口支流的总流入量。
4.根据权利要求3所述的一种湖泊重金属污染评估系统，其特征在于：所述步骤S4中水流面积计算公式为其中，R表示为截面形状为半圆形的截面宽度的一半,H表示为截面高度，且R＝H。
5.根据权利要求1所述的一种湖泊重金属污染评估系统，其特征在于：当d′i分别表示为1,2,...,k,k+1,...,f比值系数时，不同比值系数对应的比重分别为g1,g2,...,gk,g(k+1),...,gf，且g1+g2+...+gk+g(k+1)+...+gf＝1。
6.根据权利要求1所述的一种湖泊重金属污染评估系统，其特征在于：各第一检测子区域划分的检测区域面积的计算公式为Si＝di*gdi*S0，Si表示为第i个检测子区域的面积，S0表示为设定的标准检测区域的面积。
7.根据权利要求1所述的一种湖泊重金属污染评估系统，其特征在于：所述汞污染评估系数的计算公式为镉污染评估系数的计算公式为铅污染评估系数的计算公式为锌污染评估系数的计算公式为和砷汞污染评估系数的计算公式为其中，Si表示为第i个检测子区域的面积，表示编号顺序为i的检测子区域内的汞浓度与汞浓度阈值间的差值与汞浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的镉浓度与镉浓度阈值间的差值与镉浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的铅浓度与铅浓度阈值间的差值与铅浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的锌浓度与锌浓度阈值间的差值与锌浓度阀值间的比值，表示编号顺序为i的检测子区域内的砷浓度与砷浓度阈值间的差值与锌浓度阀值间的比值。
8.根据权利要求1所述的一种湖泊重金属污染评估系统，其特征在于：所述重金属综合污染评估系数L＝Lhg+Lcd+Lpb+Lzn+Las。
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| CN115219682B (zh) * | 2022-07-14 | 2024-02-20 | 武汉鸿榛园林绿化工程有限公司 | 一种基于人工智能的河道水环境治理监测分析系统 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Address after: 230000 5 / F, building 4, Hefei innovation center, 168 Jiulong Road, Hefei Economic and Technological Development Zone, Anhui Province Patentee after: ANHUI WANXIN ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 230000 the fourth floor of the production plant of Building 2, no.5-9, Qianshui East Road, high tech Zone, Hefei City, Anhui Province Patentee before: ANHUI WANXIN ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
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| CP03 | Change of name, title or address |