CN111694034A - 一种基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，该系统包括河长制北斗移动巡查子系统、河湖长制预警子系统、河湖长制管理监控子系统和河长制信息采集子系统。本发明基于河长制北斗移动巡查子系统，实现了对巡查人员、车辆的实时定位、巡查轨迹回放、问题上传等服务，同时采集水情数据、水质数据、水利工程形变数据通过移动网络传输方式上传至河湖长制管理北斗应用分系统，建立云计算平台，将收集到的各类信息数据进行数据实时共享。

Description

一种基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统

技术领域

本发明属于水情巡查系统技术领域，具体涉及一种基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统。

背景技术

当今世界，信息技术创新日新月异，以业务信息化为核心的业务管理系统也逐渐普及。建立河湖巡河信息化平台将高效完成巡河工作。

现如今，有许多的巡河系统只是介绍水域内水质的监测方式，如一种基于河湖库沟的智能巡河系统(CN201710901513)，其系统包括远程客户端、无人机和无人船，通过无人机和无人船的相互信息反馈，从而实现远程实时监测河湖，扩大监测范围，提高河湖监测效率。此发明仅仅是改变了监测方式，且实施性不强，通过无人机和无人船的监测方式在静止水域中可行，但是在动态河流中很难达到预计效果。

另外一种河长监督服务系统(CN107798484A)，其系统包括事件模块，主要是介绍了河长巡查、事件处理和日志管理等业务，将规定河长需要做的事项程序化，并协助监督河长履行河长制中的相关规定。通过该系统可加强河长对河道水流信息的实时监督与管理能力，但常规的水质监测系统都可实现该功能。

如上所述，现有技术中的巡河系统都或多或少的存在如下问题：难以管理、水质监测局限、不方便管理、实施性不强、巡查效率低等问题。

发明内容

针对现有技术中传统的河湖长制的巡查效率低，不能有效地对区域河流进行很好地统计汇报，同时各类数据也不能同时共享等问题，本发明提供了一种基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，其特征在于，包括河长制北斗移动巡查子系统、河湖长制预警子系统、河湖长制管理监控子系统和河长制信息采集子系统；

所述河长制北斗移动巡查子系统用于根据预先划分的责任河段，对河长业务巡检过程中巡检任务下发、人员车辆位置监控、实时导航、巡查上报、证据采集、轨迹回放、案件处理、任务管理进行处理；

所述河湖长制预警子系统用于接收巡检人员巡检过程中上报的异常信息、预警信息，向河长或上级部门发送报警信息，并对于北斗终端采集的数据进行分析预警；

所述河湖长制管理监控子系统用于针对巡查人员下发巡查路线、巡检任务，结合位置信息对巡查人员进行监控管理，并结合GIS地图进行数据显示；

所述河长制信息采集子系统用于针对水利工程信息采集和移动测量装置信息采集。

进一步地，所述河长制北斗移动巡查子系统包括北斗水利车载型终端，所述北斗水利车载型终端用于水利地图浏览、地图测量、地理数据查询、地图导航、河道工程管理行业标准及通用数据生成。

进一步地，所述北斗水利车载型终端利用北斗导航系统和GIS平台将巡查轨迹及定位数据通过移动通讯网络传输至巡查轨道回放系统，通过对比责任河段及巡查轨迹之间的重合度自动判断该巡查人员的巡查轨迹是否合格。

进一步地，所述判断巡查人员的巡查轨迹是否合格时，采用轨迹抽样算法进行轨迹抽样，具体为：

根据经验值选择相邻两个点的间距作为阈值范围；

将巡查轨迹记录作为样本点，计算选择第一个点和第二个点之间的间距并判断是否在阈值范围内；

若是则将第二个点存入容器中，否则删除第二个点；

依次遍历剩余的点，将符合阈值范围的点放入容器中，建立样本容器。

进一步地，所述判断巡查人员的巡查轨迹是否合格时，采用样本点对比算法进行判断，具体为：

设定样本容器为A，样本点为A1、A2...An，责任河段点集合的样本容器为B，样本点为为B1、B2...Bm；

初始化计算器count＝0，循环取出容器A中的样本点Ap，0<p<n+1；

将样本点Ap依次与样本容器B中的样本点Bq进行对比，计算两者之间的距离；

判断计算的距离是否小于阈值范围最大值，若是则将count加1，否则递进取出容器A中的下一样本点依次与样本容器B中的样本点Bq进行对比；

计算count/n，判断计算结果是否大于或等于设定阈值，若是则表示巡查轨迹合格，否则表示巡查轨迹不合格。

进一步地，所述计算两者之间的距离的公式为：

其中，r表示样本点Ap与样本点Bq之间的距离，Xp、Yp分别表示样本点Ap的经度和纬度，Xq、Yq分别表示样本点Bq的经度和纬度。

进一步地，所述水利工程信息采集具体为利用北斗信传型终端将水情、雨情、水质监测系统获取的水利工程站点信息、微型终端获取的流速信息、以及高精度型终端获取的形变监测信息通过移动互联网络传输至河湖长制管理监控子系统，以提供水位、雨情、水质以及流速的相关数据。

进一步地，所述移动测量装置信息采集具体为利用车载型终端针对水利工程及相关要素进行位置获取。

进一步地，还包括河湖长制信息共享云平台，所述河湖长制信息共享云平台用于对水情数据、水质数据、河湖沿途水利工程形变的监测数据以及河长制北斗移动巡查子系统的人员、车辆实时定位数据、导航数据、轨迹回放数据的数据进行实时共享。

本发明具有以下有益效果：本发明基于河长制北斗移动巡查子系统，实现了对巡查人员、车辆的实时定位、巡查轨迹回放、问题上传等服务，同时采集水情数据、水质数据、水利工程形变数据通过移动网络传输方式上传至河湖长制管理北斗应用分系统，建立云计算平台，将收集到的各类信息数据进行数据实时共享。

附图说明

图1是本发明基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统结构示意图；

图2是本发明实施例中轨迹抽样算法流程示意图；

图3是本发明实施例中样本点对比算法流程示意图；

图4是本发明实施例中巡查流程示意图；

图5是本发明实施例中预警流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，其特征在于，包括河长制北斗移动巡查子系统、河湖长制预警子系统、河湖长制管理监控子系统和河长制信息采集子系统；

所述河长制北斗移动巡查子系统用于根据预先划分的责任河段，对河长业务巡检过程中巡检任务下发、人员车辆位置监控、实时导航、巡查上报、证据采集、轨迹回放、案件处理、任务管理进行处理；

所述河湖长制预警子系统用于接收巡检人员巡检过程中上报的异常信息、预警信息，向河长或上级部门发送报警信息，并对于北斗终端采集的数据进行分析预警；

所述河湖长制管理监控子系统用于针对巡查人员下发巡查路线、巡检任务，结合位置信息对巡查人员进行监控管理，并结合GIS地图进行数据显示；

所述河长制信息采集子系统用于针对水利工程信息采集和移动测量装置信息采集。

在本发明的一个可选实施例中，河长制北斗移动巡查子系统对责任河段的划分具体为：

建立基层河湖管护工作责任制，提出了“一人一河、一河一策、一河一档”。该责任制主要任务是沿着责任河段进行日常巡查工作，以开源的国家地理信息公共服务平台为基础，建立责任河段的地图数据库，通过其提供的应用程序接口，开发一个有关责任河段地图数据库的数据采集工具，实现了对责任河段的划分。

河长制北斗移动巡查子系统以北斗水利车载型终端为基础，开展河湖段的日常巡查工作，实现河湖长业务巡检过程中人员车辆位置监控、实时导航、巡查上报、数据采集、轨迹回放等一系列功能。

河长制北斗移动巡查子系统根据用户登录身份区分主要功能，主要分为河道专管员和河长两个登录身份，并根据用户权限开放浏览内容，根据车载型终端系统建立有关巡查工具。该巡查工具是河长履职的重要手段，可辅助河长专管员进行巡河签到、事件处理、问题上报、信息查看等一系列日常工作。巡查工具根据不同级别(市、县、乡镇三级)、职责、权限的河长用户进行不同地图区域和浏览内容展示。该巡查工具主要包括以下功能：

1.河长一张图信息服务：其功能主要包括河湖水系地图浏览与信息服务，水功能区、水源地、排污口、水域岸线等要素的显示。

2.河湖监测信息服务：采用列表的方式，显示水雨情监测、水文观测、水质监测站点等基本信息及监测信息。

3.移动巡查服务：支持巡查员进行问题时间巡查、日常巡查、自动进行巡查轨迹播放查询，编写、修改巡查日报。

4.预警发布服务：支持有权限的巡查员及河长，针对在巡查中发现的重大事件、紧急事件，直接发布预警信息。

河长制北斗移动巡查子系统以北斗水利车载型终端为基础，利用北斗导航系统、GIS平台、移动4G、5G互联为手段对巡查人员、车辆的巡查轨迹进行记录及回放。当车辆沿着划分的责任河段进行巡查时，为了减少数据量，将北斗定位设置为两秒记录一次车辆位置，巡查结束时，北斗水利车载型巡查系统将巡查轨迹及定位数据通过移动4G、5G通讯网络传输给巡查轨道回放系统，通过对比责任河段及巡查轨迹之间的重合度可以自动判断该巡查人员的巡查轨迹是否合格，巡查期间，若有异常现象可以停留拍照取样，并通过4G、5G网络上传后台服务端。

为防止巡查人员漏查或某一区域停留过长，导致巡查轨迹重复记录或遗漏，本发明在判断巡查人员的巡查轨迹是否合格时，采用轨迹抽样算法进行轨迹抽样，如图2所示，具体为：

根据经验值选择相邻两个点的间距作为阈值范围，相邻两点间距设定为2M至10M；

将巡查轨迹记录作为样本点，计算选择第一个点和第二个点之间的间距并判断是否在阈值范围内；例如巡查轨迹记录1000个点，即P1,P2,P3...P1000，将所有的巡查轨迹的点集合并将P1点存入容器A中，计算P2与P1之间的距离是否在[2,10]范围内；

若是，即P2与P1之间的距离在[2,10]范围内，则将第二个点存入容器中，否则删除第二个点；

依次遍历剩余的点，将符合阈值范围的点放入容器中，建立样本容器。

本发明在判断巡查人员的巡查轨迹是否合格时，采用样本点对比算法进行判断，将样本容器内中每个样本点为圆心，依次与采集的样本点间距作为半径进行计算，只要在10M范围内匹配到任何一个点，该点作为合格的点，否则作为不合格的点剔除；设置一个阈值，把合格点与容器样本数进行比较，大于等于设置的阈值，则巡查轨迹视为合格，否则巡查轨迹为不合格，如图3所示，具体为：

设定样本容器为A，样本点为A1、A2...An，责任河段点集合的样本容器为B，样本点为为B1、B2...Bm；

初始化计算器count＝0，循环取出容器A中的样本点Ap，0<p<n+1，n为正整数；

将样本点Ap依次与样本容器B中的样本点Bq进行对比，0<q<n+1，计算两者之间的距离，具体为：

其中，r表示样本点Ap与样本点Bq之间的距离，Xp、Yp分别表示样本点Ap的经度和纬度，Xq、Yq分别表示样本点Bq的经度和纬度；

判断计算的距离是否小于阈值范围最大值，即判断r是否小于10，若是则将count加1，否则递进取出容器A中的下一样本点依次与样本容器B中的样本点Bq进行对比，重复上述步骤；

计算count/n，判断计算结果是否大于或等于设定阈值，这里设定阈值为0.9，即判断计算结果是否大于或等于0.9，若是则表示巡查轨迹合格，否则表示巡查轨迹不合格。

经过上述轨迹抽样算法与样本点对比算法最终实现河湖长北斗巡查轨迹回放。

如图4所示，本发明基于河长制北斗移动巡查子系统进行巡查的流程为：

首先根据预先划分的责任河段规划巡查路径，下发巡查任务至巡查人员，确定巡查车辆，巡查位置上报，根据异常判断体系判断是否存在异常现在，若不存在异常则直接录入平台，若存在异常则上报异常，进行维修响应，并录入平台。

在本发明的一个可选实施例中，本发明建立河湖长制预警子系统，接收巡检人员巡检过程中上报的异常信息、预警信息，向河长或上级部分发送报警信息，及时安排人员到现场进行处理；并对于北斗终端采集的数据进行分析，对于超过阈值的情况进行异常报警。

如图5所示，本发明基于河湖长制预警子系统进行巡查的流程为：

系统启动后获取监测数据，根据人工上报灾情判断水位雨量是否超标，若为超标则重新获取监测数据，若已超标则判断是否符合合并条件，若符合则确定合并等级后获取监测数据，若不符合则直接获取监测数据。

在本发明的一个可选实施例中，本发明建立河长制管理监控子系统，针对巡查人员下发巡查路线、巡检任务，结合位置上报功能对于巡查人员进行全过程监控管理，确保巡查的有效执行以及巡查人员的人身安全，提高巡查效率，提前预防、杜绝相关异常情况发生，并能够及时处理相关事件，保证水资源的保护，并结合GIS地图进行专题数据显示。

在本发明的一个可选实施例中，本发明建立河长制信息采集系统，主要针对水利工程信息采集、移动测量装置信息采集。其中，水利工程站点信息采集是利用北斗信传型终端将水情、雨情监测系统、水质自动监测系统等水利工程站点信息、微型终端获取的流速信息、以及高精度型终端获取的形变监测信息通过移动4G、5G互联网络传输至河湖长制管理北斗应用分系统，为系统提供水位、雨情、水质以及流速等相关数据。移动测量装置主要利用车载型终端针对水利工程及相关要素进行位置快速获取。

在本发明的一个可选实施例中，本发明还建立河湖长制信息共享云平台。由于云平台与传统的数据挖掘运算环境相比，具有更为强大的空间计算功能与计算能力，可以在极短的时间内可以完成复杂的计算任务。且云计算平台在数据信号特征提取及数据关系挖掘等方面具有更加明显的优势，可以克服由于海拔高、信号弱等环境因素干扰信号。云平台对于和湖长制信息的共享与存储，主要以分布式的数据存储模式为主，河湖长制的信息之间基于云计算平台的数据共享需要采用统一的信息编码和信息使用规范，用于各类信息之间的信息共享，数据存储方式采用集中式存储和分布式存储相结合的模式，满足信息之间的实时处理与交互的需要，可以在信息通信处理过程中，建立统一的共享性服务目录。信息之间的数据传输与共享由核心业务节点完成，并由系统的关键节点分别进行存储与传递，最后再由云计算共享中心进行各类信息之间通信数据的备份处理和统一管理。因此，云平台可以克服数据编码存在的误差，并通过增加或减少数据传输节点的方式，控制各类信息共享模式。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，其特征在于，包括河长制北斗移动巡查子系统、河湖长制预警子系统、河湖长制管理监控子系统和河长制信息采集子系统；

所述河长制北斗移动巡查子系统用于根据预先划分的责任河段，对河长业务巡检过程中巡检任务下发、人员车辆位置监控、实时导航、巡查上报、证据采集、轨迹回放、案件处理、任务管理进行处理；

所述河湖长制预警子系统用于接收巡检人员巡检过程中上报的异常信息、预警信息，向河长或上级部门发送报警信息，并对于北斗终端采集的数据进行分析预警；

所述河湖长制管理监控子系统用于针对巡查人员下发巡查路线、巡检任务，结合位置信息对巡查人员进行监控管理，并结合GIS地图进行数据显示；

所述河长制信息采集子系统用于针对水利工程信息采集和移动测量装置信息采集。

2.如权利要求1所述的基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，其特征在于，所述河长制北斗移动巡查子系统包括北斗水利车载型终端，所述北斗水利车载型终端用于水利地图浏览、地图测量、地理数据查询、地图导航、河道工程管理行业标准及通用数据生成。

3.如权利要求2所述的基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，其特征在于，所述北斗水利车载型终端利用北斗导航系统和GIS平台将巡查轨迹及定位数据通过移动通讯网络传输至巡查轨道回放系统，通过对比责任河段及巡查轨迹之间的重合度自动判断该巡查人员的巡查轨迹是否合格。

4.如权利要求3所述的基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，其特征在于，所述判断巡查人员的巡查轨迹是否合格时，采用轨迹抽样算法进行轨迹抽样，具体为：

根据经验值选择相邻两个点的间距作为阈值范围；

将巡查轨迹记录作为样本点，计算选择第一个点和第二个点之间的间距并判断是否在阈值范围内；

若是则将第二个点存入容器中，否则删除第二个点；

依次遍历剩余的点，将符合阈值范围的点放入容器中，建立样本容器。

5.如权利要求4所述的基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，其特征在于，所述判断巡查人员的巡查轨迹是否合格时，采用样本点对比算法进行判断，具体为：

设定样本容器为A，样本点为A1、A2...An，责任河段点集合的样本容器为B，样本点为为B1、B2...Bm；

初始化计算器count＝0，循环取出容器A中的样本点Ap，0<p<n+1；

将样本点Ap依次与样本容器B中的样本点Bq进行对比，计算两者之间的距离；

判断计算的距离是否小于阈值范围最大值，若是则将count加1，否则递进取出容器A中的下一样本点依次与样本容器B中的样本点Bq进行对比；

计算count/n，判断计算结果是否大于或等于设定阈值，若是则表示巡查轨迹合格，否则表示巡查轨迹不合格。

6.如权利要求5所述的基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，其特征在于，所述计算两者之间的距离的公式为：

其中，r表示样本点Ap与样本点Bq之间的距离，Xp、Yp分别表示样本点Ap的经度和纬度，Xq、Yq分别表示样本点Bq的经度和纬度。

7.如权利要求1所述的基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，其特征在于，所述水利工程信息采集具体为利用北斗信传型终端将水情、雨情、水质监测系统获取的水利工程站点信息、微型终端获取的流速信息、以及高精度型终端获取的形变监测信息通过移动互联网络传输至河湖长制管理监控子系统，以提供水位、雨情、水质以及流速的相关数据。

8.如权利要求1所述的基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，其特征在于，所述移动测量装置信息采集具体为利用车载型终端针对水利工程及相关要素进行位置获取。

9.如权利要求1所述的基于北斗导航定位的河湖长制水情巡查系统，其特征在于，还包括河湖长制信息共享云平台，所述河湖长制信息共享云平台用于对水情数据、水质数据、河湖沿途水利工程形变的监测数据以及河长制北斗移动巡查子系统的人员、车辆实时定位数据、导航数据、轨迹回放数据的数据进行实时共享。

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