CN112505278B - 一种抽样式污水监控分析设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抽样式污水监控分析设备，包括：抽样模块、监测模块、处理模块、图像采集模块和通信模块；抽样模块用于将污水从水域中取出，获取待监测的污水样本；监测模块用于对污水样本的各指标进行监测，获取污水监测结果；处理模块用于对监测模块获取的污水监测结果进行分析处理，分析该污水监测结果中的各指标是否存在超标情况，输出相应的分析结果；图像采集模块用于当处理模块输出的分析结果为该污水监测结果的指标存在超标情况时，采集该污水样本抽样水域的水域图像；通信模块用于将污水监测结果、分析结果以及水域图像发送到管理终端。本发明提高了抽样式污水监控分析设备对污水监测信息采样的丰富性和全面性水平。
Description
技术领域
本发明涉及智能交互技术领域，特别是一种抽样式污水监控分析设备。
背景技术
水域环境监测是环境保护的基础，其目的是为环境保护提供科学决策的依据。水域环境监测是环境保护管理部门监管的重要内容之一，目前我国对大江、大河、沿海流域、港口、海湾实施日常例行监测，对赤潮、溢油、重大污染物泄漏等污染事故，每天需进行一次监测。当大江、大河及大型湖泊等突发水环境污染事故时，现有常规手段无法实现迅速、准确、动态地监测与预报，以致环保和有关部门难以快速、恰当地作出决策。
目前所采用的主要方法为定点巡检。定点巡检方法是利用便携式水质监测仪人工采样、实验室分析的方式，该方式仅限于对河流、湖泊的几个断面采样，采样频率从每月数次到每日数次，存在耗费人力较大、无法对危险区域进行监测等缺点，并且无法对水环境参数进行远程实时监测，存在水质监测周期长、劳动强度大、数据采集速度慢等问题，不能很好地反映水环境的连续动态变化，不易及早发现污染源并预警，已经不能满足越来越高的环境监测要求。
现有技术中，也出现了一些抽样式的污水监控分析系统，如专利号为CN107132324A公开了抽样式污水监控分析系统及方法，以提高污水监测分析设备的寿命，但是上述现有技术中针对抽样式污水监测设备的研究大多集中在如果实现抽样，针对如何丰富抽样式污水监测设备的监测功能研究依然有所欠缺。
发明内容
针对上述提出的针对目前抽样式污水监控分析设备中存在监测功能有所欠缺的技术问题，本发明旨在提供一种抽样式污水监控分析设备。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
本发明示出一种抽样式污水监控分析设备，包括：抽样模块、监测模块、处理模块、图像采集模块和通信模块；其中抽样模块、监测模块、图像采集模块和通信模块分别连接处理模块；
抽样模块用于将污水从水域中取出，获取待监测的污水样本；
监测模块用于对污水样本的各指标进行监测，获取污水监测结果；
处理模块用于对监测模块获取的污水监测结果进行分析处理，分析该污水监测结果中的各指标是否存在超标情况，输出相应的分析结果；
图像采集模块用于当处理模块输出的分析结果为该污水监测结果的指标存在超标情况时，采集该污水样本抽样水域的水域图像；
通信模块用于将污水监测结果、分析结果以及水域图像发送到管理终端。
进一步，监测模块包括pH传感器、COD检测端和重金属浓度检测传感器；其中
pH传感器用于监测污水样本的pH值指标；
COD检测端用于监测污水样本的化学需氧量指标；
重金属浓度检测传感器用于用于监测污水样本的重金属含量指标。
进一步，图像采集模块包括图像采集单元和照明单元；
图像采集单元用于采集水域图像；
照明单元用于为图像采集单元提供光源。
进一步，图像采集单元为CCD摄像头。
进一步，处理模块包括污水分析单元、控制单元和图像处理单元；
污水分析单元用于对监测模块获取的污水监测结果进行分析处理，将污水监测结果中的各项指标与相应的指标阈值进行比对，当污水监测结果中存在一项或多项指标超过相应的指标阈值时，输出分析结果为超标；否则，输出分析结果为达标；
控制单元用于在污水分析单元输出的分析结果为超标时，控制图像采集模块采集水域图像；
图像处理单元用于对图像采集模块采集的水域图像进行预处理，输出预处理后的水域图像。
本发明的有益效果为：本发明提出的抽样式污水监控分析设备，特别设置了图像采集模块，有助于在污水监控分析设备进行本地的污水采样和指标分析处理后，针对污水中存在超标的情况时，能够进一步对水域的图像信息进行采集，并将采集的污水监测结果、分析结果以及水域图像信息一通发送到管理终端，供管理者能够全面了解该水域的情况，并进一步作出相应的应对措施，提高了抽样式污水监控分析设备对污水监测信息采样的丰富性和全面性水平。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明所示的一种抽样式污水监控分析设备实施例的框架结构图。
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
参见图1实施例示出一种抽样式污水监控分析设备，包括：抽样模块、监测模块、处理模块、图像采集模块和通信模块；其中处理模块分别与抽样模块、监测模块、图像采集模块和通信模块连接；
抽样模块用于将污水从水域中取出，获取待监测的污水样本；
监测模块用于对污水样本的各指标进行监测，获取污水监测结果；
处理模块用于对监测模块获取的污水监测结果进行分析处理，分析该污水监测结果中的各指标是否存在超标情况，输出相应的分析结果；
图像采集模块用于当处理模块输出的分析结果为该污水监测结果的指标存在超标情况时，采集该污水样本抽样水域的水域图像；
通信模块用于将污水监测结果、分析结果以及水域图像发送到管理终端。
上述实施方式中，提出了一种抽样式污水监控分析设备，其中特别设置了图像采集模块，有助于在污水监控分析设备进行本地的污水采样和指标分析处理后，针对污水中存在超标的情况时，能够进一步对水域的图像信息进行采集，并将采集的污水监测结果、分析结果以及水域图像信息一通发送到管理终端，供管理者能够全面了解该水域的情况，并进一步作出相应的应对措施，提高了抽样式污水监控分析设备对污水监测信息采样的丰富性和全面性水平。
其中，针对当污水监控分析设备抽样到污水中指标超标时，则进一步获取该水域的图像信息，供管理或专业人员能够以分析结果、污水监测结果以及水域图像作为依据，对该水域进行全面分析。
进一步，监测模块包括pH传感器、COD检测端和重金属浓度检测传感器；其中
pH传感器用于监测污水样本的pH值指标；
COD检测端用于监测污水样本的化学需氧量指标；
重金属浓度检测传感器用于用于监测污水样本的重金属含量指标。
进一步，图像采集模块包括图像采集单元和照明单元；
图像采集单元用于采集水域图像；
照明单元用于为图像采集单元提供光源。
进一步，图像采集单元为CCD摄像头。
进一步，处理模块包括污水分析单元、控制单元和图像处理单元；
污水分析单元用于对监测模块获取的污水监测结果进行分析处理，将污水监测结果中的各项指标与相应的指标阈值进行比对，当污水监测结果中存在一项或多项指标超过相应的指标阈值时，输出分析结果为超标；否则，输出分析结果为达标；
控制单元用于在污水分析单元输出的分析结果为超标时，控制图像采集模块采集水域图像；
图像处理单元用于对图像采集模块采集的水域图像进行预处理，输出预处理后的水域图像。
进一步地，通信模块将污水监测结果、分析结果以及与处理后的水域图像发送到管理终端。
上述实施方式中，处理模块中还设置有图像处理单元对采集的水域图像进行预处理，能够对获取的水域图像进行预处理，使得发送到管理终端的水域图像的质量提高。
进一步，图像处理单元对图像采集模块采集的水域图像进行预处理，包括：
1)采用设定的检测窗口依次遍历水域图像的各像素点，对水域图像中所有的像素点进行噪声点检测，检测并标记水域图像中存在的噪声点；
2)针对被标记的噪声点，对各噪声点进行灰度调节处理，输出除噪声处理后的水域图像；
3)对除噪声处理后的水域图像进行基于小波分解的阈值去噪处理，输出预处理后的水域图像。
其中，针对检测到的噪声点，对各噪声点进行灰度调节处理，包括：
对水域图像进行边缘检测，获取水域图像中的边缘像素点，被标记的噪声像素点从检测到的边缘像素点集合中剔除；
对各噪声像素点进行灰度调节处理，其中采用的灰度调节函数为：
H′(x，y)＝ω1·H(i-sgn(i-x)，j-sgn(j-x))+ω2·H(x+sgn(i-x)，y+sgn(j-x))
其中，
式中，H′(x，y)表示灰度调节后噪声像素点(x，y)的灰度值，表示像素点(i，j)为边缘像素点，||(i，j)-(x，y)||表示边缘像素点(i，j)与噪声像素点(x，y)的欧氏距离，sgn(i-x)表示符号函数，其中i-x＜0时，sgn(i-x)＝-1；i-x＝0时，sgn(i-x)＝0；i-x＞0时，sgn(i-x)＝1；ω1和ω2表示设定的权重因子，其中ω1+ω2＝1，ω1≤ω2；
依次对各噪声像素点进行灰度调节处理，输出除噪声处理后的水域图像。
上述实施方式中，提出了一种针对采集的水域图像进行预处理的技术方案，能够针对水域图像中存在水面区域的图像特性，对图像中的噪声点进行灰度调节，其中特别提出了一种改进的灰度调节函数，能够自适应地根据图像中的边缘信息，将距离噪声像素点距离最近的边缘像素点附近的像素点最为依据，对噪声像素点的灰度值进行更新调节，该灰度调节函数能够适应水面波纹以及存在反光信息的特性，最大程度还原噪声像素点的灰度信息，去噪效果好。
进一步，上述权重因子ω1和ω2由以下函数获取：
ω1＝1-ω2
式中，||(i，j)-(x，y)||表示边缘像素点(i，j)与噪声像素点(x，y)的欧氏距离，其中 表示边缘像素点集合，β表示影响调节因子。
上述实施方式，还提出一种自适应的权重因子设置方案，该方案中，能够根据距离噪声像素点最近的边缘像素点的距离，根据噪声像素点所在连续区域的大小来对该区域边缘附近的像素点的影响度进行调节，当噪声像素点所在的连续区域越大时，则自适应提高早生像素点附近的参考像素点的权重，以使得调节后的水域图像中的噪声像素点能够更加贴合图像的整体特征。
进一步，采用设定的检测窗口依次遍历水域图像的各像素点，对水域图像中所有的像素点进行噪声点检测，检测并标记水域图像中存在的噪声点，包括：
采用大小为M×M的检测窗口依次遍历水域图像中的各像素点，在遍历的过程中检测该检测窗口的中心像素点是否为噪声像素点，其中M为大于3的奇数，包括：
获取检测窗口中各像素点的灰度值，并根据灰度值从大到小对各像素点的灰度值进行排序，获取灰度子序列C，其中C＝{h1，h2，...，hM×M}，其中h1表示检测窗口中像素点的灰度最大值，hM×M表示检测窗口中像素点的灰度最小值，
构建噪声点判定空间P，其中其中，和/>分别表示灰度子序列中第/>个和第/>个元素对应的灰度值；
当检测窗口的中心像素点的灰度值位于区间P的范围内时，则判断中心像素点为非早生像素点，否则，则判断该中心像素点为噪声像素点。
上述实施方式中，提出了一种改进的噪声像素点检测技术方案，该方案基于检测窗口对水域图像中像素点进行遍历检测，并提出了一种基于窗口灰度特性自适应设置噪声点判定阈值范围的技术方案，能够以目标像素点周边像素点的灰度情况设置相应的判定空间，结合水域图像的局部特征准确检测出水域图像中存在的早生像素点，适应性强
一种场景中，图像处理单元还包括，对预处理后的水域图像进行图像质量检测，当图像质量达标时，输出预处理后的水域图像，否则，则控制图像采集模块调节照明单元的亮度，并控制图像采集单元重新采集水域图像。
需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元/模块的形式实现。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (3)
1.一种抽样式污水监控分析设备，其特征在于，包括：抽样模块、监测模块、处理模块、图像采集模块和通信模块；其中抽样模块、监测模块、图像采集模块和通信模块分别连接处理模块；
抽样模块用于将污水从水域中取出，获取待监测的污水样本；
监测模块用于对污水样本的各指标进行监测，获取污水监测结果；
处理模块用于对监测模块获取的污水监测结果进行分析处理，分析该污水监测结果中的各指标是否存在超标情况，输出相应的分析结果；
图像采集模块用于当处理模块输出的分析结果为该污水监测结果的指标存在超标情况时，采集该污水样本抽样水域的水域图像；
通信模块用于将污水监测结果、分析结果以及水域图像发送到管理终端；
所述图像采集模块包括图像采集单元和照明单元；
图像采集单元用于采集所述水域图像；
照明单元用于为图像采集单元提供光源；
所述处理模块包括污水分析单元、控制单元和图像处理单元；
污水分析单元用于对所述监测模块获取的所述污水监测结果进行分析处理，将污水监测结果中的各项指标与相应的指标阈值进行比对，当污水监测结果中存在一项或多项指标超过相应的指标阈值时，输出分析结果为超标；否则，输出分析结果为达标；
控制单元用于在污水分析单元输出的分析结果为超标时，控制所述图像采集模块采集所述水域图像；
图像处理单元用于对图像采集模块采集的水域图像进行预处理，输出预处理后的水域图像；
图像处理单元对图像采集模块采集的水域图像进行预处理，包括：
1）采用设定的检测窗口依次遍历水域图像的各像素点，对水域图像中所有的像素点进行噪声点检测，检测并标记水域图像中存在的噪声点；
2）针对被标记的噪声点，对各噪声点进行灰度调节处理，输出除噪声处理后的水域图像；
3）对除噪声处理后的水域图像进行基于小波分解的阈值去噪处理，输出预处理后的水域图像；
其中，针对检测到的噪声点，对各噪声点进行灰度调节处理，包括：
对水域图像进行边缘检测，获取水域图像中的边缘像素点，被标记的噪声像素点从检测到的边缘像素点集合中剔除；
对各噪声像素点进行灰度调节处理，其中采用的灰度调节函数为：
其中，
式中，表示灰度调节后噪声像素点/>的灰度值，/>表示像素点/>为边缘像素点，/>表示边缘像素点/>与噪声像素点/>的欧氏距离，/>表示符号函数，其中/>时，/>；/>时，/>；/>时，；/>和/>表示设定的权重因子，其中/>，/>；
依次对各噪声像素点进行灰度调节处理，输出除噪声处理后的水域图像；
其中，所述权重因子和/>由以下函数获取：
式中，表示边缘像素点/>与噪声像素点/>的欧氏距离，其中，/>表示边缘像素点集合,/>表示影响调节因子；
其中，采用设定的检测窗口依次遍历水域图像的各像素点，对水域图像中所有的像素点进行噪声点检测，检测并标记水域图像中存在的噪声点，包括：
采用大小为的检测窗口依次遍历水域图像中的各像素点，在遍历的过程中检测该检测窗口的中心像素点是否为噪声像素点，其中M为大于3的奇数，包括：
获取检测窗口中各像素点的灰度值，并根据灰度值从大到小对各像素点的灰度值进行排序，获取灰度子序列C，其中，其中/>表示检测窗口中像素点的灰度最大值，/>表示检测窗口中像素点的灰度最小值，
构建噪声点判定空间P，其中，其中，/>和/>分别表示灰度子序列中第/>个和第/>个元素对应的灰度值；
当检测窗口的中心像素点的灰度值位于区间P的范围内时，则判断中心像素点为非噪声像素点，否则，则判断该中心像素点为噪声像素点。
2.根据权利要求1所述的一种抽样式污水监控分析设备，其特征在于，所述监测模块包括pH传感器、COD检测端和重金属浓度检测传感器；其中
pH传感器用于监测所述污水样本的pH值指标；
COD检测端用于监测污水样本的化学需氧量指标；
重金属浓度检测传感器用于监测污水样本的重金属含量指标。
3.根据权利要求1所述的一种抽样式污水监控分析设备，其特征在于，所述图像采集单元为CCD摄像头。
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