CN112526092A - 一种基于无人船的河涌水质在线监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水质监控技术领域，具体公开一种基于无人船的河涌水质在线监控系统及其监控方法，所述监控方法包括如下步骤：S1：建立河涌水质在线监控系统；S2：无人船在当前河涌进行巡航，实时获取河涌数据和水质数据；S3：将河涌数据和水质数据发送至监控基站进行处理，并进行存储，获取当前河涌的地理图像；S4：根据水质数据寻找在地理图像上污染源，根据污染源对应的河涌数据，无人船拍摄污染源图片，并将污染源图片发送至监控基站；S5：根据污染源的河涌数据、水质数据以及污染源图片得到污染分布结果，并进行存储。本发明解决了现有技术存在的水质数据不全面、人工排查污染源的效率低下以及污染治理针对性低的问题。

Description

一种基于无人船的河涌水质在线监控系统及其监控方法

技术领域

本发明属于水质监控技术领域，具体涉及一种基于无人船的河涌水质在线监控系统及其监控方法。

背景技术

随着时代的发展，人们对环境污染问题越来越重视，地表水，是指陆地表面上动态水和静态水的总称，亦称"陆地水"，包括各种液态的和固态的水体，主要有河流、湖泊、沼泽、冰川、冰盖等。它是人类生活用水的重要来源之一，也是各国水资源的主要组成部分。随着城镇化的发展，人口剧增，城市污水管网建设严重滞后，导致生活污水得不到处置，直排河涌，并且存在一些工厂污水乱排乱放的现象，导致河涌污染严重。因此对河涌的水质进行监控，便于污染的治理，是科学界的重点研究问题，现有技术中，采用的技术方案为在固定的河涌检测点进行水质监测，然后根据水质数据对污染源进行排查。

现有技术存在的问题为：

1)在固定点进行河涌水质检测，得到的水质数据不全面，无法对河涌的受污染情况进行全河段监控；

2)人工排查污染来源效率低下导致污染治理针对性低。

发明内容

本发明旨在于至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明目的在于提供一种基于无人船的河涌水质在线监控系统及其监控方法，用于解决现有技术存在的水质数据不全面、人工排查污染源的效率低下以及污染治理针对性低的问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于无人船的河涌水质在线监控系统，包括数据中心、监控基站以及若干无人船，数据中心与监控基站通信连接，且数据中心通信连接有数据查询设备，监控基站分别与若干无人船通信连接；

每个无人船均设置有微处理器、水质检测模块、定位模块、导航声呐模块、遥感影像模块、无线通讯模块、光伏发电模块以及电源模块，微处理器分别与水质检测模块、定位模块、导航声呐模块、遥感影像模块以及无线通讯模块通信连接，电源模块分别与光伏发电模块、微处理器、定位模块、导航声呐模块、遥感影像模块以及无线通讯模块电性连接，无线通讯模块与监控基站通信连接。

进一步地，水质检测模块包括均与微处理器通信连接的PH值传感器、水温传感器、氯化物含量传感器、硫酸盐含量传感器、溶解氧含量传感器以及硝酸盐含量传感器。

进一步地，光伏发电模块包括光伏发电板和稳压模块，光伏发电板设置于无人船的顶端，且光伏发电板与稳压模块电性连接，稳压模块与电源模块电性连接。

进一步地，监控基站包括监控服务器、显示器以及网络交换机，监控服务器分别与显示器、网络交换机以及若干无人船通信连接，网络交换机与数据中心通信连接。

进一步地，数据中心包括数据服务器和若干分布式设置的存储服务器，数据服务器分别与监控基站和若干分布式设置的存储服务器通信连接，且数据服务器通信连接有数据查询设备。

一种基于无人船的河涌水质在线监控方法，包括如下步骤：

S1：建立河涌水质在线监控系统；

S2：无人船在当前河涌进行巡航，实时获取河涌数据和水质数据；

S3：将河涌数据和水质数据发送至监控基站进行处理，并将河涌数据和水质数据发送至数据中心进行存储，监控基站根据河涌数据获取当前河涌的地理图像；

S4：根据水质数据寻找在地理图像上污染源，根据污染源对应的河涌数据，无人船拍摄污染源图片，并将污染源图片发送至监控基站；

S5：根据污染源的河涌数据、水质数据以及污染源图片得到污染分布结果，并将污染分布结果发送至数据中心进行存储。

进一步地，步骤S2中，无人船在当前河涌进行巡航的具体方法为：

A1：将若干无人船放置于当前河涌的不同位置；

A2：若干无人船之间相互通信，每条无人船优选选择未探索区域航行，并实时获取河涌数据和水质数据；

A3：若该河涌不存在未探索区域，每条无人船按照各自之前已探索区域的航线进行巡航。

进一步地，步骤S2中，河涌数据包括河涌位置数据、河涌水深数据、河涌流速数据以及水温变化数据。

进一步地，步骤S2中，水质数据包括当前河涌位置对应的PH值、水温、氯化物含量、硫酸盐含量、溶解氧含量以及硝酸盐含量。

进一步地，步骤S5中，根据污染源图片进行图像识别，判断污染源的类型，所述污染源的类型为工厂排污口、居民下水道排污口或人为倾倒的污染物。

本发明的有益效果为：

本发明建立了基于无人船的河涌水质在线监控系统，使用无人船在河涌进行巡航，实时检测水质，及时的获取了各个区域的水质变化，提高了水质数据的全面性，对河涌的实际污染情况进行监控，根据河涌位置数据和河涌水质数据进行污染源排查，提高了效率，并获取污染源图像，对污染源进行针对性处理，提高了系统的实用性。

本发明的其他有益效果将在具体实施方式中进行详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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是基于无人船的河涌水质在线监控系统结构图。

图2是基于无人船的河涌水质在线监控方法流程图。

图3是河涌污染分布结果图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本发明公开的功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本发明阐述的实施例中。

应当理解，本发明使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本发明中被使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于无人船的河涌水质在线监控系统，包括数据中心、监控基站以及若干无人船，数据中心与监控基站通信连接，且数据中心通信连接有数据查询设备，监控基站分别与若干无人船通信连接；

数据中心用于存储河涌数据、水质数据以及污染分布结果，并且为外部的数据查询设备提供数据查询功能，数据查询设备为移动终端或PC端，实现了河涌水质在线监控以及数据可视化，提高了系统的实用性，监控基站用于处理与显示河涌数据、水质数据以及污染分布结果，提高了污染控制的及时性，无人船分布设置于河涌，并在各自区域巡航，实时采集水质数据和河涌数据，避免了人工检测带来的效率低和准确性低的问题；

每个无人船均设置有微处理器、水质检测模块、定位模块、导航声呐模块、遥感影像模块、无线通讯模块、光伏发电模块以及电源模块，微处理器分别与水质检测模块、定位模块、导航声呐模块、遥感影像模块以及无线通讯模块通信连接，电源模块分别与光伏发电模块、微处理器、定位模块、导航声呐模块、遥感影像模块以及无线通讯模块电性连接，无线通讯模块与监控基站通信连接；

微处理器用于处理数据并控制各项设备的工作，并将数据发送至监控基站，水质检测模块用于采集河涌的水质数据，实现河涌的水质监控，定位模块用于采集当前的河涌位置数据，为构建河涌的地理地图提供数据，导航声呐模块用于为无人船航行提供支持，导航声纳模块包括探测仪、测冰仪、多普勒声纳等，根据水声器材提供的导航系统的信号，以及计算的导航参数，向无人船提供河涌情况及无人船的位置与运动要素，实现无人船在河涌的巡航，并采集河涌水深数据和河涌流速数据，遥感影像模块采集污染源图片，并发送至微处理器，无线通讯模块用于实现无人船之间和无人船与监控基站之间的数据传输。

作为优选，水质检测模块包括均与微处理器通信连接的PH值传感器、水温传感器、氯化物含量传感器、硫酸盐含量传感器、溶解氧含量传感器以及硝酸盐含量传感器。

作为优选，光伏发电模块包括光伏发电板和稳压模块，光伏发电板设置于无人船的顶端，且光伏发电板与稳压模块电性连接，稳压模块与电源模块电性连接，无人船由于巡航需要，要求具有较强的续航能力，在白天使用光伏发电板为电源模块进行充电，保证其续航，提高了实用性。

作为优选，监控基站包括监控服务器、显示器以及网络交换机，监控服务器分别与显示器、网络交换机以及若干无人船通信连接，网络交换机与数据中心通信连接。

作为优选，数据中心包括数据服务器和若干分布式设置的存储服务器，数据服务器分别与监控基站和若干分布式设置的存储服务器通信连接，且数据服务器通信连接有数据查询设备。

一种基于无人船的河涌水质在线监控方法，如图2所示，包括如下步骤：

S1：建立河涌水质在线监控系统，在目标河涌区域设置监控基站，并放置无人船；

S2：无人船在当前河涌进行巡航，实时获取河涌数据和水质数据；

无人船在当前河涌进行巡航的具体方法为：

A1：将若干无人船放置于当前河涌的不同位置；

A2：若干无人船之间相互通信，每条无人船优选选择未探索区域航行，并实时获取河涌数据和水质数据；

A3：若该河涌不存在未探索区域，每条无人船按照各自之前已探索区域的航线进行巡航；

河涌数据包括河涌位置数据、河涌水深数据、河涌流速数据以及水温变化数据；

水质数据包括当前河涌位置对应的PH值、水温、氯化物含量、硫酸盐含量、溶解氧含量以及硝酸盐含量；

S3：将河涌数据和水质数据发送至监控基站进行处理，并将河涌数据和水质数据发送至数据中心进行存储，监控基站根据河涌数据获取当前河涌的地理图像；

S4：根据水质数据寻找在地理图像上污染源，根据污染源对应的河涌数据，无人船拍摄污染源图片，并将污染源图片发送至监控基站；

根据异常的水质数据确定污染源的位置，控制无人船驶向河涌位置数据的检测点，根据河涌流速数据控制无人船的航行速度，使用遥感影像模块采集污染源图片；

S5：如图3所示，根据污染源的河涌数据、水质数据以及污染源图片得到污染分布结果，并将污染分布结果发送至数据中心进行存储；

根据污染源图片进行图像识别，判断污染源的类型，所述污染源的类型为工厂排污口、居民下水道排污口或人为倾倒的污染物；

由于工厂排污口的排放量较大，其污染程度高，工厂排污口的污水排放至河涌中，使周围水流中水质数据发生异常，距离排污口越近，则无人船检测到该处的河涌流速数据和水质数据变化量都较大，无人船在相同距离检测的水质数据变化越显著，通过这个原理，判断污染源的位置，根据污染源图片进行图像识别，则可以判断为工厂排污口；居民下水道排污口的排放量较小，其污染程度不高，则无人船检测到该处的河涌流速数据和水质数据变化量都不高；人为倾倒的污染物处河涌流速数据最小，其污染程度最低。

本发明建立了基于无人船的河涌水质在线监控系统，使用无人船在河涌进行巡航，实时检测水质，及时的获取了各个区域的水质变化，提高了水质数据的准确性，对河涌的真实污染情况进行监控，根据河涌位置数据和河涌水质数据进行污染源排查，提高了污染源排查效率，并获取污染源图像，对污染源进行针对性处理，提高了系统的实用性。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可理解并实施。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种基于无人船的河涌水质在线监控系统，其特征在于：包括数据中心、监控基站以及若干无人船，所述数据中心与监控基站通信连接，且数据中心通信连接有数据查询设备，所述监控基站分别与若干无人船通信连接；

每个所述无人船均设置有微处理器、水质检测模块、定位模块、导航声呐模块、遥感影像模块、无线通讯模块、光伏发电模块以及电源模块，所述微处理器分别与水质检测模块、定位模块、导航声呐模块、遥感影像模块以及无线通讯模块通信连接，所述电源模块分别与光伏发电模块、微处理器、定位模块、导航声呐模块、遥感影像模块以及无线通讯模块电性连接，所述无线通讯模块与监控基站通信连接。

2.根据权利要求1所述一种基于无人船的河涌水质在线监控系统，其特征在于：所述水质检测模块包括均与微处理器通信连接的PH值传感器、水温传感器、氯化物含量传感器、硫酸盐含量传感器、溶解氧含量传感器以及硝酸盐含量传感器。

3.根据权利要求1所述一种基于无人船的河涌水质在线监控系统，其特征在于：所述光伏发电模块包括光伏发电板和稳压模块，所述光伏发电板设置于无人船的顶端，且光伏发电板与稳压模块电性连接，所述稳压模块与电源模块电性连接。

4.根据权利要求1所述一种基于无人船的河涌水质在线监控系统，其特征在于：所述监控基站包括监控服务器、显示器以及网络交换机，所述监控服务器分别与显示器、网络交换机以及若干无人船通信连接，所述网络交换机与数据中心通信连接。

5.根据权利要求1所述一种基于无人船的河涌水质在线监控系统，其特征在于：所述数据中心包括数据服务器和若干分布式设置的存储服务器，所述数据服务器分别与监控基站和若干分布式设置的存储服务器通信连接，且数据服务器通信连接有数据查询设备。

6.一种基于无人船的河涌水质在线监控方法，基于如权利要求1-5所述的河涌水质在线监控系统，其特征在于，包括如下步骤：

S1：建立河涌水质在线监控系统；

S2：无人船在当前河涌进行巡航，实时获取河涌数据和水质数据；

S3：将河涌数据和水质数据发送至监控基站进行处理，并将河涌数据和水质数据发送至数据中心进行存储，监控基站根据河涌数据获取当前河涌的地理图像；

S4：根据水质数据寻找在地理图像上污染源，根据污染源对应的河涌数据，无人船拍摄污染源图片，并将污染源图片发送至监控基站；

S5：根据污染源的河涌数据、水质数据以及污染源图片得到污染分布结果，并将污染分布结果发送至数据中心进行存储。

7.根据权利要求6所述一种基于无人船的河涌水质在线监控方法，其特征在于：所述步骤S2中，无人船在当前河涌进行巡航的具体方法为：

A1：将若干无人船放置于当前河涌的不同位置；

A2：若干无人船之间相互通信，每条无人船优选选择未探索区域航行，并实时获取河涌数据和水质数据；

A3：若该河涌不存在未探索区域，每条无人船按照各自之前已探索区域的航线进行巡航。

8.根据权利要求6所述一种基于无人船的河涌水质在线监控系统，其特征在于：所述步骤S2中，河涌数据包括河涌位置数据、河涌水深数据、河涌流速数据以及水温变化数据。

9.根据权利要求6所述一种基于无人船的河涌水质在线监控方法，其特征在于：所述步骤S2中，水质数据包括当前河涌位置对应的PH值、水温、氯化物含量、硫酸盐含量、溶解氧含量以及硝酸盐含量。

10.根据权利要求6所述一种基于无人船的河涌水质在线监控方法，其特征在于：所述步骤S5中，根据污染源图片进行图像识别，判断污染源的类型，所述污染源的类型为工厂排污口、居民下水道排污口或人为倾倒的污染物。

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