CN114032986A - 一种库区河道系统的治理方法及其治理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种库区河道系统的治理方法，其包括S1判断当前日期距离雨季的时间是否小于预设时长，若是进入S2，否则执行S8；S2带着压力传感器向上移动；S3判断压力数据是否满足相应条件；若是进入S4，否则进入S5；S4判断前段压力数据持续时长是否小于预设时长，若是进入S5，否则进入S6；S5判断当前时间距离压力/氮磷采集间隔是否大于预设天数，若是返回S1，否则执行S5；S6获取河底的图像信息，并发送给神经网络模型识别，得到污泥深度；S7判断污泥深度是否达到清淤深度，若是，则启动污泥泵清污，返回S5；否则返回步骤S5；S8采集氮磷浓度，在氮磷浓度超标，进行氮磷去除，之后返回S5。

Description

一种库区河道系统的治理方法及其治理系统
技术领域
本发明涉及河道治理技术，具体涉及一种库区河道系统的治理方法及其治理系统。
背景技术
水库蓄水后，库区河道水面变宽，流速变缓，水体自净能力减弱，对污染物的变化较为敏感，库区水环境的好坏直接决定下游河道的水质好坏。下游河道同时人们在生产生活中会产生垃圾排入河道中对河道产生污染，经过一段时间后河道底面会出现淤泥堆积，长时间后会造成河道堵塞、河水上涨和水质变差甚至发臭等现象，因此需要定期对河道进行清淤整治；而为了避免河道的污泥过多影响河水的正常流通，需要管理部门派人定期对库区河段的污泥情况进行巡查，以及时对污泥进行清理，保证河道的正常运转。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的库区河道系统的治理方法及其治理系统解决了需要人工定期巡检河道效率低的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
第一方面，提供一种库区河道系统的治理方法，其包括步骤：
S1、读取当前日期，并判断当前日期距离雨季的时间是否小于预设时长，若是进入步骤S2，否则执行步骤S8；
S2、采用升降机构带着监测点处设置于预设位置处河底的压力传感器向上移动预设距离，并将压力传感器采集的压力数据发送给数据处理模块；
S3、判断压力数据是否由大逐渐减小，且在整个时间段中前段压力数据至少大于余下段压力数据预设压力；若是，进入步骤S4，否则进入步骤S5；
S4、判断前段压力数据持续时长是否小于预设时长，若是进入步骤S5，否则进入步骤S6；
S5、获取当前时间，并判断当前时间距离压力/氮磷采集间隔是否大于预设天数，若是返回步骤S1，否则继续执行步骤S5；
S6、获取压力传感器预设范围内河底的图像信息，并将其发送给数据处理模块中存储的已训练的神经网络模型中进行识别，得到污泥的深度；
S7、判断污泥深度是否达到清淤深度，若是，则启动污泥泵将污泥输送至污泥池，之后返回步骤S5；否则直接返回步骤S5；
S8、采集河道中水体的氮磷浓度，并在氮磷浓度超标时，且河道中未投放装有水草的网箱时，向河段中投入装有水草的网箱，之后返回步骤S5。
第二方面，提供一种库区河道系统的治理系统，其包括数据采集装置、污泥清理机构和氮磷去除机构；数据采集装置包括：
安装筒，其为透明、且上下端均为封闭端的柱状体，在安装筒的上端固定安装有第一环形板，下端滑动安装有第二环形板；
柔性保护罩，其包裹在安装筒的外侧面，上下端分别固定于第一环形板和第二环形板上，所述柔性保护罩、第一环形板、第二环形板和安装筒外壁之间形成封闭的密封腔；
升降机构，其位于密封腔内，且上端固定在第一环形板上，下端固定在第二环形板上，用于带动第二环形板在安装筒上下滑动；
数据采集模块，其包括位于柔性保护罩外侧的第二环形板上安装的压力传感器、位于柔性保护罩外侧的第一环形板上安装的氮磷检测器和安装筒内固定的图像采集模块；
数据处理模块，其安装在安装筒内，并与压力传感器、氮磷检测器、图像采集模块和安装筒内的电源模块连接，并通过无线收发模块与监管部门的管理端通信；
污泥清理机构包括污泥泵，其与管理端连接；氮磷去除机构包括若干用于装水草的网箱。
本发明的有益效果为：本方案在进行河道治理时，在快要邻近雨季时，通过移动压力传感器，确定压力传感器处是否被污泥覆盖，在有污泥时再进污泥确认，以此确定是否进行污泥的处理，通过这种方式可以自动实现河底污泥情况采集，且通过压力传感器和图像相结合进行污泥确定，以保证污泥检测的准确性，保证能够及时的对污泥进行清理。
另外，再未达到雨季时，可以对河水中的氮磷进行监测，以在河水氮磷超标时及时做出清理，避免河水出现富营养化生长大量藻类，出现河水缺氧而出现黑臭的情况。
附图说明
图1为库区河道系统的治理方法一个实施例的流程图。
图2为库区河道系统的治理系统的原理框图。
图3为数据采集装置的结构示意图。
其中，1、安装筒；11、第一环形板；12、第二环形板；13、安装柱；2、柔性保护罩；3、数据采集模块；31、压力传感器；32、氮磷检测器；33、图像采集模块；4、数据处理模块；5、电源模块；6、升降机构。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
在本方案中，在进行库区河道系统的治理之前，需要对河道监测点进行处理，具体可以包括：
将河道划分为若干段，并在每段河道的多个典型位置处设置一个监测点；通过对河道进行分段监测，可以便于分段对河段内的污泥和河水进行治理。
将监测点预设范围内的水排空，并清理出污泥，在监测点安装上具有压力、图像、氮磷采集功能的数据采集装置。
将监测点预设范围内的河底采用混凝土硬化，并使监测点预设范围内的河底处于同一平整度；对预设范围内的河底进行混凝土硬化处理，一方面可以保证数据采集装置安装后的稳定性，另一方面可以保证预设范围内的河底处于同一高度，以保证污泥深度检测的准确性。
待混凝土达到养护要求后，在监测点预设范围内回填污泥，并使回填污泥的深度等于排空水时清除的污泥深度。
参考图1，图1示出了库区河道系统的治理方法一个实施例的流程图；如图1所示，其包括步骤S1至步骤S8。
在步骤S1中，读取当前日期，并判断当前日期距离雨季的时间是否小于预设时长，若是进入步骤S2，否则执行步骤S8；此处的预设时长可以为一个月，这样便于有充足的时间对河底的污泥进行清理。
在步骤S2中，采用升降机构带着监测点处设置于预设位置处河底的压力传感器31向上移动预设距离，并将压力传感器31采集的压力数据发送给数据处理模块4。
本方案的压力传感器31安装在河底，当存在污泥时，压力传感器31会埋藏在污泥中，存在污泥的阻挡时，在移动压力传感器31时，受到的助力相对比较大，而在河水中移动时压力相对较小。
在步骤S3中，判断压力数据是否由大逐渐减小，且在整个时间段中前段压力数据至少大于余下段压力数据预设压力；若是，进入步骤S4，否则进入步骤S5；
在污泥中移动压力传感器31时，压力传感器31采集到的压力会由大减小，进入河水移动时，虽然压力也是逐渐减小，但是压力会在进入河水瞬间变小很多，且压力会比在污泥中移动时小很多。基于这种情况，本方案以压力瞬间变大为时间节点将所有压力数据分成两部分。
在步骤S4中，判断前段压力数据持续时长是否小于预设时长，若是进入步骤S5，否则进入步骤S6；
通过步骤S4中，通过预设时长及压力传感器31的移动速度可以得到污泥的深度，实现污泥深度的初步确定，之后再通过图像采集进行较大范围内污泥深度的确定，可以提高污泥深度检测的准确性，可以避免局部存在污泥而启动清污设备。
在步骤S5中，获取当前时间，并判断当前时间距离压力/氮磷采集间隔是否大于预设天数，若是返回步骤S1，否则继续执行步骤S5；此处的预设天数至少大于1个月，因为沉积一定厚度的污泥需要较长时间，监测太频繁意义不大。
在步骤S6中，获取压力传感器31预设范围内河底的图像信息，并将其发送给数据处理模块4中存储的已训练的神经网络模型中进行识别，得到污泥的深度；此处的数据处理模块4可以为一个微型处理器。
在本发明的一个实施例中，本方案的神经网络模型的训练方法包括：
A1、修建一块与监测点预设范围内尺寸相等的水池，并将水池的底部修整平整，之后将数据采集装置安装在水池底部；
A2、通过升降机构在池底安装一块尺寸等于池底面积的承载板，并在承载板上铺满一层污泥，之后向水池通入水直至水淹过数据采集装置；此处的电源模块6可以为升降电机，升降电机的设置，可以保证后面预设高度的准确快速调整。
A3、调整神将机构使污泥表面距离池底预设高度，待水池中水澄清后，采用数据采集装置采集若干张水池底部的图像信息；
A4、令预设高度＝预设高度+调整高度，并判断预设高度是否大于清淤高度，若是进入步骤A5，否则返回步骤A3；
此处的调整高度尽量控制在1-5cm，调整高度选择越小，可以保证每个高度都具有采集的图像，这样训练的神经网络模型就越准确，后续污泥深度检测就越准确。
A5、对采集的所有图像进行预处理，之后将每次采集的图像信息中的三分之二人工标记后作为训练图片，余下部分作为测试图片；
A6、将所有的训练图片作为训练集，所有测试图片作为测试集；并采用训练集和测试集对卷积神经网络进行训练，得到已训练的神经网络模型。
在步骤S7中，判断污泥深度是否达到清淤深度，若是，则启动污泥泵将污泥输送至污泥池，之后返回步骤S5；否则直接返回步骤S5；
在本发明的一个实施例中，启动污泥泵之前还包括：
将搅拌桨延伸至污泥内，并对污泥进行搅拌1-3min，搅拌的同时采集搅拌处的污泥图像，搅拌桨回升后，采集搅拌桨上的桨图像信息；
数据处理模块4对污泥图像和桨图像信息进行分析，确定桨图像信息中是否有水草缠绕，污泥图像中是否有固体垃圾；
当存在水草和/或固体垃圾时，使用粉碎装置对污泥中的固体垃圾和水草进行切割，同时对污泥进行疏松；
选取叶轮具有切割功能的污泥泵，之后启动污泥泵进行清污。
本方案通过水草和固体垃圾的确定，可以避免污泥泵在输送污泥时水草缠绕叶轮，固体垃圾堵塞输送管道，致使污泥泵及管道系统出现故障，影响河底污泥的快速清除。
在步骤S8中，采集河道中水体的氮磷浓度，并在氮磷浓度超标时，且河道中未投放装有水草的网箱时，向河段中投入装有水草的网箱，之后返回步骤S5。
实施时，本方案优选水草投放之后还包括：
每隔预设生长周期采集网箱中水草的长度，当水草生长至成熟期时，将网箱中的水草取出；
将水草粉碎后投入污泥池中，并将水草与污泥搅拌均匀，之后将污泥转运至园林管理处与土壤混合作为植物栽培土壤。
由于污泥一般富营养化程度比较高，再将污泥与水草进行混合，可以提高污泥中的植物生长的必要元素，这样混合得到的物料可以用于作为植物栽培土壤，若是得到的量比较大，还可以转运至农田，为农作物生长提供养分。
本方案的库区河道系统的治理方法还包括：计算相邻两次采用污泥泵清理污泥的时间间隔；当连续三个间隔时间均小于一个年度时，在河道的两侧加大河岸两侧植物种植，建设形成河岸护坡。
通过对污泥清理时间的间隔进行监控，可以确定出污泥清理是否频繁，若是过于频繁说明进入河道中的泥土比较多，这很大原因是周边的水土流失较严重，才致使河道中涌入大量泥土，为了保证当地的生态环境，可以从改善当地的水土出发。
实施时，本方案优选当河道中投放有网箱时，在投放网箱处向河道的底部进行曝气，每天曝气两次，且每次曝气时间半个小时；这样可以增大河道内的氧浓度，加快水草的生长速度，从而加快对河水中的氮磷的吸收。
本方案的治理方法可以一直启动，也可以在距离雨季比较远、且至少三次采集的氮磷浓度都未超标时，停运治理方法2-3个月后，再启动。
如图2和图3所示，本方案还提供一种库区河道系统的治理方法的治理系统，其包括数据采集装置、污泥清理机构和氮磷去除机构；数据采集装置包括：
安装筒1，其为透明、且上下端均为封闭端的柱状体，在安装筒1的上端固定安装有第一环形板11，下端滑动安装有第二环形板12，安装筒1的底部连接有安装柱13。
安装筒1设置成封闭结构，可以方便安装在其内部的电器部件的保护，避免电器部件长期在水中浸泡出现损坏；安装筒1设置成透明结构，可以方便图像采集模块33采集图像。
柔性保护罩2，其包裹在安装筒1的外侧面，上下端分别固定于第一环形板11和第二环形板12上，所述柔性保护罩2、第一环形板11、第二环形板12和安装筒1外壁之间形成封闭的密封腔。
本方案设置柔性保护罩2的主要目的是对安装筒1进行保护，避免部分藻类将安装筒1作为生长的依附体，使得安装筒1外布满藻类，影响图像采集模块33对河底的图像的采集。其次柔性保护罩2还可以对升降机构6进行保护，避免其与水接触，提高使用寿命。
其中的柔性保护罩2必须采用柔性且防水材质制成，比如土工布；优选其再具有一定的弹性，比如橡胶。
升降机构6，其位于密封腔内，且上端固定在第一环形板上，下端固定在第二环形板上，用于带动第二环形板在安装筒1上下滑动；优选升降机构6为电动推杆，为了保证电动推杆的使用寿命，最好对电动推杆进行防水处理，以保证其即便工作在水中，以能正常运转。
本方案的升降机构6主要有两个作用，其中一个作用是带着压力传感器31升降，实现泥土的初步检测，另外一个作用是，带着柔性保护罩2升降，以露出或封闭安装筒1。
数据采集模块3，其包括位于柔性保护罩2外侧的第二环形板12上安装的压力传感器31、位于柔性保护罩2外侧的第一环形板11上安装的氮磷检测器32和安装筒1内固定的图像采集模块33。
在采用本方案的治理系统进行河道治理时，数据采集模块淹没在水中。
数据处理模块4，其安装在安装筒1内，并与压力传感器31、氮磷检测器32、图像采集模块33和安装筒1内的电源模块5连接，并通过无线收发模块与监管部门的管理端通信。
其中的压力传感器31、氮磷检测器32、图像采集模块33、升降机构6和无线收发模块均与电源模块5连接。污泥清理机构包括污泥泵，其与管理端连接；氮磷去除机构包括若干用于装水草的网箱。
实施时，本方案优选所述污泥清理机构还包括浮床，所述浮床上搭载有用于延伸至河底确定污泥中是否有水草的搅拌装置和用于对河底污泥中的固体垃圾进行粉碎的粉碎装置；搅拌装置和粉碎装置均与管理端进行通信。
存在污泥时，将该信息发送给管理端，管理端启动浮床，使其移动至数据采集装置处，之后启动搅拌装置搅拌，接着采用安装筒1中的图像采集模块33进行图像采集，并将图像信息发送给数据处理模块4进行分析，并将分析出水草或固体垃圾的信息经无线收发模块发送给管理端，管理端启动粉碎装置对水草及固体垃圾进行粉碎，以保证后续污泥输送时，堵塞管道系统。
本方案的治理系统还包括安装在污泥池的上方、用于对污泥中粉碎后的垃圾进行筛分的震动过滤筛，所述震动过滤筛与管理端进行通信；这样设置后，可以筛选出被粉碎后的固体垃圾，避免后续在污泥使用时，混杂的垃圾污染土壤。
综上所述本方案提供的库区河道系统治理方法及治理系统能够对河道内的污泥和水质进行自动化监测，以使河道治理逐渐趋于自动化，提高河道治理效率。

Claims (10)

1.一种库区河道系统的治理方法，其特征在于，包括步骤：
S1、读取当前日期，并判断当前日期距离雨季的时间是否小于预设时长，若是进入步骤S2，否则执行步骤S8；
S2、采用升降机构带着监测点处设置于预设位置处河底的压力传感器向上移动预设距离，并将压力传感器采集的压力数据发送给数据处理模块；
S3、判断压力数据是否由大逐渐减小，且在整个时间段中前段压力数据至少大于余下段压力数据预设压力；若是，进入步骤S4，否则进入步骤S5；
S4、判断前段压力数据持续时长是否小于预设时长，若是进入步骤S5，否则进入步骤S6；
S5、获取当前时间，并判断当前时间距离压力/氮磷采集间隔是否大于预设天数，若是返回步骤S1，否则继续执行步骤S5；
S6、获取压力传感器预设范围内河底的图像信息，并将其发送给数据处理模块中存储的已训练的神经网络模型中进行识别，得到污泥的深度；
S7、判断污泥深度是否达到清淤深度，若是，则启动污泥泵将污泥输送至污泥池，之后返回步骤S5；否则直接返回步骤S5；
S8、采集河道中水体的氮磷浓度，并在氮磷浓度超标，且河道中未投放装有水草的网箱时，向河段中投入装有水草的网箱，之后返回步骤S5。
2.根据权利要求1所述的库区河道系统的治理方法，其特征在于，在采用河道治理方法之前还包括：
将河道划分为若干段，并在每段河道的多个典型位置处设置一个监测点；
将监测点预设范围内的水排空，并清理出污泥，在监测点安装上具有压力、图像、氮磷采集功能的数据采集装置；
将监测点预设范围内的河底采用混凝土硬化，并使监测点预设范围内的河底处于同一平整度；
待混凝土达到养护要求后，在监测点预设范围内回填污泥，并使回填污泥的深度等于排空水时清除的污泥深度。
3.根据权利要求1所述的库区河道系统的治理方法，其特征在于，启动污泥泵之前还包括：
将搅拌桨延伸至污泥内，并对污泥进行搅拌1-3min，搅拌的同时采集搅拌处的污泥图像，搅拌桨回升后，采集搅拌桨上的桨图像信息；
数据处理模块对污泥图像和桨图像信息进行分析，确定桨图像信息中是否有水草缠绕，污泥图像中是否有固体垃圾；
当存在水草和/或固体垃圾时，使用粉碎装置对污泥中的固体垃圾和水草进行切割，同时对污泥进行疏松；
选取叶轮具有切割功能的污泥泵，之后启动污泥泵进行清污。
4.根据权利要求1或2所述的库区河道系统的治理方法，其特征在于，所述神经网络模型的训练方法包括：
A1、修建一块与监测点预设范围内尺寸相等的水池，并将水池的底部修整平整，之后将数据采集装置安装在水池底部；
A2、通过升降机构在池底安装一块尺寸等于池底面积的承载板，并在承载板上铺满一层污泥，之后向水池通入水直至水淹过数据采集装置；
A3、调整升降机构使污泥表面距离池底预设高度，待水池中水澄清后，采用数据采集装置采集若干张水池底部的图像信息；
A4、令预设高度＝预设高度+调整高度，并判断预设高度是否大于清淤高度，若是进入步骤A5，否则返回步骤A3；
A5、对采集的所有图像进行预处理，之后将每次采集的图像信息中的三分之二人工标记后作为训练图片，余下部分作为测试图片；
A6、将所有的训练图片作为训练集，所有测试图片作为测试集；并采用训练集和测试集对卷积神经网络进行训练，得到已训练的神经网络模型。
5.根据权利要求1所述的库区河道系统的治理方法，其特征在于，水草投放之后还包括：
每隔预设生长周期采集网箱中水草的长度，当水草生长至成熟期时，将网箱中的水草取出；
将水草粉碎后投入污泥池中，并将水草与污泥搅拌均匀，之后将污泥转运至园林管理处与土壤混合作为植物栽培土壤。
6.根据权利要求1所述的库区河道系统的治理方法，其特征在于，还包括：计算相邻两次采用污泥泵清理污泥的时间间隔；当连续三个间隔时间均小于一个年度时，在河道的两侧加大河岸两侧植物种植，建设形成河岸护坡。
7.根据权利要求1所述的库区河道系统的治理方法，其特征在于，当河道中投放有网箱时，在投放网箱处向河道的底部进行曝气，每天曝气两次，且每次曝气时间半个小时。
8.一种应用于权利要1-7任一所述的库区河道系统的治理方法的治理系统，其特征在于，包括数据采集装置、污泥清理机构和氮磷去除机构；数据采集装置包括：
安装筒，其为透明、且上下端均为封闭端的柱状体，在安装筒的上端固定安装有第一环形板，下端滑动安装有第二环形板，安装筒的底部连接有安装柱；
柔性保护罩，其包裹在安装筒的外侧面，上下端分别固定于第一环形板和第二环形板上，所述柔性保护罩、第一环形板、第二环形板和安装筒外壁之间形成封闭的密封腔；
升降机构，其位于密封腔内，且上端固定在第一环形板上，下端固定在第二环形板上，用于带动第二环形板在安装筒上下滑动；
数据采集模块，其包括位于柔性保护罩外侧的第二环形板上安装的压力传感器、位于柔性保护罩外侧的第一环形板上安装的氮磷检测器和安装筒内固定的图像采集模块；
数据处理模块，其安装在安装筒内，并与压力传感器、氮磷检测器、图像采集模块和安装筒内的电源模块连接，并通过无线收发模块与监管部门的管理端通信；
污泥清理机构包括污泥泵，其与管理端连接；氮磷去除机构包括若干用于装水草的网箱。
9.根据权利要求8所述的治理系统，其特征在于，所述污泥清理机构还包括浮床，所述浮床上搭载有用于延伸至河底确定污泥中是否有水草的搅拌装置和用于对河底污泥中的固体垃圾进行粉碎的粉碎装置；搅拌装置和粉碎装置均与管理端进行通信。
10.根据权利要求8所述的治理系统，其特征在于，还包括安装在污泥池的上方、用于对污泥中粉碎后的垃圾进行筛分的震动过滤筛，所述震动过滤筛与管理端进行通信。
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