CN114252576A - 一种河长智能辅助决策分析系统 - Google Patents

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何建军
戴曹培
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Abstract

本发明属于智能辅助决策技术领域，具体地，涉及一种河长智能辅助决策分析系统，包括无人船模块、与无人船模块无线通信连接的智能管理平台、决策分析模块以及水质管理办公室；无人船模块包括无人船、水质采集模块以及无线信号收发模块，水质采集模块用于获取水质环境信息；无线信号收发模块将水质采集模块采集的水质环境信息传输至智能管理平台；依据待检测的河流的形状判定需要的无人船的数量以及相应的采集点；智能管理平台将接收到的水质环境信息发送至决策分析模块，决策分析模块进行水质处理获取采集点处的水质指数，设定水质指数阈值，当采集点处的水质指数小于水质指数阈值时，决策分析模块将该采集点发送至水质管理办公室。

Description

一种河长智能辅助决策分析系统
技术领域
本发明属于智能辅助决策技术领域，具体地，涉及一种河长智能辅助决策分析系统。
背景技术
目前船载水质监测技术已经十分完善，对于水质参数的检测可以通过搭载高精度的水质监测传感器对多种水质参数信息实现精准的采集，实现船载水质监测对同一点位水质进行连续监测采样以及监控以污染源为中心的污染范围；
但由于船体的局限性以及航行速度的限制，船载水质监测无法对大范围水域进行水质信息检测，且船体的局限性导致在进行水质检测时浪费大量的物理与人力，且在水质检测过程中，信息的传递以及对水质信息的处理都存在滞后现象，不能及时给河道管理人员一个直观的可视化信息，不能为河道的治理提供一个合理化的决策。
为此，提出一种河长智能辅助决策分析系统。
发明内容
为解决现有技术中存在不足，本发明提供了一种河长智能辅助决策分析系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种河长智能辅助决策分析系统，包括无人船模块、与无人船模块无线通信连接的智能管理平台、决策分析模块以及水质管理办公室；
所述无人船模块包括无人船、与无人船绑定的水质采集模块以及用于信息传递的无线信号收发模块，所述水质采集模块用于获取水质环境信息；
所述无线信号收发模块将水质采集模块采集的水质环境信息传输至智能管理平台；
所述智能管理平台用于对无人船模块进行水质检测线路规划；依据待检测的河流的形状判定需要的无人船的数量以及相应的采集点；
智能管理平台将接收到的水质环境信息发送至决策分析模块，决策分析模块进行水质处理获取采集点处的水质指数，设定水质指数阈值，当采集点处的水质指数小于水质指数阈值时，决策分析模块将该采集点发送至水质管理办公室。
进一步地，所述水质环境信息包括水溶解氧浓度、浑浊度、农药含量浓度。
进一步地，决策分析模块分别将水溶解氧浓度、浑浊度、农药含量浓度进行标记，标记为：NOij、HZij、NDij；i为采集点的编号，i为正整数，且i=1,2……n；j表示同一采集点的采集次数；j=1,2……m；
利用计算公式获取采集点处的水质指数ZSi，计算公式为：
Figure 123058DEST_PATH_IMAGE001
；其中
Figure 774620DEST_PATH_IMAGE002
为修正因子，且
Figure 147832DEST_PATH_IMAGE002
均大于0小于1；
进一步地，待检测的河流的形状为线条形或非线条形。
进一步地，对于待检测的河流属于线条形的河流时，智能管理平台对无人船模块进行水质检测线路规划的过程包括：
步骤S10：智能管理平台获取待检测的河流的平面布局图；并获取待检测的河流的长度Lc；
步骤S11：智能管理平台获取单个无人船所能行驶的河流长度L0；智能管理平台根据Lc/ L0=Sf，确定需要放置的无人船的个数Sf；其中无人船的个数取整；
步骤S12：智能管理平台从待检测的河流的端点开始算起，逐步确定多个无人船的起始放置点，并确定无人船的行驶路径中点为采集点，将多个无人船的采集点标记在待检测的河流的平面布局图。
进一步地，当待检测的河流属于线条形的河流，不考虑河流的宽度。
进一步地，对于待检测的河流不属于线条形的河流，在此实施例中，所述智能管理平台对无人船模块进行水质检测线路规划的过程包括以下步骤：
步骤S20：智能管理平台获取待检测的河流的平面布局图；并获取待检测的河流的轮廓图；将待检测的河流的轮廓图标记为原始图；
步骤S21：以原始图的任意一个边界点为坐标原点，建立平面二维坐标图；
步骤S22：以坐标原点为射线端点，间隔预设角度发射射线，获取多条射线与原始图河流边界的相交线段；
步骤S23：智能管理平台给定采集长度，获取多条相交线段的长度并与采集长度做比值，作为单条相交线段的采集点的个数；
步骤S24：汇总所有相交线段的采集点的个数，将多个无人船的采集点标记在待检测的河流的平面布局图。
进一步地，预设角度由智能管理平台进行设定。
进一步地，无人船在进行水质环境信息采集时，采用多次采集的方式。
有益效果：
本发明通过智能管理平台依据待检测的河流的形状判定需要的无人船的数量以及相应的采集点，在确定完成后，通过无人船模块进行水质信息采集，并将采集后的水质环境信息发送至智能管理平台；智能管理平台首先在待检测的河流的平面布局图中进行采集点的标记，并同时将采集的水质环境信息一同进行可视化展示；通过采集点与水质环境信息的可视化展示，取代原先的人工采集信息汇总，从数据的准确性以及数据统计的难度上，减轻了很大的负担，且融合了前端科技，为后续的数据处理提供的精确的数据支撑；
智能管理平台联合决策分析模块对每个采集点都进行水质指数的计算，且智能管理平台设定有水质指数阈值，用来判定采集点处的水质是属于良好还是不好；将水质状况不好的采集点发送至水质管理办公室进行整顿；采用合理的方式进行水质指数的计算，便于对水质的管理，且更加的智能，无需人工进行计算，直接通过合理的计算公式导入进行计算，节省工作量的同时，更加的准确；
本发明还设置了监督反馈模块，当所述水质管理办公室接收到决策分析模块发送的水质状况不好的采集点信息后，监督反馈模块设定监督周期，其中的监督周期的时长由监督反馈模块进行设定，当到达监督周期后，监督反馈模块发送二次采集信号至智能管理平台，智能管理平台控制无人船模块对该采集点的水质环境信息进行二次采集并重新计算水质指数。
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为本发明的系统原理图。
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。
如图1所示，一种河长智能辅助决策分析系统，包括无人船模块以及智能管理平台；所述无人船模块与所述智能管理平台无线通信连接；
所述无人船模块包括无人船、与无人船绑定的水质采集模块以及用于信息传递的无线信号收发模块，所述水质采集模块用于获取水质环境信息，所述水质环境信息包括但不限于水溶解氧浓度、浑浊度、农药含量浓度以及水温值；
其中，需要进行说明的是，所述水质采集模块具体为在线式溶解氧仪、光电式浑浊度仪、农药农药残留监测装置以及温度测量装置；
所述无线信号收发模块将水质采集模块采集的水质环境信息传输至智能管理平台；
所述智能管理平台用于接收无线信号收发模块发送的水质环境信息；所述智能管理平台连接有可视化单元，所述可视化单元用于对接收到的水质环境信息进行可视化展示；
其中，所述智能管理平台还用于对无人船模块进行水质检测线路规划；
作为本发明的一个实施例，对于待检测的河流属于线条形的河流，需要进行说明的是，所述待检测的河流属于线条形或者不属于线条形的判定方式为：根据待检测的河流的宽度，智能管理平台设定河宽值，并设定采集长度，当连续T个采集长度的河流宽度均小于河宽值时，则判定该待检测的河流属于线条形，否则判定为非线条形；其中T的数值由智能管理平台进行设定；
在此实施例中，所述智能管理平台对无人船模块进行水质检测线路规划的过程包括以下步骤：
步骤S10：智能管理平台获取待检测的河流的平面布局图，将待检测的河流的平面布局图发送至可视化单元进行可视化展示；并获取待检测的河流的长度Lc；
步骤S11：智能管理平台获取单个无人船所能行驶的河流长度L0；智能管理平台根据Lc/ L0=Sf，确定需要放置的无人船的个数Sf；其中无人船的个数取整；
步骤S12：智能管理平台从待检测的河流的端点开始算起，逐步确定多个无人船的起始放置点，并确定无人船的行驶路径中点为采集点，将多个无人船的采集点标记在待检测的河流的平面布局图。
需要进行说明的是，当待检测的河流属于线条形的河流，不考虑河流的宽度，即确定的采集点默认为河流的中点；智能管理平台分别对采集点进行标记，标记为i，i为正整数，且i=1,2……n；
作为本发明的另一个实施例，对于待检测的河流不属于线条形的河流，在此实施例中，所述智能管理平台对无人船模块进行水质检测线路规划的过程包括以下步骤：
步骤S20：智能管理平台获取待检测的河流的平面布局图，将待检测的河流的平面布局图发送至可视化单元进行可视化展示；并获取待检测的河流的轮廓图；将待检测的河流的轮廓图标记为原始图；
步骤S21：以原始图的任意一个边界点为坐标原点，建立平面二维坐标图；
步骤S22：以坐标原点为射线端点，间隔预设角度发射射线，获取多条射线与原始图河流边界的相交线段；
步骤S23：智能管理平台给定采集长度，获取多条相交线段的长度与采集长度做比值，作为单条相交线段的采集点的个数；
步骤S24：汇总所有相交线段的采集点的个数，即为采集点的个数，将多个无人船的采集点标记在待检测的河流的平面布局图。
需要进行说明的是，预设角度由智能管理平台进行设定，智能管理平台分别对采集点进行标记，标记为i，i为正整数，且i=1,2……n。
所述智能管理平台将多个采集点的坐标发送至无人船的无线信号收发模块，无人船行驶至指定采集点通过水质采集模块进行水质环境信息采集；
需要说明的是，无人船在进行水质环境信息采集时，采用多次采集的方式，并把多次采集的水质环境信息发送至智能管理平台；
智能管理平台将接收到的水质环境信息同时发送至可视化单元以及决策分析模块，所述决策分析模块在接收到水质环境信息后对水质进行处理分析，具体的，所述决策分析模块进行水质处理的过程包括以下步骤：
步骤P1：决策分析模块分别将水溶解氧浓度、浑浊度、农药含量浓度进行标记，标记为：NOij、HZij、NDij；其中的j表示同一采集点的采集次数；j=1,2……m；
步骤P2：决策分析模块利用计算公式获取采集点处的水质指数ZSi，其中的计算公式为：
Figure 838314DEST_PATH_IMAGE003
；其中
Figure 121528DEST_PATH_IMAGE004
为修正因子；其中
Figure 803045DEST_PATH_IMAGE004
均大于0小于1；
步骤P3：决策分析模块设定水质指数阈值，当采集点处的水质指数ZSi大于等于水质指数阈值时，表示该采集点处的水质状况良好；
当采集点处的水质指数ZSi小于水质指数阈值时，表示该采集点处的水质状况不好；
步骤P4：决策分析模块将水质状况良好与水质状况不好的采集点分别反馈至可视化单元，同时决策分析模块将水质状况不好的采集点发送至水质管理办公室。
需要进行说明的是，所述可视化单元接收到水质状况良好与水质状况不好的采集点时，分别在待检测的河流的平面布局图进行标记，将水质状况良好的采集点标记为绿色，将水质状况不好的采集点标记为红色；
其中，水质管理办公室具体为水质管理办公室，所述水质管理办公室接收到水质状况不好的采集点的信息时，对相关采集点的水质进行整顿处理。
其中，需要进行说明的是，本发明还设置有监督反馈模块，当所述水质管理办公室接收到决策分析模块发送的水质状况不好的采集点信息后，监督反馈模块设定监督周期，其中的监督周期的时长由监督反馈模块进行设定，当到达监督周期后，监督反馈模块发送二次采集信号至智能管理平台，智能管理平台控制无人船模块对该采集点的水质环境信息进行二次采集并重新计算水质指数。
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
工作原理：本发明通过智能管理平台依据待检测的河流的形状判定需要的无人船的数量以及相应的采集点，在确定完成后，通过无人船模块进行水质信息采集，并将采集后的水质环境信息发送至智能管理平台；
智能管理平台首先在待检测的河流的平面布局图中进行采集点的标记，并同时将采集的水质环境信息一同进行可视化展示；
智能管理平台联合决策分析模块对每个采集点都进行水质指数的计算，且智能管理平台设定有水质指数阈值，用来判定采集点处的水质是属于良好还是不好；将水质状况不好的采集点发送至水质管理办公室进行整顿；
本发明还设置了监督反馈模块，当所述水质管理办公室接收到决策分析模块发送的水质状况不好的采集点信息后，监督反馈模块设定监督周期，其中的监督周期的时长由监督反馈模块进行设定，当到达监督周期后，监督反馈模块发送二次采集信号至智能管理平台，智能管理平台控制无人船模块对该采集点的水质环境信息进行二次采集并重新计算水质指数。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所述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，只要不偏离发明的结构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 (4)

1.一种河长智能辅助决策分析系统，其特征在于，包括无人船模块、与无人船模块无线通信连接的智能管理平台、决策分析模块以及水质管理办公室；
所述无人船模块包括无人船、与无人船绑定的水质采集模块以及用于信息传递的无线信号收发模块，所述水质采集模块用于获取水质环境信息；所述水质环境信息包括水溶解氧浓度、浑浊度、农药含量浓度；
所述无线信号收发模块将水质采集模块采集的水质环境信息传输至智能管理平台；
所述智能管理平台用于对无人船模块进行水质检测线路规划；依据待检测的河流的形状判定需要的无人船的数量以及相应的采集点；
智能管理平台将接收到的水质环境信息发送至决策分析模块，决策分析模块进行水质处理获取采集点处的水质指数，设定水质指数阈值，当采集点处的水质指数小于水质指数阈值时，决策分析模块将该采集点发送至水质管理办公室；
决策分析模块分别将水溶解氧浓度、浑浊度、农药含量浓度进行标记，标记为：NOij、HZij、NDij；i为采集点的编号，i为正整数，且i=1,2……n；j表示同一采集点的采集次数；j=1,2……m；
利用计算公式获取采集点处的水质指数ZSi，计算公式为：
Figure 321879DEST_PATH_IMAGE001
；其中
Figure 583096DEST_PATH_IMAGE002
为修正因子；且
Figure 48712DEST_PATH_IMAGE002
均大于0小于1；
待检测的河流的形状为线条形或非线条形；
其中判定方式为：根据待检测的河流的宽度，智能管理平台设定河宽值，并设定采集长度，当连续T个采集长度的河流宽度均小于河宽值时，则判定该待检测的河流属于线条形，否则判定为非线条形；其中T的数值由智能管理平台进行设定；
对于待检测的河流属于线条形的河流时，智能管理平台对无人船模块进行水质检测线路规划的过程包括：
步骤S10：智能管理平台获取待检测的河流的平面布局图；并获取待检测的河流的长度Lc；
步骤S11：智能管理平台获取单个无人船所能行驶的河流长度L0；智能管理平台根据Lc/ L0=Sf，确定需要放置的无人船的个数Sf；其中无人船的个数取整；
步骤S12：智能管理平台从待检测的河流的端点开始算起，逐步确定多个无人船的起始放置点，并确定无人船的行驶路径中点为采集点，将多个无人船的采集点标记在待检测的河流的平面布局图；
对于待检测的河流不属于线条形的河流时，所述智能管理平台对无人船模块进行水质检测线路规划的过程包括以下步骤：
步骤S20：智能管理平台获取待检测的河流的平面布局图；并获取待检测的河流的轮廓图；将待检测的河流的轮廓图标记为原始图；
步骤S21：以原始图的任意一个边界点为坐标原点，建立平面二维坐标图；
步骤S22：以坐标原点为射线端点，间隔预设角度发射射线，获取多条射线与原始图河流边界的相交线段；
步骤S23：智能管理平台给定采集长度，获取多条相交线段的长度并与采集长度做比值，作为单条相交线段的采集点的个数；
步骤S24：汇总所有相交线段的采集点的个数，将多个无人船的采集点标记在待检测的河流的平面布局图。
2.根据权利要求1所述的一种河长智能辅助决策分析系统，其特征在于：当待检测的河流属于线条形的河流，不考虑河流的宽度。
3.根据权利要求1所述的一种河长智能辅助决策分析系统，其特征在于：预设角度由智能管理平台进行设定。
4.根据权利要求1所述的一种河长智能辅助决策分析系统，其特征在于：无人船在进行水质环境信息采集时，采用多次采集的方式。
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