CN115219678A - 用于水域突发危险品化学污染的应急监测船及其溯源方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船,包括：双体船身及其尾部设置的两个吊舱推进装置，所述双体船身顶面铺设有太阳能电池板，所述太阳能电池板的前端中部设置有超声波传感器和图像采集装置，所述双体船身的甲板上方固定有雷达装置，所述双体船身内部设置有水体采样检测系统和蓄电池，所述蓄电池为穿上各设备供电，所述太阳能电池板与蓄电池电连接。在溯源时采用三角溯源法，快速确定源头。本设计不仅能够提高发生水域突发危险品化学污染事件后安全应急过程的效率，而且缩短水路交通运输价值恢复的时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船及其溯源方法，具体适用于水域污染物监测与溯源。
背景技术
随着经济持续发展，贸易需求和货物运输量激增，船舶运输行业因其运载量大、成本低等优点占据越来越重要的地位，加之行业发展战略的调整更是为船舶运输业发 展带来了空前的发展机遇。而船舶运输中常常会运输危险化学品。在这样的发展趋势 下，船舶运输水域环境是否能够得到保障成为人们关注的焦点。而水域内流体运动复 杂，突发状况一旦发生，渗透或倾倒进水域的危险品都将迅速扩散，如不能及时应急 处理，将对水域的交通运输和生态环境造成影响，损失会进一步加重。而水污染中污 染范围广损失严重的当属水域突发化学污染事件，并且大部分水污染事故都会导致一 定程度的化学污染。
且一旦发生化学污染事件其经济损失和治理投资的金额极高。究其原因是水污染事故发生后，没有及时采取有效的安全应急措施，对该水域进行处理，最终导致损失 加剧。
目前，国内针对水域突发事件的安全应急体系建设还处于探索阶段，突发事件初期获取信息的能力欠缺，应急监测的手段单一，仍以人工作业为主。但人工应急监测 劳动强度较大，水域环境复杂威胁着应急监测人员的生命安全，工作质量难以保证， 无法较好适应日益复杂的快速应急监测的需要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的溯源监测困难、手段单一、效率低下的问题，提供了一种多方式结合、提高效率的用于水域突发危险品化学污染的应急监测船及其溯源方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：
一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船,所述应急监测船包括：双体船身及其尾部设置的两个吊舱推进装置，所述双体船身顶面铺设有太阳能电池板，所述太阳能电池板的前端中部设置有超声波传感器和图像采集装置，所述双体船身的甲板上方固定有雷达装置，所述双体船身内部设置有水体采样检测系统和蓄电池，所述蓄电池为穿上各设备供电，所述太阳能电池板与蓄电池电连接。
所述水体采样检测系统包括取水装置、稳态监测装置、取样装置、清洗装置、排水装置，所述取水装置的进水管道设置于双体船身两船身之间的区域，所述取水装置的出水管道分别与稳态监测装置和取样装置的进水端相通，所述稳态监测装置的清洗端与清洗装置的出水端相通，所述稳态监测装置的出水端与排水装置的进水端相通，所述排水装置的排水管道设置于双体船身两船身之间的区域。
所述稳态监测装置用于检测取样液体的电导率、温度、酸碱度值、氧化还原电位、浊度和吸光度。
所述应急监测船还包括：控制器，所述控制器分别与吊舱推进装置、太阳能电池板、雷达装置、蓄电池、超声波传感器、图像采集装置和水体采样检测系统信号连接；
所述控制器包括采样控制模块、动力模块、能源系统监控模块、分析溯源模块、卫星定位模块和远程通讯模块，所述超声波传感器、雷达装置、采样控制模块、动力模块、能源系统监控模块、卫星定位模块和远程通讯模块均与分析溯源模块信号连接，所述采样控制模块与水体采样检测系统内的各模块的控制端信号连接，所述动力模块与吊舱推进装置的控制端信号连接，所述能源系统监控模块用于检测蓄电池的电量和太阳能电池板的工作状态，所述分析溯源模块用于根据采样情况综合计算分析溯源，所述卫星定位模块用于连接定位卫星来定位船舶位置坐标，所述图像采集装置与远程通讯模块信号连接，所述远程通讯模块用于通过无线信号与总控平台或终端进行通讯。
一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船的溯源方法，在应急监测船下水执行溯源任务时，按照以下流程进行操作：
S1.到达目标水域，首先确认污染物种类和污染发生的大概位置，然后向应急监测船发送位置信息，应急监测船根据接收到的位置信息，到达需检测的目标水域附近，同时应急监测船将实时的图像信息和位置数据通过远程通讯反馈给控制端，控制端根据反馈的图像情况调整船体位置到适合的采样区域，以当前点位为测量起始点O，然后远程下达采样溯源命令，进入S2至S5的测量循环周期；
S2.确认采样点位置，根据溯源中心点的位置确认一个测量半径，然后以溯源中心点为圆心根据测量半径画圆，在圆周上寻找个点位构成正三角型，分别到对应点位完成S3水质采样监测和S4浓度分析的工作，在完成三个点位的测算分析后进入S5三角溯源流程；
上述过程中初始的溯源中心点为测量起始点O；
S3.水质采样监测，控制器控制水体采样检测系统开始工作，对船体当前所处水体进行采样留存，并利用稳态监测装置对采样的水体进行分析，得出当前水体的：电导率、温度、pH值、氧化还原电位、浊度和吸光度的分析数值，并将其反馈给控制器，控制器收到采用数据后控制水体采样检测系统将管路内水体排空，并控制清洗装置冲洗稳态监测装置，进入S4浓度分析；
S4.浓度分析，控制器对收到采用数据进行分析：
S3中测量得到了待测液体的吸光度A，根据污染物种类控制器从内置中调取对应的摩尔吸光系数，根据朗伯比尔定律计算污染物的浓度：
C=A/KL （1）
式中：A为待测液体的吸光度，K为摩尔吸光系数，L为照射光通过待测液体的距离，C为待测污染物物质的量浓度；
根据公式计算出该点位的污染物浓度后，将数据实时传送到控制终端并储存；
S5.三角溯源，在每次完成三个点位的测算分析后将本次测算分析的溯源中心点位浓度与三个点位的浓度进行比较：
a如溯源中心点位浓度最高，则判定该溯源中心点位坐标为污染源区域，进入S7；
b如三个点位中某一点位的浓度最高，则将最高浓度与溯源中心点位浓度作差，当差值小于设定值时，判定最高浓度点位为污染源区域，进入S7；当差值大于设定值时，则将最高浓度点位作为下一轮采样的溯源中心点返回S2进行采样测算；
S7.溯源结束，在确认污染源区域坐标后，向控制终端发送溯源结束的点位坐标消息和溯源结束的提示，船体处于待机状态，等待下一步指令。
所述S2.确认采样点位置中，测量半径在前两次测量时为设定的初始值，在后续的测量中，根据本次溯源中心点与前次溯源中心点的浓度差查询浓度差与测量半径关系表确认，所述浓度差与测量半径关系表为人工设定的，浓度差与测量半径关系表储存于控制器的数据库中。
所述照射光通过待测液体的距离L为测试光源于光强传感器之间的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船中采用无人船舶的方式完成，以常规传感器所得监测数据为基础，运用数据挖掘的方法，对目标水域进行应急监测指标的测算，具有监测取样处理一体化、远程图像数据回传，操作灵敏和续航能力强等优点，提升了应急监测的安全化、智能化、机械化水平，提高发生水域突发危险品化学污染事件后安全应急过程的效率，缩短水路交通运输价值恢复的时间，减轻对生态环境的破坏，减少直接或间接的经济损失。因此，本设计能够提高发生水域突发危险品化学污染事件后安全应急过程的效率，缩短水路交通运输价值恢复的时间。
2、本发明一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船中采用双体船的结构增加了船体的平稳性，同时在船体上集成行驶设备、太阳能设备、雷达避障设备、检测采样设备以及远程通讯设备，为远程长距离无人驾驶溯源提供了基础。因此，本设计结构设计合理、实用性高。
3、本发明一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船中图像采集装置、雷达装置和超声波传感器，能够适应制动驾驶避障和远程遥控驾驶的需求；同时稳态监测装置用于检测取样液体的电导率、温度、酸碱度值、氧化还原电位、浊度和吸光度，使船体不仅能够用于日常的水体采样监测，而且能够用于污染溯源。因此，本设计能能化程度高，适用范围广。
4、本发明一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船的溯源方法中针对水体化学泄露污染，提出了一个可行的溯源方法，有效提高了溯源效率和溯源精度，其基于船体的功能实现了快速浓度测算和水质分析，同时利用三点溯源法快速找到污染源头。因此，本设计能够有效提高溯源效率和溯源精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中双体船身内部水体采样检测系统的结构示意图。
图3是本发明的信号连接示意图。
图4是本发明三角溯源的基本原理示意图。
图5是实施例3的FeCl3-河流工况的路径仿真图。
图6是实施例3的H2SO4--湖泊工况的路径仿真图。
图中：双体船身1、吊舱推进装置11、太阳能电池板12、雷达装置13、蓄电池14、超声波传感器2、图像采集装置3、水体采样检测系统4、取水装置41、稳态监测装置42、取样装置43、清洗装置44、排水装置45、控制器5、采样控制模块51、动力模块52、能源系统监控模块53、分析溯源模块54、卫星定位模块55、远程通讯模块56。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1至图6，一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船,所述应急监测船包括：双体船身1及其尾部设置的两个吊舱推进装置11，所述双体船身1顶面铺设有太阳能电池板12，所述太阳能电池板12的前端中部设置有超声波传感器2和图像采集装置3，所述双体船身1的甲板上方固定有雷达装置13，所述双体船身1内部设置有水体采样检测系统4和蓄电池14，所述蓄电池14为穿上各设备供电，所述太阳能电池板12与蓄电池14电连接。
所述水体采样检测系统4包括取水装置41、稳态监测装置42、取样装置43、清洗装置44、排水装置45，所述取水装置41的进水管道设置于双体船身1两船身之间的区域，所述取水装置41的出水管道分别与稳态监测装置42和取样装置43的进水端相通，所述稳态监测装置42的清洗端与清洗装置44的出水端相通，所述稳态监测装置42的出水端与排水装置45的进水端相通，所述排水装置45的排水管道设置于双体船身1两船身之间的区域。
所述稳态监测装置42用于检测取样液体的电导率、温度、酸碱度值、氧化还原电位、浊度和吸光度。
所述应急监测船还包括：控制器5，所述控制器5分别与吊舱推进装置11、太阳能电池板12、雷达装置13、蓄电池14、超声波传感器2、图像采集装置3和水体采样检测系统4信号连接；
所述控制器5包括采样控制模块51、动力模块52、能源系统监控模块53、分析溯源模块54、卫星定位模块55和远程通讯模块56，所述超声波传感器2、雷达装置13、采样控制模块51、动力模块52、能源系统监控模块53、卫星定位模块55和远程通讯模块56均与分析溯源模块54信号连接，所述采样控制模块51与水体采样检测系统4内的各模块的控制端信号连接，所述动力模块52与吊舱推进装置11的控制端信号连接，所述能源系统监控模块53用于检测蓄电池14的电量和太阳能电池板12的工作状态，所述分析溯源模块54用于根据采样情况综合计算分析溯源，所述卫星定位模块55用于连接定位卫星来定位船舶位置坐标，所述图像采集装置3与远程通讯模块56信号连接，所述远程通讯模块56用于通过无线信号与总控平台或终端进行通讯。
一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船的溯源方法，其特征在于：
在应急监测船下水执行溯源任务时，按照以下流程进行操作：
S1.到达目标水域，首先确认污染物种类和污染发生的大概位置，然后向应急监测船发送位置信息，应急监测船根据接收到的位置信息，到达需检测的目标水域附近，同时应急监测船将实时的图像信息和位置数据通过远程通讯反馈给控制端，控制端根据反馈的图像情况调整船体位置到适合的采样区域，以当前点位为测量起始点O，然后远程下达采样溯源命令，进入S2至S5的测量循环周期；
S2.确认采样点位置，根据溯源中心点的位置确认一个测量半径，然后以溯源中心点为圆心根据测量半径画圆，在圆周上寻找3个点位构成正三角型，分别到对应点位完成S3水质采样监测和S4浓度分析的工作，在完成三个点位的测算分析后进入S5三角溯源流程；
上述过程中初始的溯源中心点为测量起始点O；
S3.水质采样监测，控制器5控制水体采样检测系统4开始工作，对船体当前所处水体进行采样留存，并利用稳态监测装置42对采样的水体进行分析，得出当前水体的：电导率、温度、pH值、氧化还原电位、浊度和吸光度的分析数值，并将其反馈给控制器5，控制器5收到采用数据后控制水体采样检测系统4将管路内水体排空，并控制清洗装置44冲洗稳态监测装置42，进入S4浓度分析；
S4.浓度分析，控制器5对收到采用数据进行分析：
S3中测量得到了待测液体的吸光度A，根据污染物种类控制器5从内置中调取对应的摩尔吸光系数，根据朗伯比尔定律计算污染物的浓度：
C=A/KL （1）
式中：A为待测液体的吸光度，K为摩尔吸光系数，L为照射光通过待测液体的距离，C为待测污染物物质的量浓度；
根据公式计算出该点位的污染物浓度后，将数据实时传送到控制终端并储存；
S5.三角溯源，在每次完成三个点位的测算分析后将本次测算分析的溯源中心点位浓度与三个点位的浓度进行比较：
a如溯源中心点位浓度最高，则判定该溯源中心点位坐标为污染源区域，进入S7；
b如三个点位中某一点位的浓度最高，则将最高浓度与溯源中心点位浓度作差，当差值小于设定值时，判定最高浓度点位为污染源区域，进入S7；当差值大于设定值时，则将最高浓度点位作为下一轮采样的溯源中心点返回S2进行采样测算；
S7.溯源结束，在确认污染源区域坐标后，向控制终端发送溯源结束的点位坐标消息和溯源结束的提示，船体处于待机状态，等待下一步指令。
所述S2.确认采样点位置中，测量半径在前两次测量时为设定的初始值，在后续的测量中，根据本次溯源中心点与前次溯源中心点的浓度差查询浓度差与测量半径关系表确认，所述浓度差与测量半径关系表为人工设定的，浓度差与测量半径关系表储存于控制器5的数据库中。
所述照射光通过待测液体的距离L为测试光源于光强传感器之间的距离。
本发明的原理说明如下：
图4是三角形溯源法示意图，设图中O点为溯源中心起始点，应急监测船依次经过A、B、C三点测算污染物浓度。现假设A、B、C点污染物浓度分别为P(A)、P(B)、P(C)。三角形ABC和三角形DEF皆为正三角形，且∠β和∠γ皆为30°。溯源开始时，处理器会将A、B、C三点污染物浓度相对比。假设浓度值围殴P(C)>P(B)>P(A)或P(C)>P(A)>P(B)，应急监测船便会将溯源中心点，由O点移动到C点，之后移动到D、E、F三点，并会根据移动前C点传感器回传的浓度值而调整圆C的半径（即改变探测直径）。如此往复，当溯源过程中传感器探测到的污染物浓度到达根据对应物质在水中的溶解度所设定的阙值时，设定溯源结束。
实施例1：
一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船,所述应急监测船包括：双体船身1及其尾部设置的两个吊舱推进装置11，所述双体船身1顶面铺设有太阳能电池板12，所述太阳能电池板12的前端中部设置有超声波传感器2和图像采集装置3，所述双体船身1的甲板上方固定有雷达装置13，所述双体船身1内部设置有水体采样检测系统4和蓄电池14，所述蓄电池14为穿上各设备供电，所述太阳能电池板12与蓄电池14电连接。
所述水体采样检测系统4包括取水装置41、稳态监测装置42、取样装置43、清洗装置44、排水装置45，所述取水装置41的进水管道设置于双体船身1两船身之间的区域，所述取水装置41的出水管道分别与稳态监测装置42和取样装置43的进水端相通，所述稳态监测装置42的清洗端与清洗装置44的出水端相通，所述稳态监测装置42的出水端与排水装置45的进水端相通，所述排水装置45的排水管道设置于双体船身1两船身之间的区域。
所述应急监测船还包括：控制器5，所述控制器5分别与吊舱推进装置11、太阳能电池板12、雷达装置13、蓄电池14、超声波传感器2、图像采集装置3和水体采样检测系统4信号连接；
所述控制器5包括采样控制模块51、动力模块52、能源系统监控模块53、分析溯源模块54、卫星定位模块55和远程通讯模块56，所述超声波传感器2、雷达装置13、采样控制模块51、动力模块52、能源系统监控模块53、卫星定位模块55和远程通讯模块56均与分析溯源模块54信号连接，所述采样控制模块51与水体采样检测系统4内的各模块的控制端信号连接，所述动力模块52与吊舱推进装置11的控制端信号连接，所述能源系统监控模块53用于检测蓄电池14的电量和太阳能电池板12的工作状态，所述分析溯源模块54用于根据采样情况综合计算分析溯源，所述卫星定位模块55用于连接定位卫星来定位船舶位置坐标，所述图像采集装置3与远程通讯模块56信号连接，所述远程通讯模块56用于通过无线信号与总控平台或终端进行通讯。
一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船的溯源方法，其特征在于：
在应急监测船下水执行溯源任务时，按照以下流程进行操作：
S1.到达目标水域，首先确认污染物种类和污染发生的大概位置，然后向应急监测船发送位置信息，应急监测船根据接收到的位置信息，到达需检测的目标水域附近，同时应急监测船将实时的图像信息和位置数据通过远程通讯反馈给控制端，控制端根据反馈的图像情况调整船体位置到适合的采样区域，以当前点位为测量起始点O，然后远程下达采样溯源命令，进入S2至S5的测量循环周期；
S2.确认采样点位置，根据溯源中心点的位置确认一个测量半径，然后以溯源中心点为圆心根据测量半径画圆，在圆周上寻找3个点位构成正三角型，分别到对应点位完成S3水质采样监测和S4浓度分析的工作，在完成三个点位的测算分析后进入S5三角溯源流程；
上述过程中初始的溯源中心点为测量起始点O；
S3.水质采样监测，控制器5控制水体采样检测系统4开始工作，对船体当前所处水体进行采样留存，并利用稳态监测装置42对采样的水体进行分析，得出当前水体的：电导率、温度、pH值、氧化还原电位、浊度和吸光度的分析数值，并将其反馈给控制器5，控制器5收到采用数据后控制水体采样检测系统4将管路内水体排空，并控制清洗装置44冲洗稳态监测装置42，进入S4浓度分析；
S4.浓度分析，控制器5对收到采用数据进行分析：
S3中测量得到了待测液体的吸光度A，根据污染物种类控制器5从内置中调取对应的摩尔吸光系数，根据朗伯比尔定律计算污染物的浓度：
C=A/KL （1）
式中：A为待测液体的吸光度，K为摩尔吸光系数，L为照射光通过待测液体的距离，C为待测污染物物质的量浓度；
根据公式计算出该点位的污染物浓度后，将数据实时传送到控制终端并储存；
S5.三角溯源，在每次完成三个点位的测算分析后将本次测算分析的溯源中心点位浓度与三个点位的浓度进行比较：
a如溯源中心点位浓度最高，则判定该溯源中心点位坐标为污染源区域，进入S7；
b如三个点位中某一点位的浓度最高，则将最高浓度与溯源中心点位浓度作差，当差值小于设定值时，判定最高浓度点位为污染源区域，进入S7；当差值大于设定值时，则将最高浓度点位作为下一轮采样的溯源中心点返回S2进行采样测算；
S7.溯源结束，在确认污染源区域坐标后，向控制终端发送溯源结束的点位坐标消息和溯源结束的提示，船体处于待机状态，等待下一步指令。
实施例2：
实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：
所述稳态监测装置42用于检测取样液体的电导率、温度、酸碱度值、氧化还原电位、浊度和吸光度。
所述S2.确认采样点位置中，测量半径在前两次测量时为设定的初始值，在后续的测量中，根据本次溯源中心点与前次溯源中心点的浓度差查询浓度差与测量半径关系表确认，所述浓度差与测量半径关系表为人工设定的，浓度差与测量半径关系表储存于控制器5的数据库中。
所述照射光通过待测液体的距离L为测试光源于光强传感器之间的距离。
实施例3：
实施例3与实施例2基本相同，其不同之处在于：
利用程序建立开阔水域污染模型，然后调用探针模拟实际情况中的传感器，并控制溯源原点的移动路基、溯源圆半径的大小，设定浓度达到设定阈值时停止溯源计算，程序在溯源过程中每次变更溯源原点时均会输出当前溯源原点坐标和当前溯源原点的污染物浓度值。共在四种工况中各取一个远离污染源点的点位作为溯源原点，分别开始溯源计算，将输出坐标点与对应工况浓度，参见附图。
表3为FeCl3-河流工况计算过程中输出的步数-坐标-浓度表格。表中坐标值数据以新建坐标参考系为准，且浓度设定为保留三位有效数字。
表3 步数-浓度-坐标表
可得，三角形溯源法能在预设工况下较好的实现溯源目标，确定污染源位置后，采用单边界水环境中连续源二维扩散模型进行污染范围的计算，并以实时测得的污染浓度数据进行修正。
Claims (8)
1.一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船,其特征在于：
所述应急监测船包括：双体船身（1）及其尾部设置的两个吊舱推进装置（11），所述双体船身（1）顶面铺设有太阳能电池板（12），所述太阳能电池板（12）的前端中部设置有超声波传感器（2）和图像采集装置（3），所述双体船身（1）的甲板上方固定有雷达装置（13），所述双体船身（1）内部设置有水体采样检测系统（4）和蓄电池（14），所述蓄电池（14）为穿上各设备供电，所述太阳能电池板（12）与蓄电池（14）电连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船,其特征在于：
所述水体采样检测系统（4）包括取水装置（41）、稳态监测装置（42）、取样装置（43）、清洗装置（44）、排水装置（45），所述取水装置（41）的进水管道设置于双体船身（1）两船身之间的区域，所述取水装置（41）的出水管道分别与稳态监测装置（42）和取样装置（43）的进水端相通，所述稳态监测装置（42）的清洗端与清洗装置（44）的出水端相通，所述稳态监测装置（42）的出水端与排水装置（45）的进水端相通，所述排水装置（45）的排水管道设置于双体船身（1）两船身之间的区域。
3.根据权利要求2所述的一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船,其特征在于：
所述稳态监测装置（42）用于检测取样液体的电导率、温度、酸碱度值、氧化还原电位、浊度和吸光度。
4.根据权利要求2或3所述的一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船,其特征在于：
所述应急监测船还包括：控制器（5），所述控制器（5）分别与吊舱推进装置（11）、太阳能电池板（12）、雷达装置（13）、蓄电池（14）、超声波传感器（2）、图像采集装置（3）和水体采样检测系统（4）信号连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船,其特征在于：
所述控制器（5）包括采样控制模块（51）、动力模块（52）、能源系统监控模块（53）、分析溯源模块（54）、卫星定位模块（55）和远程通讯模块（56），所述超声波传感器（2）、雷达装置（13）、采样控制模块（51）、动力模块（52）、能源系统监控模块（53）、卫星定位模块（55）和远程通讯模块（56）均与分析溯源模块（54）信号连接，所述采样控制模块（51）与水体采样检测系统（4）内的各模块的控制端信号连接，所述动力模块（52）与吊舱推进装置（11）的控制端信号连接，所述能源系统监控模块（53）用于检测蓄电池（14）的电量和太阳能电池板（12）的工作状态，所述分析溯源模块（54）用于根据采样情况综合计算分析溯源，所述卫星定位模块（55）用于连接定位卫星来定位船舶位置坐标，所述图像采集装置（3）与远程通讯模块（56）信号连接，所述远程通讯模块（56）用于通过无线信号与总控平台或终端进行通讯。
6.一种权利要求1-5中任意一项所述的用于水域突发危险品化学污染的应急监测船的溯源方法，其特征在于：
在应急监测船下水执行溯源任务时，按照以下流程进行操作：
S1.到达目标水域，首先确认污染物种类和污染发生的大概位置，然后向应急监测船发送位置信息，应急监测船根据接收到的位置信息，到达需检测的目标水域附近，同时应急监测船将实时的图像信息和位置数据通过远程通讯反馈给控制端，控制端根据反馈的图像情况调整船体位置到适合的采样区域，以当前点位为测量起始点O，然后远程下达采样溯源命令，进入S2至S5的测量循环周期；
S2.确认采样点位置，根据溯源中心点的位置确认一个测量半径，然后以溯源中心点为圆心根据测量半径画圆，在圆周上寻找（3）个点位构成正三角型，分别到对应点位完成S3水质采样监测和S4浓度分析的工作，在完成三个点位的测算分析后进入S5三角溯源流程；
上述过程中初始的溯源中心点为测量起始点O；
S3.水质采样监测，控制器（5）控制水体采样检测系统（4）开始工作，对船体当前所处水体进行采样留存，并利用稳态监测装置（42）对采样的水体进行分析，得出当前水体的：电导率、温度、pH值、氧化还原电位、浊度和吸光度的分析数值，并将其反馈给控制器（5），控制器（5）收到采用数据后控制水体采样检测系统（4）将管路内水体排空，并控制清洗装置（44）冲洗稳态监测装置（42），进入S4浓度分析；
S4.浓度分析，控制器（5）对收到采用数据进行分析：
S3中测量得到了待测液体的吸光度A，根据污染物种类控制器（5）从内置中调取对应的摩尔吸光系数，根据朗伯比尔定律计算污染物的浓度：
C=A/KL （1）
式中：A为待测液体的吸光度，K为摩尔吸光系数，L为照射光通过待测液体的距离，C为待测污染物物质的量浓度；
根据公式计算出该点位的污染物浓度后，将数据实时传送到控制终端并储存；
S5.三角溯源，在每次完成三个点位的测算分析后将本次测算分析的溯源中心点位浓度与三个点位的浓度进行比较：
a如溯源中心点位浓度最高，则判定该溯源中心点位坐标为污染源区域，进入S7；
b如三个点位中某一点位的浓度最高，则将最高浓度与溯源中心点位浓度作差，当差值小于设定值时，判定最高浓度点位为污染源区域，进入S7；当差值大于设定值时，则将最高浓度点位作为下一轮采样的溯源中心点返回S2进行采样测算；
S7.溯源结束，在确认污染源区域坐标后，向控制终端发送溯源结束的点位坐标消息和溯源结束的提示，船体处于待机状态，等待下一步指令。
7.根据权利要求6所述的一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船的溯源方法，其特征在于：
S2.确认采样点位置中，测量半径在前两次测量时为设定的初始值，在后续的测量中，根据本次溯源中心点与前次溯源中心点的浓度差查询浓度差与测量半径关系表确认，所述浓度差与测量半径关系表为人工设定的，浓度差与测量半径关系表储存于控制器（5）的数据库中。
8.根据权利要求7所述的一种用于水域突发危险品化学污染的应急监测船的溯源方法，其特征在于：
所述照射光通过待测液体的距离L为测试光源于光强传感器之间的距离。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116794261A (zh) * | 2023-07-27 | 2023-09-22 | 湖北工业大学 | 水域养殖环境监测方法、装置、系统及电子设备 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108107176A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-06-01 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种用于水质监测与污染源追踪的无人船及污染源追踪方法 |
| CN207992184U (zh) * | 2018-01-12 | 2018-10-19 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种用于水质监测与污染源追踪的无人船 |
| CN110002528A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-12 | 中国环境科学研究院 | 水域污染物应急治理设备及系统 |
| CN111103397A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-05-05 | 浙江华珍科技有限公司 | 一种大气污染溯源监测方法 |
| WO2021184627A1 (zh) * | 2020-03-19 | 2021-09-23 | 平安国际智慧城市科技股份有限公司 | 基于r树的污染物溯源方法、装置及其相关设备 |
-
2022
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108107176A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-06-01 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种用于水质监测与污染源追踪的无人船及污染源追踪方法 |
| CN207992184U (zh) * | 2018-01-12 | 2018-10-19 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种用于水质监测与污染源追踪的无人船 |
| CN110002528A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-12 | 中国环境科学研究院 | 水域污染物应急治理设备及系统 |
| CN111103397A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-05-05 | 浙江华珍科技有限公司 | 一种大气污染溯源监测方法 |
| WO2021184627A1 (zh) * | 2020-03-19 | 2021-09-23 | 平安国际智慧城市科技股份有限公司 | 基于r树的污染物溯源方法、装置及其相关设备 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 徐标;: "应急监测利用快速溯源法锁定污染源方法探讨", 科技创新导报, no. 16, 1 June 2017 (2017-06-01) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116794261A (zh) * | 2023-07-27 | 2023-09-22 | 湖北工业大学 | 水域养殖环境监测方法、装置、系统及电子设备 |
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