CN115665594A - 一种监控系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种监控系统和方法，涉及监测控制领域，具体的系统包括监控终端，远程服务器和多个监控节点，远程服务器分别与监控终端、多个监控节点通信连接，多个监控节点分别对应设置在子监测区域内，多个子监测区域构成监测区域；每个监控节点都包括采集装置，微型光谱仪，处理装置和数据传输装置，可以实现实时的远程监控，并能够准确对污染区域进行监控并作出预警行动。
Description
技术领域
本发明涉及监测控制领域，具体涉及一种监控系统和方法。
背景技术
云技术（Cloud technology）基于云计算商业模式应用的网络技术、信息技术、整合技术、管理平台技术、应用技术等的总称，可以组成资源池，按需所用，灵活便利。云计算技术将变成重要支撑。技术网络系统的后台服务需要大量的计算、存储资源，如视频网站、图片类网站和更多的门户网站。伴随着互联网行业的高度发展和应用，将来每个物品都有可能存在自己的识别标志，都需要传输到后台系统进行逻辑处理，不同程度级别的数据将会分开处理，各类行业数据皆需要强大的系统后盾支撑，只能通过云计算来实现。现有的水土污染监控方法中，可以通过遥感图像的处理初步得到污染区域的污染情况，也可以通过采集部分水土样品进行分析（试纸分析，实验室分析等），从而得到水土污染的情况。
随着云时代的来临，大数据（Big data）也吸引了越来越多的关注。大数据包括结构化、半结构化和非结构化数据，非结构化数据越来越成为数据的主要部分。据IDC的调查报告显示：企业中80%的数据都是非结构化数据，这些数据每年都按指数增长60%。在以云计算为代表的技术创新大幕的衬托下，这些原本看起来很难收集和使用的数据开始容易被利用起来了，通过各行各业的不断创新，大数据会逐步为人类创造更多的价值。
污染主要是指人类活动排放的污染物进入水体，引起水质下降，利用价值降低或丧失的现象。经济社会在生产和消费过程中，向地质环境排放了大量的工业废物、生活垃圾、污水等，如果管理不当，可能造成当地水体和土壤污染，导致地质环境质量降低。全球水土污染处于上升态势，随着部分工业企业（特别是高污染企业）由发达国家向新兴市场国家转移，新兴市场国家水体和土壤面临着越来越大的污染压力。
目前，随着科技的发展，水土污染的监控已经向着大数据和云时代发展，利用这些技术可以有效的将水土污染的监控面积扩大，大量数据的采集分析以及远程的实时监控。微型光谱技术的发展已经可以利用微型光谱芯片实现水质等的检测，利用光谱技术实现绿色环保、快速无损的分析技术，优点是不使用化学试剂、无污染、操作简单、稳定性高。
然而，现有方案中并未针对水土污染的监控，并没有利用微型光谱技术实现的监控方式，同时并没有结合利用云技术和大数据的方式，实现远程实时的监控，不能实现实时连续的监控。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种监控系统和方法，可以实现实时的远程监控，并能够准确对污染区域进行监控并作出预警行动。
本发明提供了一种监控系统，包括监控终端，远程服务器和多个监控节点，其中：
监控终端、多个监控节点分别与远程服务器通信连接，子监测区域内分别对应设置多个监控节点，多个子监测区域构成监测区域；
其中，每个监控节点都包括采集装置，微型光谱仪，处理装置和数据传输装置，采集装置包括腔体和检测室，检测室的底部透明，微型光谱仪设置于检测室的底部下方；腔体的上端均匀设置呈直线排列的三个输入口，中心输入口的孔径小于两侧的输入孔的孔径，且两侧的输入孔的孔径尺寸相同，腔体底部中心设置有矩形输出口；检测室上端设置的收集孔与矩形输出口连通；腔体内均匀的交叉设置有多个孔径相同的圆棒，多个圆棒的两端都分别连接腔体内相对的两个内壁；
其中微型光谱仪与处理装置电性连接，处理装置与数据传输装置连接，处理装置利用数据传输装置与远程服务器进行通讯连接。
其中，通信连接以通信链路的网络实现。
其中，网络为有线网络和/或无线网络。
其中，矩形输出口两端分别依次均匀设置有多个矩形槽，且多个矩形槽的槽边高度沿远离中心的方向依次递减。
其中，监控终端为手机、平板电脑、便携计算机，台式计算机中的一种或多种。
本发明还提供一种基于监控方法，包括依次进行的如下步骤：
（1）获取包括监测区域覆盖范围的图像，并将图像实时传输至远程服务器进行处理后划定出需要进行监控的区域；
（2）将需要进行监控的区域在图像中进行标记，将经过标记的图像发送至监控终端；
（3）在监控终端上显示经过标记的图像，确认需进行重点监控的监控区域，监控终端将确认信息发送至服务器，经过服务器处理后转发至对应的监控节点；
（4）基于确认需进行重点监控的监控区域确定对应的一个或多个监控节点，并针对监控节点对应的待监测的子监测区域，利用采集装置采集监测数据，进行分析处理得到监测结果；
（5）在服务器端将一个或多个监控节点对应的子监测区域的监测结果，结合图像绘制监测地图，并将绘制的监测地图发送至监控终端进行实时监测。
其中，所述步骤（2）中的标记方式为加深边界或加强颜色。
其中，确认需进行重点监控的监控区域为水污染覆盖的部分或全部，和/或水土没有覆盖的部分或全部。
所述步骤（4）具体包括：
（4.1）采集子监测区域内目标测量地一定量的水土样品后注入中心输入口；
（4.2）通过微型光谱仪对检测室底部的水土样品进行检测，并通过光谱分析得到水土样品的物质成分及其含量，通过分析结果判断子监测区域内目标测量地的水土是否发生污染，如果有，则进入下一步骤；否则，更换子监测区域内目标测量地，重复上述步骤；
（4.3）采集两处距离子监测区域内目标测量地距离相同处的附加水土样品，将两处附加水土样品同时加入两侧的输入孔，形成混合水土样品；
（4.4）通过微型光谱仪对检测室底部的混合水土样品进行检测，通过光谱分析得到混合水土样品的物质成分及其含量，通过分析结果判断水土污染情况相比之前的水土污染情况的变化程度，并基于变化程度，以及子监测区域内目标测量地和两处距离其距离相同处的位置关系，确定水土污染情况的延伸方向；其中，确定水土污染情况的延伸方向的方式为当变化程度为向远处变大时，则将测量地作为中心，两处距离其距离相同处的点作为半径上的两个弧边的端点进行连线构成扇形，将其覆盖区域的两边作为延伸方向的角度范围。
本发明的监控系统和方法，通过图像的处理，自主选择需要重点监测的区域，检测手段和光谱检测结合，可以实现粗检测和精检测的结合，实现实时的远程监控，出错率低且精度高，并能够准确进行监控并作出预警行动；首次利用圆棒结构实现了样品随机进行正态分布方式，实现了随机和可控的结合，同时以及特定的方式实现延伸方向的确定，提高了测量的准确性，可高效地确定变化趋势，为进一步的监控奠定基础。
附图说明
图1为监控系统结构示意图；
图2为监控节点结构示意图；
图3为采集装置结构示意图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种监控系统和方法，其具体实现方式如附图1-3所示，其中图1为监控系统结构示意图，图2为监控节点结构示意图，图3为采集装置结构示意图，下面对监控系统和方法进行具体的介绍。
图1示意性示出了根据本发明的监控系统和方法的应用场景图。需要注意的是，图1所示出的场景图仅为可以用于本发明的应用场景的示例，以帮助本领域技术人员理解本发明的技术内容，但并不意味着本发明不可以用于其他设备、系统、环境或场景。需要说明的是，本发明提供的监控系统和方法可用于测量监测技术领域的相关方面，也可用其他适应性的领域，本发明提供的监控系统和方法的应用领域不做限定。
如图1所示，根据该应用场景可以包括监控状态的场景。网络用以在监控终端和远程服务器之间提供通信链路的介质。网络可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。
用户可以使用监控终端通过网络与远程服务器交互，以接收或发送消息等。监控终端上可以安装有各种通讯客户端应用，例如购物类应用、网页浏览器应用、搜索类应用、即时通信工具、邮箱客户端、社交平台软件等（仅为示例）。监控终端可以是具有显示屏并且支持网页浏览的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。
远程服务器可以是提供各种服务的远程服务器，例如对用户利用监控终端所发起的查询/监控请求提供支持的远程服务器（仅为示例）。远程服务器可以对接收到的用户查询/监控请求等数据进行处理，获取相关网关地址，查询/监控完成后，并将查询/监控结果反馈给监控终端。
需要说明的是，本发明所提供的监控一般可以由远程服务器执行。相应地，本发明所提供的水土污染监控结果的确认装置一般可以设置于远程服务器中。本发明所提供的监控确认方法也可以由不同于远程服务器且能够与监控终端和/或远程服务器通信的远程服务器或远程服务器集群执行。相应地，本发明所提供的监控的确认装置也可以设置于不同于远程服务器且能够与监控终端和/或远程服务器通信的远程服务器或远程服务器集群中。应该理解，图1中的监控终端、网络和远程服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的监控终端、网络和远程服务器。
下面，进行进一步的介绍。本发明提供了一种监控系统，其结构如附图1所示。基于监控系统包括监控终端，远程服务器和多个监控节点，其中远程服务器分别与监控终端、多个监控节点通信连接，通信连接以通信链路的网络实现，优选地方式中网络为有线网络和/或无线网络。
多个监控节点分别对应设置在子监测区域内，多个子监测区域构成监测区域，这样通过结合多个子监测区域，则可以对整个监测区域•进行监测。如附图2所示，其为监控节点的结构示意图，每个监控节点都包括采集装置、微型光谱仪，处理装置和数据传输装置，其中微型光谱仪与处理装置电性连接，处理装置与数据传输装置连接，处理装置利用数据传输装置与其他装置进行通讯连接。
结合附图2所示，其为采集装置的结构示意图。具体的，采集装置包括腔体1和检测室2，其中腔体1的上端均匀设置呈直线排列的三个输入口，其中中心输入口的孔径小于两侧的输入孔的孔径，且两侧的输入孔的孔径尺寸相同。检测室2以可拆卸的方式设置于腔体1的下端与其连接，且检测室2上端的收集孔与矩形输出口连通。检测室2的底部为透明材料。微型光谱仪3设置于检测室2的底部下方。其中，腔体1和监测室2分别为矩形的腔体和监测室，优选的方式中，腔体1的尺寸为30cm*20cm*5cm，检测室的尺寸为10cm*10cm*10cm。腔体内均匀的交叉设置有多个孔径相同的圆棒，多个圆棒的两端都分别连接腔体内相对的两个内壁。腔体底部中心设置有矩形输出口，矩形输出口两端分别依次均匀设置有多个矩形槽，且多个矩形槽的槽边高度沿远离中心的方向依次递减，优选的方式中矩形输出口两边各设置三个矩形槽。
检测时，利用随机注入呈正态分布（如附图3虚线部分）的原理，水土样品进入腔体后受到多个圆棒的影响，则会依次进入矩形输出口和多个矩形槽，并且中间进入的水土样品量沿中心向两边将依次减少，呈正态分布的曲线形式。需要说明的是，水土样品为固态状的水土样品，将其进行粉碎后注入对应的中心输入口。
在监测的过程中，首先将测量地的经过粉粹后的水土样品注入中心输入口，水土样品最终散落在检测室2的底部，通过微型光谱仪则可对其进行检测，通过光谱分析则可得到水土样品的物质成分及其含量。然后，将两处距离测量地相同距离处的水土样品同时分别加入两侧的输入孔，由于两侧输入孔的偏心设置方式，使得进入检测室2的水土样品量相对较少，两次注入的水土样品实现了混合，利用微型光谱仪再次进行检测，则可以分析以测量地为主，针对测量地区域的水土污染情况，且将附加水土样品并非以大量混合的方式进行混合，这样的方式可以有效的将水土样品进行随机分离，但依然按照可控的方式进行，将随机和控制有效结合，实现了随机混合且量可控，测量效果更佳。
下面，对于本发明水土污染监控方法进行具体的介绍。微型光谱仪已经为本领域常用的检测仪器，用其进行监测的方式属于现有技术，但是本发明结合特殊结构的采集装置结合微型光谱仪，基于对多个子监测区域，实现多个子监测区域构成监测区域的监测，从而实现了整个监测区域内水土污染的监测。
本发明提供了一种水土污染监控方法，包括依次进行的如下步骤：
首先，获取包括监测区域覆盖范围的图像，并将图像实时传输至远程服务器，在远程服务器端进行处理，人工划定需要进行监控的区域，并将监控的区域在图像中进行标记，将经过标记的图像发送至监控终端，具体的监控终端可以为手机、平板电脑、便携计算机和/或台式计算机，标记方式可以为加深边界或加强颜色等方式，此处不作限制。其中，划定需要进行监控的区域是通过预先确定一个需要进行监控的区域，该区域可以根据监控对象进行选择，例如划定选出包括水域，平原的区域作为监控的区域，排除山丘等区域的形式进行人工划定，通过人工在较大的图片区域选择出一个需要进行监控的区域进行划定并标记。
其次，在监控终端上显示经过标记的图像，确认需进行重点监控的监控区域，其中监控区域可以是水污染覆盖的部分或全部，和/或水土没有覆盖的部分或全部，可按需进行选择。监控终端将确认信息发送至远程服务器，经过远程服务器处理后转发至对应的监控节点；
接着，基于确认需进行重点监控的监控区域确定对应的一个或多个监控节点，并针监控节点对应的待监测的子监测区域，采集子监测区域内目标测量地一定量的水土样品后注入中心输入口，水土样品进入腔体后受到多个圆棒的影响，依次进入矩形输出口和多个矩形槽，其中进入矩形输出口的水土样品散落在检测室的底部，需要说明的是水土样品的量根据检测室需要输入的量进行选择，此处不在赘述。接下来，通过微型光谱仪对检测室底部的水土样品进行检测，并通过光谱分析得到水土样品的物质成分及其含量，其中具体的光谱分析方法可采用成分分析法等方式进行。
再具体的，利用光谱技术确定水土内污染物质的成分及其含量时，是通过微型光谱仪的光谱对水土样品在一定的波长范围内进行检测，当水中的污染物质（重金属汞、铅、镉、铬、砷，以及磷，氮等非金属污染物）成分及其含量超过国家规定（例如《中华人民共和国地表水环境质量标准》，国家标准《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）等）的污染数值时，即判定为污染超标，通过光谱成像的谱强度可以确定含量。此外，如果待测地的水土内污染物质为已知含量值（或者基于检测目标预先设置满足规定的标准阈值），则可判断水中的污染物质成分是否超过已知含量值（标准阈值）进行判断。
接着，通过分析结果判断子监测区域内目标测量地的水土是否发生污染，如果有，则进入下一步骤；否则，更换子监测区域内目标测量地，重复上述步骤。
然后，采集两处距离子监测区域内目标测量地距离相同处的附加水土样品，其中两处附加水土样品的采集量分别为采集测量地的水土样品量的一半；将两处附加水土样品同时加入两侧的输入孔，使得检测室内的水土样品与部分两处附加水土样品实现了混合，形成混合水土样品。
同样的，通过微型光谱仪对检测室底部的混合水土样品进行检测，通过光谱分析得到混合水土样品的物质成分及其含量，通过分析结果判断水土污染情况相比之前的水土污染情况的变化程度，并基于变化程度，以及子监测区域内目标测量地和两处距离其距离相同处的位置关系，确定水土污染情况的延伸方向，从而基于其延伸方向进行下一步的测量。其中确定水土污染情况的延伸方向的方式，可以为当变化程度为向远处变大时，则将子监测区域内目标测量地作为中心，两处距离其距离相同处的点作为半径上的两个弧边的端点进行连线，从而构成扇形，将其覆盖区域的两边作为延伸方向的角度范围等方式实现。
具体而言，判断水土污染情况相比之前的水土污染情况的变化程度时，可以通过两次水土污染的物质成分及其含量的变化趋势进行判断，例如前一次汞含量严重超标，密度为0.01 mg/L，如后一次为0.02 mg/L，则可以判断为水污染的程度沿着第一次测量点至第二次测量点的方向变强（即变化程度为向远处变大，代表了污染的程度越深，污染越严重），如后一次为0.001 mg/L则沿着第一次测量点至第二次测量点的方向变弱。这样，可以将变化程度结合子监测区域内目标测量地和两处距离其距离相同处的位置关系，确定水土污染情况的延伸方向（即沿着方向变强，变弱，不变等），通过两处距离目标测量地距离相同处的点确定的方向，则可以确定出一定的角度范围。在此基础上，就可以为下一步的测量做出参考。
在最后，也可将图像中水土污染区域及其污染情况，作为延伸方向的确定因素，或作为下一步的测量的确定因素。此处，图像中水土污染区域及其污染情况的判断是基于图像处理技术，通过处理可以获取图像中水土污染区域及其污染情况的时候进行。
最终，在远程服务器端将一个或多个监控节点对应的子监测区域的监测结果，结合图像绘制监测地图，并将绘制的监测地图发送至监控终端进行实时监测，其中监测地图中对应水土污染区域进行重点标记，从而实现了最终的水土污染监测。
尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。
Claims (8)
1.一种监控系统，包括监控终端，远程服务器和多个监控节点，其特征在于：
监控终端、多个监控节点分别与远程服务器通信连接，子监测区域内分别对应设置多个监控节点，多个子监测区域构成监测区域；
其中，每个监控节点都包括采集装置，微型光谱仪，处理装置和数据传输装置，采集装置包括腔体和检测室，检测室的底部透明，微型光谱仪设置于检测室的底部下方；腔体的上端均匀设置呈直线排列的三个输入口，中心输入口的孔径小于两侧的输入孔的孔径，且两侧的输入孔的孔径尺寸相同，腔体底部中心设置有矩形输出口；检测室上端设置的收集孔与矩形输出口连通；腔体内均匀的交叉设置有多个孔径相同的圆棒，多个圆棒的两端都分别连接腔体内相对的两个内壁；
其中微型光谱仪与处理装置电性连接，处理装置与数据传输装置连接，处理装置利用数据传输装置与远程服务器进行通讯连接。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：通信连接以通信链路的网络实现。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：网络为有线网络和/或无线网络。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：矩形输出口两端分别依次均匀设置有多个矩形槽，且多个矩形槽的槽边高度沿远离中心的方向依次递减。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：监控终端为手机、平板电脑、便携计算机，台式计算机中的一种或多种。
6.一种监控方法，其利用权利要求1-5任一项所述的监控方法实现，其特征在于，包括依次进行的如下步骤：
（1）获取包括监测区域覆盖范围的图像，并将图像实时传输至远程服务器进行处理后人工划定出需要进行监控的区域；
（2）将需要进行监控的区域在图像中进行标记，将经过标记的图像发送至监控终端；
（3）在监控终端上显示经过标记的图像，确认需进行重点监控的监控区域，监控终端将确认信息发送至服务器，经过服务器处理后转发至对应的监控节点；
（4）基于确认需进行重点监控的监控区域确定对应的一个或多个监控节点，并针对监控节点对应的待监测的子监测区域，利用采集装置采集监测数据，进行分析处理得到监测结果；
（5）在服务器端将一个或多个监控节点对应的子监测区域的监测结果，结合图像绘制监测地图，并将绘制的监测地图发送至监控终端进行实时监测。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的标记方式为加深边界或加强颜色。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：确认需进行重点监控的监控区域为水污染覆盖的部分或全部，和/或水土没有覆盖的部分或全部。
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- 2022-11-14 CN CN202211417352.8A patent/CN115665594A/zh active Pending
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