一种水质在线监测控制系统的制作方法

1.本发明涉及水质监控技术领域，特别涉及一种水质在线监测控制系统。


背景技术：

2.随着人们对环境保护意识的逐渐增强以及对河流中水体的污染治理，我国水体水质有了明显改善；但是随着工业化以及农业用农药化肥的使用，当随着大雨的冲刷必不可少避免地存在往河流中泄漏的污染点，因此对河流中水质的监测尤为重要；但是现有监测主要采用人工取样人工检测的方式，效率低下。


技术实现要素：

3.本发明目的之一在于提供了一种水质在线监测控制系统，通过固定监测终端和移动监测终端的结合，实现对水域内的水质的全面实时监测，提高了监测效率。
4.本发明实施例提供的一种水质在线监测控制系统，包括：
5.至少一个固定监测终端，设置在预设的固定监测位置，用于水质的定点监测；
6.至少一个移动监测终端，用于水质的移动监测；
7.至少一个水质干涉终端，用于对水质进行干涉控制；
8.监测控制平台，分别与固定监测终端和移动监测终端通讯连接；
9.监测控制平台通过固定监测终端和移动监测终端获取水质监测情况，基于监测情况控制水质干涉终端对水质进行干涉控制。
10.优选的，固定监测终端包括：
11.本体，连接有锚体；在本体上设置有第一线缆卷取机构，第一线缆卷取机构上卷取的第一线缆一端与锚体固定连接；
12.第一无线通讯模块，设置在本体上表面；
13.第一控制器，设置在本体上表面，与第一无线通讯模块电连接；
14.第一检测池，设置在本体上表面，在第一检测池内设置有至少一个水质检测传感器；水质检测传感器与第一控制器电连接；
15.第一抽水泵，设置在本体上，与第一控制器电连接，一端通过第一管路连通至第一检测池。
16.优选的，固定监测终端还包括：
17.深度测量装置，设置在本体下表面，与第一控制器电连接，用于测量水体的深度。
18.优选的，水质在线监测控制系统，还包括：
19.第二线缆卷取机构，设置在本体上表面，第二线缆卷取机构上卷取的第二线缆一端设置有第一管路固定机构；第一抽水泵另一端连接第二管路；第二管路远离第一抽水泵的一端固定在第一管路固定机构上；
20.第一配重体，固定设置在第一管路固定机构旁。
21.优选的，移动监测终端包括：
22.第一船体，设置有第一移动机构；
23.第一定位模块，设置在第一船体内；
24.第二无线通讯模块，设置在第一船体内；
25.第二控制器，分别与第一定位模块、第一移动机构和第二无线通讯模块电连接；
26.第二检测池，设置在第一船体内，在第二检测池内设置有至少一个水质检测传感器；水质检测传感器与第二控制器电连接；
27.第二抽水泵，设置在第一船体内，与第二控制器电连接，一端通过第三管路连通至第二检测池；
28.第三线缆卷取机构，设置在第一船体内，第三线缆卷取机构上卷取的第三线缆一端设置有第二管路固定机构；第二抽水泵另一端连接第四管路；第四管路远离第二抽水泵的一端固定在第二管路固定机构上；
29.第二配重体，固定设置在第二管路固定机构旁。
30.优选的，水质干涉终端包括：
31.第二船体，设置有第二移动机构；
32.第二定位模块，设置在第二船体内；
33.第三无线通讯模块，设置在第二船体内；
34.第三控制器，分别与第二定位模块、第二移动机构和第三无线通讯模块电连接；
35.储液罐，设置在第二船体内；
36.第三抽水泵，设置在第二船体内，与第三控制器电连接，一端通过第五管路与储液罐连通；
37.第四线缆卷取机构，设置在第二船体内，第四线缆卷取机构上卷取的第四线缆一端设置有第三管路固定机构；第三抽水泵另一端连接第六管路；第六管路远离第三抽水泵的一端固定在第三管路固定机构上；
38.第三配重体，固定设置在第三管路固定机构旁。
39.优选的，移动监测终端包括：无人机以及设置在无人机上的图像采集模块。
40.优选的，监测控制平台执行如下操作：
41.构建水质监测对象的三维模型图；
42.通过固定监测终端的设置位置，将固定监测终端映射至三维模型图中；
43.获取各个固定监测终端处的水体的状态参数；
44.基于状态参数，确定各个固定监测终端的监测区域范围；
45.通过固定监测终端获取水体的监测数据；
46.当监测数据异常时，控制无人机进行巡航拍摄，获取对应首先监测出异常的固定监测终端的监测区域范围的图像；
47.基于预设的神经网络模型对图像进行识别，确定污染点；
48.控制一个移动监测终端的第一船体移动到污染点，执行移动监测，获取第一移动检测结果；
49.基于第一移动检测结果，控制一个水质干涉终端在污染点位置执行第一干涉策略；
50.基于污染点和监测出异常的固定监测终端的设置位置，确定多个数据检测点；
51.控制至少一个移动监测终端的对多个数据检测点进行检测，获取第二移动检测结果；
52.基于第二移动检测结果，控制至少一个水质干涉终端在各个数据检测点执行第二干涉策略。
53.优选的，通过固定监测终端获取水体的监测数据，包括：
54.获取固定监测终端处的水体深度；
55.获取水体表面的水流速度；
56.基于水流速度和水体深度，对固定监测终端的水体进行分层监测，获取各个分层的水体的监测数据；
57.其中，基于水流速度和水体深度，对固定监测终端的水体进行分层监测，获取各个分层的水体的监测数据，包括：
58.将水流速度和水体深度输入至预设的分层模型，确定各个分层位于的深度；
59.对各个分层的中间点的深度位置进行水体监测，获取各个分层的水体的检测数据。
60.优选的，基于污染点和监测出异常的固定监测终端的设置位置，确定多个数据检测点，包括：
61.基于各个固定监测终端的设置位置处的水体分层情况，对三维模型图进行分层，获取多个分层模型；
62.将固定监测终端和污染点，映射至各个分层模型；
63.基于监测出异常的固定监测终端点的设置位置和污染点的位置，确定各个分层模型的待检测的区域；
64.基于预设的分割规则，对各个分层模型的待检测的区域进行分割，确定多个子区域；
65.以子区域的中点为数据检测点。
66.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
67.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
68.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
69.图1为本发明实施例中一种水质在线监测控制系统的示意图。
具体实施方式
70.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
71.本发明实施例提供了一种水质在线监测控制系统，如图1所示，包括：
72.至少一个固定监测终端1，设置在预设的固定监测位置，用于水质的定点监测；
73.至少一个移动监测终端2，用于水质的移动监测；
74.至少一个水质干涉终端3，用于对水质进行干涉控制；
75.监测控制平台4，分别与固定监测终端1和移动监测终端2通讯连接；
76.监测控制平台4通过固定监测终端1和移动监测终端2获取水质监测情况，基于水质监测情况控制水质干涉终端3对水质进行干涉控制。
77.上述技术方案的工作原理及有益效果为：
78.对需要监测的水体的区域进行定点布置固定监测终端1；实现水质的定点监测；采用移动监测终端2实现定期巡航检测，以及在固定监测终端1监测到异常时，采用移动监测终端2对监测到异常的固定监测终端1对应的监测区域进行污染点排查，确定污染点的准确位置；通过分析异常报警的固定监测终端1和基于移动监测终端2的排查测量，确定污染区域及污染区域内各个点位的污染情况，进而控制水质干涉终端3，进行定点干涉，实现精准的水质污染的治理，提高了水质监测及控制的效率。
79.在一个实施例中，固定监测终端1包括：
80.本体，连接有锚体；在本体上设置有第一线缆卷取机构，第一线缆卷取机构上卷取的第一线缆一端与锚体固定连接；
81.第一无线通讯模块，设置在本体上表面；
82.第一控制器，设置在本体上表面，与第一无线通讯模块电连接；
83.第一检测池，设置在本体上表面，在第一检测池内设置有至少一个水质检测传感器；水质检测传感器与第一控制器电连接；
84.第一抽水泵，设置在本体上，与第一控制器电连接，一端通过第一管路连通至第一检测池。
85.其中，固定监测终端1还包括：
86.深度测量装置，设置在本体下表面，与第一控制器电连接，用于测量水体的深度。
87.其中，水质在线监测控制系统，还包括：
88.第二线缆卷取机构，设置在本体上表面，第二线缆卷取机构上卷取的第二线缆一端设置有第一管路固定机构；第一抽水泵另一端连接第二管路；第二管路远离第一抽水泵的一端固定在第一管路固定机构上；
89.第一配重体，固定设置在第一管路固定机构旁。
90.上述技术方案的工作原理及有益效果为：
91.锚体具有固定本体的作用，例如可以采用重物埋入河床的方式设置；第一线缆卷取机构通过卷取第一线缆的方式控制本体与锚体之间的线缆长度，以保证本体的定点设置为前提；并且线缆长度与水流的速度及水体深度相关；水体深度越小，线缆长度越小；水流的速度越大线缆长度越大；例如：当水流的速度大于预设的第一阈值(0.2m/s)时，确定本体与水流方向的接触面积，基于接触面积和水流速度确定水流冲击力；通过预设的水流冲击力与线缆角度关系表确定线缆角度；基于当前水体深度、线缆角度确定线缆长度；基于确定的线缆长度控制第一线缆卷取机构动作，通过在水流速度高时，伸长线缆，以降低线缆上受到的力，以保证线缆的使用寿命及降低锚体的拔起风险。第一控制器通过第一无线通讯模块与监测控制平台4通讯连接；接收监测控制平台4的远程控制；远程控制包括：启动、检测、自检、关闭等；在检测时，第一抽水泵从第二管路末端抽水至检测池内，通过检测池内设置
的水质检测传感器进行检测；水质检测传感器包括：ph计、orp计、电导率计、分光光度计、水质硬度计、cod测定仪等，监测控制平台4获取监测的监测数据，基于预设的检测数据判断库判断监测数据是否异常；例如：ph小于第一预设值(5.5)或大于第二预设值(8.5)，可以确定数据异常。深度测量装置测量水体深度，为第二线缆卷取机构和第一线缆卷取机构的控制提供数据基础。第一配重体增加检测时取水端的重量，实现可以通过第二线缆卷取机构的卷取长度，确定取水端位于的深度；第一配重体可以设置为流线型，以破开水流，防止水流带偏取水端。更进一步地，可以在第二线缆的末端固定设置有水流测速机构，用于测量不同水体深度下的水流速度，为水体分层提供数据基础。
92.在一个实施例中，移动监测终端2包括：
93.第一船体，设置有第一移动机构；
94.第一定位模块，设置在第一船体内；
95.第二无线通讯模块，设置在第一船体内；
96.第二控制器，分别与第一定位模块、第一移动机构和第二无线通讯模块电连接；
97.第二检测池，设置在第一船体内，在第二检测池内设置有至少一个水质检测传感器；水质检测传感器与第二控制器电连接；
98.第二抽水泵，设置在第一船体内，与第二控制器电连接，一端通过第三管路连通至第二检测池；
99.第三线缆卷取机构，设置在第一船体内，第三线缆卷取机构上卷取的第三线缆一端设置有第二管路固定机构；第二抽水泵另一端连接第四管路；第四管路远离第二抽水泵的一端固定在第二管路固定机构上；
100.第二配重体，固定设置在第二管路固定机构旁。
101.上述技术方案的工作原理及有益效果为：
102.通过第一移动机构实现第一船体的移动，以实现移动监测终端2在水体上的移动；第一移动机构包括：电机带动的螺旋桨以及转向舵体等；基于第一定位模块实时确定第一船体所在的位置；第一定位模块可以为gps定位导航模块或北斗定位导航模块；第二控制器通过第二无线通讯模块连接到监测控制平台4上，用于接收监测控制平台4的控制，进行巡航检测等。
103.在一个实施例中，水质干涉终端3包括：
104.第二船体，设置有第二移动机构；
105.第二定位模块，设置在第二船体内；
106.第三无线通讯模块，设置在第二船体内；
107.第三控制器，分别与第二定位模块、第二移动机构和第三无线通讯模块电连接；
108.储液罐，设置在第二船体内；
109.第三抽水泵，设置在第二船体内，与第三控制器电连接，一端通过第五管路与储液罐连通；
110.第四线缆卷取机构，设置在第二船体内，第四线缆卷取机构上卷取的第四线缆一端设置有第三管路固定机构；第三抽水泵另一端连接第六管路；第六管路远离第三抽水泵的一端固定在第三管路固定机构上；
111.第三配重体，固定设置在第三管路固定机构旁。
112.上述技术方案的工作原理及有益效果为：
113.水质干涉终端3通过第三抽水泵将储液罐内的干涉溶液抽取排入水体的异常监测位置，从而对水体进行水质干涉；更进一步地，可以设置多个储液罐，或者根据储液罐内的液体的不同对水质干涉终端3进行分类，根据异常参数的不同，可以调取不同分类的水质干涉终端3进行干涉。基于第四线缆卷取机构实现液体排放深度可调，以实现精准定点的干涉。
114.在一个实施例中，移动监测终端2包括：无人机以及设置在无人机上的图像采集模块。
115.为了实现快速的源头(污染点)的确定，采用无人机搭载图像采集模块对监测到异常的固定监测终端1所对应的区域进行图片拍摄，获取分析源头的图像。
116.在一个实施例中，监测控制平台4执行如下操作：
117.构建水质监测对象的三维模型图；三维模型图是基于事先测量的河床测量数据构建，通过各个固定监测终端1测量的水深数据，综合构建形成。
118.通过固定监测终端1的设置位置，将固定监测终端1映射至三维模型图中；
119.获取各个固定监测终端1处的水体的状态参数；状态参数包括：水体流速及方向；
120.基于状态参数，确定各个固定监测终端1的监测区域范围；当水体流速为零时，以布置的河道为例，固定监测终端1的检测区域为左右相邻的两个固定监测终端1之间的区域；而随着水流速度的增加，其监测区域逐渐改变以水流方向的反向第一个固定监测终端1所在的圆弧至本身所在的圆弧的区域；其圆弧的弧度根据水流速度增加而增加，并且根据污染在水体内的横向扩散速度有关，因此可以基于监测出异常的固定监测终端1的监测数据和预设的污染识别库确定出污染的类型及横向扩散速度，基于水流速度和横向扩散速度，从预设的划分区域规则库中确定划分区域的弧度参数，基弧度参数进行监测区域范围的划分。
121.通过固定监测终端1获取水体的监测数据；
122.当监测数据异常时，控制无人机进行巡航拍摄，获取对应首先监测出异常的固定监测终端1的监测区域范围的图像；
123.基于预设的神经网络模型对图像进行识别，确定污染点；采用图像识别技术进行快速的污染点的确定；
124.控制一个移动监测终端2的第一船体移动到污染点，执行移动监测，获取第一移动检测结果；
125.基于第一移动检测结果，控制一个水质干涉终端3在污染点位置执行第一干涉策略；即根据第一移动检测结果确定干涉的药剂类型及投入的药剂量；例如可以采用预设的干涉库，干涉库中存储有监测参数与干涉药剂类型及药剂量对应的干涉项，基于当前监测数据直接调用对应的干涉项，一个干涉项对应一个干涉策略，实现干涉策略的确定；
126.基于污染点和监测出异常的固定监测终端1的设置位置，确定多个数据检测点；数据检测点是为了移动监测终端2的检测确认的水体水质的点；实现进一步确定污染范围，以实现水体干涉的精准投放。
127.控制至少一个移动监测终端2的对多个数据检测点进行检测，获取第二移动检测结果；
128.基于第二移动检测结果，控制至少一个水质干涉终端3在各个数据检测点执行第二干涉策略。
129.其中，通过固定监测终端1获取水体的监测数据，包括：
130.获取固定监测终端1处的水体深度；
131.获取水体表面的水流速度；
132.基于水流速度和水体深度，对固定监测终端1的水体进行分层监测，获取各个分层的水体的监测数据；
133.其中，基于水流速度和水体深度，对固定监测终端1的水体进行分层监测，获取各个分层的水体的监测数据，包括：
134.将水流速度和水体深度输入至预设的分层模型，确定各个分层位于的深度；
135.对各个分层的中间点的深度位置进行水体监测，获取各个分层的水体的检测数据。
136.其中，基于污染点和监测出异常的固定监测终端1的设置位置，确定多个数据检测点，包括：
137.基于各个固定监测终端1的设置位置处的水体分层情况，对三维模型图进行分层，获取多个分层模型；
138.将固定监测终端1和污染点，映射至各个分层模型；
139.基于监测出异常的固定监测终端1点的设置位置和污染点的位置，确定各个分层模型的待检测的区域；
140.基于预设的分割规则，对各个分层模型的待检测的区域进行分割，确定多个子区域；
141.以子区域的中点为数据检测点。
142.上述技术方案的工作原理及有益效果为：
143.通过对待检测的区域的精细化分割，分割主要为平面上基于预设的分割规则的分割，例如分割为1m*1m的方块区域，竖直方向上的分割，竖直方向上主要考虑水体分层，即水体在风力及其他影响下形成水流，上层水流与下层水流的流速不一的情况下进行分层；基于污染点和监测出异常的固定监测终端1的设置位置在三维模型上的坐标确定，各个数据监测点的坐标，基于时间及水流的运动推算出数据检测点的坐标的移动，进而实现各个数据检测点的检测，根据检测的结果选择具体的干涉方案；以实现精确的定点干涉；干涉方案以分割出的各个子区域的实际体积进行干涉药物投放量的调整。例如，一个移动监测终端2对一个数据检测点监测完毕后，在对下一个数据检测点监测时，需计算在监测的时间内，下一个数据检测点的偏移方向及速度确定最新的数据检测点的位置；确定最新位置还需规划路径，实现移动监测终端2移动到下一个数据检测点点进行检测；其中，在监测时，还需根据数据检测点的水流的速度控制船速，以保证与数据检测点的相对位置的不变；同样地，水质干涉终端3也是基于数据检测点的有序移动基础上进行水质干涉。
144.在一个实施例中，监测控制平台4还执行如下操作：
145.当水流速度为零或小于预设的水流阈值(污染扩散的速度)时，确定污染区域的左右边界，在左右边界每隔预设的距离并排设置多个移动监测终端2；在移动监测终端2后方一一对应并排设置水质干涉终端3，通过移动监测终端2向污染区域中心移动；在移动过程
中进行间隔采样；记录采样点的位置与数据；当水质干涉终端3移动到该采样点的位置时，执行基于数据确定的干涉方案；实现有从外围向内部进行干涉，有效防止污染的进一步扩散；
146.当水流速度大于等于预设的水流阈值时，在水流方向的下游，并排设置移动监测终端2及水质干涉终端3，逆着水流方向实现水质干涉；要考虑采样点与水质干涉终端3的干涉点的偏移；即通过水流速度进行采样点与干涉点的距离计算。因采样—分析—策略调取—执行，该过程的时间值可以认为是一定值，因此可以根据水流速度，控制移动监测终端2与水质干涉终端3之间的距离；实现位置的关联，即在移动监测终端2与水质干涉终端3实现同速度同方向移动，实现相对静止，这样实现采样点与干涉点的关联，简化了控制，提高了污染干涉的效率；在干涉时逐渐向污染点推进，最后只需在污染点进行定点干涉即可。
147.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。