一种土壤重金属污染预警系统

1.本发明涉及土壤重金属污染防治技术领域，具体为一种土壤重金属污染预警系统。


背景技术：

2.目前土壤重金属污染预警系统基于大数据信息化共享，例如申请号为202110898107.2，发明名称为一种农田土壤重金属污染分析预警系统的中国专利，该系统实现了数据的云存储，但该系统存在的问题有：
3.(1)上传至云端存储种类多、信息量庞大，其在工业互联网中流动方向和路径复杂，因而数据安全保护成本高、难度大。
4.(2)流入工业互联网的数据经过的路径多而杂，并未考虑数据安全以及特定数据的溯源问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种土壤重金属污染预警系统。
6.本发明提出的一种土壤重金属污染预警系统，包括：
7.土壤样本数据采集模块，与数据预处理模块连接，用于获取土壤重金属污染监测数据。
8.数据预处理模块，与中央控制模块连接，用于对获取的土壤重金属污染监测数据进行预处理。
9.中央控制模块，与土壤样本数据采集模块、数据预处理模块、风险分析模块、土壤重金属污染数据比较模块、预警模块、土壤重金属污染数据管理模块、应急处理模块、本地存储模块、区块链管理云存储模块连接，用于通过中央处理器对各模块传输的数据进行分析处理并传输给输出通道，协调控制系统各模块的正常运行。
10.风险分析模块，与土壤重金属污染数据比较模块连接，用于对土壤重金属污染情况进行综合分析。
11.土壤重金属污染数据比较模块，与预警模块连接，用于将当前土壤重金属污染风险评估值与分级标准值进行比较并输出比较结果。
12.预警模块，用于土壤重金属污染风险评估值大于设定的土壤重金属污染物浓度的警戒标准值时，向外设的显示设备输出预警信息。
13.土壤重金属污染数据管理模块，与中央控制模块连接，用于对土壤重金属污染预警系统的各类数据进行处理。
14.应急处理模块，与中央控制模块连接，用于出现紧急情况时，直接对系统的运行进行终止。
15.本地存储模块，与中央控制模块连接，通过本地存储器对土壤重金属污染预警系统的各类数据进行本地存储。
16.区块链管理云存储模块，与中央控制模块连接，通过云存储平台使用云存储服务对土壤重金属污染预警系统的数据进行云存储，准确定位数据异常、对信息进行加密并使数据安全传输。
17.优选地，土壤样本数据采集模块包括土壤样本采集模块和土壤重金属污染数据监测模块，所述土壤样本采集模块通过土壤采集装置及收集装置对土壤进行采样、编号和收集，所述土壤重金属污染数据监测模块通过无线传感器网络获取土壤重金属污染监测数据。
18.优选地，数据预处理模块，包括：
19.数据清洗子模块，通过噪声数据处理单元对土壤重金属污染监测数据进行异常检测，对检测的严重偏离数据进行处理；通过不完整数据处理单元对土壤重金属污染监测数据进行缺失检测，对检测的缺失数据进行处理。所述对严重偏离数据的处理方法为分箱法，所述对缺失数据的处理方法为多重插补法。
20.数据集成子模块，用于数据的有机集中和合并处理。
21.优选地，风险分析模块通过对土壤重金属污染风险进行综合评估，构建土壤重金属污染风险综合评估指标体系，确定重金属污染的影响因子及权重，并输出土壤重金属污染风险评估值。
22.优选地，预警模块根据特定地区土壤危害性、使用情况等设定本区域土壤重金属污染物的警戒标准值，当土壤重金属污染风险评估值大于设定的土壤重金属污染物浓度的警戒标准值时，向外设的显示设备输出预警信息。
23.优选地，土壤重金属污染数据管理模块，包括：
24.土壤重金属污染数据更改子模块，用于元数据的添加、删除、更新。
25.土壤重金属污染数据融合子模块，用于对相关数据进行融合处理，相关数据包括土壤重金属污染监测数据以及元数据。
26.土壤重金属污染数据查询子模块，用于根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据。
27.优选地，所述区块链管理云存储模块，通过云存储平台使用云存储服务对土壤重金属污染预警系统的数据进行云存储，包括：
28.(1)创建智能合约，通过智能合约对本地数据进行加密处理，加密数据写入云存储网关中，进一步发送到云存储可用区中，完成数据云存储；
29.(2)将用户加密信息通过哈希算法生成哈希值，并以其哈希值作为索引，经过区块链网络节点共识后存储在区块链上。
30.优选地，步骤(1)中的智能合约能使用户可查询当前个人的位置、状态等；可更新用户当前的位置和状态；可将用户信息加密上传到云服务器中。
31.与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
32.本发明提供的土壤重金属污染预警系统，采用神经网络进行分析，通过云存储模块对数据进行备份，同时通过智能合约对数据进行加密，并将数据对应的哈希值作为索引上传至区块链中，在保证监测数据完整性的同时，又可借助区块链的公开透明及不可篡改性所形成的溯源链，来验证数据的完整性、准确定位异常数据，同时区块链中仅保存数据对应的哈希值，减轻了区块链中的数据存储量，也有效控制信息被截获破解、数据破坏行为等
所造成的数据安全问题，不仅满足大数据时代的数据处理量及处理速度，还解决了隐私泄露和传输不安全等方面的问题。
33.本发明各模块间联结紧密，各模块的目标任务明确、清晰、完整，通过土壤重金属污染预警系统指导污染控制和修复，有益于土壤重金属污染修复技术的工程化。
附图说明
34.图1是本发明土壤重金属污染预警系统的结构框图。
35.图2为通过数据预处理模块对获取的土壤重金属污染监测数据进行异常检测、缺失检测和有机集中的预处理操作的方法流程图。
36.图3为通过风险分析模块根据预处理后的土壤重金属污染监测数据，对土壤重金属污染情况进行分析的方法流程图。
37.图4是土壤重金属污染数据管理模块的结构框图。
38.图5为区块链管理云存储模块的结构框图。
具体实施方式
39.本项发明中涉及的污染数据主要为农业重金属面源污染数据，以及重点区域废弃厂矿和化工场地重金属污染数据。为了使本发明实现的技术手段易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
40.土壤样本数据采集模块与数据预处理模块连接，用于获取土壤重金属污染监测数据。所述土壤样本数据采集模块包括土壤样本采集和土壤重金属污染数据监测模块，所述数据采集模块通过土壤采集装置及收集装置对土壤进行采样、编号和收集，所述数据监测模块通过无线传感器网络获取土壤重金属污染监测数据。
41.如图2所示，数据预处理模块与中央控制模块连接，用于对获取的土壤重金属污染监测数据进行预处理。所述数据预处理模块，包括：
42.(1)数据清洗子模块，通过噪声数据处理单元对土壤重金属污染监测数据进行异常检测，对检测的严重偏离数据进行处理；通过不完整数据处理单元对土壤重金属污染监测数据进行缺失检测，对检测的缺失数据进行处理。所述对严重偏离数据的处理方法为分箱法，所述对缺失数据的处理方法为多重插补。
43.(2)数据集成子模块，用于数据的有机集中和合并处理。
44.中央控制模块用于协调控制系统各模块的正常运行。所述中央控制模块，与土壤样本采集数据模块、数据预处理模块、风险分析模块、土壤重金属污染数据比较模块、预警模块、土壤重金属污染数据管理模块、应急处理模块、本地存储模块、区块链管理云存储模块连接，通过中央处理器对各模块传输的数据进行分析处理并传输给输出通道。
45.如图3所示，风险分析模块与土壤重金属污染数据比较模块连接，用于对土壤重金属污染情况进行综合分析。所述风险分析模块，通过对土壤重金属污染风险进行综合评估，构建土壤重金属污染风险综合评估指标体系，确定重金属污染的影响因子及权重，并输出
土壤重金属污染风险评估值。所述土壤重金属污染风险评估值为cn为污染物n的实测值，μg
·
l-1
；ci为污染物i参比值，采用农用地土壤质量筛选值；为重金属污染指数最大值；为重金属污染指数平均值。
46.土壤重金属污染数据比较模块与预警模块连接，用于将当前土壤重金属污染风险评估值与分级标准值进行比较并输出比较结果。具体为，将土壤重金属污染风险评估值进行污染等级划分，其比较标准为：p≤0.7为安全水平；0.7＜p≤1为警戒水平；1＜p≤2为轻度污染水平；2＜p≤3为中度污染水平；p＞3为重度污染水平。
47.预警模块根据特定地区土壤危害性、使用情况等设定本区域土壤重金属污染物的警戒标准值，用于土壤重金属污染风险评估值大于设定的土壤重金属污染物浓度的警戒标准值时，向外设的显示设备输出预警信息。
48.如图4所示，土壤重金属污染数据管理模块与中央控制模块连接，包括：
49.(1)土壤重金属污染数据更改子模块，用于元数据的添加、删除、更新。
50.(2)土壤重金属污染数据融合子模块，用于对相关数据进行融合处理。相关数据包括所述土壤重金属污染监测数据以及所述元数据。
51.(3)土壤重金属污染数据查询子模块，用于根据用户自定义的查询条件实时查询相关数据。
52.应急处理模块与中央控制模块连接，用于出现紧急情况时，直接对系统的运行进行终止。
53.本地存储模块与中央控制模块连接，通过本地存储器对土壤重金属污染预警系统的各类数据进行本地存储。
54.如图5所示，区块链管理云存储模块与中央控制模块连接，通过云存储平台使用云存储服务对土壤重金属污染预警系统的数据进行云存储，准确定位数据异常、对信息进行加密并使数据安全传输。所述区块链管理云存储模块，通过云存储平台使用云存储服务对土壤重金属污染预警系统的数据进行加密云存储，包括：
55.(1)创建智能合约，通过智能合约对本地数据进行加密处理，加密数据写入云存储网关中，进一步发送到云存储可用区中，完成数据云存储；
56.(2)将用户加密信息通过哈希算法生成哈希值，并以其哈希值作为索引，经过区块链网络节点共识后存储在区块链上。
57.区块链管理云存储模块中的智能合约能使用户可查询当前个人的位置、状态等；可更新用户当前的位置和状态；可将用户信息加密上传到云服务器中。
58.区块链管理云存储模块中的智能合约使数据经过加密后上传到云存储空间中，各数据通过哈希算法生成的哈希值则存储在区块链上，大大节省了区块链上的存储量，不仅节约了存储空间、降低了数据管理成本，还使得数据清晰易查、提升工作效率；同时，由于区块链公开透明、数据不可篡改的特点，可迅速借助溯源链准确定位异常数据、验证数据完整性等；进一步的，只将各数据相应的哈希值作为索引存储在区块链上还避免了信息被截获
破解、隐私泄露和传输不安全等方面的问题。
59.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。