一种基于大数据的水环境污染分析管理系统及方法与流程

1.本发明涉及水环境污染管理相关技术领域，具体为一种基于大数据的水环境污染分析管理系统及方法。


背景技术：

2.现有的水环境污染常规监测方式还是通过人工检测的方式，配合一些辅助检测器具，如携带水质检测仪到相应属于进行水环境特征数据的检测工作，但是受限于人工，不利于快速完成水环境特征数据检测信息收集，也不便于保持持续的全天候监测，现也有如中国专利公开号为cn111596025b的一种基于大数据的水环境污染分析系统，其检测模块通过大数据分析模块与预警模块和远程通信模块相连，所述控制模块连接大数据分析模块和远程通信模块，所述远程通信模块连接客户端和存储模块，本发明利用检测模块可以实时检测水体的污染情况，并将检测结果实时上传，将目标区域的水体内的污染物分别检测并抽样计算，避免水体中污染物因沉淀得不到及时检测和治理的情况发生。
3.但是该类监测系统往往只是针对河道沿途的排污口等区域进行局部监测，缺少全面的大数据信息获取手段，且对于长度较长且流入口较多的河道，采用目前的河道水环境污染源监测手段进行监测容易无法进一步准确地监测响应，难以形成系统化的大数据分析，影响水污染治理功效，不利于形成一整套管控区域水污染的体系，鉴于此，针对上述问题，深入研究，遂有本案产生。
4.针对上述问题，在原有水环境污染分析管理的基础上进行创新设计。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于大数据的水环境污染分析管理系统及方法，以解决上述背景技术中提出水环境污染分析管理监测效率较低，对于长度较长且流入口较多的河道不便于快速准确响应的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的水环境污染分析管理系统及方法；所述分析管理系统包括大数据获取单元、河道区域划分单元、大数据分析单元、建模单元和可视化输出单元；所述大数据获取单元，用于获取水环境基础数据和污染源数据；所述大数据获取单元包括网络抓取模块、传感器检测模块和人工采集模块；所述河道区域划分单元，用于对河道水环境通过空间立体网格的划分方式划分为若干体积相同且相互连接的检测区域，若干检测区域按照预设的顺序进行编号；所述河道区域划分单元通过传感器检测模块的水平面上端的图像采集器和位于水平面下端的水质检测器的分布阵列进行对应检测区域的特征信息采集，且特征信息采集包括对应坐标的区域图像信息和水环境参数变化；所述大数据分析单元用于接收大数据获取单元的水环境基础数据和污染源数据
进行整理、分析和诊断，并将数据分析的结果传输给建模单元和可视化输出单元；建模单元，通过水质参数数据库内部模型模拟将各个区域地表水环境质量与污水净化设施、污水处理厂、水生态净化设施以及污染排放源结合起来形成系统化区域水污染治理数据信息模型；可视化输出单元，通过显示终端接收建模单元分析得出的各区域河流基础数据、污染源数据以及污染治理数据的展示模型并进行显示输出分析的结果；所述可视化输出单元配合gis地图模块用于展示区域地图内所有的污染排放口、净化设施单元及地表水质量的实时情况。
7.优选的，所述网络抓取模块是通过网络获取水环境属地污染源、排放物以及天气预报等数据信息；所述传感器检测模块包括位于水平面上端的图像采集器和位于水平面下端的水质检测器，获取现场实时采集的水质数据；所述人工采集模块包括水体采样装置，用于人工定点对水质监测区域进行取样，获取相关水质信息，同时对水域周围的环境状况进行问卷调查、水域周边地貌状况后进行特征信息录入。
8.所述特征信息检测录入，不但要采集水质相关特征数据，还要对周边环境，排污状况，区域水源，地形地貌等，由于数据类型的多样性，需要配以多样化的存储方式，需要进行整理与归类，量化统一后再标准化存储。
9.优选的，所述河道区域划分模块将整个河道的长度按照从上游到下游的流向划分为若干坐标区域的具体划分过程包括以下两个步骤：步骤a：统计整个河道的长度；步骤b：将整个河道的长度等分为n段，沿河道等距布设n个传感器检测模块；步骤c：每段河道和对应传感器检测模块所在区域作为检测坐标区域。
10.优选的，所述大数据分析单元将坐标区域的水环境基础数据和污染源数据，包括区域范围的分散式污水净化设施、污水处理厂、水生态净化设施和地表水环境质量的所有实时数据进行拟合、分析和诊断，对每个区域范围进行污染针对性分析和预测，根据每个区域范围历史污染数据和平均污染水平确定相应的污染阈值，确定一定区域的最大排放量以及允许的排放指标，在识别出水质污染超标时对污染源区域进行风险评估。
11.优选的，所述水质参数数据库用于储存标准水质参数值、各检测区域正常的水面图像等大数据获取单元获取数据，以河流基础数据、污染源数据以及污染治理数据建立动态的展示模型数据。
12.优选的，所述gis地图模块能够将区域内的分散式污水处理设施、污水处理厂、水生态处理设施及地表水实时质量都展现在综合的gis地图上，并能显示其实时运行、水质状况，形成区域整体的水污染监控平台，实现问题报警、远程调控和水质监控。
13.优选的，所述水体采样装置用于对划分的各坐标区域进行水体取样，得到各坐标区域的水样，其中各检测空间坐标区域内取样水体的水体体积及取样深度，取样的次数和取样的时间保持一致。
14.优选的，所述水质检测器沿着河道的延伸方向均匀布设，分别安装在各坐标区域的水体中，根据位置信息确定相应坐标区域的标准水体状态，根据预设周期对水质检测点
的水体状态进行检测，得到每个水质检测点的实际水体水质参数；其中水质参数包括水色度、水温、酸碱度、氨氮含量、磷含量和细菌总数，获取的各坐标区域水样的水质参数构成区域水样水质参数集合。
15.优选的，所述水质检测器水色度测定仪、浊度测定仪、酸度计、氨氮测定仪、金属离子含量测定仪、细菌测定仪和数据传输单元；所述水色度测定仪用于检测坐标区域水样的水色度值，浊度测定仪用于检测坐标区域水样的浑浊度，酸度计用于检测坐标区域水样的酸碱度，氨氮测定仪及属离子含量测定仪用于检测坐标区域水样的水体内p元素、n元素以及所含的金属离子含量，细菌测定仪用于检测坐标区域水样的细菌总数，数据传输单元用于将水质检测器所检测的结果传输到大数据分析模块中。
16.优选的，所述图像采集器为高清广角摄像头，且图像采集器采集数据包括对应区域水面图像灰度化处理得到的灰度图像，通过灰度图像的边缘检测识别水面漂浮污染物的特征数据。
17.一种基于大数据的水环境污染分析管理系统及方法，所述方法具体为：s1、通过大数据获取单元获取水环境基础数据和污染源数据；s2、通过河道区域划分单元对河道水环境通过空间立体网格的划分方式划分为若干体积相同且相互连接的检测区域，若干检测区域按照预设的顺序进行编号；s3、通过大数据分析单元接收大数据获取单元的水环境基础数据和污染源数据进行整理、分析和诊断，并将数据分析的结果传输给建模单元；s4、通过显示终端接收建模单元分析得出的各区域河流基础数据、污染源数据以及污染治理数据的展示模型并进行显示输出分析的结果。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于大数据的水环境污染分析管理系统及方法，1、通过大数据获取单元包括网络抓取模块、传感器检测模块和人工采集模块等方式配合大数据分析单元接收大数据获取单元的水环境基础数据和污染源数据进行整理、分析和诊断，同时将各区域河流基础数据、污染源数据以及污染治理数据通过展示模型进行展示，方便可视化监测，便于快速确定污染源，提高了监测效率，以人工采样检测作为补充，提高了检测精度，减少意外误差因素影响，大数据分析更加全面，有助于提高水环境污染分析管理水平；2、通过对河道水环境通过空间立体网格的划分方式划分为若干体积相同且相互连接的检测区域，结合水平面上端的图像采集器和位于水平面下端的水质检测器，获取对于检测坐标区域现场实时采集的水质数据，方便各坐标区域的水质参数和相邻坐标区域水质参数对比，同时便于够对长度较长且流入口较多的河道水环境进行污染源监测，避免了无法进行准确的监测的问题便于河道管理的直观了解，方便针对污染等级和污染源头进行准确快速的对应处理，提高了河道污染治理的效率。
附图说明
19.图1为本发明分析管理系统整体示意框图；图2为本发明大数据获取单元示意框图；
图3为本发明分析管理系统流程示意图。
具体实施方式
20.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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于大数据的水环境污染分析管理系统及方法；分析管理系统包括大数据获取单元、河道区域划分单元、大数据分析单元、建模单元和可视化输出单元，其中河道区域划分单元配合大数据获取单元的传感器检测模块以河段每公里为单位坐标区域进行划分；大数据获取单元，用于获取水环境基础数据和污染源数据；大数据获取单元包括网络抓取模块、传感器检测模块和人工采集模块；网络抓取模块是通过网络获取水环境属地污染源、排放物以及天气预报等数据信息；传感器检测模块包括位于水平面上端的图像采集器和位于水平面下端的水质检测器，获取现场实时采集的水质数据；图像采集器为高清广角摄像头，且图像采集器采集数据包括对应区域水面图像灰度化处理得到的灰度图像，通过灰度图像的边缘检测识别水面漂浮污染物的特征数据。
22.水质检测器沿着河道的延伸方向均匀布设，分别安装在各坐标区域的水体中，根据位置信息确定相应坐标区域的标准水体状态，根据预设周期对水质检测点的水体状态进行检测，得到每个水质检测点的实际水体水质参数；其中水质参数包括水色度、水温、酸碱度、氨氮含量、磷含量和细菌总数，获取的各坐标区域水样的水质参数构成区域水样水质参数集合。
23.水质检测器水色度测定仪、浊度测定仪、酸度计、氨氮测定仪、金属离子含量测定仪、细菌测定仪和数据传输单元；水色度测定仪用于检测坐标区域水样的水色度值，浊度测定仪用于检测坐标区域水样的浑浊度，酸度计用于检测坐标区域水样的酸碱度，氨氮测定仪及属离子含量测定仪用于检测坐标区域水样的水体内p元素、n元素以及所含的金属离子含量，细菌测定仪用于检测坐标区域水样的细菌总数，数据传输单元用于将水质检测器所检测的结果传输到大数据分析模块中。
24.人工采集模块包括水体采样装置，用于人工定点对水质监测区域进行取样，获取相关水质信息，同时对水域周围的环境状况进行问卷调查、水域周边地貌状况后进行特征信息录入。
25.水体采样装置用于对划分的各坐标区域进行水体取样，得到各坐标区域的水样，其中各检测空间坐标区域内取样水体的水体体积及取样深度，取样的次数和取样的时间保持一致。
26.特征信息检测录入，不但要采集水质相关特征数据，还要对周边环境，排污状况，
区域水源，地形地貌等，由于数据类型的多样性，需要配以多样化的存储方式，需要进行整理与归类，量化统一后再标准化存储。
27.河道区域划分单元，用于对河道水环境通过空间立体网格的划分方式划分为若干体积相同且相互连接的检测区域，若干检测区域按照预设的顺序进行编号；河道区域划分单元通过传感器检测模块的水平面上端的图像采集器和位于水平面下端的水质检测器的分布阵列进行对应检测区域的特征信息采集，且特征信息采集包括对应坐标的区域图像信息和水环境参数变化；河道区域划分模块将整个河道的长度按照从上游到下游的流向划分为若干坐标区域的具体划分过程包括以下两个步骤：步骤a：统计整个河道的长度；步骤b：将整个河道的长度等分为n段，沿河道等距布设n个传感器检测模块；步骤c：每段河道和对应传感器检测模块所在区域作为检测坐标区域。
28.大数据分析单元用于接收大数据获取单元的水环境基础数据和污染源数据进行整理、分析和诊断，并将数据分析的结果传输给建模单元和可视化输出单元；大数据分析单元将坐标区域的水环境基础数据和污染源数据，包括区域范围的分散式污水净化设施、污水处理厂、水生态净化设施和地表水环境质量的所有实时数据进行拟合、分析和诊断，对每个区域范围进行污染针对性分析和预测，根据每个区域范围历史污染数据和平均污染水平确定相应的污染阈值，确定一定区域的最大排放量以及允许的排放指标，在识别出水质污染超标时对污染源区域进行风险评估。
29.建模单元，通过水质参数数据库内部模型模拟将各个区域地表水环境质量与污水净化设施、污水处理厂、水生态净化设施以及污染排放源结合起来形成系统化区域水污染治理数据信息模型；水质参数数据库用于储存标准水质参数值、各检测区域正常的水面图像等大数据获取单元获取数据，以河流基础数据、污染源数据以及污染治理数据建立动态的展示模型数据。
30.可视化输出单元，通过显示终端接收建模单元分析得出的各区域河流基础数据、污染源数据以及污染治理数据的展示模型并进行显示输出分析的结果；可视化输出单元配合gis地图模块用于展示区域地图内所有的污染排放口、净化设施单元及地表水质量的实时情况。
31.gis地图模块能够将区域内的分散式污水处理设施、污水处理厂、水生态处理设施及地表水实时质量都展现在综合的gis地图上，并能显示其实时运行、水质状况，形成区域整体的水污染监控平台，实现问题报警、远程调控和水质监控。
32.一种基于大数据的水环境污染分析管理系统及方法，方法具体为：s1、通过大数据获取单元获取水环境基础数据和污染源数据；s2、通过河道区域划分单元对河道水环境通过空间立体网格的划分方式划分为若干体积相同且相互连接的检测区域，若干检测区域按照预设的顺序进行编号；s3、通过大数据分析单元接收大数据获取单元的水环境基础数据和污染源数据进行整理、分析和诊断，并将数据分析的结果传输给建模单元；s4、通过显示终端接收建模单元分析得出的各区域河流基础数据、污染源数据以
及污染治理数据的展示模型并进行显示输出分析的结果。
33.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。