一種無(wú)人污染物溯源系統(tǒng)及其溯源方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及污染物溯源領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)人污染物溯源系統(tǒng)及其溯源方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水是生態(tài)系統(tǒng)的血液，充足、優(yōu)質(zhì)的水資源是生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。我 國(guó)是一個(gè)資源型缺水的國(guó)家，據(jù)統(tǒng)計(jì)：2013年上半年，我國(guó)十大流域I~III類水質(zhì)斷面占 69. 3%，IV~V類占19. 9%，劣V類占10.8%。全國(guó)超過(guò)30%的重要流域受到不同程度的 污染。造成這種局面的最為突出的一方面是工業(yè)排污沒有規(guī)范化、合理化，企業(yè)偷排現(xiàn)象較 為嚴(yán)重。提高企業(yè)偷排問(wèn)題的整治成效，一方面需要加強(qiáng)地方環(huán)境監(jiān)管、行政執(zhí)法、刑事司 法的聯(lián)動(dòng)性和打擊力度；另一方面需要提升環(huán)境監(jiān)測(cè)能力：能夠在污染嚴(yán)重之前盡早發(fā)現(xiàn) 問(wèn)題，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題之后及時(shí)找出根源、獲取證據(jù)、落實(shí)責(zé)任。然而，企業(yè)污染的偷排口往往非 常隱蔽，在發(fā)現(xiàn)污染問(wèn)題之后，有關(guān)部門通常需要花大量時(shí)間確定污染來(lái)源而耽誤最佳治 理時(shí)機(jī)；有時(shí)甚至因?yàn)闊o(wú)法確認(rèn)源頭位置而放棄追究責(zé)任單位。
[0003] 在申請(qǐng)?zhí)枮?01410216892. 9的中國(guó)發(fā)明專利中，所述的移動(dòng)式水污染數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)能能夠監(jiān)測(cè)流域水質(zhì)變化趨勢(shì)，僅需要少量該裝置在流域上檢測(cè)水污染指標(biāo)，但是該 系統(tǒng)只有采集河道水質(zhì)數(shù)據(jù)和在GIS平臺(tái)上可視化流域的水質(zhì)情況的功能，并不具備污染 物溯源的功能，無(wú)法自動(dòng)的追蹤和定位污染源。在申請(qǐng)?zhí)枮樘?hào)201410390303. 9的中國(guó)發(fā)明 專利中，所述的基于無(wú)人機(jī)的工業(yè)水體污染源檢測(cè)方法，其可通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)企業(yè)排水進(jìn)行 圖像監(jiān)測(cè)與取樣抽查，完成對(duì)企業(yè)對(duì)水體影響的分析，但是污染物沒有引起水體顏色變化 時(shí)，該
【發(fā)明內(nèi)容】
無(wú)法實(shí)現(xiàn)污染物追蹤定位的要求。
[0004] 針對(duì)污染負(fù)荷較高、可提升整治空間較大的企業(yè)偷排，設(shè)計(jì)開發(fā)移動(dòng)一種無(wú)人污 染物溯源系統(tǒng)，能夠搜索污染流域的固定排污口，為有關(guān)部門對(duì)受污染流域及周邊環(huán)境進(jìn) 行整治提供強(qiáng)有力的幫助；同時(shí)還能靈活應(yīng)對(duì)突發(fā)污染事故，快速跟蹤污染源的擴(kuò)散情況， 協(xié)助事故的緊急治理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)人污染物溯源系統(tǒng)及其溯源方 法。
[0006] 一種無(wú)人污染物溯源系統(tǒng)包括無(wú)人污染物溯源船、手持遙控器和遠(yuǎn)程監(jiān)控基站， 無(wú)人污染物溯源船通過(guò)GPRS與遠(yuǎn)程監(jiān)控基站通信，無(wú)人污染物溯源船通過(guò)射頻通信的方 式與手持遙控器無(wú)線通信；無(wú)人污染物溯源船包括船身、主控單元、水體采樣裝置和水質(zhì)在 線檢測(cè)裝置，所述船身由船體外殼，動(dòng)力裝置和電源模塊組成，采用雙體船式，所述主控單 元由主控芯片、GPRS模塊、RF無(wú)線模塊、GPS模塊、電子羅盤、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及JTAG接口組成，其中，所述GPRS模塊、RF無(wú)線模塊、GPS模塊與主控芯片以 RS232接口相連，所述電子羅盤與主控芯片使用I2C接口連接；所述水體采樣裝置由升降 裝置、抽樣裝置和分流裝置組成，升降裝置由采樣軟管、步進(jìn)電機(jī)、卷盤、傳動(dòng)裝置組成，抽 樣裝置由蠕動(dòng)栗、二向接頭組成，分流裝置由舵機(jī)、分流盤和水箱組成。所述水質(zhì)在線檢測(cè) 裝置主要由浸沒式探頭和信號(hào)采集電路組成，在線檢測(cè)裝置通過(guò)RS485接口與主控單元連 接，將檢測(cè)信息傳送給主控單元；所述手持遙控器由主控芯片、RF無(wú)線模塊、可編程搖桿、 可編程按鍵、液晶顯示屏、RS232接口電路、JTAG接口和電源模塊組成，所述RF無(wú)線模塊通 過(guò)RS232接口電路與主控芯片連接，可編程搖桿、可編程按鍵、液晶顯示屏均與主控芯片連 接。所述遠(yuǎn)程監(jiān)控基站可以由具有固定外網(wǎng)IP的普通PC機(jī)和監(jiān)控中心軟件構(gòu)成。
[0007] -種無(wú)人污染物溯源方法的步驟如下：
[0008] 1)啟動(dòng)：無(wú)人污染物溯源船啟動(dòng)后，當(dāng)用戶知道大致的污染帶位置，通過(guò)手動(dòng)控 制或自主航行的方式使其快速達(dá)到污染帶，縮小搜索范圍，加快污染源定位進(jìn)度，如果用戶 不知道污染源所在的位置，則無(wú)人溯源船會(huì)逆流或斜逆流前進(jìn)數(shù)米，當(dāng)作污染物溯源的起 占 .
[0009] 2)污染帶搜尋：無(wú)人污染物溯源船啟動(dòng)后經(jīng)過(guò)初始步長(zhǎng)仍未發(fā)現(xiàn)污染物的情況 下，此時(shí)無(wú)人污染物溯源船會(huì)逆流而上對(duì)整個(gè)河道斷面進(jìn)行搜索，直到無(wú)人污染物溯源船 搭載的在線檢測(cè)裝置檢測(cè)出污染物，然后進(jìn)入"污染源跟蹤"模式；
[0010] 3)污染源跟蹤：無(wú)人污染物溯源船利用保存在主控芯片中的歷史污染物濃度數(shù) 據(jù)、歷史方向數(shù)據(jù)、歷史步長(zhǎng)數(shù)據(jù)和當(dāng)前的污染物濃度數(shù)據(jù)制定當(dāng)期的方向策略和步長(zhǎng)策 略，追蹤過(guò)程若沒有偏離污染帶，在線檢測(cè)裝置檢測(cè)的當(dāng)前污染物濃度、方向和步長(zhǎng)數(shù)據(jù)存 入主控芯片，變?yōu)闅v史數(shù)據(jù)，并進(jìn)入下一個(gè)污染物跟蹤循環(huán)，若偏離了污染帶，則進(jìn)入"污染 帶偏尚"模式；
[0011] 4)污染帶偏離：防止追蹤路徑發(fā)散，進(jìn)入該模式后，無(wú)人污染物溯源船首先要進(jìn) 行污染源確認(rèn)，若不符合條件，則重新搜尋到污染帶，再次進(jìn)入"污染源跟蹤"模式；
[0012] 5)污染源確認(rèn)：使污染物濃度值、濃度變化率值和偏離污染帶前最后檢出污染物 的點(diǎn)之間的距離閾值作為污染源確認(rèn)的依據(jù)，判斷該位置是否是污染源，若不是再次進(jìn)入 "污染帶搜尋"，若是污染源，則將GPS定位的該位置的坐標(biāo)發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，污染物溯 源過(guò)程結(jié)束。
[0013] 所述的步驟1)為：?jiǎn)?dòng)有兩種控制模式，即：手動(dòng)遙控和自主航行兩種運(yùn)動(dòng)控制 模式，兩種控制方式能通過(guò)手持遙控器上的手自動(dòng)切換按鍵切換，并且在手動(dòng)模式時(shí)，無(wú)人 污染物溯源船會(huì)定時(shí)進(jìn)行的通信校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間未接收到控制信號(hào)，無(wú)人污染物溯源 船切換到自主航行模式，會(huì)根據(jù)之前記錄在主控模塊Flash中的行駛的軌跡的途徑點(diǎn)坐 標(biāo)，返回到能接收到手持遙控器信號(hào)的水域。自主航行運(yùn)動(dòng)控制模式中使用的GPS定位方 法，為提高GPS定位的精準(zhǔn)度，在定位算法上也有創(chuàng)新：使用差分GPS定位方法，差分后的 GPS定位數(shù)據(jù)，減少了因太陽(yáng)活動(dòng)、天氣變化、周邊環(huán)境影響等帶來(lái)的公共誤差。
[0014] 本發(fā)明采用采用嵌入式微機(jī)系統(tǒng)和污染物濃度檢測(cè)裝置，位置位姿傳感器，GPS模 塊等實(shí)現(xiàn)了搜索污染流域的固定排污口的功能，為提高了工廠偷排時(shí)間發(fā)生后污染源定位 的速度，節(jié)省了人力和資金投入；嵌入式系統(tǒng)為核心的系統(tǒng)配合立體采樣裝置也可以實(shí)現(xiàn) 定點(diǎn)定深度的采樣，這樣也方便了污染水體的采樣工作，使得后水質(zhì)分析部門的水樣有了 來(lái)源，也使得政府部門對(duì)排污企業(yè)的處罰有了依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是無(wú)人污染物溯源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明的主控單元的電路原理圖；
[0017] 圖3是本發(fā)明的立體采樣裝置示意圖；
[0018] 圖4是本發(fā)明的手持遙控器示意圖；
[0019] 圖5是本發(fā)明的遠(yuǎn)程監(jiān)控基站的監(jiān)控中心軟件示意圖；
[0020] 圖6是本發(fā)明的污染源溯源方法工作流程圖；
[0021] 圖7是污染源溯源方法中啟動(dòng)步驟流程圖；
[0022] 圖8是污染源溯源方法中污染源跟蹤流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 如圖1、2所示，一種無(wú)人污染物溯源系統(tǒng)包括無(wú)人污染物溯源船7、手持遙控器5 和遠(yuǎn)程監(jiān)控基站6,無(wú)人污染物溯源船7通過(guò)GPRS與遠(yuǎn)程監(jiān)控基站6通信，無(wú)人污染物溯源 船7通過(guò)射頻通信的方式與手持遙控器5無(wú)線通信；無(wú)人污染物溯源船包括船身4、主控單 元1、水體采樣裝置2和水質(zhì)在線檢測(cè)裝置3,所述船身4由船體外殼，動(dòng)力裝置和電源模塊 組成，采用雙體船式，所述主控單元1由主控芯片、GPRS模塊、RF無(wú)線模塊、GPS模塊、電子 羅盤、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及JTAG接口組成，其中，所述GPRS模塊、RF無(wú) 線模塊、GPS模塊與主控芯片以RS232接口相連，所述電子羅盤與主控芯片使用I 2C接口連 接；所述水體采樣裝置2由升降裝置、抽樣裝置和分流裝置組成，升降裝置由采樣軟管、步 進(jìn)電機(jī)、卷盤、傳動(dòng)裝置組成，抽樣裝置由蠕動(dòng)栗、二向接頭組成，分流裝置由舵機(jī)、分流盤 和水箱組成；所述水質(zhì)在線