一种基于物联网的环境污染监测系统及方法与流程

本发明涉及环境监测，具体为一种基于物联网的环境污染监测系统及方法。

背景技术：

1、进行水质环境监测能够帮助实时地观察到水质污染情况并及时发现污染超标的问题，导致污染超标的影响因素多种多样，地下管网的错接混排也是造成污染超标的因素之一，地下管网的错接混排现象一般表现为将污水管混错接入雨水管道、将雨水混错接入污水管道，污水管混错接入雨水管道，导致生活污水、工业污水未经处理直接排入水体，最终形成污染水生态环境甚至是污染超标的问题，需要对管网混接问题进行排查并处理以减少对水生态环境的污染程度；

2、然而，现有技术中的管网混接排查顺序未经由规划，在检测到水污染超标时，未对地下管网混接的排查顺序进行合理的规划，无法提高地下管网混接的排查效率以降低地下管网混接排查进度缓慢的对水生态环境的持续性影响。

3、所以，人们需要一种基于物联网的环境污染监测系统及方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于物联网的环境污染监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网的环境污染监测系统，所述系统包括：环境污染监测模块、排查区域数据采集模块、数据管理中心、排查数据分析模块和污染排查管理模块；

3、所述环境污染监测模块的输出端连接所述排查区域数据采集模块的输入端，所述排查区域数据采集模块的输出端连接所述数据管理中心的输入端，所述数据管理中心的输出端连接所述排查数据分析模块的输入端，所述排查数据分析模块的输出端连接所述污染排查管理模块输入端；

4、所述环境污染监测模块用于对需要监测的区域进行实时的水环境污染监测，在监测数据异常时进行管网混接排查；

5、所述排查区域数据采集模块用于采集需要进行管网混接排查的排查区域数据，将采集到的全部数据传输到所述数据管理中心；

6、所述数据管理中心用于存储并管理采集到的全部数据；

7、所述排查数据分析模块用于调取并分析排查区域数据，将排查区域内的排查点进行分类，规划区域内不同类别排查点的排查顺序；

8、所述污染排查管理模块用于分析同一类排查点处出现管网混接的概率，筛选出一个类别中需要优先进行管网混接排查的排查点。

9、进一步的，所述环境污染监测模块包括水质检测单元、污染超标预警单元、异常点位置采集单元和排查区域确认单元；

10、所述水质检测单元的输出端连接所述污染超标预警单元的输入端，所述污染超标预警单元的输出端连接所述异常点位置采集单元的输入端，所述异常点位置采集单元的输出端连接所述排查区域确认单元的输入端；

11、所述水质检测单元用于利用水质检测仪对需要进行检测的水源区域进行水质检测，将检测到的数据通过互联网实时传输到检测终端；

12、利用物联网技术进行水环境污染监测并传输监测数据，帮助实时掌握水环境信息以及时发现水环境污染异常情况；

13、所述污染超标预警单元用于在检测到水源区域内的污染物超标时，发送超标警报；

14、所述异常点位置采集单元用于采集检测到污染物超标的位置信息，将检测到的污染物超标处作为异常点；

15、所述排查区域确认单元用于确认排查区域为：以异常点为圆心、x为半径的圆形区域，对圆形区域进行管网混接排查。

16、进一步的，所述排查区域数据采集模块包括管道数据采集单元和环境数据采集单元；

17、所述管道数据采集单元的输入端连接所述排查区域确认单元的输出端，所述管道数据采集单元和环境数据采集单元的输出端连接所述数据管理中心的输入端；

18、所述管道数据采集单元用于采集排查区域内的管道安装时长、管道连接数量、管道连接点位置信息，管道连接点即为排查点；

19、所述环境数据采集单元用于采集排查区域内的环境变化数据，包括排查区域内的商户增减信息。

20、进一步的，所述排查数据分析模块包括距离统计单元、连接点分类单元和排查顺序初筛单元；

21、所述距离统计单元的输入端连接所述数据管理中心的输出端，所述距离统计单元的输出端连接所述连接点分类单元的输入端，所述连接点分类单元的输出端连接所述排查顺序初筛单元的输入端；

22、所述距离统计单元用于统计排查区域内管道连接点到异常点的直线距离；

23、所述连接点分类单元用于将管道连接点按直线距离大小进行分类，分析不同分类结果中参数的分散度，获取分散度最大的分类结果；

24、所述排查顺序初筛单元用于按分散度最大的分类结果初次筛选各类别管道连接点的排查顺序，按各类别中管道连接点到异常点的平均直线距离从小到大的顺序进行管网混接排查，优先对平均直线距离最短的一类管道连接点进行管网混接排查。

25、进一步的，所述污染排查管理模块包括排查区域数据调取单元、混接概率分析单元和优先排查目标筛选单元；

26、所述排查区域数据调取单元的输入端连接所述排查区域划定单元和数据管理中心的输出端，所述排查区域数据调取单元的输出端连接所述混接概率分析单元的输入端，所述混接概率分析单元的输出端连接所述优先排查目标筛选单元的输入端；

27、所述排查区域数据调取单元用于统计分散度最大的分类结果中每个类别中管道连接点的数量，对管道连接点数量大于1的类别中的连接点周围的环境数据以及连接点处的管道数据进行调取：调取以连接点为圆心、r为半径的圆形区域内的商户增减信息、连接点处相互连接的管道数量以及管道安装时长数据至所述混接概率分析单元；

28、所述混接概率分析单元用于依据调取到的数据分析同一类别中不同连接点处出现管网混接的概率；

29、所述优先排查目标筛选单元用于比较不同连接点处出现管网混接的概率，依据比较结果筛选出若干个需要优先进行管网混接排查的管道连接点，安排优先对筛选出的管道连接点进行管网混接排查。

30、一种基于物联网的环境污染监测方法，包括以下步骤：

31、s01：对需要监测的区域进行实时的水环境污染监测，在监测数据异常时进行管网混接排查；

32、s02：采集需要进行管网混接排查的排查区域数据；

33、s03：调取并分析排查区域数据，将排查区域内的排查点进行分类；

34、s04：规划区域内不同类别排查点的排查顺序；

35、s05：分析同一类排查点处出现管网混接的概率，筛选出一个类别中需要优先进行管网混接排查的排查点。

36、进一步的，在步骤s01中：利用水质检测仪对需要进行检测的水源区域进行水质检测，将检测到的数据通过互联网实时传输到检测终端，在检测到水源区域内的污染物超标时，发送超标警报，采集检测到污染物超标的位置信息，将检测到的污染物超标处作为异常点，确认排查区域为：以异常点为圆心、x为半径的圆形区域，对圆形区域进行管网混接排查。

37、进一步的，在步骤s02中：采集到排查区域内共有n个管道连接点，采集n个管道连接点的位置信息，获取到n个管道连接点到异常点的直线距离集合为d＝{d1，d2，…，dn}，采集排查区域内的管道安装时长和连接点处连接的管道数量信息，采集排查区域内的商户增减信息。

38、进一步的，在步骤s03中：调取n个管道连接点到异常点的直线距离信息，将直线距离按从小到大的顺序进行排列，将n个管道连接点按排列后的直线距离大小分为m类，其中，前一类中每一个管道连接点到异常点的直线距离都小于后一类，获取到随机一个分类结果中，m类中每类管道连接点到异常点的平均直线距离集合为d＝{d1，d2，…，dm}，根据下列公式计算随机一个分类结果中，m类参数的分散度q：

39、

40、其中，i＝1,2,…,m，i表示第i个类别，di表示随机一个分类结果中，第i类管道连接点到异常点的直线距离，计算不同分类结果中m类参数的分散度，获取分散度最大的分类结果。

41、进一步的，在步骤s04中：统计到分散度最大的分类结果中，m类中每类管道连接点到异常点的平均直线距离集合为k＝{k1，k2，…，km}，按平均直线距离从小到大的顺序进行管网混接排查，优先对第一类管道连接点进行管网混接排查，在对第一类管道连接点完成管网混接排查后对第二类管道连接点进行管网混接排查，后续排查顺序依此类推；

42、考虑到距离污染超标位置越近的管道连接点处出现管网混接的概率越高，通过大数据技术采集排查区域内管道连接点到污染超标处，即异常点的距离数据，考虑到存在多个管道连接点到异常点的距离相近的情况，不单单只是按距离从大到小的顺序对管道连接点进行逐一排查，而是将管道连接点按距离进行分类，将到异常点距离相近的管道连接点分为一类，初步对一类管道连接点进行相近顺序甚至是同步的管网混接排查，相对于逐一排查而言加快了排查进度，保障了地下管网混接排查工作有序、合理地推进，另外，对于距离偏近的位置优先进行管网混接排查，提高了尽早排查出管网混接位置的概率。

43、进一步的，在步骤s05中：统计到分散度最大的分类结果中共有w类管道连接点数量大于1，调取到w个类别中的随机一类管道连接点处相互连接的管道数量集合为m＝{m1，m2，…，my}，其中，对应类别中共有y个管道连接点，y个管道连接点处相互连接的管道的平均已安装时长集合为e＝{e1，e2，…，ey}，以管道连接点为圆心、r为半径划分y个圆形区域，调取圆形区域内的商户增减信息：获取y个圆形区域内在[t，t]时间段内增加的商户数量，从增加的商户中获取位置处于两个圆形相交区域内的商户位置信息，得到随机一个处于相交区域内的商户到两个圆的圆心的距离分别为g1和g2，比较g1和g2：若g1>g2，将对应处于相交区域内的商户归为g2对应的圆形区域内增加的商户；若g1<g2，将对应处于相交区域内的商户归为g1对应的圆形区域内增加的商户；若g1＝g2，将对应处于相交区域内的商户归为两个圆中任意一个圆形区域内增加的商户，获取到y个圆形区域内在[t，t]时间段内增加的商户数量集合为f＝{f1，f2，…，fy}，f中的元素都不为0；

44、商户的增加可能会导致该区域出现管网混接问题的可能性增加，因此将商户增加数据纳入到判断管网混接概率范畴内，在统计区域内增加的商户数量过程中，考虑到区域间可能出现相交现象、且增加的商户正好处于两个区域相交的区域内，对统计结果造成误差，因此，通过比较处于相交区域内的商户位置到两个区域中心，即管道连接点的距离大小，商户距离管道连接点位置越近，判断越近的那个管道连接点处出现管网混接的概率越高，将商户数量纳入到距离较近的区域内，减少了统计数据误差；

45、根据下列公式计算对应类别中第v个管道连接点出现管网混接的概率pv：

46、

47、其中，mv表示对应类别中第v个管道连接点处相互连接的管道数量，ev表示对应类别中第v个管道连接点处相互连接的管道的平均已安装时长，fv表示第v个管道连接点对应的圆形区域内在[t，t]时间段内增加的商户数量，得到对应类别中y个管道连接点出现管网混接的概率集合为p＝{p1，p2，…，pv，…，py}，将概率按从大到小的顺序进行排列，将y个管道连接点按概率从大到小分为c类，其中，前一类中每一个管道连接点出现管网混接的概率都大于后一类，获取到随机一个分类结果中，c类中每类管道连接点出现管网混接的平均概率集合为p’＝{p1’，p2’，…，pc’}，根据公式计算随机一个分类结果中c类管道连接点出现管网混接的概率差异程度w，其中，pe’表示随机一个分类结果中，c类中第e类管道连接点出现管网混接的平均概率，比较不同分类结果中c类管道连接点出现管网混接的概率差异程度，获取概率差异程度最大的分类结果，筛选出概率差异程度最大的分类结果中的第一类管道连接点，对第一类管道连接点优先进行管网混接排查；

48、考虑到同一类别中可能出现管道连接点数量过多、无法合理安排排查工作的问题，进一步对同一类别中的管道连接点排查顺序进行规划，结合同一类别中管道连接点处来连接的管道数量、管道安装时长和周围区域增加的商户数量分析不同管道连接点处出现管网混接的概率，进一步通过比较概率大小在对应类别中筛选出部分需要优先排查的管道连接点，筛选出的管道连接点属于该类别中出现管网混接可能性偏高的点，对筛选出的管道连接点优先进行管网混接排查，由面到点，合理规划了多类别间、单类别内管道连接点的排查顺序，提高了地下管网混接的排查效率，降低了地下管网混接排查进度缓慢的对水生态环境的持续性影响。

49、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

50、本发明利用物联网技术进行水环境污染监测并传输监测数据，帮助实时掌握水环境信息以及时发现水环境污染异常情况；在发现污染异常时进行地下管网混接排查，通过大数据技术采集排查区域内管道连接点到污染超标处，即异常点的距离数据，考虑到存在多个管道连接点到异常点的距离相近的情况，不单单只是按距离从大到小的顺序对管道连接点进行逐一排查，而是将管道连接点按距离进行分类，将到异常点距离相近的管道连接点分为一类，初步对一类管道连接点进行相近顺序甚至是同步的管网混接排查，相对于逐一排查而言加快了排查进度，保障了地下管网混接排查工作有序、合理地推进，另外，对于距离偏近的位置优先进行管网混接排查，提高了尽早排查出管网混接位置的概率；

51、在统计区域内增加的商户数量过程中，考虑到区域间可能出现相交现象、且增加的商户正好处于两个区域相交的区域内，对统计结果造成误差，因此，通过比较处于相交区域内的商户位置到两个区域中心，即管道连接点的距离大小，商户距离管道连接点位置越近，判断越近的那个管道连接点处出现管网混接的概率越高，将商户数量纳入到距离较近的区域内，减少了统计数据误差，考虑到同一类别中可能出现管道连接点数量过多、无法合理安排排查工作的问题，进一步对同一类别中的管道连接点排查顺序进行规划，由面到点，合理规划了多类别间、单类别内管道连接点的排查顺序，提高了地下管网混接的排查效率，降低了地下管网混接排查进度缓慢的对水生态环境的持续性影响。