一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统，包括无人机本体、终端计算平台和水环境检测设备；无人机本体用于数据的采集和数据的传输，其包括定位导航模块、飞行控制模块、图像采集模块和无线通信模块；图像采集模块、飞行控制模块和定位导航模块通过无线通信模块与终端计算平台通信连接；水环境检测设备用于采集水环境的数据信息；水环境检测设备获取的数据通过无线通信方式传输至终端计算平台；终端计算平台用于数据的获取及处理，其包括数据处理模块、数据库引擎模块；该系统扩大了水域监测的监测范围，并实现了监测的实时性和自动化。

An AI intelligent real-time monitoring system for water environmental protection

【技术实现步骤摘要】
一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统
本专利技术涉及水环境污染监测
，特别涉及一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统。
技术介绍
针对水环保监测行业应用系统，现有技术主要有两种方式：人工监测与水环境质量在线监测系统。人工监测：主要是巡查人员使用智能手机或其它移动终端对水域进行人工巡查，当发现问题后通过携带的终端设备上报发现的问题，此方式使用传统的终端-服务器的信息化技术，严重依赖人工巡查，巡查速度慢，成本高，覆盖水域范围受人力限制，覆盖率只有5％。在线监测：以安装的固定监测点为水环境监测终端，使用网络技术实现监测站点实时在线与数据通信，能够实现实时的水环境水质数据，但站点检测设备种类多，有的需要监测固定站房，造成单个监测点位的建设成本高，因为设备不能移动所以只能监测固定点位的水环境状况不能对全域水环境进行有效监测(覆盖率极低只在个别点位才有监测设备)，不适用于大规模水环境监测。再有，现有技术中一些水质检测利用无人机对需要监测的水域进行取样，然后需要人工对取回的样品进行测试，判断监测水域中水环境的污染情况，这种方式虽然可以扩大水环境的监测范围，但是却不能实现实时监测，也不能实现完全自动化的监测。因此，为了扩大水域监测的监测范围，并实现实时监测以及监测的自动化，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的水环境污染监测中存在的监测范围小，不能实时监测，且监测过程不能自动化的问题，本专利技术提供了一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统，该系统利用无人机对全水域进行图像采集，结合在水环境检测设备采集的数据，并通过无线通信传输至终端计算平台，并对数据进行处理，扩大了水域监测的监测范围，并实现了监测的实时性和自动化。本专利技术实施例提供了一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统，包括：无人机本体、终端计算平台和水环境检测设备；所述无人机本体用于数据的采集和数据的传输，其包括定位导航模块、飞行控制模块、图像采集模块和无线通信模块；所述图像采集模块、飞行控制模块和定位导航模块通过无线通信模块与所述终端计算平台通信连接；所述水环境检测设备用于采集水环境的数据信息，且位于监测水域中；所述水环境检测设备获取的数据通过无线通信方式传输至所述终端计算平台；所述终端计算平台用于数据的获取及处理，其包括数据处理模块、数据引擎模块。本专利技术通过使用无人机采集图像，实现了监测设备的可移动，扩大了监测水域的范围，并结合水环境检测设备采集的数据对水环境的污染状况进行预测，保证了水环境污染状况判断的准确性。在一个实施例中，所述水环境检测设备包括：水位计、雨量器、流量检测设备、水质检测设备、土壤墒情检测设备。其中，水质检测设备包括如检测水温、pH、电导率、COD(ChemicalOxygenDemand，化学需氧量)、TOC(TotalOrganicCarbon，总有机碳)、氨氮、硝氮、磷酸盐、叶绿素等多项水质指标的各种检测仪；需要指出的是，为满足不同水质的需求，可有针对性的选择全部或部分水质指标进行监测，也可在此基础上再加入其它水质在线检测仪器；通过水环境检测设备可以对水环境有一个全面的数据监测，从而保证水环境的监测结果的准确性。在一个实施例中，所述定位导航模块为由GPS导航系统和惯性导航系统构成的组合导航系统；上述GPS导航系统用于采集无人机的地理坐标信息，惯性导航系统用于采集无人机的姿态数据和加速度数据等。在一个实施例中，所述图像采集模块用于采集水环境的图像信息，其采集设备为高分辨率CCD相机、轻型光学相机、红外扫描仪、激光扫描仪中的任意一种。在一个实施例中，所述无线通信模块为LORA无线通信模块，通过无线通信模块实现了无人机和终端计算平台之间的数据传输。在一个实施例中，所述飞行控制模块根据所述终端计算平台发出的指令控制无人机飞行，通过终端计算平台发布有关无人机飞行指令，飞行控制器接收指令控制无人机的飞行，其中飞行指令包括：无人机的飞行速度、飞行地点、飞行姿态等。在一个实施例中，所述数据库引擎模块用于存储和调用所述水环境检测设备获取的水环境数据信息和图像采集模块获取的图像数据。在一个实施例中，所述数据处理模块包括：图像检测单元和污染扩散预测单元；所述图像检测单元包括：采用大量的水环境相关图片通过Adam优化算法和超级收敛结合对神经网络进行训练，获得基于HIS颜色模型与LBP纹理特征提取融合的图像检测模型；所述图像检测模型用于检测水环境是否污染。其中，Adam是一种可以替代传统随机梯度下降过程的一阶优化算法，它能基于训练数据迭代的更新神经网络权重，Adam算法和传统的随机梯度下降不同。随机梯度下降保持单一的学习率(即alpha)更新所有的权重，学习率在训练过程中并不会改变。而Adam通过随机梯度的一阶矩估计和二阶矩估计而为不同的参数设计独立的自适应性学习率，利用Adam优化算法和超级收敛结合使网络训练速度提高3.5倍。所述污染扩散预测单元；利用所述水环境检测设备获取的数据，结合所述图像检测模型的图像检测结果及3D空间数据，建立四维水污染扩散预测模型；当所述图像检测模型输出监测区域已被污染的信息，所述四维水污染扩散预测模型，根据所述监测区域的污染信息及水环境检测设备获取的数据，建立仿真污染物的扩散过程，确定污染源与污染范围。通过图像检测模型判断水环境的污染状况，将其与水环境检测设备获取的数据结合，利用水污染扩散预测模型，就能在10秒钟内快速仿真污染物的扩散过程，确定污染源与污染范围，预测速度很快。在一个实施例中，所述终端计算平台还包括自动报警模块；所述自动报警模块接收所述数据处理模块的处理结果，根据数据处理模块的结果进行报警；其报警方式为声、光或震动报警中的一种或多种。本专利技术提供的一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统，利用人工智能技术实时处理无人机采集的图像数据结合水环境监测设备数据对水环境污染情况进行实时判定并将判定结果数据提交给自动报警模块进行污染预警处理，该方法无须人工对水域进行巡查，大大提高了巡查速度，监测范围增大，实现从数据采集、数据处理到预警的全自动化处理过程，并且实现了对水环境污染的情况的实时判断。本专利技术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，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术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。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的天地一体的AI智能水环保实时监测系统结构示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统，其特征在于，包括：无人机本体、终端计算平台和水环境检测设备；/n所述无人机本体用于数据的采集和数据的传输，其包括定位导航模块、飞行控制模块、图像采集模块和无线通信模块；/n所述图像采集模块、飞行控制模块和定位导航模块通过无线通信模块与所述终端计算平台通信连接；/n所述水环境检测设备用于采集水环境的数据信息，且位于监测水域中；/n所述水环境检测设备获取的数据通过无线通信方式传输至所述终端计算平台；/n所述终端计算平台用于数据的获取及处理，其包括数据处理模块、数据库引擎模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统，其特征在于，包括：无人机本体、终端计算平台和水环境检测设备；
所述无人机本体用于数据的采集和数据的传输，其包括定位导航模块、飞行控制模块、图像采集模块和无线通信模块；
所述图像采集模块、飞行控制模块和定位导航模块通过无线通信模块与所述终端计算平台通信连接；
所述水环境检测设备用于采集水环境的数据信息，且位于监测水域中；
所述水环境检测设备获取的数据通过无线通信方式传输至所述终端计算平台；
所述终端计算平台用于数据的获取及处理，其包括数据处理模块、数据库引擎模块。


2.如权利要求1所述的一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统，其特征在于，所述水环境检测设备包括：水位计、雨量器、流量检测设备、水质检测设备、土壤墒情检测设备。


3.如权利要求1所述的一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统，其特征在于，所述定位导航模块为由GPS导航系统和惯性导航系统构成的组合导航系统。


4.如权利要求1所述的一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统，其特征在于，所述图像采集模块用于采集水环境的图像信息，其采集设备为高分辨率CCD相机、轻型光学相机、红外扫描仪、激光扫描仪中的任意一种。


5.如权利要求1所述的一种天地一体的AI智能水环保实时监测系统，其特征在于，所述无线通信模块为LORA无线通信模块。

【专利技术属性】
技术研发人员：吕杨，于泉贵，马晴，高新春，姜涵文，
申请(专利权)人：山东星云环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37