【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下排污口排查，尤其涉及一种基于数据分析的水下排污口排查定位系统及方法。
技术介绍
1、水下排污口排查定位一直是水域水环境治理的重要工作，其淹没于水下的特点使得排查工作较为困难。现有技术中，水下排污口排查常用方法有降水排查和水质检测结果反演法，降水排查法即通过降低水域水深，使其暴露的方式进行排查，这种方法协调难度大，可操作性不高；水质检测结果反演法即通过对水域进行水质检测，通过对比水质变化趋势判别是否存在排污口，但是这种方法调查的随机性强、成本高且无法实现对排污口的精准定位。随着技术手段的升级，陆续引入水下机器人等手段辅助调查。
2、如公开号为cn112381369a专利申请公开了一种基于水质检测结果利用数学模型反演排污口位置的方法，这种方法采用理论公式进行推演计算，而水体污染物迁移影响因素复杂，得到的结果准确性不易保证。
3、又如公开号为cn113741489a的专利申请公开了一直用于排污口溯源的水下机器人及搜寻定位方法，其搜寻方式依靠浊度进行路线规划，若水下排污口排放的水体比水域水体清洁，则依靠最大浊度方向作为前进方向的路径规划模式存在遗漏的几率，而且在实际水体透明度较低，仅用水下摄像头进行拍照识别的方式成功率不高。
4、再如公开号为cn110672807a的专利申请虽然提出依靠无人船进行水质采样进行分析判断排污口水质是否超标，应用场景是对已掌握的排污口进行动态监管，不适用于未知的排污口排查和定位。
技术实现思路
1、本专利技术
2、为实现上述目的，一方面，本专利技术提出一种基于数据分析的水下排污口排查定位系统，包括船体，在船体上设置有水质检测装置、压力采集装置、影像采集装置、动力装置以及环境感知装置；还包括处理器；所述水质检测装置包括水质检测探头，且该水质检测探头可向下伸入至水体中检测水质的nh3-n、tp，并将检测数据传输至处理器；所述压力采集装置用于检测水体不同深度的压力，并将压力数据传输至处理器；所述影像采集装置用于在不同水下深度进行摄影并将图像传输至处理器；所述动力装置用于驱动所述船体运动；所述环境感知装置用于进行船体与岸边距离判定以及水深判定，并将数据传输至处理器；在船体内还设置有gps模块，用于将船体的位置信息发送至处理器；还包括人机交互终端和遥控装置，人机交互终端与处理器连接，遥控装置分别与所述动力装置、影像采集装置、水质检测装置、压力采集装置控制连接。
3、优选的，所述压力采集装置包括伸缩杆体、以及设置在伸缩杆体下端的压力采集板；伸缩杆体的上端与所述船体连接；在压力采集板上均布有多个压力传感器。
4、优选的，所述影像采集装置包括立杆、转向杆、升降杆以及防水摄像头；立杆竖直安装在所述船体上，转向杆水平设置，且转向杆的一端可转动安装在立杆的顶部，转向杆的另一端升降杆的顶端连接，防水摄像头安装在升降杆的下端。
5、另一方面，本专利技术提出一种基于数据分析的水下排污口排查定位方法，采用上述基于数据分析的水下排污口排查定位系统，包括：
6、s1：将船体放置在待研究的水体上，船体按设定的巡检路线在水体中运动；
7、s2：船体在水体内运动过程中下放水质检测装置中的水质检测探头，以设定好的时间步长对水体内nh3-n、tp浓度进行检测，并将检测数据传输至处理器，同时利用gps模块将将采样点坐标发送至处理器；
8、s3：处理器对接收到的水质数据中污染物浓度进行实时分析并在人机交互终端进行显示，t时刻污染物浓度分别记为上一时刻即t-1时刻检测到的污染物浓度即为通过分析和的关系，利用遥控装置发出指令控制船体前进或者后退；
9、s4：若需要船体前进，则重复步骤s2和步骤s3；若需要船体后退，则使得船体运动至t-1时刻的位置并保持稳定，船体执行后退指令，则标记t-1时刻与t时刻船体所处位置之间的区域为疑似区域wi；
10、s5：启动压力采集装置并采集不同深度位置处的压力数据，并将压力数据传输至处理器；启动影像采集装置并采集不同深度位置处的影像并传输至处理器；采集到的数据在人机交互终端进行显示；
11、s6：驱动船体向t时刻的位置方向运动一段距离，重复s5步骤，直至船体运动至t时刻的位置完成剖面压力采集、以及完成剖面影像采集；
12、s7：处理器通过卡尔曼滤波对根据步骤s5至s6采集到压力数据进行过滤以及进行水深标定，建立疑似区域wi中各个压力子矩阵数据ei，按采样顺序依次进行排列得到疑似区域wi的剖面压力矩阵ri；处理器自动遍历矩阵r中的所有值筛选得到矩阵中最大值，以最大值为中心，对交叉节点进行标记，将标记的点作为排污口所处的位置区间；
13、s8：判定点在矩阵中的位置，计算得到排污口位置坐标和深度坐标；
14、s9：重复上述步骤s2至步骤s8，即可完成水域内所有水下排污口的搜索。
15、优选的，在所述步骤s3中，
16、当时：
17、
18、其中：ai为污染物浓度增加阈值系数，取值为0.1～0.5。
19、当时，
20、
21、其中：bi为污染物浓度降低阈值系数；
22、
23、式中：ki为nh3-n和tp的综合衰减系数，δt为时间步长。
24、优选的，在所述步骤s4中，利用船体上的环境感知装置进行船体与岸边距离判定以及水深判定，环境感知装置为声呐装置，发出声呐信号并接收反馈将信息传输给处理器，处理器根据声呐信息推演得到船体距岸边距离、距水底距离h。
25、优选的，所述压力采集装置中具备多段杆件组成的伸缩杆体，伸缩杆体下端连接压力采集板，每段杆件长度为l；根据船体距水底距离l确定杆件的数量nmax，计算公式为在所述步骤s5中，集不同深度位置处的压力数据时，伸展伸缩杆体使得压力采集板下降浸入水中，杆件伸展节数nmax，nmax＝{0,1,2，…}；杆件数量为0时开始伸展压力采集板，伸展完毕后保持静止1min后开启压力传感器并采集数据，采集时间为1min；采集完毕后继续伸展下一杆件，重复上述过程直到伸展杆件数量等于nmax，采集完毕后收回压力采集板，当nmax＝0时，仅进行定位标记，放弃压力检测。
26、优选的，所述压力采集装置上的压力采集板按照3×3矩阵分布有9个压力传感器，在所述步骤s7中，压力数据进行卡尔曼滤波及水深标定后输出压力子矩阵ei；进行卡尔曼滤波后保留平均值进行水深标定，水深标定后的实际动水压力值将得到的动水压力实际值输出组成压力子矩阵ei。
27、优选的，压力子矩阵为3×3的矩阵剖面压力矩阵ri为m×n矩阵，其中n＝nmax+1。
28、由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果如下：
29、(1)本专利技术通过实时判断水体内污染物浓度的波动识别水下排污口分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数据分析的水下排污口排查定位系统，其特征在于，包括船体(1)，在船体(1)上设置有水质检测装置(2)、压力采集装置(3)、影像采集装置(4)、动力装置(5)以及环境感知装置(7)；还包括处理器(6)；所述水质检测装置(2)包括水质检测探头，且该水质检测探头可向下伸入至水体中检测水质的NH3-N、TP，并将检测数据传输至处理器(6)；所述压力采集装置(3)用于检测水体不同深度的压力，并将压力数据传输至处理器(6)；所述影像采集装置(4)用于在不同水下深度进行摄影并将图像传输至处理器(6)；所述动力装置(5)用于驱动所述船体(1)运动；所述环境感知装置(7)用于进行船体(1)与岸边距离判定以及水深判定，并将数据传输至处理器(6)；在船体(1)内还设置有GPS模块，用于将船体(1)的位置信息发送至处理器(6)；还包括人机交互终端和遥控装置，人机交互终端与处理器(6)连接，遥控装置分别与所述动力装置(5)、影像采集装置(4)、水质检测装置(2)、压力采集装置(3)控制连接。
2.如权利要求1所述的一种基于数据分析的水下排污口排查定位系统，其特征在于，所述压力采集装
3.如权利要求1所述的一种基于数据分析的水下排污口排查定位系统，其特征在于，所述影像采集装置(4)包括立杆(4a)、转向杆(4b)、升降杆(4c)以及防水摄像头(4d)；立杆(4a)竖直安装在所述船体(1)上，转向杆(4b)水平设置，且转向杆(4b)的一端可转动安装在立杆(4a)的顶部，转向杆(4b)的另一端升降杆(4c)的顶端连接，防水摄像头(4d)安装在升降杆(4c)的下端。
4.一种基于数据分析的水下排污口排查定位方法，其特征在于，采用权利要求1至3任一项所述的基于数据分析的水下排污口排查定位系统，包括：
5.如权利要求4所述的一种基于数据分析的水下排污口排查定位方法，其特征在于，在所述步骤S3中，
6.如权利要求4所述的一种基于数据分析的水下排污口排查定位方法，其特征在于，在所述步骤S4中，利用船体(1)上的环境感知装置(7)进行船体(1)与岸边距离判定以及水深判定，环境感知装置(7)为声呐装置，发出声呐信号并接收反馈将信息传输给处理器(6)，处理器(6)根据声呐信息推演得到船体(1)距岸边距离、距水底距离H。
7.如权利要求6所述的一种基于数据分析的水下排污口排查定位方法，其特征在于，所述压力采集装置(3)中具备多段杆件组成的伸缩杆体(3a)，伸缩杆体(3a)下端连接压力采集板(3b)，每段杆件长度为L；根据船体(1)距水底距离L确定杆件的数量Nmax，计算公式为在所述步骤S5中，集不同深度位置处的压力数据时，伸展伸缩杆体(3a)使得压力采集板(3b)下降浸入水中，杆件伸展节数Nmax，Nmax＝{0,1,2，…}；杆件数量为0时开始伸展压力采集板(3b)，伸展完毕后保持静止1min后开启压力传感器并采集数据，采集时间为1min；采集完毕后继续伸展下一杆件，重复上述过程直到伸展杆件数量等于Nmax，采集完毕后收回压力采集板(3b)，当Nmax＝0时，仅进行定位标记，放弃压力检测。
8.如权利要求7所述的一种基于数据分析的水下排污口排查定位方法，其特征在于，所述压力采集装置(3)上的压力采集板(3b)按照3×3矩阵分布有9个压力传感器(3c)，在所述步骤S7中，压力数据进行卡尔曼滤波及水深标定后输出压力子矩阵Ei；进行卡尔曼滤波后保留平均值进行水深标定，水深标定后的实际动水压力值将得到的动水压力实际值输出组成压力子矩阵Ei。
9.如权利要求8所述的一种基于数据分析的水下排污口排查定位方法，其特征在于，压力子矩阵为3×3的矩阵剖面压力矩阵Ri为m×n矩阵，其中n＝Nmax+1。
...【技术特征摘要】
1.一种基于数据分析的水下排污口排查定位系统，其特征在于，包括船体(1)，在船体(1)上设置有水质检测装置(2)、压力采集装置(3)、影像采集装置(4)、动力装置(5)以及环境感知装置(7)；还包括处理器(6)；所述水质检测装置(2)包括水质检测探头，且该水质检测探头可向下伸入至水体中检测水质的nh3-n、tp，并将检测数据传输至处理器(6)；所述压力采集装置(3)用于检测水体不同深度的压力，并将压力数据传输至处理器(6)；所述影像采集装置(4)用于在不同水下深度进行摄影并将图像传输至处理器(6)；所述动力装置(5)用于驱动所述船体(1)运动；所述环境感知装置(7)用于进行船体(1)与岸边距离判定以及水深判定，并将数据传输至处理器(6)；在船体(1)内还设置有gps模块，用于将船体(1)的位置信息发送至处理器(6)；还包括人机交互终端和遥控装置，人机交互终端与处理器(6)连接，遥控装置分别与所述动力装置(5)、影像采集装置(4)、水质检测装置(2)、压力采集装置(3)控制连接。
2.如权利要求1所述的一种基于数据分析的水下排污口排查定位系统，其特征在于，所述压力采集装置(3)包括伸缩杆体(3a)、以及设置在伸缩杆体(3a)下端的压力采集板(3b)；伸缩杆体(3a)的上端与所述船体(1)连接；在压力采集板(3b)上均布有多个压力传感器(3c)。
3.如权利要求1所述的一种基于数据分析的水下排污口排查定位系统，其特征在于，所述影像采集装置(4)包括立杆(4a)、转向杆(4b)、升降杆(4c)以及防水摄像头(4d)；立杆(4a)竖直安装在所述船体(1)上，转向杆(4b)水平设置，且转向杆(4b)的一端可转动安装在立杆(4a)的顶部，转向杆(4b)的另一端升降杆(4c)的顶端连接，防水摄像头(4d)安装在升降杆(4c)的下端。
4.一种基于数据分析的水下排污口排查定位方法，其特征在于，采用权利要求1至3任一项所述的基于数据分析的水下排...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖厅厅，罗超，杨璐瑶，魏浪，张亚，张庆，余灿，张奎，李楠，陈昱潼，詹静雅，陈晓乐，何娟，
申请(专利权)人：中电建生态环境设计研究有限公司，
类型：发明
国别省市：
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