一种基于环境监测的双向供取方法、装置及系统与流程

1.本发明涉及生态环境监测和改造领域，尤其涉及一种基于环境监测的双向供取方法、装置及系统。


背景技术：

2.人为或自然因素导致某种物质进入环境，引起环境化学、物理、生物等方面特性的改变，影响环境功能和有效利用。对于目前的生态环境监测和改造的问题，主要存在以下方面问题：（1）现有技术中，对于环境迁移、环境改造、环境整体保护，通常采用多种设备协同完成，其中包括环境监测装置，环境混合物处理装置、环境混合物存储装置、环境混合物抽取装置和环境混合物供给装置等，通过上述装置，从而实现环境的监测、有效成分的抽取、供给和存储，但是，上述目前还没有一套集成环境监测、环境分析、环境混合物有效成分提取供给的一体化智能装置；（2）现有技术中，对于生态环境监测，通过带有传感器的测量设备对环境数据的监测。若将广泛存在于环境中的泛在信号与专用传感器的感知高效互补，将全面支撑人机物融合环境下的应用实现；会有更多感知维度，更稳定和更高精度的感知模型的出现和发展；另外现有监测数据没有建立环境三维时空模型。结果不直观、展现不生动。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供一种基于环境监测的双向供取方法、装置及系统，本发明通过对监测、分析、双向供取功能进行一体化结合，能够实现装置一体化程度高、自动化智能化程度高、准确性好的技术效果，并通过建立三维时空环境模型，能够以一种直观生动的方式展现区域环境，对生态环境改善的前期工作提供有力帮助。
4.本发明通过以下技术方案实现：一种基于环境监测的双向供取方法，包括：监测：根据双向供取装置上的监测设备和定位设备采集得到的监测数据和定位数据，建立三维时空环境模型，其中，所述监测数据包括气象监测因素、水域监测因素和土壤监测因素；分析：通过双向供取装置上的管网，对待监测区域内的环境混合物的有效成分进行采样，并对采样结果进行分析；双向供取：通过双向供取装置，对待监测区域内的环境混合物的有效成分进行置换、提取、存储和供给；其中，所述分析步骤具体包括以下子步骤：通过双向供取装置上的管网，对待监测区域内的环境混合物的有效成分进行采样；对采样结果进行环境数据分析，并将分析得到的环境数据通过云端协同方法进行
计算和比对，计算比对后得到的计算数据返回双向供取装置，双向供取装置根据返回的计算数据进行分析，根据分析结果进行双向供取。
5.进一步的，所述监测步骤具体包括以下子步骤：根据双向供取装置上的监测设备，进行监测数据采集，所述监测数据包括气象监测数据、水域监测数据和土壤监测数据，所述监测数据为实时监测数据，用于记录时间点上的气象监测数据、水域监测数据和土壤监测数据；根据双向供取装置上的定位设备，进行定位数据采集，所述定位数据包括管网定位数据、环境附着物定位数据；根据时间点上的气象监测数据、水域监测数据、土壤监测数据和定位数据，进行三维时空环境模型建立。
6.进一步的，所述监测设备包括用于监测空气环境的气象环境监测传感器、用于监测土壤环境的土壤环境监测传感器和用于监测水域环境的水域环境监测传感器，所述气象环境监测传感器监测得到气象监测数据并上传至双向供取装置，所述土壤环境监测传感器监测得到土壤监测数据并上传至双向供取装置，所述水域环境监测传感器监测得到水域监测数据并上传至双向供取装置。
7.进一步的，所述双向供取步骤具体包括以下子步骤：当需要对待监测区域内的环境混合物进行提取时，双向供取装置通控制管网上设置的置换设备，对环境混合物进行有效成分置换，再通过控制管网上的提取设备，将置换设备内的有效成分进行提取；管网提取的有效成分提取至存储设备内，双向供取装置根据分析后的分析结果，控制存储设备内的有效成分通过管网进行反向供给。
8.进一步的，所述监测步骤中，当双向供取装置进行土壤监测时，将双向供取装置上的管网分别布设于待监测土壤的表土层、心土层和底土层。
9.一种基于环境监测的双向供取装置，包括：管网，用于将待监测区域内的有效成分输送到存储设备，将存储设备中的成分供给到管网末端置换装置，其结构为双向管带，包括电力信号线；在管网上每隔一定的间隔安装化学、生物、物理的微型装置，将环境物质吸收提取；监测设备，用于对待监测区域进行监测，其中，所述监测区域包括气象区域、水域区域和土壤区域，所述监测设备安装于管网的环境监测端；定位设备，用于对管网的位置进行定位，所述定位设备安装于管网上的置换设备上；分析设备：用于对待监测区域内的环境混合物的有效成分进行采样，并对采样结果进行分析；双向供取设备：用于对待监测区域内的环境进行置换、提取、存储和供给；边缘计算设备，用于通过连接云计算平台，将监测设备的监测数据和定位设备的定位数据进行上传，并通过接收云计算平台分析计算后的数据，驱动控制双向供取设备；进一步的，还包括模型建立，用于根据监测设备和定位设备采集得到的监测数据和定位数据，建立三维时空环境模型。其中，所述双向供取设备还包括：置换设备，用于对环境混合物进行有效成分置换；
提取设备，用于对置换设备内的有效成分进行提取；供给设备，用于对存储设备内的有效成分进行供给；存储设备，用于对置换设备内的有效成分进行存储。
10.其中，所述监测数据包括气象监测因素、水域监测因素和土壤监测因素。
11.进一步的，所述提取设备包括抽吸泵和第一电机，所述第一电机的输入端连接边缘计算设备，所述第一电机的输出端连接抽吸泵，所述抽吸泵设置于管网的输出端上。
12.进一步的，所述供给设备包括压力泵和第二电机，所述第二电机的输入端连接边缘计算设备，所述第二电机的输出端连接压力泵，所述压力泵设置于管网的输出端上。
13.进一步的，还包括控制总站，所述控制总站无线通讯连接多个双向供取装置的边缘计算设备，所述控制总站用于对多个双向供取装置进行统一控制。
14.一种基于环境监测得双向供取系统，包括：三维时空模型建立模块，用于对待监测的环境区域建立立体的全方位的监测环境数据三维时空环境模型，并根据三维时空模型分析该区域的环境因素，其中，所述环境因素包括气象因素、水域因素、土壤因素。
15.环境分析计算模块，包括边缘计算分析和云平台计算分析。融合泛在学习和联合学习，用于对待监测区域内的环境混合物的采样结果结合人工智能算法进行分析。
16.本发明的有益效果：（1）本发明提出了一种基于环境监测的双向供取方法、装置及系统，通过本发明，能够对环境进行有效监测并能够对环境混合物进行采样、提取、分析、置换、存储、供给等，通过布设的管网实现双向供取功能，装置一体化程度高，节约人力物力，减少环境监测改造所消耗的成本；（2）本发明还通过建立三维时空环境模型，方便更准确的对待监测区域内的气象、水域、土壤环境进行监测；建立某时间段内，某区域的环境三维模型；分析该区域生物（植物、动物、微生物）生长因素；（3）通过本发明提出的基于环境监测的双向供取方法、装置及系统，能够适用于生态保护与修复、生态迁移、生态承载力评估、生态资源评价与监测等领域。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例提出的一种基于环境监测的双向供取方法的方法流程图；图2为本发明实施例提出的一种基于环境监测的分析步骤的方法流程图；图3为本发明实施例提出的一种基于环境监测的监测步骤的方法流程图；图4为本发明实施例提出的一种基于环境监测的双向供取步骤的方法流程图；图5为本发明实施例提出的一种基于环境监测的双向供取装置的装置结构框图。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
20.实施例1如图1、图2、图3、图4，本实施例提出一种基于环境监测的双向供取方法，包括：监测：根据双向供取装置上的监测设备和定位设备采集得到的监测数据和定位数据，建立三维时空环境模型，其中，所述监测数据包括气象监测因素、水域监测因素和土壤监测因素；分析：通过双向供取装置上的管网，对待监测区域内的环境成分进行采样，并对采样结果进行分析；双向供取：通过双向供取装置，对待监测区域内的环境混合物的有效成分进行置换、提取、存储和供给；其中，所述分析步骤具体包括以下子步骤：通过双向供取装置上的管网，对待监测区域内的环境混合物的有效成分进行采样；对采样结果进行环境数据分析，并将分析得到的环境数据通过云端协同方法进行分析计算，分析结果数据返回双向供取装置，双向供取装置根据分析结果进行双向供取。
21.进一步的，所述监测步骤具体包括以下子步骤：根据双向供取装置上的监测设备，进行监测数据采集，所述监测数据包括气象监测数据、水域监测数据和土壤监测数据，所述监测数据为实时监测数据，用于记录时间点上的气象监测数据、水域监测数据和土壤监测数据；根据双向供取装置上的定位设备，进行定位数据采集，所述定位数据包括管网定位数据、环境附着物定位数据；根据时间点上的气象监测数据、水域监测数据、土壤监测数据和定位数据，进行三维时空环境模型建立。
22.进一步的，所述监测设备包括用于监测空气环境的气象环境监测传感器、用于监测土壤环境的土壤环境监测传感器和用于监测水域环境的水域环境监测传感器，所述气象环境监测传感器监测得到气象监测数据并上传至双向供取装置，所述土壤环境监测传感器监测得到土壤监测数据并上传至双向供取装置，所述水域环境监测传感器监测得到水域监测数据并上传至双向供取装置。
23.进一步的，所述分析步骤中具体通过现有的人工智能的神经网络算法进行计算分析。
24.进一步的，所述双向供取步骤具体包括以下子步骤：当需要对待监测区域内的环境混合物的有效成分进行提取时，双向供取装置通控制管网上设置的置换设备，对环境混合物进行有效成分置换，再通过控制管网上的提取设备，将置换设备内的有效成分进行提取；管网提取的有效成分提取至存储设备内，双向供取装置根据分析后的分析结果，控制存储设备内的有效成分通过管网进行反向供给。
25.进一步的，所述监测步骤中，当双向供取装置进行土壤监测时，将双向供取装置上的管网分别布设于待监测土壤的表土层、心土层和底土层。
26.实施例2在实施例1的基础上，本实施例进一步提出一种基于环境监测的双向供取装置，如图5，包括：管网，用于将待监测区域内的有效成分输送到存储设备，将存储设备中的成分供给到管网末端置换装置，其结构为双向管带，包括电力信号线；在管网上每隔一定的间隔安装化学、生物、物理的微型装置，将环境物质吸收提取或置换；监测设备，用于对待监测区域进行监测，其中，所述监测区域包括气象区域、水域区域和土壤区域，所述监测设备安装于管网的环境监测端；定位设备，用于对管网的位置进行定位，所述定位设备安装于管网上的置换设备上；分析设备：用于对待监测区域内的环境混合物的有效成分进行采样，并对采样结果进行分析；双向供取设备：用于对待监测区域内的环境进行置换、提取、存储和供给；边缘计算设备，用于通过连接云计算平台，将监测设备的监测数据和定位设备的定位数据进行上传，并通过接收云计算平台计算后的数据，驱动控制双向供取设备；进一步的，还包括模型建立，用于根据监测设备和定位设备采集得到的监测数据和定位数据，建立三维时空环境模型，其中，所述监测数据包括气象监测因素、水域监测因素和土壤监测因素。
27.其中，所述双向供取设备还包括：置换设备，用于对环境混合物进行有效成分置换；提取设备，用于对置换设备内的有效成分进行提取；供给设备，用于对存储设备内的有效成分进行供给；存储设备，用于对置换设备内的有效成分进行存储。
28.进一步的，所述提取设备包括抽吸泵和第一电机，所述第一电机的输入端连接边缘计算设备，所述第一电机的输出端连接抽吸泵，所述抽吸泵设置于管网的输出端上。
29.进一步的，所述供给设备包括压力泵和第二电机，所述第二电机的输入端连接边缘计算设备，所述第二电机的输出端连接压力泵，所述压力泵设置于管网的输出端上。
30.进一步的，还包括控制总站，所述控制总站无线通讯连接多个双向供取装置的边缘计算设备，所述控制总站用于对多个双向供取装置进行统一控制。
31.其中，本实施例的具体实施原理流程如下：所述管网的布设可通过设置于双向供取装置上的agv机械设备进行布设，所述管网内包括有输送管路、供给管路和电力信号管网，如现有的双向的滴管带，其中，所述输送管路连接输送设备，所述供给管路连接供给设备，所述电力信号供给管网的输入端连接监测设备和定位设备，所述电力信号供给管网的输出端连接边缘计算设备。在另一种具体实施方式中，所述一路管网内的输送管路和供给管路可包括有多个。
32.所述输送管路的输入端可为设置有单向阀门的抽吸孔、抽吸座等，所述置换设备的输入端连接设置有单向阀门的抽吸孔、抽吸座，所述供给管路的输出端可为设置有单向
阀门的排放口、排放座等。所述置换设备为可拆卸结构。
33.所述管网内可设置有多个监测设备，如压力检测仪、流量监测仪、气体检测仪、ph值检测仪等。
34.所述管网内的定位设备安装结构与置换设备成1-1对应结构，即一个置换装置可设置有一个定位设备。
35.所述双向供取装置可适用于大型农田内使用，其数量根据实际情况增加，所述管网的布设面积也可根据检测面积增大。
36.该装置可以小型化、微型化，在单个农田环境使用，是agv机器人辅助农业生产或环境整治的机器；埋到地下的毛细管网，采用可降解材料制作；所述三维时空环境模型建立可通过gis、无人机航测、三维建模软件结合环境监测数据进行生成。
37.所述双向供取装置底部设置有驱动设备，所述驱动设备用于双向供取装置的移动，所述驱动设备可为可搭载该装置的车辆。在另一种实施例中，所述双向供取装置也可以放置于类似于野外泵房的环境。
38.实施例3在实施例2的基础上，本实施例提出另一种具体实施方式，其中，本实施方式应用于基于三维时空环境模型的生态环境监测评估，具体的，所述双向供取装置安设于待监测区，双向供取装置通过所述监测设备和定位设备，分别对待监测区内的水域、土壤和大气环境进行实时监测成分变化，例如ph值、稀有元素含量及其它微生物监测；经纬度上报；风向、风速、辐照、雨量、温度监测；混合物提取，并根据分析设备对环境混合物进行分析，实现对待监测区域内的环境成分进行统一分析。其次，所述双向供取装置通过建立好的三维时空环境模型可对待监测区内的三维环境数据进行直观生动的实时监测和评估。
39.实施例4在实施例2的基础上，本实施例提出另一种实施方式，其中，本实施例应用于被污染土地水域的清理恢复，具体的，所述双向供取装置首先安设于待恢复区，双向供取装置对待恢复区内的环境进行监测，并对环境混合物进行分析，分析数据通过云计算平台进行得到合理的修复方案。
40.对监测到的土壤成分做分析，根据成分不同，再采用物理、化学、生物的吸收提取方法；再根据分析结果，通过控制双向供取装置向待恢复区进行环境修复。
41.实施例5在实施例2的基础上，本实施例提出另一种实施方式，其中，本实施方式应用于生态优良区域如被占用良田的废弃处理，具体的，所述双向供取装置首先安设于环境待迁移区，双向供取装置对带迁移区内的环境进行监测，并对环境成分进行分析，分析得到环境数据通过云端协同计算分析，再根据分析结果提取环境有效成分，并进行存储。将存储有环境混合物的双向供取装置进行转移，转移至环境迁移区内，并通过双向供给设备进行供给。
42.实施例6
在实施例2的基础上，本实施例提出另一种实施方式，其中，本实施例应用于盐碱沙荒地的改造，具体的，所述双向供取装置首先安设于待改造盐碱沙荒地区，双向供取装置对待改造区内的环境进行监测，并对环境成分进行提取分析，分析得到土壤环境数据、水域环境数据和气象环境数据，通过云计算平台进行深度分析。再根据分析结果，提取环境有效成分，并进行存储。将存储有环境混合物的双向供取装置再次进行转移，转移至待改造区内，并通过供给设备进行供给，以此实现环境改造。
43.实施例7在实施例2的基础上，本实施例提出另一种实施方式，其中，本实施例应用于植被异地环境迁移，具体的，所述双向供取装置首先安设于环境待迁移区，双向供取装置对带迁移区内的环境进行监测分析，并对提取到的环境成分进行边缘侧分析，建立某区域环境精细模型对土壤微环境精细化管理；对待迁移区植物的生长环境数据通过云计算平台进行深度分析，再根据分析结果提取环境混合物，并进行存储。将存储有环境混合物的双向供取装置进行转移，转移至迁移区内，并通过供给设备进行供给，在指定的位置精准施控某种微量元素、肥料、微生物菌群，人工营造某种生物生长环境；所述待迁移区内种植有待迁移植物。
44.其具体实施原理流程如下：1.所述双向供取装置通过如实施例2所述的抽取设备对待迁移区内的环境样本进行提取，并通过如实施例1中的检测方法对待迁移区内的环境混合物进行分析；2.通过如实施例1中的提取方法对待迁移区内的环境混合物进行提取；3.所述双向供取装置通过如实施例2所述的供给设备对迁移区内的环境样本进行提取并通过如实施例1中的检测方法对迁移区内的环境混合物进行分析；4.通过如实施例1中的供给方法向迁移区进行供给。
45.基于实施例3-7，在其他实施例中，本领域技术人员能够想到本发明还可应用于如土壤环境监测站，用于对土壤进行环境监测、土壤改良、测土配方施肥技术、将已被污染土壤的土地复垦、提高土壤生产功能、土壤环境状况调查、土壤污染风险评估、风险管控、修复、风险管控效果评估、修复效果评估、土壤后期管理、提高土壤生产功能的生物修复措施、沙漠、盐碱地、滩涂、沼泽地等未利用地的监测和利用、对土壤的表土中的有用成分进行单独收集和存放；将置换出的土壤混合物优先用于土地复垦、土壤改良、造地和绿化、沙化土壤，包括已经沙化的土地和具有明显沙化趋势的土地、实施例与气象环境主管机构的气象环境数据融合分析。
46.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。