一种污染监控装置和方法与流程

1.本发明涉及监测控制领域，具体涉及一种污染监控装置和方法。


背景技术：

2.控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。控制测量是指在测区内，为大地测量、摄影测量、地形测量和工程测量建立控制网所进行的测量，水土污染监控则可以通过测量控制检测来完成。按测量任务所要求的精度，测定一系列控制点的平面位置和高程，建立起测量控制网，作为各种测量的基础。
3.在进行环境控制测量的过程中，则需要设置相应的控制系统，控制整个系统在稳定且精度高的运行状态下完成相应的监控，例如通过设置控制网来控制全局，限制测量误差累积的作用，是各项测量工作的依据。水体污染作为环境监控测量的一种重要对象，地下水污染主要指人类活动引起地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变而使质量下降的现象。通常水土污染的监控基于地表层上，例如现有的地下水土资源监控方法中，可以通过遥感图像的处理得到水土污染的区域及其情况，地下水土的检测可以对水土污染的深度情况，以及水土污染在地下部分的污染情况进行检测，从而更好的对需要检测的区域进行监测。现有技术中也存在通过采集部分水土样品进行分析（试纸分析，实验室分析等），从而得到水土污染的情况。
4.目前，微型光谱技术的发展已经可以利用微型光谱芯片实现水质等的检测，近年来快速检测领域得到了非常广泛的应用，然而在检测的过程中，则对应的需要配备监控装置和方法来实现对整个监控过程的把控。
5.然而，现有方案中并未针对水土污染实现采用利用微型光谱技术实现的检测方式，并对应的设置监控装置和方法进行全过程的监控把控，现有的监控装置和方法都是直接利用光谱技术进行直接检测，也或者采用高光谱卫星进行检测，在整个监测的过程中设置监控装置和方法来实现流程的监控，其监控方式单一，同时不能实现实时高精度连续的检测，其检测精度低。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种污染监控装置和方法，其可以对环境监测全过程进行监控，实现实时高精度连续的监控，从而能够准确对地下水土资源的污染情况进行监控。
7.本发明提供了一种污染监控装置，包括采集器，采集检测装置，处理装置，控制器，显示装置，扩展接口，传输模块和存储服务器；处理装置分别连接采集检测装置，控制器，显示装置，扩展接口和传输模块，控制器还连接采集器，传输模块还连接存储服务器，采集器
以可拆装的方式与采集检测装置连接，其中：扩展接口，用于外接扩展设备；处理装置，用于发出控制信号至控制器驱动控制采集器，对检测数据进行分析处理，以及将分析处理结果发送至显示装置进行显示，同时将分析处理结果和检测数据经传输模块一并发送至存储服务器；控制器，用于接收来自处理装置的控制信号，并基于控制信号控制采集器对地下水土样品进行采集；传输模块，用于接收来自处理装置发送的分析处理结果和检测数据，并将其转换为标准格式后发送至存储服务器；采集检测装置，包括腔体，检测室和微型光谱仪，其中腔体的上端均匀设置呈直线排列的三个输入口，腔体内均匀的交叉设置有多个孔径相同的圆棒，多个圆棒的两端都分别连接腔体内相对的两个内壁；腔体底部中心设置有矩形输出口；检测室以可拆卸的方式设置于腔体的下端与其连接，且检测室上端的收集孔与矩形输出口连通；微型光谱仪设置于检测室的底部下方；存储服务器，用于接收标准格式的分析处理结果和检测数据，并将其进行存储。
8.其中，所述采集器包括底座，驱动器，套管，钻头和装配座，驱动器设置于底座下部，驱动器的下端连接钻头，套管的两端分别连接驱动器和装配座，且部分套设于钻头；装配座的尺寸大于腔体的三个输入口的孔径，装配座能够以可拆卸的方式安置于任意输入口上。
9.其中，存储服务器包括本地服务器和远端服务器，远端服务器和本地服务器无线通讯连接，传输模块将标准格式的分析处理结果和检测数据发送至本地服务器，或同时发送至本地服务器和远端服务器；本地服务器能够将其本地存储的标准格式的分析处理结果和检测数据发送至远端服务器。
10.其中，所述三个输入口分别为中心输入口和两侧的输入孔，两侧的输入孔的孔径相同且大于中心输入口的孔径。
11.其中，矩形输出口两端分别依次均匀设置有多个矩形槽，且多个矩形槽的槽边高度沿远离中心的方向依次递减。
12.其中，底座能够与外部驱动装置连接，利用外部驱动装置能够带动底座移动定位于需要采集的位置处。
13.其中，存储服务器还与终端设备通过网络连接。
14.本发明还提供了一种污染监控方法，利用污染监控装置实现，包括如下步骤：（1）在需要采集的测量地位置处，进行地下水土区域的水土采集，并将采集的地下水土样品释放后至采集检测装置进行检测；（2）基于检测数据进行分析，获取水土污染情况的变化程度，并基于确定地下水土污染情况的延伸方向和面积区域，基于其延伸方向和面积区域选择进行下一步的测量；（3）将分析处理结果发送至显示装置进行显示，同时将分析处理结果和检测数据一并发送至存储服务器；（4）接收标准格式的分析处理结果和检测数据，并将其进行存储。
15.其中，所述步骤（2）具体为基于分析结果获取地下水土污染情况相比步骤（1.4）中
判断的水土污染情况的变化程度，并基于变化程度和目标深度，以及测量地和两处距离其距离相同处的地点的位置关系，确定地下水土污染情况的延伸方向和面积区域，基于其延伸方向和面积区域选择进行下一步的测量，其中确定水土污染情况的延伸方向的方式为当变化程度为向远处变大时，则将测量地作为中心，两处距离其距离相同处的点作为半径上的两个弧边的端点进行连线构成扇形，将其覆盖区域的两边作为延伸方向的角度范围。
16.其中，所述步骤（1）具体包括：（1.1）将采集器定位于需要采集的测量地位置处，驱动钻头向测量地的地下水土方向钻入，到达目标深度后，进行地下水土区域的水土采集，并将采集的水土样品收纳于套筒中；（1.2）将采集器与采集检测装置连接，将装配座至于中心输入口上，将套筒中收纳的地下水土样品释放后进入中心输入口，其中水土样品经过预处理后满足释放条件；（1.3）水土样品进入腔体后受到多个圆棒的影响，依次进入矩形输出口和多个矩形槽，其中进入矩形输出口的水土样品散落在检测室的底部；（1.4）通过微型光谱仪对检测室底部的水土样品进行检测，并通过光谱分析得到水土样品的物质成分及其含量；将分析结果和目标深度进行映射，判断测量地在目标深度的水土是否发生污染，如果是则进入下一步骤；否则，更换测量地，返回步骤（1.1）；（1.5）将采集器与采集检测端断开，在另外两处距离测量地相同距离处的目标深度，利用地下水土的采集器进行两处地下附加水土样品的采集，并预处理后满足释放条件的附加水土样品依次分别加入两侧的输入孔，形成混合地下水土样品；其中两处附加水土样品的采集量分别为采集测量地的水土样品量的一半；（1.6）通过微型光谱仪对检测室底部的混合地下水土样品进行检测，通过光谱分析得到混合水土样品的物质成分及其含量，同样将分析结果和目标深度进行映射。
17.其中，步骤（1.1）中将采集的水土样品收纳于套筒中，具体为：利用钻头采集后驱动向上，进入套筒中后进行水土样品释放后存储于套筒中。
18.有益效果：本发明的污染监控装置和方法，应用于对地下水土资源的环境监测的控制和调节，可以实现准确且实时的检测，通过随机分布方式结合光谱检测，同时设计了特定的采集器结合采集检测装置，首次利用圆棒结构实现了随机进行正态分布的方式，实现了随机和可控的结合，同时以及特定的方式实现延伸方向的确定，提高了测量的准确性，可高效地确定变化趋势，为进一步的监控奠定基础。
附图说明
19.图1为污染监控装置的电控部分结构示意图；图2为采集检测装置结构示意图；图3为地下水土的采集器结构示意图；附图标记说明：腔体 1，检测室 2，微型光谱仪 3，底座 4，驱动器 5，套管 6，钻头 7和装配座 8。
具体实施方式
20.下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发
明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
21.本发明提供了一种污染监控装置和方法，其可以对环境监测全过程的监控，其具体实现方式如附图1-附图3所示，其中图1为污染监控装置的电控部分结构示意图，图2为采集检测端结构示意图，图3为地下水土的采集器结构示意图，下面对污染监控装置和方法进行具体的介绍。
22.本发明提供了一种污染监控装置，其基于微型光谱技术实现，能够准确对地下水土资源的污染情况进行监控，污染监控装置电控部分结构如附图1所示。污染监控装置包括采集器，采集检测端，处理装置，控制器，显示装置，扩展接口，传输模块和存储服务器；处理装置分别连接采集检测端，控制器，显示装置，扩展接口和传输模块，控制器还连接采集器，传输模块还连接存储服务器，采集器以可拆装的方式与采集检测端连接。
23.其中，处理装置，用于发出控制信号至控制器，从而利用控制器驱动控制采集器对地下水土样品进行采集，并对检测数据进行分析处理，将分析处理结果发送至显示装置进行显示，同时将分析处理结果和检测数据经传输模块一并发送至存储服务器。对于处理装置而言，其包括中央处理单元(cpu)，其可以根据存储在只读存储器(rom)中的程序或者从存储部分加载到随机访问存储器(ram)中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram中，还存储有计算机系统操作所需的各种程序和数据。
24.控制器，用于接收来自处理装置的控制信号，并基于控制信号控制采集器按照预设方式对地下水土样品进行采集，其中预设方式包括对采集频率，周期，速度等参数进行预设形成的方式，此处可根据实际进行设置，不做限制。
25.扩展接口，用于外接扩展设备，从而实现污染监控装置的功能拓展，例如可外接故障检测测试设备，软件更新设备等。
26.传输模块，用于接收来自处理装置发送的分析处理结果和检测数据，并将其转换为标准格式后发送至存储服务器，其中传输模块可以为有线或无线传输模块。
27.存储服务器，用于接收标准格式的分析处理结果和检测数据，并将其进行存储。其中，存储服务器包括本地服务器和远端服务器，远端服务器和本地服务器无线通讯连接，传输模块可将标准格式的分析处理结果和检测数据发送至本地服务器，或同时发送至本地服务器和远端服务器。并且，本地服务器也可将其本地存储的标准格式的分析处理结果和检测数据发送至远端服务器。
28.存储服务器还可与终端设备通过网络进行连接，终端设备可以为手机、平板电脑、笔记本和台式计算机中的至少一种。存储服务器可以是提供各种服务的服务器（本地、远程），例如用户利用终端设备所发起的查询/监控请求提供支持的存储服务器。存储服务器可以对接收到的用户查询/监控请求等数据进行处理，获取相关网关地址，查询/监控完成后，并将查询/监控结果反馈给监控终端。
29.对于服务器，其以得到广泛的应用，其为计算机的一种，它比普通计算机运行更快、负载更高、价格更贵。服务器在网络中为其它客户机（如pc机、智能手机、atm等终端甚至是火车系统等大型设备）提供计算或者应用服务。服务器具有高速的cpu运算能力、长时间的可靠运行、强大的i/o外部数据吞吐能力以及更好的扩展性。根据服务器所提供的服务，一般来说服务器都具备承担响应服务请求、承担服务、保障服务的能力。服务器作为电子设
备，其内部的结构十分的复杂，但与普通的计算机内部结构相差不大。
30.下面，结合附图2所示，其为采集检测端(采集检测装置)的结构示意图。具体的，采集检测装置包括腔体1，检测室2和微型光谱仪3，其中腔体1的上端均匀设置呈直线排列的三个输入口，分别为中心输入口和两侧的输入孔，其中两侧的输入孔的孔径相同，且大于中心输入口的孔径。腔体1和监测室2分别为矩形的腔体和监测室。腔体内均匀的交叉设置有多个孔径相同的圆棒，多个圆棒的两端都分别连接腔体内相对的两个内壁。腔体底部中心设置有矩形输出口，矩形输出口两端分别依次均匀设置有多个矩形槽，且多个矩形槽的槽边高度沿远离中心的方向依次递减，优选的方式中矩形输出口两边各设置三个矩形槽，其中优选的方式中，腔体1的尺寸为30cm*20cm*5cm，检测室的尺寸为10cm*10cm*10cm。
31.检测室2以可拆卸的方式设置于腔体1的下端与其连接，且检测室2上端的收集孔与矩形输出口连通。检测室2的底部为透明材料。微型光谱仪3设置于检测室2的底部下方，并且与处理装置电性连接。
32.采集器用于地下水土样品的采集，如附图3所示，地下水土的采集器包括底座4，驱动器5，套管6，钻头7和装配座8，其中驱动器5设置于底座4下部，驱动器的下端连接钻头7，套管6的两端分别连接驱动器5和装配座8，且部分套设于钻头。需要说明的是，底座4可以与外部驱动装置连接，从而利用外部驱动装置带动底座移动，定位于需要采集的位置处。驱动器5与控制器连接，从而使得在控制器的控制下，驱动器5带动钻头7向目标地的地下水土方向钻入，到达目标的深度后，进行地下水土区域的水土采集，并将采集的水土收纳于套筒6中，具体的收纳方式不作限制，利用现有的方式即可实现，例如直接利用钻头7采集后驱动向上，进入套筒6中后进行水土的处理后，释放存储于套筒6中，也可采集后装入套筒6中等方式实现。装配座8的尺寸大于腔体1的上端的三个输入口的孔径，当采集完水土资源后，可直接将装配座8置于输入口上，直接将套筒中收纳的地下水土释放后进入对应的输入口进行检测。
33.检测时，利用随机注入呈正态分布（如附图2虚线部分）的原理，水土样品进入腔体后受到多个圆棒的影响，会依次进入矩形输出口和多个矩形槽，并且中间进入的水土样品量沿中心向两边将依次减少。需要说明的是，利用钻头采集的水土样品为固态状的水土样品，将其进行粉碎后注入对应的输入口，但是水土样品可能为粘稠状的半固体状态，因此可能需要对其进行处理后进行粉碎处理才满足进入腔体检测的条件，具体的方式可以为在套筒6中进行预处理，例如通过加热去除水分使其成为固态，然后借助粉碎装置在套筒中直接进行粉碎后，将粉碎后的水土样品注入对应的输入口，也可以将采集到的水土样品取出后进行预处理，例如通过加热去除水分使其成为固态，在外部进行粉碎后再次装入套筒中后，再将粉碎后的水土样品注入对应的输入口，当然优选的方式中可以在套筒6中预处理和粉碎可以减少操作的难度。此外，由于装配座能够以可拆卸的方式安置于任意输入口上，因此装配座可拆卸可以方便套筒内的预处理操作，也可以方便加热去除水土样品水分，也可以方便借助粉碎装置在套筒内直接进行粉碎。当然，也可以直接涉及对应的预处理装置和粉碎装置适配于装配座进行安装后进行预处理。
34.在实际的利用微型光谱技术实现的地下水土资源检测的过程中，首先，利用地下水土的采集器对测量地的进行地下水土样品的采集，将采集到的水土样品先注入中心输入口，水土样品最终散落在检测室2的底部，通过微型光谱仪则可对其进行检测，通过光谱分
析则可得到水土样品的物质成分及其含量，这样的方式可以有效的将水土样品进行随机分离，但依然按照可控的方式进行，将随机和控制有效结合。
35.然后，在另外两处距离测量地相同距离处，利用采集器进行两处地下水土样品的采集，并依次分别加入两侧的输入孔，由于两侧输入孔的偏心设置方式，使得进入检测室2的水土样品量相对较少，两次注入的水土样品实现了混合，利用微型光谱仪再次进行检测，则可以分析以测量地为主，针对测量地区域的水土污染情况，且将附加水土样品并非以大量混合的方式进行混合，实现了随机混合且量可控，测量效果更佳。
36.下面，对于本发明污染监控装置和方法进行具体的介绍。微型光谱仪已经为本领域常用的检测仪器，用其进行监测的方式属于现有技术，但是本发明结合特殊结构的采集器，采集检测装置结合了微型光谱仪，实现了地下水土污染的检测，具体的光谱分析方法可采用成分分析法等方式进行。本发明提供了一种污染监控方法，包括依次进行的如下步骤：首先，将水土采集器定位于需要采集的测量地位置处，利用驱动器带动钻头向测量地的地下水土方向钻入，到达目标深度后，进行地下水土区域的水土采集，并将采集的水土样品收纳于套筒中；将采集的水土样品收纳于套筒中，具体可为利用钻头采集后驱动向上，进入套筒中后进行水土样品释放后存储于套筒中。
37.其次，将水土采集器与采集检测端连接，将装配座至于中心输入口上，将套筒中收纳的地下水土样品释放后进入中心输入口，其中水土样品经过预处理后满足释放条件；具体的利用钻头采集的水土样品为固态状的水土样品，将其进行粉碎后注入对应的输入口，但是水土样品可能为粘稠状的半固体状态，因此可能需要对其进行处理后进行粉碎处理才满足进入腔体检测的条件。
38.再次，然后，水土样品进入腔体后受到多个圆棒的影响，依次进入矩形输出口和多个矩形槽，其中进入矩形输出口的水土样品散落在检测室的底部；然后，通过微型光谱仪对检测室底部的水土样品进行检测，并通过光谱分析得到水土样品的物质成分及其含量；将分析结果和目标深度进行映射，判断测量地在目标深度的水土是否发生污染，如果是则进入下一步骤；否则，更换测量地，返回首步骤；再然后，将水土采集器与采集检测端断开，在另外两处距离测量地相同距离处的目标深度，利用地下水土采集器进行两处地下附加水土样品的采集，并依次分别加入两侧的输入孔，形成混合地下水土样品；其中两处附加水土样品的采集量分别为采集测量地的水土样品量的一半；最后，通过微型光谱仪对检测室底部的混合地下水土样品进行检测，通过光谱分析得到混合水土样品的物质成分及其含量，同样将分析结果和目标深度进行映射；基于分析结果获取地下水土污染情况相比上述步骤中判断的水土污染情况的变化程度，并基于变化程度和目标深度，以及测量地和两处距离其距离相同处的地点的位置关系，确定地下水土污染情况的延伸方向和面积区域，基于其延伸方向和面积区域选择进行下一步的测量，并作出保护应对措施。其中，在确定水土污染情况的延伸方向的方式为当变化程度为向远处变大时，则将测量地作为中心，两处距离其距离相同处的点作为半径上的两个弧边的端点进行连线构成扇形，将其覆盖区域的两边作为延伸方向的角度范围。
39.同时，分析处理结果发送至显示装置进行显示，同时分析处理结果和检测数据还一并发送至存储服务器，服务器端接收标准格式的分析处理结果和检测数据，并将其进行
存储。其中，存储服务器包括了本地服务器和远端服务器，因此还可利用传输模块将标准格式的分析处理结果和检测数据发送至本地服务器，或同时发送至本地服务器和远端服务器。在此基础上，本地服务器也可将其本地存储的标准格式的分析处理结果和检测数据发送至远端服务器。
40.此外，还包括利用终端设备发起查询/监控请求至存储服务器，存储服务器对接收到的用户查询/监控请求等数据进行处理，获取相关网关地址，查询/监控完成后，将查询/监控结果反馈给监控终端。
41.尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。