基于工业互联网的环境监测系统的制作方法

1.本发明涉及环境监测技术领域，具体为基于工业互联网的环境监测系统。


背景技术：

2.工业园区作为国民经济发展的关键载体和助推器，逐渐成为我国产业转型的主要模式之一。近年来，随着一些污染事件的曝光，工业园区的口碑也变得很差，有些工业园区原本被称为区域经济发展的引擎，现在却成了集污纳垢的代名词，流域水环境的破坏和饮用水源的污染，将工业园区推到了风口浪尖。
3.与城市污水处理厂的污水相比，工业园区污水处理系统往往缺乏针对性的设计和管理经验，监测精度低、数据存储回放难以及缺少水质预测分类功能等问题，这使得园区水污染控制面临巨大挑战；不仅如此，由于工业园区污染物排放总量较高，大部分工业园区存在土壤污染风险，由此带来的环境风险隐患日益突出。因此，为了及时准确掌握工业园区水质和土壤环境污染性质、等级及成因，为水质土壤污染风险管控和修复治理提供技术支撑，实现工业园区绿色、安全、可持续发展，设计提升监测质量和优化工业园区环境的基于工业互联网的环境监测系统是很有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供基于工业互联网的环境监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于工业互联网的环境监测系统，包括污染数据采集模块、污染数据处理模块和园区环境管理模块，所述污染数据采集模块用于采集工业园区水质污染数据和土壤污染数据，所述污染数据处理模块用于对采集到的污染数据进行处理，所述工业园区环境管理模块用于根据分析后的污染数据对工业园区环境进行管理，所述污染数据处理模块与污染数据采集模块网络连接，所述工业园区环境管理模块与污染数据处理模块网络连接。
6.根据上述技术方案，所述污染数据采集模块包括数据库存储模块、企业录入模块、水质数据采集单元、土壤污染检测单元和环境监控模块，所述数据库存储模块用于存储采集到的污染数据，所述企业录入模块用于企业在入驻工业园区时录入基本信息，所述水质数据采集单元用于对工业废水水质污染数据进行采集，所述土壤污染检测单元用于对工业园区土壤进行污染检测，所述环境监控模块用于对各环境监测点进行监控并与各企业对应。
7.根据上述技术方案，所述污染数据处理模块包括水质污染分析模块、土壤污染分析模块和实时数据展示模块，所述水质污染分析模块用于对水质污染数据进行分析，所述土壤污染分析模块用于对土壤污染数据进行分析，所述实时数据展示模块用于对工业园区污染数据进行实时展示并可查询历史数据，所述水质污染分析模块和土壤污染分析模块均与实时数据展示模块网络连接。
8.根据上述技术方案，所述工业园区环境管理模块包括工业污染程度分析模块、用户管理模块和监管调节模块，所述工业污染程度分析模块用于对工业园区的工业污染程度进行分析，所述用户管理模块用于对工业园区用户对环境监测的数据查看进行管理，所述监管调节模块用于根据污染程度对排放污染的企业进行监管调节，所述监管调节模块与工业污染程度分析网络连接。
9.根据上述技术方案，所述污染数据采集模块的运行方法主要包括以下步骤：
10.步骤s1：建立数据库，对环境监测点信息及采集、处理、分析后的环境污染数据信息进行存储；
11.步骤s2：企业在入驻工业园区时，录入其基本信息并存储至数据库形成用户信息表；
12.步骤s3：将污水采样装置置于各企业废水排放点附近，将水质传感器嵌入，自动抽取污水供水质传感器进行检测，所述水质传感器包括ph值传感器、cod传感器和浊度传感器，对污水的ph值、浑浊度和cod值进行检测；
13.步骤s4：利用布点采样原则，对土壤的污染数值进行检测；
14.步骤s5：设置检测周期为t，每隔t时间进行一次污水和土壤采样检测；
15.步骤s6：在每个监测点安装监控摄像，对监测点实时监控。
16.根据上述技术方案，所述污染数据处理模块的运行方法主要包括以下步骤：
17.步骤a1：读取cod传感器、ph值传感器和浊度传感器数据，并获取土壤采样检测出的重金属含量数据，对采集到的数据进行crc校验；
18.步骤a2：分别根据水质污染数据和土壤重金属含量数据进行水质污染和土壤污染的分析；
19.步骤a3：将采集到的数据传输至实时数据展示模块，检测出的水质和土壤数据通过数据动态曲线动态、清晰、形象地展示给用户，同时根据用户权限需要随时可以查询历史任何时间段的数据。
20.根据上述技术方案，所述步骤a2进一步包括以下步骤：
21.步骤a21：将一次水质数据和土壤数据记为一个集合，获取时间段t的水质数据集合s
t
＝{z，x，m}，获取时间段t的土壤数据集合p
t
＝{a1，a2，
…
，ai}；
22.步骤a22：设置浊度超标阈值为z0，cod超标阈值为x0，ph值的酸性阈值为ma，碱性阈值为mb，当z＜z0且x＜x0且m∈(ma，mb)，计算该时间段的水质综合污染指数；
23.步骤a23：设置水质综合污染指数的阈值为s0和s1，具体水质综合污染指数计算为：s＝k(az+bx+cm)；
24.步骤a24：设置土壤综合污染指数的阈值为p0和p1，具体土壤综合污染指数计算公式为：
[0025][0026]
pi为土壤中重金属i的单项污染指数，具体为：
[0027][0028]
根据上述技术方案，所述工业园区环境管理模块的运行方法主要包括以下步骤：
[0029]
步骤b1：根据污染数据处理模块处理计算后的数据对该工业园区的工业污染程度进行分析；
[0030]
步骤b2：工业园区用户在使用该系统前，对用户身份进行验证，监测平台读取本地既有配置文件里的数据库登录信息，用户登录校验阶段，系统会将用户输入的个人信息与用户信息表中的数据信息进出对比，确定不同用户获取不同的访问权限；
[0031]
步骤b3：根据分析后的污染等级对涉及水质和土壤污染的企业进行监管调节。
[0032]
根据上述技术方案，所述步骤b1进一步包括以下步骤：
[0033]
步骤b11：基于水质浊度、cod指数和ph值酸碱性均未超标的情况，当水质综合污染指数s≤s0时，判定为轻度水质污染；当s∈(s0，s1)时，判定为中度水质污染，当s≥s1时，判定为重度水质污染；
[0034]
步骤b12：基于土壤综合污染指数，当土壤综合污染指数p≤p0时，判定为轻度土壤污染；当p∈(p0，p1)时，判定为中度土壤污染，当p≥p1时，判定为重度土壤污染；
[0035]
步骤b13：综合工业园区污染等级判定以基于水质或土壤的判定的最高预警等级为标准。
[0036]
根据上述技术方案，所述步骤b3进一步包括以下步骤：
[0037]
步骤b31：对于水质污染，当时，向该监测点对应企业发出水质浊度超标警告；当时，向该监测点对应企业发出水质cod指数超标警告；当时，向该监测点对应企业发出水质ph值酸性或碱性超标警告；
[0038]
步骤b32：对于水质综合污染指数，当指数为轻度水质污染，向该监测点对应企业发出水质污染轻度提醒；当指数为中度水质污染，向该监测点对应企业发出水质污染一级警告；当指数为重度水质污染，向该监测点对应企业发出水质污染二级警告并责令立即停止废水排放，进行整改；
[0039]
步骤b33：对于土壤综合污染指数，当指数为轻度土壤污染，向该监测点对应企业发出土壤污染轻度提醒；当指数为中度土壤污染，向该监测点对应企业发出土壤污染一级警告；当指数为重度土壤污染，向该监测点对应企业发出土壤污染二级警告并责令立即停止废水排放，进行整改。
[0040]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过设置有污染数据采集模块、污染数据处理模块和工业园区环境管理模块，利用水质传感器对污水参数进行采集，对废水排放附近土壤进行采样检测，并对每个监测点实时监控，避免一些企业为了逃避环境监测不达标的情况，在工业园区进行环境数据采样时或之前，针对性地进行停工停产；分别以单项参数和多种参数综合分析水质污染和土壤污染程度，并进行等级分类，根据不同等级向对应企业发布不同等级的警告，实现对工业园区的环境监测，提升工业园区环境监测体系以及环境监测力度，达到工业园区和环境两者和谐发展的局面。
附图说明
[0041]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0042]
图1是本发明的系统模块组成示意图。
具体实施方式
[0043]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044]
请参阅图1，本发明提供技术方案：基于工业互联网的环境监测系统，包括污染数据采集模块、污染数据处理模块和园区环境管理模块，污染数据采集模块用于采集工业园区水质污染数据和土壤污染数据，污染数据处理模块用于对采集到的污染数据进行处理，工业园区环境管理模块用于根据分析后的污染数据对工业园区环境进行管理，污染数据处理模块与污染数据采集模块网络连接，工业园区环境管理模块与污染数据处理模块网络连接，通过设置有污染数据采集模块、污染数据处理模块和工业园区环境管理模块，利用水质传感器对污水参数进行采集，对废水排放附近土壤进行采样检测，并对每个监测点实时监控，避免一些企业为了逃避环境监测不达标的情况，在工业园区进行环境数据采样时或之前，针对性地进行停工停产；分别以单项参数和多种参数综合分析水质污染和土壤污染程度，并进行等级分类，根据不同等级向对应企业发布不同等级的警告，实现对工业园区的环境监测，提升工业园区环境监测体系以及环境监测力度，达到工业园区和环境两者和谐发展的局面。
[0045]
污染数据采集模块包括数据库存储模块、企业录入模块、水质数据采集单元、土壤污染检测单元和环境监控模块，数据库存储模块用于存储采集到的污染数据，企业录入模块用于企业在入驻工业园区时录入基本信息，水质数据采集单元用于对工业废水水质污染数据进行采集，土壤污染检测单元用于对工业园区土壤进行污染检测，环境监控模块用于对各环境监测点进行监控并与各企业对应。
[0046]
污染数据处理模块包括水质污染分析模块、土壤污染分析模块和实时数据展示模块，水质污染分析模块用于对水质污染数据进行分析，土壤污染分析模块用于对土壤污染数据进行分析，实时数据展示模块用于对工业园区污染数据进行实时展示并可查询历史数据，水质污染分析模块和土壤污染分析模块均与实时数据展示模块网络连接。
[0047]
工业园区环境管理模块包括工业污染程度分析模块、用户管理模块和监管调节模块，工业污染程度分析模块用于对工业园区的工业污染程度进行分析，用户管理模块用于对工业园区用户对环境监测的数据查看进行管理，监管调节模块用于根据污染程度对排放污染的企业进行监管调节，监管调节模块与工业污染程度分析网络连接。
[0048]
污染数据采集模块的运行方法主要包括以下步骤：
[0049]
步骤s1：建立数据库，对环境监测点信息及采集、处理、分析后的环境污染数据信息进行存储；
[0050]
步骤s2：企业在入驻工业园区时，录入其基本信息并存储至数据库形成用户信息表，基本信息包括各企业的具体位置、工业内容以及具体废水排放量；
[0051]
步骤s3：将污水采样装置置于各企业废水排放点附近，将水质传感器嵌入，自动抽取污水供水质传感器进行检测，水质传感器包括ph值传感器，先将检测到的污水中氢离子浓度转换成对应的电信号再进行输出、cod传感器，在一定条件下用强氧化剂处理废水，水中还原性物质所消耗的强氧化剂的量，和浊度传感器，用来检测污水中含有的有机物、浮物
等杂质，并在检测完毕后自动清洗检测槽和传感器，由于化工污水中含有大量可以腐蚀传感器的化学成分，这样可以避免传感器因长期置于污水中被腐蚀，导致检测精度下降，同时延长传感器使用寿命，对污水的ph值、浑浊度和cod值进行检测；
[0052]
步骤s4：利用布点采样原则，将企业废水排放水域附近区域分成面积相等的若干个单元，在每个单元内布设一个监测点位，3m以内土层深度按照每0.5m取一个土样，3m以后按照每1m取一个土样的取样方式进行采样，对土壤的污染数值进行检测；
[0053]
步骤s5：设置检测周期为t，每隔t时间进行一次污水和土壤采样检测；
[0054]
步骤s6：在每个监测点安装监控摄像，对监测点实时监控，避免一些企业为了逃避环境监测不达标的情况，在工业园区进行环境数据采样时或之前,针对性地进行停工停产，以使得工业园区的环境质量得到暂时性的提高，造成监测结果无法反应工业园区实际环境质量情况。
[0055]
污染数据处理模块的运行方法主要包括以下步骤：
[0056]
步骤a1：读取cod传感器、ph值传感器和浊度传感器数据，并获取土壤采样检测出的重金属含量数据，对采集到的数据进行crc校验，检查传感器采集到的数据是否正确，若错误，则删除错误数据，正确则将数据进行封装并存储至数据库中；
[0057]
步骤a2：分别根据水质污染数据和土壤重金属含量数据进行水质污染和土壤污染的分析；
[0058]
步骤a3：将采集到的数据传输至实时数据展示模块，检测出的水质和土壤数据通过数据动态曲线动态、清晰、形象地展示给用户，用户可以依据具体数据判断水质和土壤大概污染状况，同时根据用户权限需要随时可以查询历史任何时间段的数据，使用户能够更好地了解污染情况。
[0059]
步骤a2进一步包括以下步骤：
[0060]
步骤a21：将一次水质数据和土壤数据记为一个集合，获取时间段t的水质数据集合s
t
＝{z，x，m}，z为水质浊度，x为cod值，m为ph值，获取时间段t的土壤数据集合p
t
＝{a1，a2，
…
，ai}，其中a1，a2，
…
，ai分别对应土壤中各重金属的含量；
[0061]
步骤a22：设置浊度超标阈值为z0，cod超标阈值为x0，ph值的酸性阈值为ma，碱性阈值为mb，当z《z0且x《x0且m∈(ma，mb)，计算该时间段的水质综合污染指数；
[0062]
步骤a23：设置水质综合污染指数的阈值为s0和s1，具体水质综合污染指数计算为：s＝k(az+bx+cm)，式中，a、b、c分别为水质浊度、cod值和ph值所对应的权重，受各水质参数的严重程度影响，且a+b+c＝1，k为水质参数与水质综合污染指数间的转换系数，为大于0的常数值；
[0063]
步骤a24：设置土壤综合污染指数的阈值为p0和p1，具体土壤综合污染指数计算为：
[0064][0065]
式中，p为采样点土壤综合污染指数，pi为土壤中重金属i的单项污染指数，具体为：
[0066][0067]
p
imax
为土壤中重金属i的单项污染指数最大值，ai为土壤中重金属i的实测数据，li为重金属i的评价标准，以国家标准为评价标准。
[0068]
工业园区环境管理模块的运行方法主要包括以下步骤：
[0069]
步骤b1：根据污染数据处理模块处理计算后的数据对该工业园区的工业污染程度进行分析；
[0070]
步骤b2：为了保证数据及系统的安全性，数据库保存的既有数据不会被未授权操作数据权限的人进行恶意删除，工业园区用户在使用该系统前，对用户身份进行验证，监测平台读取本地既有配置文件里的数据库登录信息，用户登录校验阶段，系统会将用户输入的个人信息与用户信息表中的数据信息进出对比，确定不同用户获取不同的访问权限；
[0071]
步骤b3：根据分析后的污染等级对涉及水质和土壤污染的企业进行监管调节。
[0072]
步骤b1进一步包括以下步骤：
[0073]
步骤b11：基于水质浊度、cod指数和ph值酸碱性均未超标的情况，当水质综合污染指数s≤s0时，判定为轻度水质污染；当s∈(s0，s1)时，判定为中度水质污染，当s≥s1时，判定为重度水质污染；
[0074]
步骤b12：基于土壤综合污染指数，当土壤综合污染指数p≤p0时，判定为轻度土壤污染；当p∈(p0，p1)时，判定为中度土壤污染，当p≥p1时，判定为重度土壤污染；
[0075]
步骤b13：综合工业园区污染等级判定以基于水质或土壤的判定的最高预警等级为标准，即若基于水质判定污染等级为中度，基于土壤判定污染等级为轻度，最终综合工业园区污染等级为中度。
[0076]
步骤b3进一步包括以下步骤：
[0077]
步骤b31：对于水质污染，当z≥z0时，向该监测点对应企业发出水质浊度超标警告；当x≥x0时，向该监测点对应企业发出水质cod指数超标警告；当m≤ma或m≥mb时，向该监测点对应企业发出水质ph值酸性或碱性超标警告；
[0078]
步骤b32：对于水质综合污染指数，当指数为轻度水质污染，向该监测点对应企业发出水质污染轻度提醒；当指数为中度水质污染，向该监测点对应企业发出水质污染一级警告；当指数为重度水质污染，向该监测点对应企业发出水质污染二级警告并责令立即停止废水排放，进行整改；
[0079]
步骤b33：对于土壤综合污染指数，当指数为轻度土壤污染，向该监测点对应企业发出土壤污染轻度提醒；当指数为中度土壤污染，向该监测点对应企业发出土壤污染一级警告；当指数为重度土壤污染，向该监测点对应企业发出土壤污染二级警告并责令立即停止废水排放，进行整改；企业每收到一次警告，对其进行一次标记，并根据警告程度的不同，统计工业园区内每一家企业的各中等级警告次数，二级警告三次以上立即上报至相关部门进行严惩。
[0080]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0081]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。