一种水环境污染预警系统方法
技术领域
本发明涉及水环境技术领域，具体是一种水环境污染预警系统方法。
背景技术
水环境是指自然界中水的形成、分布和转化所处空间的环境，是指围绕人群空间及可直接或间接影响人类生活和发展的水体，其正常功能的各种自然因素和有关的社会因素的总体；
随着近些年来工业不断的发展以及人们生活水平的不断提高，工业废水和生活污水的产量也在不断的增加，工业废水和生活污水的直接排放是导致水环境污染的最终原因，由于河流之间的相互连通，一处污水的排放，可能导致整条河流出现严重的水环境污染，影响人们的生活品质，而对于水环境污染的预警和预测，可以很好地得知一处污水的排放是否会导致整条河流的污染以及可以预测某一河段造成污染的时间已经污染程度，使得可以及时的做出应对和处理预案，减轻污水排放对于水环境的污染，及时的制止水环境污染的进一步增大，所以，人们急需一种水环境污染预警系统及其方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水环境污染预警系统方法，以解决现有技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水环境污染预警系统，该预警系统包括数据采集模块、图像处理模块、数据处理中心和显示模块；
所述数据采集模块的输出端电性连接图像处理模块和数据处理中心的输入端，所述图像处理模块的输出端电性连接数据处理中心的输入端，所述数据处理中心的输出端电性连接显示模块的输入端；
所述数据采集模块用于对河流水体数据、环境数据和河道数据进行采集，用于对水环境污染蔓延的速度进行计算，对水环境污染进行及时的预警，使得可以及时的做出水环境污染的应对预案，减轻水环境污染的程度，所述图像处理模块用于对河道数据进行处理，用于河道数据进行整合和计算，所述数据处理中心用于对数据采集模块和图像处理模块处理的数据进行处理和计算，所述显示模块用于对数据处理中心处理的数据进行整合和显示，使得可以对河道水环境污染预警的污染程度和时间进行直观的显示。
作为优选技术方案，所述数据采集模块包括溶解氧传感器、流速计、温度传感器、光照传感器和雷达扫描单元；
所述溶解氧传感器、流速计、温度传感器和光照传感器的输出端电性连接数据处理中心的输入端，所述雷达扫描单元的输出端电性连接图像处理模块的输入端；
所述溶解氧传感器用于对河道水体的溶解氧浓度进行检测，作为判断河道水体是否被污染的依据，所述流速计用于对河道水体的流速进行检测和测量，作为预测水环境污染蔓延速度的依据，所述温度传感器用于对当前环境温度进行检测，作为影响溶解氧浓度的因素，所述光照传感器用于对当前环境的光照强度进行检测，作为影响溶解氧浓度的因素，所述雷达扫描单元用于对整条河流的河道轮廓进行扫描，作为水体水体计算的依据。
作为优选技术方案，所述图像处理模块包括边缘虚化单元、模型建立单元和数据标注单元；
所述雷达扫描单元的输出端电性连接边缘虚化单元的输入端，所述边缘虚化单元的输出端电性连接模型建立单元的输入端，所述模型建立单元的输出端电性连接数据标注单元的输入端，所述数据标注单元的输出端电性连接数据处理中心的输入端；
所述边缘虚化单元用于对雷达扫描单元所扫描的河道轮廓边缘进行虚化，使得可以准确的确认河道的边缘，使得可以计算出河道水体数据，所述模型建立单元用于对扫描和虚化的河道轮廓进行模型的建立，使得可以更加直接的进行数据的计算，提高数据计算的准确度，所述数据标注单元用于在建立的河道模型上进行河道数据的标注。
作为优选技术方案，所述数据处理中心包括时间记录单元、数据计算模块和数据修正单元；
所述时间记录单元和数据修正单元的输出端均电性连接数据计算模块的输入端；
所述时间记录单元用于对时间进行记录，使得可以更好地对河流污染的时间和速度进行计算，所述数据计算模块根据数据采集模块和图像处理模块处理的数据对河流污染的程度和时间进行计算，所述数据修正单元根据河流同一位置的污染预测数据和实际检测数据对预测数据修正，保证之后预测数据的准确程度，避免预测数据偏差过大。
作为优选技术方案，所述显示模块包括数据整合单元和预警显示单元；
所述数据计算模块的输出端电性连接数据整合单元的输入端，所述数据整合单元的输出端电性连接预警显示单元的输入端；
所述数据整合单元用于对数据计算模块计算的预测数据进行整合，将数据整合成图表的形式，所述预警显示单元用于对数据整合单元整合的图表信息进行显示，使得可以更加直观的了解对河流污染预测的数据。
一种水环境污染预警方法，该方法包括以下步骤：
S1、利用监测设备对河流不同河段的水环境进行检测；
S2、利用图像处理模块对河道的数据信息进行处理；
S3、利用数据处理中心对水环境检测数据和河道数据信息进行计算；
S4、对河流污染水域信息进行预测，利用显示模块对预测结果进行显示；
S5、利用实际检测数据和数据修正单元对污染水域信息进行修正；
S6、利用显示模块同时对修正后的污染水域信息和原预测污染水域信息进行显示；
S7、将所有数据归类存入数据库。
作为优选技术方案，所述步骤S1-S2中，所述监测设备所在集合为A＝{A1，A2，A3，…，An}，所述监测设备检测的溶解氧浓度集合为B＝{B1，B2，B3，…，Bn}，两个所述监测设备之间的距离为L，所述监测设备检测的河水流速集合为C＝{C1，C2，C3，…，Cn}，所述监测设备检测的河流温度平均值为T，所述监测设备检测的河流平均光照强度为G；
所述图像处理模块处理之后的河道轮廓模型的宽度为X，河道底部圆弧的半径为R，河道中河水的最低深度为H，河道底部圆弧所在圆心与河道圆弧边部之间的夹角为α，河道底部圆弧边部至其所在圆心的连线与水平面的夹角为θ。
作为优选技术方案，所述步骤S3-S4中，根据公式：
Ya＝H*X*L；
Y＝Ya+Yb；
其中，Y表示两个相邻监测设备之间河水的体积；
不同监测设备所在的河段的河水体积集合为Y＝{Y1，Y2，Y3，…，Yn-1}；
根据公式：
其中，k表示监测设备所在的河段，t表示在在t时间后Bk河段将开始被污染，Bk表示预测的第k个监测设备所在河段的溶解氧浓度；
所述数据整合模块对每一个监测设备所在的河段的预测被污染时间和预测溶解氧浓度进行整合，并利用数据显示模块对其进行显示。
作为优选技术方案，所述步骤S5-S6中，所述监测设备的对被污染之后的河流不同河段的溶解氧浓度检测数据集合为D＝{D1,D2,D3,…,Dm}，根据实际监测设备检测的溶解氧浓度代替原有预测的溶解氧浓度带入公式：
其中，Bp表示根据实际污染之后的溶解氧浓度修正之后的未被污染的河段即将被污染之后的溶解氧浓度；
所述数据整合单元重新对预测的数据进行整合，所述数据显示单元对重新修正预测之后的数据进行显示。
作为优选技术方案，所述步骤S7中，记录修正预测数据中温度传感器检测的温度数据T和光照传感器检测的光照数据G，并将该河段的预测污染后的溶解氧浓度和实际污染后的溶解氧浓度以及温度数据T和光照数据G归类存入数据库。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用图像处理模块，可以对河道轮廓信息进行采集和处理，使得可以对河道内部的河水的体积进行计算，当污染源出现污水排放时，可以根据污水对河流造成的污染程度判断是否会对当前的整条河流造成污染，可以分析当前河流水体体积是否可以实现污水的自我净化功能，实现对整条河流污染的预警，通过温度传感器、光照传感器和数据修正单元，可以根据实际检测数据与预测数据之间的对比，考虑温度和光照条件，对之后的污染预测数据进行及时的修正，保证污染预测的准确程度，同时，利用数据整合单元将所有的数据整合并进行显示，并结合预测数据和实际数据以及温度和光照，将其全部归类存储进入数据库中，使得后期可以根据历史数据添加温度和光照强度进行预测，可以使得之后的预测有数据可以参考，使得预测的数据可以更加的准确，可以有效的提高系统的适应能力。
附图说明
图1为本发明一种水环境污染预警系统的模块组成示意图；
图2为本发明一种水环境污染预警系统的模块连接示意图；
图3为本发明一种水环境污染预警方法的步骤示意图；
图4为本发明一种水环境污染预警方法的河道俯视图；
图5为本发明一种水环境污染预警方法的河道截面图。
图中标号：1、河道；2、监测设备。
具体实施方式
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。
如图1-2所示，一种水环境污染预警系统，该预警系统包括数据采集模块、图像处理模块、数据处理中心和显示模块；
所述数据采集模块的输出端电性连接图像处理模块和数据处理中心的输入端，所述图像处理模块的输出端电性连接数据处理中心的输入端，所述数据处理中心的输出端电性连接显示模块的输入端；
所述数据采集模块用于对河流水体数据、环境数据和河道1数据进行采集，用于对水环境污染蔓延的速度进行计算，对水环境污染进行及时的预警，使得可以及时的做出水环境污染的应对预案，减轻水环境污染的程度，所述图像处理模块用于对河道1数据进行处理，用于河道1数据进行整合和计算，所述数据处理中心用于对数据采集模块和图像处理模块处理的数据进行处理和计算，所述显示模块用于对数据处理中心处理的数据进行整合和显示，使得可以对河道1水环境污染预警的污染程度和时间进行直观的显示。
所述数据采集模块包括溶解氧传感器、流速计、温度传感器、光照传感器和雷达扫描单元；
所述溶解氧传感器、流速计、温度传感器和光照传感器的输出端电性连接数据处理中心的输入端，所述雷达扫描单元的输出端电性连接图像处理模块的输入端；
所述溶解氧传感器用于对河道1水体的溶解氧浓度进行检测，作为判断河道1水体是否被污染的依据，所述流速计用于对河道1水体的流速进行检测和测量，作为预测水环境污染蔓延速度的依据，所述温度传感器用于对当前环境温度进行检测，作为影响溶解氧浓度的因素，所述光照传感器用于对当前环境的光照强度进行检测，作为影响溶解氧浓度的因素，所述雷达扫描单元用于对整条河流的河道1轮廓进行扫描，作为水体水体计算的依据。
所述图像处理模块包括边缘虚化单元、模型建立单元和数据标注单元；
所述雷达扫描单元的输出端电性连接边缘虚化单元的输入端，所述边缘虚化单元的输出端电性连接模型建立单元的输入端，所述模型建立单元的输出端电性连接数据标注单元的输入端，所述数据标注单元的输出端电性连接数据处理中心的输入端；
所述边缘虚化单元用于对雷达扫描单元所扫描的河道1轮廓边缘进行虚化，使得可以准确的确认河道1的边缘，使得可以计算出河道1水体数据，所述模型建立单元用于对扫描和虚化的河道1轮廓进行模型的建立，使得可以更加直接的进行数据的计算，提高数据计算的准确度，所述数据标注单元用于在建立的河道1模型上进行河道1数据的标注。
所述数据处理中心包括时间记录单元、数据计算模块和数据修正单元；
所述时间记录单元和数据修正单元的输出端均电性连接数据计算模块的输入端；
所述时间记录单元用于对时间进行记录，使得可以更好地对河流污染的时间和速度进行计算，所述数据计算模块根据数据采集模块和图像处理模块处理的数据对河流污染的程度和时间进行计算，所述数据修正单元根据河流同一位置的污染预测数据和实际检测数据对预测数据修正，保证之后预测数据的准确程度，避免预测数据偏差过大。
所述显示模块包括数据整合单元和预警显示单元；
所述数据计算模块的输出端电性连接数据整合单元的输入端，所述数据整合单元的输出端电性连接预警显示单元的输入端；
所述数据整合单元用于对数据计算模块计算的预测数据进行整合，将数据整合成图表的形式，所述预警显示单元用于对数据整合单元整合的图表信息进行显示，使得可以更加直观的了解对河流污染预测的数据。
如图3-5所示，一种水环境污染预警方法，该方法包括以下步骤：
S1、利用监测设备2对河流不同河段的水环境进行检测；
S2、利用图像处理模块对河道1的数据信息进行处理；
S3、利用数据处理中心对水环境检测数据和河道1数据信息进行计算；
S4、对河流污染水域信息进行预测，利用显示模块对预测结果进行显示；
S5、利用实际检测数据和数据修正单元对污染水域信息进行修正；
S6、利用显示模块同时对修正后的污染水域信息和原预测污染水域信息进行显示；
S7、将所有数据归类存入数据库。
所述步骤S1-S2中，所述监测设备2所在集合为A＝{A1，A2，A3，…，An}，所述监测设备2检测的溶解氧浓度集合为B＝{B1，B2，B3，…，Bn}，两个所述监测设备2之间的距离为L，所述监测设备2检测的河水流速集合为C＝{C1，C2，C3，…，Cn}，所述监测设备2检测的河流温度平均值为T，所述监测设备2检测的河流平均光照强度为G；
所述图像处理模块处理之后的河道1轮廓模型的宽度为X，河道1底部圆弧的半径为R，河道1中河水的最低深度为H，河道1底部圆弧所在圆心与河道1圆弧边部之间的夹角为α，河道1底部圆弧边部至其所在圆心的连线与水平面的夹角为θ。
所述步骤S3-S4中，根据公式：
Ya＝H*X*L；
Y＝Ya+Yb；
其中，Y表示两个相邻监测设备2之间河水的体积；
不同监测设备2所在的河段的河水体积集合为Y＝{Y1，Y2，Y3，…，Yn-1}；
根据公式：
其中，k表示监测设备2所在的河段，t表示在在t时间后Bk河段将开始被污染，Bk表示预测的第k个监测设备2所在河段的溶解氧浓度；
所述数据整合模块对每一个监测设备2所在的河段的预测被污染时间和预测溶解氧浓度进行整合，并利用数据显示模块对其进行显示。
所述步骤S5-S6中，所述监测设备2的对被污染之后的河流不同河段的溶解氧浓度检测数据集合为D＝{D1,D2,D3,…,Dm}，根据实际监测设备2检测的溶解氧浓度代替原有预测的溶解氧浓度带入公式：
其中，Bp表示根据实际污染之后的溶解氧浓度修正之后的未被污染的河段即将被污染之后的溶解氧浓度；
所述数据整合单元重新对预测的数据进行整合，所述数据显示单元对重新修正预测之后的数据进行显示。
所述步骤S7中，记录修正预测数据中温度传感器检测的温度数据T和光照传感器检测的光照数据G，并将该河段的预测污染后的溶解氧浓度和实际污染后的溶解氧浓度以及温度数据T和光照数据G归类存入数据库。
实施例：
所述监测设备2的数量为五个，所述监测设备2检测的溶解氧浓度集合为B＝{4.18,8.95,9.25,9.15,9.36}，两个所述监测设备2之间的距离为L＝2km，所述监测设备2检测的河水流速集合为C＝{1.25,1.25,1.3,1.31,1.36}，所述监测设备2检测的河流温度平均值为T＝25℃，所述监测设备2检测的河流平均光照强度为G＝42000lx；
所述图像处理模块处理之后的河道1轮廓模型的宽度为X＝50m，河道1底部圆弧的半径为R＝50m，河道1中河水的最低深度为H＝3m，河道1底部圆弧所在圆心与河道1圆弧边部之间的夹角为θ＝60°，河道1底部圆弧边部至其所在圆心的连线与水平面的夹角为θ＝60°。
根据公式：
Ya＝H*X*L＝3*50*2000＝300000(m3)；
Y＝Ya+Yb＝300000+453000＝753000(m3)；
其中，Y＝753000m3表示两个相邻监测设备2之间河水的体积；
该河道1形状、构造和轮廓大体一致；
不同监测设备2所在的河段的河水体积集合为Y＝{753000，753000，753000，753000，753000}；
根据公式：
其中，k＝3表示监测设备2所在的河段，t＝78.947min表示在在t＝78.947min时间后B3河段将开始被污染，B3表示预测的第3个监测设备2所在河段的溶解氧浓度；
所述数据整合模块对每一个监测设备2所在的河段的预测被污染时间和预测溶解氧浓度进行整合，并利用数据显示模块对其进行显示。
所述监测设备2的对被污染之后的河流不同河段的溶解氧浓度检测数据集合为D＝{4.18，7.1}，根据实际监测设备2检测的溶解氧浓度代替原有预测的溶解氧浓度带入公式：
其中，B3表示根据实际污染之后的溶解氧浓度修正之后的未被污染的河段即将被污染之后的溶解氧浓度，表示第3河段根据实际污染情况修正之后的预测数据为溶解氧浓度为6.84mg/L，实际预测第3河段的预测数据为溶解氧浓度为7.46mg/L；
所述数据整合单元重新对预测的数据进行整合，所述数据显示单元对重新修正预测之后的数据进行显示。
所述步骤S7中，记录修正预测数据中温度传感器检测的温度数据T＝25℃和光照传感器检测的光照数据G＝42000lx，并将该河段的预测污染后的溶解氧浓度和实际污染后的溶解氧浓度以及温度数据和光照数据归类存入数据库。
综上所述：利用该算法可以对即将污染的河道1的污染程度进行计算，同时，还可以根据实际污染程度对即将污染的河道1的污染程度的预测数据进行修正。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
