CN105278492B - 一种区域排污的智能监控***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种区域排污智能监控***，包括区域污染源智能环境在线监管子***、城市污水输送智能监管子***、河涌流域环境污染源智能监管子***以及信息共享层，其中，区域污染源智能环境在线监管子***用于监控作为污染源的排污企业；城市污水输送智能监管子***用于进行输送管道的监控；河涌流域环境污染源智能监管子***用于监控河涌断面的异常情况，所述三个子***向信息共享层发送监测数据，并利用信息共享层的监测数据来确定异常排污事故的区域、时间以及污染源。通过本发明提供的***，可以从污水的产生、输送、净化到排放，全过程的监控管理，不仅节省大量人力、物力，而且操作方便、结果准确。

Description

一种区域排污的智能监控***和方法

技术领域

本发明涉及环境监测技术，更具体地，涉及一种区域排污的智能监控***和方法，通过点、线和面来实现全面的可靠监管。

背景技术

当前，河流污染已经严重到无法忽视，国内主要水系的大部分内河涌的水质都低于五类标准。城市内河涌污染负荷日益增大，城市河段水质已严重恶化，局部地区出现了水质性缺水。虽然政府都予以高度重视，投入了大量财力、物力和人力加以整治，但成效甚微。另一方面，目前大部分河涌的监管仅仅停留在水质监测方面，没有科学的数据分析指导治理工作，使得河涌整治得不到根本的改善。

河涌流域隐藏着众多工业污水排污口，工业污水未经处理直接排至河涌，对河涌水体造成极致命的损害，使每条河涌的水质情况都惨不忍睹。监督部门主要依靠现场例行检查的方法，工作量大，在人力、物力有限的情况下，难以实施有力的监督，仍缺乏有效的监管手段。

其中，河涌综合整治是城市环境改善的重要***工程，更是关系到人民群众身体健康和子孙后代的民生工程。河涌综合整治是当前和今后较长时期内城市环境保护与生态建设的重要任务，因此有必要利用先进的物联网技术，建设河涌流域性环境污染源智能监控***，对河涌水质进行实时监管和分析，更有效地辅助水质管理和决策，提高管理效率和决策的科学性，对未来经济、社会发展中的水环境问题提出切实可行的对策，提高水资源监测信息化、现代化水平和管理能力。

目前对于河涌的监管大部分只停留在水质监测方面，没有***、可靠的数据进行分析，没能及时、有效地指导河涌治理，河涌整治得不到科学依据，河涌水质得不到实质性的改善。

另外，水环境污染是综合问题，需要多管齐下，要从污水的产生到输送到净化到排放，全过程的监控管理，才能全面、根本上解决内河涌的水体污染问题。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提出一种区域排污的智能监控***和方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种区域排污智能监控***，包括区域污染源智能环境在线监管子***、城市污水输送智能监管子***、河涌流域环境污染源智能监管子***以及信息共享层，其中，区域污染源智能环境在线监管子***用于监控作为污染源的排污企业；城市污水输送智能监管子***用于进行输送管道的监控；河涌流域环境污染源智能监管子***用于监控河涌断面的异常情况，所述三个子***向信息共享层发送监测数据，并利用信息共享层的监测数据来确定异常排污事故的区域、时间以及污染源。

根据本发明的另一方面，提出了一种区域排污智能监控方法，该方法包括：步骤1、为作为污染源的排污企业、排污管网、河涌设置监测点，在监测点上设置传感器，用于取得水质、流速、流向等信息；步骤2、传感器每隔一定秒数向数据采集传输仪发送一次数据，数据采集传输仪每隔一定分钟对此时间段内收到的数据取一次平均，然后将结果传输给计算机作为历史数据；步骤3、监控排污企业的数据，发现异常则报警。

本申请利用物联网技术、信息化技术、水质监测技术和智能传感器分析技术，监测区域内河涌流域水质情况和周边排污企业情况、污水输送管网情况，通过点+线+面的数据结合，指导违规排污勘查。实时掌握河涌流域关键断面的水质情况，包括水质参数、流量和视频情况，监控周边排污企业排污情况和周边污水输送管网水质情况。

深入分析河涌的关键污染物的浓度、变化规律，为河涌整治提供有力的数据支持，使监测工作更加科学、全面、直观和及时。通过水质数据分析，指导河涌整治的效果，并对治理措施进行优化。

附图说明

图1为区域排污智能监控***的***结构示意图；

图2为根据本申请的区域污染源智能环境在线监管子***；

图3为根据本申请的城市污水输送智能监管子***；

图4为根据本申请的河涌流域环境污染源智能监管子***。

为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的尺寸、结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定尺寸、结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种区域排污的智能监控***和方法进行详细描述。

在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。

总的来说，如图1所示，本申请的区域排污智能监控***包括区域污染源智能环境在线监管子***、城市污水输送智能监管子***、河涌流域环境污染源智能监管子***和信息共享层，其中，区域污染源智能环境在线监管子***用于监控作为污染源的排污企业；城市污水输送智能监管子***用于进行输送管道的监控；河涌流域环境污染源智能监管子***用于监控河涌断面的异常情况，所述三个子***向信息共享层发送监测数据，并利用信息共享层的监测数据来确定异常排污事故的区域、时间以及污染源。

通过水质数据(如COD、PH值、氨氮、重金属)、水样的稀释程度和检测时间，可以预先判断污染源，也就是根据历史数据和位置、流向、流速关系来确定污染源头。举例来说，比如某个监测点的数据超出国家或地方标准，假设它的上游都是污染源，先找个最近的监测点，根据两个地点的距离、水的流速，可以算出如果最近的监测点是污染源的话，其发生的时间，然后对比该时间该监测点的历史数据，如果数据表明是水质污染情况超标，则记录此点是一个污染点，然后继续向上追溯，直到找出所有的排污企业和污水所流经的管道。

区域排污监控***可以概括为点+线+面智能监控***，区域污染源智能环境在线监管子***是指对于点的监控，城市污水输送智能监管子***是指对于线的监控，河涌流域环境污染源智能监管子***是指对于面的监控。该***可根据河涌流域关键交叉断面、关键的纳污断面、各分段监测点的监测数据，结合区域污染源排污监管***的数据、关键管网监测数据进行点、线、面结合，分析出存在工业污水偷排的区域、排放的时间、影响的流域范围，推断出可疑的工业排放区域、区域内相关联的污染源企业，有效排查河涌流域内是否存在工业废水偷排行为。一旦发生重大污染事故，执法部门可通过本***，缩小排查范围，再结合区域内的管网分布，与污染源排污监管***的监测数据，按照嫌疑值自大至小的顺序对可疑偷排企业进行勘查，这样能大大缩短觅获责任企业的时间，第一时间减少污染量并防止责任企业藏匿违法证据。

图2为区域污染源智能环境在线监管子***，如图2所示，该子***包括污染源感知层、污染源通讯网络层和污染源信息应用层。污染源感知层用于各管网内企业的生产用水监控、产污治污设备监控和排污情况监控。污染源通讯网络层用于将从污染源感知层接收到的监控数据发送到信息共享层。污染源信息应用层包括偷排漏排监管模块、治理设施闲置监管模块和超标排放监管模块。

图3为城市污水输送智能监管子***，如图3所示，该子***包括管网感知层、管网通讯网络层和管网信息应用层。管网感知层用于监控纳污管网内的污水特性，包括水质、流量、流速等。管网通讯网络层用于将从管网感知层接收到的监控数据发送到信息共享层。管网信息应用层包括污水输送监控模块和异常排污溯源模块。

图4为河涌流域环境污染源智能监管子***，该子***包括河涌感知层、河涌通讯网络层和河涌信息应用层。河涌感知层用于监控河涌关键断面的水质参数、现场视频和河涌液位。河涌通讯网络层用于将从河涌感知层接收的监控数据发送到信息共享层。河涌信息应用层包括河涌断面水质监测模块、异常排污影响分析模块和河涌异常排污溯源模块。

三种子***的感知层均由传感器、数据采集传输仪组成。首先从市政等部门取得管网的拓扑、流向等设计相关图纸，然后通过计算机显现，同时在各企业的排放口、管道、河涌上放置传感器，以监控企业排放口、管道、河涌上的水质情况(如COD、PH、氨氮、总金属等)、流速、流量等信息。比如，在管道及河涌上，可以每隔一段距离(比如1km)设置一个传感器，也可以在管道交叉点设置传感器。

传感器可以每30秒向数据采集传输仪发送一次数据，数据采集传输仪每5分钟对此时间段内收到的数据取一次平均，然后传输给信息共享层作为历史数据。

在企业，不仅可以在排污口设置传感器以用于采集从排污口排出的污水信息，包括水质、流速、流向和类似信息，当传感器感应到企业在排污且水质超出国家标准时，可以及时预警；还可以在企业工业用水入口安装传感器以用于采集企业工业用水总量信息，这样通过工业用水入口和排污口的水量比值，确定企业是否存在偷排漏排行为(用水量减去一定的损耗如果与排污的水量相比大于预先设定的阈值，则说明有偷排漏排行为，比如，在单位生产时间内，一般为1个月，某企业的工业用水量大于排污水量的50％时，则推断该企业存在偷排漏排行为)；还可以在企业产污治污设备上安装传感器以测量产污治污设备的用电时间，根据经验值设定一个比例，比如企业正常运转8个小时治污设施需要运行1小时，这样可以监测企业的治污设施的工作情况，如果工作8个小时，而治污设施运行时间小于1小时，则说明该企业的治污设施有闲置的情况。也就是说，传感器可以设置在企业排污口、企业工业用水入口和企业产污治污设备中的至少一个上。

超标排放监管模块通过调用、分析信息共享层中企业排污口的水质情况，对比国家标准，判定企业是否排污超标，并显示判定结果；偷排漏排监管模块通过调用信息共享层中企业产污治污设备的用电时间比例，判定企业的治理设备是否闲置，例如，检测企业工业用水量减去设定的用水损耗，如果检测结果与排污的水量相比大于预先设定的阈值，则确定企业有偷排漏排行为，并将分析结果反馈给偷排漏排监管模块进行显示。超标排放监管模块调用信息共享层中的企业监测数据，比如企业所排污水的流速、流向、水质数据，计算出该企业所排污水流经下游各监测点时的水质数据，进而确定该企业所排污水影响的范围和影响的程度，以便对下游进行预测或预警。

在城市污水输送智能监管子***中，管网感知层的传感器可以设置在污水传送管网的监测点上，用于检测输送的污水的特性，包括水质、流速、流量等。城市污水输送智能监管子***的异常排污溯源模块通过调用信息共享层、分析各监测点的数据，发现超过国家或地方标准的污水后，假设上游的各监测点都是污染源，通过流速、流向、与上游各监测点的距离计算如果上游各监测点发生污染的时间，并与该时间点上监测点的历史数据进行对比，从而锁定污染管路和污染源，并将结果反馈给污水输送异常排污溯源模块进行显示。城市污水输送智能监管子***的污水输送监控模块通过调用、分析信息共享层各监测点的数据，计算该监测点对下游各监测点的水质的影响，即根据该监测点的水质数据、与下游监测点距离、流速、当前下游各监测点的水质数据，计算下游各监测点在污水到来时的水质数据，并将结果反馈给污水输送监控模块进行显示。

在河涌流域环境污染源智能监管子***中，传感器设置在河涌监测点上以用于监测河涌特性，包括水质、流速、流量和类似特性。河涌流域环境污染源智能监管子***的异常排污溯源模块通过调用、分析信息共享层中各河涌监测点的数据，发现超过国家或地方标准的污水后，假设上游的各监测点都是污染源，通过流速、流向、与上游各监测点的距离计算如果上游各监测点发生污染的时间，并与该时间点上监测点的历史数据进行对比，从而锁定污染管路和污染源，并将结果反馈给异常排污溯源模块进行显示。异常排污影响分析通过调用、分析信息共享层中各河涌监测点的数据，计算该点对下游河涌的水质的影响，即根据该监测点的水质数据、与下游监测点距离、流速、当前下游各监测点的水质数据，计算下游各监测点在污水到来时的水质数据，并将结果反馈给异常排污影响分析模块进行显示。河涌断面水质监测模块通过调用、分析信息共享层的河涌监测点的数据，对比国家标准，判定河涌是否已污染超标，并显示判定结果。

河涌流域排污监管数据结合区域污染源排污监管***的数据、关键管网监测数据进行点、线、面结合，分析出存在工业污水偷排的区域、排放的时间、影响的流域范围，指导相关部门进行勘查执法，指导分析行政区域的交界断面，分析排污源头，解决交界断面的行政纠纷。深入分析河涌的关键污染物的浓度、变化规律，为河涌整治提供有力的数据支持，使监测工作更加科学、全面、直观和及时。通过水质数据分析，指导河涌整治的效果，并对治理措施进行优化。

具体地，对于异常情况：

区域污染源出现异常，即点出现异常：当企业排污口检测到排污异常时，一方面，可以按照所排污水的流向确定其经过的下游污水输送管网和河涌，再根据污水的水质数据、流速和下游污水输送管网和河涌上监测点的当前水质情况，计算出下游各个监测点在污水流经时的水质数据，从而可以预测企业排污对下游的影响范围和影响程度，并在区域信息应用层展出预警信息，并在管网地图上展示按时间推移该污染源所造成的影响，以便进行预测、预警或采取相应的措施。比如，企业排污预测结果是污水传送管网中水质变差，则可以在污水的流经地点投放药物以提高水质质量。再比如，如果污水要流经污水处理厂，则可以按照流速与污水处理厂的位置关系算出污水到达污水处理厂的时间，以便污水处理厂提前预警或采取相应的防范措施。

污水输送出现异常，即线出现异常：当污水输送管网监测点检测到水质异常时，一方面，按照水流的方向、流速、到各监测点的距离，并假设上游的污水输送管网和排污企业都是污染源，计算出上游各监测点的污染时间，再对比各监测点该时间的历史数据，如果历史数据表明该监测点发生了污染，则进行记录，并再向上游进行追溯，直到找到制作污染的企业，同时这样可以找到污染的管路。另一方面，还可以通过污水水质数据、流向、速度，计算污水流经下游管网和河涌时的监测点的水质数据，以便得到下游受影响的范围和受影响的程度，便于相关单位采取相应的措施。

河涌流域出现异常，即面出现异常:当河涌断面检测到水质异常时，按照污水流向、速度、到各监测点的距离，并假设上游的污水输送管网和排污企业都是污染源，计算出上游各监测点的污染时间，再对比各监测点该时间的历史数据，如果历史数据表明该监测点发生了污染，则进行记录，并再向上游进行追溯，直到找到制作污染的企业，同时这样可以找到污染的管路。另一方面，还可以通过污水水质数据、流向、速度，计算污水流经下游河涌时的监测点的水质数据，以便得到下游受影响的范围和受影响的程度，便于相关单位采取相应的措施。同时，还可以河涌监测点的数据，进行水质监测，并判定哪些河涌出现了排污异常。

在本申请的第二实施例中，提供一种区域排污智能监控方法，包括：步骤1、为作为污染源的排污企业、排污管网、污水流入的河涌设置监测点，在监测点上设置传感器，用于取得排污水的监测信息，包括水质、流速、流向等信息；步骤2、传感器每隔一定秒数向数据采集传输仪发送一次数据，数据采集传输仪每隔一定分钟对此时间段内收到的数据取一次平均，然后将结果传输给计算机作为历史数据；步骤3、监控排污企业排污口的数据，当传感器感应到发现异常可以及时报警，还可以监控河涌、管网的传感器数据，对于异常情况，假设上游的各监测点都是污染源，通过流速、流向、与上游各监测点的距离计算如果上游各监测点发生污染的时间，并与该时间点上监测点的历史数据进行对比，如果该时间监测点的历史数据异常，则说明污水流经了该监测点，记录下该监测点，然后用同样的方法继续向上追溯，直到锁定污染源，最后同时可以给出污染源和污水所流经的管路。

进一步地，还可以在企业的用水口安装传感器，监控排污企业的工业用水量和排污量，如果所述工业用水量减去正常损耗与排污量相比，其比值大于预先设定的阈值，则能够确定该企业存在偷排漏排，也可以不计损耗，而将阈值设得大一些。比如，在单位生产时间内，一般为1个月，某企业的工业用水量大于排污水量的50％时，则推断该企业存在偷排漏排行为。

进一步地，还可以在企业的产污排污设备上安装传感器。监控排污企业的产污治污设备的用电量，如果治污设备的用电量小于产污设备所需要消耗的治污设备用电量，则能够确定该企业的治污设备有闲置状态。

进一步地，根据排污企业的污水水质数据、流向、流速、当前时间下游相关监测点的水质数据，计算所述污水流经的管网、河涌以及流经时的水质数据，并在管网图上展示按时间推移该污染源所造成的影响，以进行预测或预警；根据管网、河涌的污水水质数据、流向、流速、当前时间下游相关监测点的水质数据，计算所述污水所流经的下游管网、河涌以及流经时的水质数据，并在管网上展示，以进行预测或预警。

本发明提供的方法能够分析河涌的关键污染物的浓度、变化规律，为河涌整治提供有力的数据支持，使监测工作更加科学、全面、直观和及时。通过水质数据分析，指导河涌整治的效果，并对治理措施进行优化。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (16)

1.一种区域排污智能监控***，包括区域污染源智能环境在线监管子***、城市污水输送智能监管子***、河涌流域环境污染源智能监管子***以及信息共享层，其中，区域污染源智能环境在线监管子***用于监控作为污染源的排污企业；城市污水输送智能监管子***用于进行输送管道的监控；河涌流域环境污染源智能监管子***用于监控河涌断面的异常情况，所述三个子***向信息共享层发送监测数据，并利用信息共享层的监测数据来确定异常排污事故的区域、时间以及污染源，

所述城市污水输送智能监管子***包括管网感知层、管网通讯网络层和管网信息应用层，其中，管网感知层用于监控纳污管网内的污水特性，管网通讯网络层用于将从所述管网感知层接收到的监控数据发送到信息共享层，管网信息应用层包括污水输送监控模块和污水输送异常排污溯源模块；

其中，所述污水输送异常排污溯源模块通过调用、分析信息共享层各监测点的数据，发现超过国家或地方标准的污水后，假设上游的各监测点都是污染源，通过流速、流向、与上游各监测点的距离计算上游的各监测点发生污染的时间，并与所述各监测点在所述时间上的历史数据进行对比，从而锁定污染管路和污染源，并显示结果。

2.根据权利要求1所述的***，其中，区域污染源智能环境在线监管子***包括污染源感知层、污染源通讯网络层和污染源信息应用层，其中，污染源感知层用于各管网内企业的生产用水监控、产污治污设备监控和排污情况监控；污染源通讯网络层用于将从所述污染源感知层接收到的监控数据发送到信息共享层，污染源信息应用层包括偷排漏排监管模块、治理设施闲置监管模块、超标排放监管模块。

3.根据权利要求2所述的***，其中，所述污染源感知层由传感器和数据采集传输仪组成，所述传感器设置在企业排污口、企业工业用水入口和企业产污治污设备中的至少一个上。

4.根据权利要求3所述的***，其中，所述超标排放监管模块通过调用信息共享层的企业排污口的监测数据，对比国家标准，判定企业是否排污超标，并显示判定结果；所述治理设施闲置监管模块通过调用信息共享层的企业产污治污设备的用电时间，判定企业的治理设施是否闲置，并显示结果；所述偷排漏排监管模块通过调用信息共享层的企业工业用水量和设定的用水损耗，判定企业是否有偷排漏排行为，并显示分析结果。

5.根据权利要求3所述的***，其中，所述超标排放监管模块根据调用信息共享层的企业所排污水的流速、流向、水质数据，计算出该企业所排污水流经下游各监测点时的水质数据，进而确定该企业所排污水影响的范围和影响的程度，以便对下游进行预测或预警。

6.根据权利要求1所述的***，其中，所述管网感知层由传感器和数据采集传输仪组成，传感器设置在污水传送管网的监测点上，用于监测输送的污水的特性。

7.根据权利要求6所述的***，其中，所述污水输送监控模块通过调用、分析信息共享层各监测点的数据，计算该监测点对下游各监测点的水质的影响，即根据该监测点的水质数据、与下游监测点距离、流速、当前下游各监测点的水质数据，计算下游各监测点在污水到来时的水质数据，并显示结果。

8.根据权利要求1所述的***，其中，河涌流域环境污染源智能监管子***包括河涌感知层、河涌通讯网络层和河涌信息应用层，其中，河涌感知层用于监控河涌关键断面的水质数据、现场视频和河涌液位；其中，河涌通讯网络层用于将从所述河涌感知层接收的监控数据发送到信息共享层；其中河涌信息应用层包括河涌断面水质监测模块、异常排污影响分析模块和河涌异常排污溯源模块。

9.根据权利要求8所述的***，其中，所述河涌感知层由传感器和数据采集传输仪组成，传感器设置在河涌监测点上以用于监测河涌特性。

10.根据权利要求9所述的***，其中，所述河涌异常排污溯源模块通过调用、分析信息共享层的河涌监测点的数据，发现超过国家或地方标准的污水后，假设上游的各监测点都是污染源，通过流速、流向、与上游各监测点的距离计算上游各监测点发生污染的时间，并与所述各监测点在所述时间上的历史数据进行对比，从而锁定污染管路和污染源，并显示结果。

11.根据权利要求9所述的***，所述异常排污影响分析模块通过调用、分析信息共享层的河涌监测点的数据，计算所述河涌监测点对下游河涌的水质的影响，即根据所述河涌监测点的水质数据、与下游监测点距离、流速、当前下游各监测点的水质数据，计算下游各监测点在污水到来时的水质数据，并显示结果。

12.根据权利要求9所述的***，所述河涌断面水质监测模块通过调用、分析信息共享层的河涌监测点的数据，对比国家标准，判定河涌是否已污染超标，并显示判定结果。

13.根据权利要求4、6、9中任一项所述的***，其中，传感器每隔一定秒数向数据采集传输仪发送一次数据，数据采集传输仪每隔一定分钟对此时间段内收到的数据取一次平均，然后将结果传输给信息共享层作为历史数据。

14.一种区域排污智能监控方法，包括：

步骤1、为作为污染源的排污企业、排污管网、河涌设置监测点，在监测点上设置传感器，用于取得监测点水质、流向、流速信息；

步骤2、传感器每隔一定秒数向数据采集传输仪发送一次数据，数据采集传输仪每隔一定分钟对此时间段内收到的数据取一次平均，然后将结果传输给计算机作为历史数据；

步骤3、监控排污企业排污口的数据，发现异常则报警，包括：

监控河涌、管网的传感器数据，对于异常情况，假设上游的各监测点都是污染源，通过流速、流向、与上游各监测点的距离计算上游的各监测点发生污染的时间，并与所述各监测点在所述时间上的历史数据进行对比，从而锁定污染管路和污染源。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述步骤3进一步包括：

根据排污企业所排污水的水质数据、流向、流速、当前时刻下游各监测点的水质数据，计算所述污水流经的下游管网、河涌上各监测点的水质数据，以用于预测或预警；根据管网、河涌上的污水水质数据、流向、流速、当前时刻下游相关监测点的水质数据，计算所述污水所流经的下游管网、河涌的水质数据，以用于预测或预警。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述步骤3进一步包括：

监控排污企业的工业用水量和排污量，如果所述工业用水量减去正常损耗大于排污量，则能够确定该企业存在偷排漏排；以及

监控排污企业的产污治污设备的用电量，如果治污设备的用电量小于产污设备所需要消耗的治污设备用电量，则能够确定该企业的治污设备有闲置状态。