CN111561913A - 天地水一体化环境风险应急侦测*** - Google Patents

天地水一体化环境风险应急侦测*** Download PDF

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王兴
高锴
孙贻超
李霞
谷永
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Abstract

本发明提供了一种天地水一体化环境风险应急侦测***，包括：侦测无人机，所述侦测无人机用于对污染水环境进行预侦查，以获取水污染环境的周围三维地貌和水污染范围；车载现场应急监测指挥中心，所述车载现场应急监测指挥中心用于控制所述侦测无人机的飞行路线，以得到完整的预侦查结果；和根据所述三维地貌和水污染范围设定和控制两栖无人侦测采样机器人进行水体采样或者水体污染物检测；两栖无人侦测采样机器人，所述两栖无人侦测采样机器人用于根据所述车载现场应急监测指挥中心发送的控制指令航行至指定位置进行水体采样或者水体污染物检测。能够针对环境突发事件现场的实际情况，实现对污染水体环境的污染情况进行全面快速检测。

Description

天地水一体化环境风险应急侦测***
技术领域
本发明属于环境检测技术领域，尤其是涉及一种天地水一体化环境风险应急侦测***。
背景技术
环境突发事件最主要的特点之一就是突发性、非正常性，在时间、地点、排放方式、途径、污染物种类、数量、浓度等方面难以预计，对环境造成严重的污染和破坏，给人民生命财产造成重大损失。同时，由于存在污染水域面积大、污染严重，应急人员无法进入污染区域进行水样的采集，不能确定污染源头的问题。
近年来，我国的水环境应急监测技术取得了一定的进展，形成了一批小型化、智能化、便捷化的应急监测设备，如应急监测车、便携式多功能水质分析仪等，但这些监测手段还未能完全脱离常规的人工监测方法，不能到达存在潜在危险的区域。无法快速有针对性的对环境污染区域进行快速检测，以及快速确定污染物来源。无法对目前复杂水环境突发事故的处理过程提供快速有效的支持。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种天地水一体化环境风险应急侦测***，以解决现有技术中针对环境突发事件无法实现快速准确检测的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种天地水一体化环境风险应急侦测***，包括：
侦测无人机，所述侦测无人机用于对污染水环境进行预侦查，以获取水污染环境的周围三维地貌和水污染范围；
车载现场应急监测指挥中心，所述车载现场应急监测指挥中心用于控制所述侦测无人机的飞行路线，以得到完整的预侦查结果；和根据所述三维地貌和水污染范围设定和控制两栖无人侦测采样机器人进行水体采样或者水体污染物检测；
两栖无人侦测采样机器人，所述两栖无人侦测采样机器人用于根据所述车载现场应急监测指挥中心发送的控制指令航行至指定位置进行水体采样或者水体污染物检测。
进一步的，所述侦测无人机用于：
所述侦测无人机通过配置的航拍设备获取倾斜摄影图像；
相应的，所述天地水一体化环境风险应急侦测***还包括：远端后台，用于根据所述倾斜摄影图像生成三维地貌地理空间信息，并将所述三维地貌地理空间信息发送至车载现场应急监测指挥中心。
进一步的，所述两栖无人侦测采样机器人包括：
指令接收单元，用于接收所述车载现场应急监测指挥中心发送的控制指令，所述控制指令包括：运动控制指令、采样控制指令和水样检测指令；
运动单元，用于根据所述运动控制指令按照设定的轨迹运动；
采样单元，用于根据所述采样控制指令在到达采样点后进行污染水体采样；
水样检测单元，用于根据所述水样检测指令对采样的污染水体进行水样监测。
进一步的，所述采样单元用于根据所述采样控制指令分层精确采样。
进一步的，所述车载现场应急监测指挥中心包括：控制模块，所述控制模块包括：采样分层控制单元，用于根据水样检测单元的检测结果发出分层精确取样控制指令。
进一步的，所述侦测无人机包括：无人机采样单元，用于按照车载现场应急监测指挥中心采样指令对污染水体进行采样，以弥补所述两栖无人侦测采样机器人运动范围受限和采样时间长的缺点。
进一步的，所述侦测无人机还包括：气体监测单元，用于对空气中的污染物成分和含量进行监测。
进一步的，所述车载现场应急监测指挥中心用于根据污染物成分和含量的监测结果设定所述侦测无人机和两栖无人侦测采样机器人的采样路径和采样点。
进一步的，所述车载现场应急监测指挥中心设有实验室，用于对采样后的水体进行快速精准监测。
更进一步的，所述两栖无人侦测采样机器人，包括：图像采集单元，所述图像采集单元用于在进行采样和检测过程中采集周围环境图像，并将所述周围环境图像发送至车载现场应急监测指挥中心，以使得所述车载现场应急监测指挥中心根据所述周围环境图像调整所述两栖无人侦测采样机器人的运动轨迹、采样点和采样深度。
本发明实施例提供的天地水一体化环境风险应急侦测***，通过利用侦测无人机获取污染水环境的地理情况和水污染范围，并将地理情况和水污染范围发送至车载现场应急监测指挥中心。利用远端后台的数据处理能力生成三维地貌信息，并结合水污染范围情况设定两栖无人侦测采样机器人的运动轨迹和采集检测点。能够针对环境突发事件现场的实际情况，实现对污染水体环境的污染情况进行全面快速检测。进而为复杂水环境突发事故的处理过程提供快速有效的支持。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所提供的天地水一体化环境风险应急侦测***的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1为本发明实施例所提供的天地水一体化环境风险应急侦测***的结构示意图，参见图1，所述天地水一体化环境风险应急侦测***，包括：侦测无人机，所述侦测无人机用于对污染水环境进行预侦查，以获取水污染环境的周围三维地貌和水污染范围；车载现场应急监测指挥中心，所述车载现场应急监测指挥中心用于控制所述侦测无人机的飞行路线，以得到完整的预侦查结果；和根据所述三维地貌和水污染范围设定和控制两栖无人侦测采样机器人进行水体采样或者水体污染物检测；两栖无人侦测采样机器人，所述两栖无人侦测采样机器人用于根据所述车载现场应急监测指挥中心发送的控制指令航行至指定位置进行水体采样或者水体污染物检测。
在发生水体环境突发事件时，所述车载现场应急监测指挥中心根据报告情况携带侦测无人机和两栖无人侦测采样机器人等测量设备到达现场。同时，所述车载现场应急监测指挥中心可以通过卫星通信或者现有4G或者5G通信网络与远端后台连接，将现场检测数据和采集到的图像等发送至远端后台，便于远程指挥中心根据采集的到检测数据和图像等综合分析，制定治理方案。所述远端后台可以为水污染事故现场应急指挥平台可以包括：应急信息管理模块、应急指挥、***管理等模块，同时支持移动端，管理人员可以利用移动端的查询模块、导航模块和监测数据和图像视频传输模块，以方面管理人员及时掌握相关信息。
示例性的，所述现场应急实验室由车体、车载电源***、车载实验平台、数据采集及传输***、供电及照明***、空调及通风***、便携应急监测仪器、车载大型仪器和应急防护设施等组成。它不受地点、时间、季节的限制，在突发性环境污染事故发生时，监测车可迅速进入污染现场，监测人员在应急防护设施的保护下立即开展工作，应用监测仪器在第一时间查明污染物的种类、污染程度，同时通过数据采集及传输***及时将现场情况与相关部门进行沟通。
在实验室功能方面，现场应急实验室能够为检测仪器及装备提供减震抗冲击的专业运载；配备实验室用水、排水及纯水***以及达到固定站标准的实验仪器供电条件，具备专业工作实验室能力，全面支持区域水质监测工作以及强污染环境下的监测工作和综合观测数据的处理工作。
现场应急实验室配置理化实验台、实验室供排水***、车载专用的仪器设备及试剂、样品的储存柜以及数据采集传输***；同时，室内装饰适合实验需求，耐腐蚀、易清洗。
应急检测人员能够利用仪器分析室、理化分析室配套的实验室条件快速完成相关应急分析检测，实验室可根据需要配备检测仪器设备；同时，为了完成检测及部分场地侦察任务，实验室还需配备一定的实验室配套、个人防护、采样和勘察等其他类别设备。应急检测人员在得到实验数据后，能够利用实验室配置的分析数据的采集及传输***，第一时间完成检测数据的传输。
在相关保障功能方面，现场应急实验室具有综合语音指挥与警示功能，便于监测工作的快速执行；具有空调与通风、车体支撑与平衡***，满足野外不同条件的工作需求；同时，为便于车载固定设备维护和非固定设备的快速装缷，还配备了相应的辅助设备并为未来预想装备提供使用构架和扩展构架。
对危险化学品泄露、***等重大环境污染事件处理处置当中，对现场的环境情况进行实时监控，可以帮助指挥中心的专家对其现场情况进行决策，因此现场监控功能尤为重要。应急移动平台设计配置了高解晰、低照度车顶摄像机，用于现场环境情况的监控。操控人员可根据需要将摄像机设置在合适的高度及角度实现全天候、全方位录像和监控。另外应急移动平台还设计配置了车载气象仪，用于对事故现场的风速、风向等气象参数进行实时监测，以供指挥中心的专家做决策参考。
对于现场监测到的事故图像、人员情况、气象参数等参数，准确及时的传输到指挥中心以辅助决策是至关重要的。应急移动平台配置了模拟微波收发信机、接收天线等数据传输设备，可将现场采集的图像、人员情况、气象参数等参数在回传至应急移动平台，通过液晶电视、画面分割器，实现各路现场图像的实时监控。
在进行污染水体检测前，需要对水体污染区域地形和水体污染情况进行预先侦测，以便于制定合适的检测方案，获得更加准确的检测结果。通常利用已有的GIS信息作为水体污染区域地形的参考。但在实际过程中，发明人发现由于GIS信息往往是多年以前的测量数据，其与实际情况相差较远，且水体污染往往发生在较为偏远地域，GIS数据的分辨率较低，这都为制定合理的检测方案增加了难度。
在本实施例中，在到达现场后，可以利用侦测无人机获取相应的地形数据。示例性的，所述侦测无人机上设有搭载航拍设备(如数码相机)实现对事件现场的高精度航拍。可选的，无人机上可搭载倾斜摄影模块，倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，该技术通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理。具体的，在无人机上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像。在无人机返航时能够提取拍摄区域三维立体影像信息，记录获得的影像和其数字表达，最终取得地理空间信息。由于车载现场应急监测指挥中心数据处理能力受限，无法根据影像信息得到地理空间信息，在本实施例中，侦测无人机返回后，可将所述影像信息通过车载现场应急监测指挥中心发送至远端后台，所述远端后台用于根据所述倾斜摄影图像生成三维地貌地理空间信息，并将所述三维地貌地理空间信息发送至车载现场应急监测指挥中心。
同时，在水体污染突发事件发生时，污染范围内的水体颜色也会发生变化，利用该特征可以确定污染范围。示例性的，可以利用采集的垂直方位采集到的图像根据水体颜色实现污染范围的确定。
此外，对于一些化工品由于***或者其它原因导致化工产品泄漏对水体产生污染，部分化工品为无色，利用上述方法无法明确污染范围，为解决上述问题，在本实施例中，所述侦测无人机还包括：气体监测单元，用于对空气中的污染物成分和含量进行监测。由于化工品本身具有一定的挥发性或者其与水体会发生反应，使得污染水体产生空气污染物，根据空气中的污染物浓度分布情况，也可确定污染水体的范围。示例性的，可以根据预先设定的阈值与对应检测到的浓度进行比较，以确定水体的污染范围。
车载现场应急监测指挥中心在获取到三维地貌地理空间信息后，可以根据上述确定的三维地貌地理空间信息和水体的污染范围确定两栖无人侦测采样机器人的运动路径和采样点，所述采样点可根据污染水体不同的污染程度设定。通过实际水体采样进行分析，以确定主要污染物和污染程度，为防止污染扩散和后期进行污染水体治理提供数据支持。
由于无人侦测采样机器人受电力或者其它能源供给的限制，可能无法完成所有的污染范围的采样工作，并且可能受地理条件限制，无法达到设定的采样点。在该种情况下，可以利用侦测无人机的快速机动能力完成其余采样点的采样工作。
相应的，所述两栖无人侦测采样机器人包括：指令接收单元，用于接收所述车载现场应急监测指挥中心发送的控制指令，所述控制指令包括：运动控制指令、采样控制指令和水样检测指令；运动单元，用于根据所述运动控制指令按照设定的轨迹运动；采样单元，用于根据所述采样控制指令在到达采样点后进行污染水体采样；水样检测单元，用于根据所述水样检测指令对采样的污染水体进行水样监测。
机器人智能水质监测平台的工作模式分为两种：自主巡航监测模式及人工控制监测模式。自主巡航工作模式是由工作人员将预先设定的水质监测路线导入上位机***中。在该模式下，工作人员可以预先设定水质监测坐标点，设定水样采集点的坐标信息，水样采集的具体容量及存储采集水样的采样瓶信息。工作时，工作人员只需要选取自主巡航工作模式，机器人智能水质监测平台既可以按照预先设定的信息进行自主工作，工作人员还可以在上位机***上实时查看当前机器人的工作动向及完成程度；人工控制监测模式是由工作人员人工实时控制机器人进行水质监测模式。工作人员可以在上位机地图上实时打点并选择机器人在该点进行的具体工作如采集水样，也可以在此模式下手动控制机器人前往想要监测区域进行相关作业。通过上述两种模式，均可向所述两栖无人侦测采样机器人发送控制运动控制指令、采样控制指令和水样检测指令。所述两栖无人侦测采样机器人可以根据上述指令航行到采样点进行采样，或者进行检测。
所述两栖无人侦测采样机器人采样单元控制水泵，在水泵工作的同时控制选取对应采样瓶及采样通道，进行水祥采集，最后通过流量计模对采集水样容量进行监控。当所采集水样容量达到预设的目标时，水质采样工作停止。
在完成水体采样后，为了进一步加快污染水体的污染程度检测速度，所述两栖无人侦测采样机器人还可包括：快速测量装置，用于对采样水质进行快速检测。示例性的，所述快速检测装置包括：滴定装置、试纸和图像采集装置，所述滴定装置用于将采集到的样品少部分滴定与试纸上，并利用图像采集装置采集试纸变色后的图像，并远传至车载现场应急监测指挥中心
由于水体污染不仅在表面，也在水面下方，且可能随着不同深度，其污染物含量也会发生变化。通过不同深度的水体采样能够更加准确的对水体污染程度进行检测。
因此，在本实施例中，所述采样单元还可用于根据所述采样控制指令分层精确采样。机器人在规划航线后达到采样点，通过单波速探测到采样点的水深参数后，其控制***中PLC采集到水深参数后，选定程序中的采样点数量及对应的采样水深等参数，同时控制伺服卷管架动作。水深压力传感器变松采样深度，当到达采样程序中设定的水深参数时，采样蠕动泵按照既定程序开始采样作业。通过分层采样，可以获取污染水域不同深度的水样，并将所述水样送至车载现场应急监测指挥中心，所述车载现场应急监测指挥中心可以通过实验室对各个深度的水样进行快速检测，为后期污染水体处理提供支持。
在两栖无人侦测采样机器人因自身条件，例如，电池最大电量，爬坡能力受限等无法到达的区域，或者为了缩短采样时间，可以通过合理规划侦测无人机和两栖无人侦测采样机器人的采样区域和采样路径，通过二者的协同配合作用，能够实现快速完整区域采样的目的。
示例性的，可以根据前期侦查确定的污染水体分布区域对侦测无人机和两栖无人侦测采样机器人的采样区域进行划分，示例性的，可以根据污染程度确定密集采样区域和分散采样区域，根据密集采样区域的分布和两栖无人侦测采样机器人的持续工作时间确定两栖无人侦测采样机器人的采样区域，将其余区域划分为侦测无人机采样区域。所述密集采样区域和分散采样区域根据污染物成分和含量的监测结果设定。
示例性的，所述侦测无人机采样包括：无人机采样单元。主要为了能够大大提高应急过程中获取水样的速度和范围，同时能够深入危险区域或者代替人的作业，从而能够弥补传统采样的缺陷并降低成本和工作量。采样单元由控制器、采样绞盘、采样器等组成，能够悬挂在无人机上，实现定深采集水样。
在本实施例的一个优选实施方式中，所述两栖无人侦测采样机器人，包括：图像采集单元，所述图像采集单元用于在进行采样和检测过程中采集周围环境图像，并将所述周围环境图像发送至车载现场应急监测指挥中心，以使得所述车载现场应急监测指挥中心根据所述周围环境图像调整所述两栖无人侦测采样机器人的运动轨迹、采样点和采样深度。由于在水体污染事件突发过程中，水体污染扩散不断发展，因此，需要根据实际污染扩散情况对采样情况进行调整。在本实施例中，所述两栖无人侦测采样机器人，包括：图像采集单元，所述图像采集单元用于在进行采样和检测过程中采集周围环境图像，并将所述周围环境图像发送至车载现场应急监测指挥中心。由于水体污染大部分会伴随水体变黑变色等情况，利用采集到图像可以随时查看水体污染情况的变化，并根据水体污染的变化，对采样点和采样深度进行随时调整，以获取更为准确及时的水体污染信息，为后期防止污染扩散和治理提供科学数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种天地水一体化环境风险应急侦测***，其特征在于，包括：侦测无人机，所述侦测无人机用于对污染水环境进行预侦查，以获取水污染环境的周围三维地貌和水污染范围；
车载现场应急监测指挥中心，所述车载现场应急监测指挥中心用于控制所述侦测无人机的飞行路线，以得到完整的预侦查结果；和根据所述三维地貌和水污染范围设定和控制两栖无人侦测采样机器人进行水体采样或者水体污染物检测；
两栖无人侦测采样机器人，所述两栖无人侦测采样机器人用于根据所述车载现场应急监测指挥中心发送的控制指令航行至指定位置进行水体采样或者水体污染物检测。
2.根据权利要求1所述的天地水一体化环境风险应急侦测***，其特征在于，所述侦测无人机用于：
所述侦测无人机通过配置的航拍设备获取倾斜摄影图像；
相应的，所述天地水一体化环境风险应急侦测***还包括：远端后台，用于根据所述倾斜摄影图像生成三维地貌地理空间信息，并将所述三维地貌地理空间信息发送至车载现场应急监测指挥中心。
3.根据权利要求1所述的天地水一体化环境风险应急侦测***，其特征在于，所述两栖无人侦测采样机器人包括：
指令接收单元，用于接收所述车载现场应急监测指挥中心发送的控制指令，所述控制指令包括：运动控制指令、采样控制指令和水样检测指令；
运动单元，用于根据所述运动控制指令按照设定的轨迹运动；采样单元，用于根据所述采样控制指令在到达采样点后进行污染水体采样；
水样检测单元，用于根据所述水样检测指令对采样的污染水体进行水样监测。
4.根据权利要求3所述的天地水一体化环境风险应急侦测***，其特征在于，所述采样单元用于根据所述采样控制指令分层精确采样。
5.根据权利要求4所述的天地水一体化环境风险应急侦测***，其特征在于，所述车载现场应急监测指挥中心包括：控制模块，所述控制模块包括：采样分层控制单元，用于根据水样检测单元的检测结果发出分层精确取样控制指令。
6.根据权利要求1所述的天地水一体化环境风险应急侦测***，其特征在于，所述侦测无人机包括：无人机采样单元，用于按照车载现场应急监测指挥中心采样指令对污染水体进行采样，以弥补所述两栖无人侦测采样机器人运动范围受限和采样时间长的缺点。
7.根据权利要求6所述的天地水一体化环境风险应急侦测***，其特征在于，所述侦测无人机还包括：气体监测单元，用于对空气中的污染物成分和含量进行监测。
8.根据权利要求7所述的天地水一体化环境风险应急侦测***，其特征在于，所述车载现场应急监测指挥中心用于根据污染物成分和含量的监测结果设定所述侦测无人机和两栖无人侦测采样机器人的采样路径和采样点。
9.根据权利要求1所述的天地水一体化环境风险应急侦测***，其特征在于，所述车载现场应急监测指挥中心设有实验室，用于对采样后的水体进行快速精准监测。
10.根据权利要求1所述的天地水一体化环境风险应急侦测***，其特征在于，所述两栖无人侦测采样机器人，包括：图像采集单元，所述图像采集单元用于在进行采样和检测过程中采集周围环境图像，并将所述周围环境图像发送至车载现场应急监测指挥中心，以使得所述车载现场应急监测指挥中心根据所述周围环境图像调整所述两栖无人侦测采样机器人的运动轨迹、采样点和采样深度。
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