CN115327150B - 一种控制调节***和方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制调节***和方法，涉及控制领域，包括处理单元，传输模块，采集装置，图像获取装置，控制单元和反馈模块；处理单元分别与控制单元，反馈单元和传输模块连接，传输模块还分别连接控制单元，采集装置和图像获取装置，控制单元还连接反馈单元，其可以实现实时连续控制和调节，且控制和调节后的环境监测设备能够准确监测。

Description

一种控制调节***和方法
技术领域
本发明涉及控制领域，主要应用于环境监测的控制和调节，具体涉及一种基于环境监测的控制调节***和方法。
背景技术
控制***是指由控制主体、控制客体和***体组成的具有自身目标和功能的管理***。控制***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***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***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。
在进行环境控制测量的过程中，则需要设置相应的控制***，控制整个***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。水土污染监测属于环境监测中的一种，现有技术中已经存在通过遥感图像的处理得到水土污染的污染情况，也可以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的监测方式和设备，然后这些监测方式和设备要在稳定且精度高的运行状态下完成相应的监控，则相应的需要设置对应的控制***来完成整个监测过程的控制。现有的控制***大都由通用的控制主体实现针对控制对象的控制和调节，针对特定监测装置则没有相应的个性化设置，使得整个控制***适用性较差，不能实现实时连续控制和调节，且控制和调节后的监测设备精度较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种控制调节***和方法，其应用于对环境监测的控制和调节，可以实现实时连续控制和调节，且控制和调节后的环境监测设备能够准确对水土的污染进行监测。
本发明提供了一种控制调节***，包括处理单元，传输模块，采集装置，图像获取装置，控制单元和反馈模块；处理单元分别与控制单元，反馈单元和传输模块连接，传输模块还分别连接控制单元，采集装置和图像获取装置，控制单元还连接反馈单元，其中：
图像获取装置，用于获取包括测量地覆盖范围的遥感图像，并将遥感图像通过传输模块传输至处理单元；
采集装置，用于采集监测数据，并将监测数据通过传输模块传输至处理单元；
传输模块，用于传输采集数据以及遥感图像；
处理单元，用于接收采集数据和遥感图像，并分别进行处理后进行存储；同时基于处理结果，形成控制信息直接发送至控制单元，以及形成反馈信息发送至反馈模块；
反馈模块，用于将反馈信息进行处理后形成反馈控制信号，并将反馈控制信号发送至控制单元；
控制单元，用于接收来自经处理单元发送的控制信息或经反馈模块发送的反馈控制信号，并基于控制信息或反馈控制信号控制采集装置和/或传输模块完成相应的操作。
其中，传输模块为无线传输模块或有线传输模块。
其中，采集装置包括微型光谱仪和采集器，控制单元分别对微型光谱仪和采集器进行控制和调节。
其中，所述采集器包括腔体和检测室，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，矩形输出口两端分别依次均匀设置有多个矩形槽；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，其中中心输入口的孔径小于两侧的输入孔的孔径，且两侧的输入孔的孔径尺寸相同，并且多个矩形槽的槽边高度沿远离中心的方向依次递减。
其中，所述的三个输入口都设置有对应的封闭门，且每个封闭门都设置对应的驱动开关；控制单元分别与采集器的三个输入口的驱动开关连接，还用于相应的控制驱动开关驱动封闭门对应的打开和闭合。
其中，所述检测室的底部为透明材料，所述微型光谱仪用于对检测室底部的样品进行检测。
其中，所述处理单元还用于通过光谱分析得到样品的物质成分及其含量，基于分析结果获取水土污染情况的变化程度，并基于变化程度，以及测量地和两处距离其距离相同处的地点的位置关系，确定水土污染情况的延伸方向，基于其延伸方向选择控制完成进行下一步的测量。
本发明还提供了一种控制调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
利用图像获取装置，获取包括测量地覆盖范围的遥感图像，并将遥感图像通过传输模块传输至处理单元，利用处理单元分析处理后获得粗判断结果；
利用采集装置采集监测数据，并将监测数据通过传输模块传输至处理单元；
利用处理单元接收采集数据和遥感图像，并分别进行分析处理后进行存储；
通过光谱分析得到样品的物质成分及其含量，基于分析处理结果获取水土污染情况的变化程度，并基于变化程度，以及测量地和两处距离其距离相同处的地点的位置关系，确定水土污染情况的延伸方向；其中，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。
其中，还包括步骤：利用处理单元，基于分析处理结果形成控制信息直接发送至控制单元，以及形成反馈信息发送至反馈模块。
其中，利用采集装置采集监测数据和利用处理单元进行分析处理，具体包括步骤：
（1）采集测量地一定量的水土样品后注入采集器的中心输入口，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；
（2）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；通过分析结果判断测量地的水土是否发生污染，如果有则进入下一步骤；否则，更换测量地，重复上述步骤；
（3）采集两处距离测量地距离相同处的附加水土样品，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；将两处附加水土样品同时加入两侧的输入孔，形成混合水土样品；
（4）通过微型光谱仪对检测室底部的混合水土样品进行检测，通过光谱分析得到混合水土样品的物质成分及其含量，基于分析结果获取水土污染情况相比步骤（2）中判断的水土污染情况的变化程度，并基于变化程度，以及测量地和两处距离其距离相同处的地点的位置关系，确定水土污染情况的延伸方向，基于其延伸方向选择进行下一步的测量。
有益效果：本发明的控制调节***和方法，应用于对环境监测的控制和调节，可以实现实时连续控制和调节，利用反馈控制和调节***，结合采集端利用遥感检测和光谱检测结合的方式，可以实现粗检测和精检测的结合，出错率低且精度高，且控制和调节后的环境监测设备能够准确监测；将特殊结构的采集器结合微型光谱仪构成了采集装置，首次利用圆棒结构实现了样品随机进行正态分布方式，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
图1为控制调节***的结构示意图；
图2为采集控制的结构示意图；
图3为采集装置结构示意图；
附图标记说明：1，腔体；2，检测室；3，微型光谱仪。
具体实施方式
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。
本发明提供了一种控制调节***和方法，其应用于对环境监测过程的控制和调节，其具体实现方式如附图1-图3所示，其中图1为控制调节***的结构示意图，图2为采集控制的结构示意图，图3为采集器结构示意图，下面对控制调节***和方法进行具体的介绍。需要注意的是，图1所示出的场景仅为可以用于本发明的应用场景的示例，以帮助本领域技术人员理解本发明的技术内容，但并不意味着本发明不可以用于其他设备、***、环境或场景。需要说明的是，本发明提供的控制调节***可用于控制检测和测量监测技术领域的相关方面，也可用其他适应性的领域，本发明提供的控制调节***的应用领域不做限定。
本发明提供了一种控制调节***，其结构如附图1所示。控制调节***包括处理单元，传输模块，采集装置，图像获取装置，控制单元和反馈模块，其中处理单元分别与控制单元，反馈单元和传输模块连接，传输模块还分别连接控制单元，采集装置和图像获取装置，控制单元还连接反馈单元。
处理单元，用于对控制调节过程中的数据进行处理和存储，还用于基于处理结果，形成的控制信息直接发送至控制单元，以及形成反馈信息发送至反馈模块。其中，形成控制信息时，处理单元实时进行处理，通过光谱分析得到混合水土样品的物质成分及其含量，基于分析结果获取水土污染情况的变化程度，并基于变化程度，以及测量地和两处距离其距离相同处的地点的位置关系，确定水土污染情况的延伸方向，基于其延伸方向选择控制完成进行下一步的测量，在此基础上进一步的形成控制采集装置实现封闭门的打开与关闭，以及传输模块的传输速率和方式（串行/并行等）等的控制信息，从而利用控制单元控制采集装置和/或传输模块完成相应的操作。对于形成反馈信号时，则是在采集装置和/或传输模块工作时，可能出现采集和传输过程状态的波动，针对波动情况及时的进行反馈，从而作用于控制单元进行后续的操作，这样也可以在正常的工作状态下，不增加控制单元的负担，保证其正常高效的工作，只有在特殊情况下（例如采集装置故障，以及传输故障/堵塞等）才进行介入，有效的提高了控制效率。
反馈模块，用于将反馈信息进行处理后形成反馈控制信号，并将反馈控制信号发送至控制单元。
控制单元，用于接收来自经处理单元发送的控制信息或经反馈模块发送的反馈控制信号，并基于控制信息或反馈控制信号控制采集装置和/或传输模块完成相应的操作。
图像获取装置，获取包括测量地覆盖范围的遥感图像，并将遥感图像通过传输模块传输至处理单元；处理单元，对遥感图像处理进行处理时，获取遥感图像中水土污染区域及其污染情况作为初步判断结果，在此基础上，则可以在初判结果对应的区域进行有针对性进行后续的调控。其中，在开始光谱测量方式之前，可以获取包括测量地覆盖范围的遥感图像。
传输模块，用于传输采集数据以及遥感图像，在具体的实施过程中，其可以为无线传输模块或有线传输模块。
需要说明的是，本发明所提供的控制调节***中的数据也可以在远程服务器中进行存储和处理。相应地，本发明所提供的控制调节***中的数据处理一般也可以设置于远程服务器或监控中心中。其中，远程服务器可以为独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式***，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络（ContentDelivery Net work，CDN）、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。
对于采集监控的部分，其结构如附图2所示。采集装置主要包括微型光谱仪和采集器。其中，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，但是本发明将特殊结构的采集器结合微型光谱仪构成了采集装置，实现了环境中水土污染情况的监测。在监测的过程中利用控制调节***，分别对微型光谱仪和采集器进行控制和调节，从而可以实现实时连续的控制和调节，且控制和调节后的的监测更加的精确。如附图2所示，控制单元连接采集器，且通过传输模块连接微型光谱仪。
本发明将特殊结构的采集器结合微型光谱仪构成了采集装置，实现了环境中水土污染情况的监测。结合附图3所示，其为采集器的结构示意图。采集装置包括腔体1和检测室2，并且腔体1和监测室2分别为矩形的腔体和监测室，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。其中，腔体1的上端均匀设置呈直线排列的三个输入口，其中中心输入口的孔径小于两侧的输入孔的孔径，且两侧的输入孔的孔径尺寸相同。三个输入口都设置有对应的封闭门（图中未示出），且每个封闭门都设置对应的驱动开关，通过控制驱动开关实现封闭门对应的打开和闭合，从而可以控制水土样品的进入。
结合附图2-图3所示，控制单元分别控制连接采集器中三个输入口，通过控制单元的控制，使得三个输入口可以按照控制打开或者闭合，具体的控制单元分别与三个输入口的驱动开关连接，当控制单元发出控制信号时，则相应的驱动开关控制封闭门对应的打开和闭合。
腔体1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。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。其中，优选的方式中矩形输出口两边各设置三个矩形槽。
利用随机注入呈正态分布（如附图3虚线部分）的原理，腔体1 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。
监测时，水土样品进入腔体后受到多个圆棒的影响，则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，首先将测量地的水土样品注入中心输入口，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。然后，将两处距离测量地相同距离处的水土样品同时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。
下面，对于本发明的控制调节方法进行具体的介绍。本发明结合特殊结构的采集器结合微型光谱仪，并利用遥感图像，实现了环境的监测，尤其实现了对水土污染情况的监测。
本发明提供了一种控制调节方法，其用于对环境监测过程的控制和调节，具体的包括依次进行的如下步骤：
首先，利用图像获取装置，获取包括测量地覆盖范围的遥感图像，并将遥感图像通过传输模块传输至处理单元，利用处理单元分析处理后获得粗判断结果：
具体的，利用图像获取装置，获取包括测量地覆盖范围的遥感图像，并将遥感图像通过传输模块传输至处理单元；处理单元，对遥感图像处理进行处理，获取遥感图像中水土污染区域及其污染情况作为初步判断结果。其中，在开始光谱测量方式之前，可以获取包括测量地覆盖范围的遥感图像。
其次，利用采集装置采集监测数据，并将监测数据通过传输模块传输至处理单元。
具体的，采集测量地一定量的水土样品后，利用控制单元分别控制采集器的中心输入口打开，两侧的输入孔的关闭；将水土样品注入至采集器的中心输入口，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。需要说明的是水土样品的量根据检测室需要输入的量进行选择，通过控制多个输入孔的打开和关闭，可以保证注入更加精确，同时使得输入结构更加简单，例如输入部分选择大口径的注入管道。
通过微型光谱仪对检测室底部的水土样品进行检测，检测数据通过传输模块传输至处理单元；处理单元，通过光谱分析得到水土样品的物质成分及其含量，其中具体的光谱分析方法可采用成分分析法等方式进行；接着，通过分析结果判断测量地的水土是否发生污染，如果有则进入下一步骤；否则，更换测量地，重复上述步骤。
采集两处距离测量地距离相同处的附加水土样品，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；利用控制单元分别控制采集器的中心输入口关闭，两侧的输入孔的打开；将两处附加水土样品同时加入两侧的输入孔，使得检测室内的水土样品与部分两处附加水土样品实现了混合，形成混合水土样品。
通过微型光谱仪对检测室底部的混合水土样品进行检测，检测数据通过传输模块传输至处理单元；处理单元，通过光谱分析得到混合水土样品的物质成分及其含量，通过分析结果判断水土污染情况相比之前的水土污染情况的变化程度，并基于变化程度，以及测量地和两处距离其距离相同处的位置关系，确定水土污染情况的延伸方向，从而基于其延伸方向进行下一步的测量。其中确定水土污染情况的延伸方向的方式，可以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，从而构成扇形，将其覆盖区域的两边作为延伸方向的角度范围等方式实现。
在最后，也可将遥感图像中水土污染区域及其污染情况，作为延伸方向的确定因素，或作为下一步的测量的确定因素。
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。

Claims (5)

1.一种控制调节***，包括处理单元，传输模块，采集装置，图像获取装置，控制单元和反馈模块，其特征在于：处理单元分别与控制单元，反馈单元和传输模块连接，传输模块还分别连接控制单元，采集装置和图像获取装置，控制单元还连接反馈单元，其中：
图像获取装置，用于获取包括测量地覆盖范围的遥感图像，并将遥感图像通过传输模块传输至处理单元；
采集装置，用于采集监测数据，并将监测数据通过传输模块传输至处理单元；采集装置包括微型光谱仪和采集器，控制单元分别对微型光谱仪和采集器进行控制和调节;
传输模块，用于传输采集数据以及遥感图像；
处理单元，用于接收采集数据和遥感图像，并分别进行处理后进行存储；同时基于处理结果，形成控制信息直接发送至控制单元，以及形成反馈信息发送至反馈模块；
反馈模块，用于将反馈信息进行处理后形成反馈控制信号，并将反馈控制信号发送至控制单元；
控制单元，用于接收来自经处理单元发送的控制信息或经反馈模块发送的反馈控制信号，并基于控制信息或反馈控制信号控制采集装置和/或传输模块完成相应的操作；
所述采集器包括腔体和检测室，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，矩形输出口两端分别依次均匀设置有多个矩形槽；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，其中中心输入口的孔径小于两侧的输入孔的孔径，且两侧的输入孔的孔径尺寸相同，并且多个矩形槽的槽边高度沿远离中心的方向依次递减；
所述的三个输入口都设置有对应的封闭门，且每个封闭门都设置对应的驱动开关；控制单元分别与采集器的三个输入口的驱动开关连接，还用于相应的控制驱动开关驱动封闭门对应的打开和闭合；
所述处理单元还用于通过光谱分析得到样品的物质成分及其含量，基于分析结果获取污染情况的变化程度，并基于变化程度，以及测量地和两处距离测量地距离相同处的地点的位置关系，确定污染情况的延伸方向，基于其延伸方向选择控制完成进行下一步的测量；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，两处距离测量地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。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于：传输模块为无线传输模块或有线传输模块。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于：所述检测室的底部为透明材料，所述微型光谱仪用于对检测室底部的样品进行检测。
4.一种控制调节方法，其利用如权利要求1-3任一项所述的控制调节***实现，其特征在于，包括如下步骤：
利用图像获取装置，获取包括测量地覆盖范围的遥感图像，并将遥感图像通过传输模块传输至处理单元，利用处理单元分析处理后获得粗判断结果；
利用采集装置采集监测数据，并将监测数据通过传输模块传输至处理单元；
利用处理单元接收采集数据和遥感图像，并分别进行分析处理后进行存储；通过光谱分析得到样品的物质成分及其含量，基于分析处理结果获取污染情况的变化程度，并基于变化程度，以及测量地和两处距离测量地距离相同处的地点的位置关系，确定污染情况的延伸方向；其中，为当变化程度为向远处变大时，则将测量地作为中心，两处距离测量地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；
其中，利用采集装置采集监测数据和利用处理单元进行分析处理，具体包括步骤：
（1）采集测量地一定量的水土样品后注入采集器的中心输入口，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；
（2）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；通过分析结果判断测量地的水土是否发生污染，如果有则进入下一步骤；否则，更换测量地，重复上述步骤；
（3）采集两处距离测量地距离相同处的附加水土样品，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；将两处附加水土样品同时加入两侧的输入孔，形成混合水土样品；
（4）通过微型光谱仪对检测室底部的混合水土样品进行检测，通过光谱分析得到混合水土样品的物质成分及其含量，基于分析结果获取水土污染情况相比步骤（2）中判断的水土污染情况的变化程度，并基于变化程度，以及测量地和两处距离测量地距离相同处的地点的位置关系，确定水土污染情况的延伸方向，基于其延伸方向选择进行下一步的测量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括步骤：利用处理单元，基于分析处理结果形成控制信息直接发送至控制单元，以及形成反馈信息发送至反馈模块。
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