申请日2018.08.09
公开(公告)日2018.12.18
IPC分类号G01S11/14; G01D21/02
摘要
本发明公开了一种污水排放溯源定位方法，编码:每套声波脉冲编码及发射设备设置唯一数字标识代码，将数字标识代码与废水源进行关联;发射声波脉冲信号:水声发射设备放置在废水源头端口或排放管道内，按照确定的重复频率发射声波脉冲信号;接收水声信号:在周边水域的移动设备上装备声波接收装置，声波接收装置感知工作频率范围内的声波振动信息;定位计算：声波接收设备对应位置为测量点，计算得到废水源管口位置信息。管口位置排查。本发明采用声波对企业排出的污水进行身份标注，通过声波定位技术分析附近的排污口，身份确认后，如果计算出管口定位结果与备案的排污口位置不同，则可能是偷排口，通过计算出管口定位结果可以准确找到异常的排污口，方便后续执法。
权利要求书
1.一种污水排放溯源定位方法，其特征在于：具体步骤如下：
第一步，编码:选择频率为20Hz-200KHz的线性调频声波脉冲，设计线性调频脉冲波形，根据其波形参数不同对应相应的数字标识代码，用于排污口定位和数据通信识别;每套声波脉冲编码及发射设备设置唯一数字标识代码，将数字标识代码与废水源进行关联;
第二步，发射声波脉冲信号:水声发射设备放置在废水源头端口或排放管道内，按照确定的重复频率发射声波脉冲信号，按照设定时刻发射定位波形信号和数据通信波形信号;
第三步，接收水声信号:在周边水域的移动设备上装备声波接收装置，声波接收装置感知工作频率范围内的声波振动信息，并转换成电信号，经放大、A/D转换后，实现对水下声波的接收和数字化采集;
第四步，定位计算：声波接收设备对应位置为测量点，测量路径延迟得到测量点位到声源位置的距离，多测量点位精确位置信息和测量点到声源发射端的距离信息，计算得到废水源管口位置信息;
第五步，管口位置排查：将测量、计算得到的管口位置与已备案的排污口位置进行一一比对;当排查到的声源位置与已知备案排污口位置相同或接近时，则确定该排污口与带有唯一编号的污水源之间一一对应关系;
当筛查对比声源位置与已知备案排污口位置完全不同，则判定为未备案排污口，通过唯一编号反向查找污水的出处，最后确定污水源与未备案排污口的对应关系。
2.根据权利要求1所述的污水排放溯源定位方法，其特征在于：
所述声波接收设备数量为一个，声波接收设备放置在周围水域内且按照一定路径移动，通过分时多点传输延迟测量方式，实现对声源的精确定位。
3.根据权利要求1所述的污水排放溯源定位方法，其特征在于：所述第一步中水声信号编码中，编码波形为线性调频脉冲波形，不同参数组合的脉冲波形与唯一编码相关联，特定参数声波发射实现数字编码传输。
4.根据权利要求1所述的污水排放溯源定位方法，其特征在于：所述第三步中：设测量位置为M1(x1，y1，z1),测量点位到声波发射源头的时间延迟对应的距离信息为L1，设系统时延误差、声源到排放口的水道距离为未知常量L0，设排放口的位置参数为S(x0，y0，z0)，则存在方程：
上述方程中，x0，y0，z0，L0为未知数，而其他参数通过卫星定位数据和声波接收设备获取，多点位数据采用联立方程、滤波平滑处理，可以解算得到x0，y0，z0，L0的值，最后计算出管口定位结果。
5.根据权利要求1所述的污水排放溯源定位方法，其特征在于：所述第二步中，接收水声信号数字化，采用匹配滤波途径实现信噪比最大化和信号可视化处理。
6.根据权利要求1所述的污水排放溯源定位方法，其特征在于：所述声波接收设备为水听器，所述声波发射设备为水声换能器。
7.一种污水排放溯源定位系统，其特征在于：包括测试船、声波接收设备、声波发射设备，所述声波发射设备安装在废水源头端口或排放管道内，所述测试船上安装有用于接收声波信号的声波接收设备;
所述测试船上还安装有信号处理设备和GPS模块，所述声波接收设备、GPS模块分别与信号处理设备通讯连接;
所述声波发射设备还连接有信息编码模块和GPS模块。
8.根据权利要求1所述的污水排放溯源定位系统，其特征在于：所述信号处理设备还通讯连接有后台计算机，所述后台计算机连接至通讯模块。
9.根据权利要求1所述的污水排放溯源定位系统，其特征在于：所述测试船上还安装有用于测量温度、水质电导率、浊度、氮氧含量的水质检测模块。
说明书
一种污水排放溯源定位系统及方法
技术领域
本发明涉及污水排放监控领域，具体涉及一种污水排放溯源定位系统及方法。
背景技术
污水，通常指受一定污染的、来自生活和生产的排出水。按照污水来源，污水可以分为这四类：工业废水、生活污水、商业污水、表面径流。
污水的主要污染物有病原体污染物、耗氧污染物、植物营养物化学污染物和重金属污染物等。
污水未经处理及未达标的排放，将会严重污染水资源，给人民生活带来很大危害。很多污水的排口都在江河湖海的水下或半水下隐蔽处，十分难发现排查：
1、客观历史因素来看，因工程资料缺失，施工技术及设备精度限制，工程管理也存在一些偏差，所以对于一些实际存在的排污口位置存在标识不清楚。导致污水排污口的数量不清、定位不准、与排放污染源的关系不明，逐一确认和相关排查的难度也非常大，对未来的有序监管带来非常大的障碍。
2、从主观因素来看，由于污水处理难度大、成本高，少数公司、厂矿为了降低污染处理成本，选择偷排、乱排污水，严重污染周围环境。由于偷排污水行为会刻意避开监控点和监控时间，有时还会利用暴雨等特殊天气，亦或将污水的排污口进行掩藏，整个偷排污水行为具有较强的隐蔽性，采用传统方法较难准确发现人为非法设置用于偷排的排污口。
随着对环境的监管要求越来越严格，现在急需排查摸清排污口的数量、排污口的精确位置和排污口的隶属关系(存在几个企业共用一个排污口)。
传统针对排污口的排查，通常采用人工勘查、水下摄像或者雷达探测、化学分析污染物方法。例如：人工勘查，由于部分排污管道深埋地下，排污口通过人工勘查勘测不到，而且由于地形的原因，人工勘查的危险系数也较大。例如：水下摄像或者雷达探测，对于部分水体浑浊不清，且有遮挡物的情况下，水下摄像或者雷达探测效果也会大打折扣，非常难准确分辨出排污口。
例如：化学分析方法，专利ZL201210150830.3提出了一种快速实现水污染溯源的方法。该方法通过化学检测建立化学指纹信息数据库对污水溯源;但是这种数据库前期建立成本较大，而且如果附近有多家企业，且生产的产品种类较多时，辨识度较低;而且这种方法只能溯源到企业可能存在偷排行为，却难以发现偷排口。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种高精度定位、能够准确发现污水排放口并进行溯源定位的系统及方法。
为实现该技术目的，本发明的方案是：一种污水排放溯源定位方法，具体步骤如下：
第一步，编码:选择频率为20Hz-200KHz的线性调频声波脉冲，设计线性调频脉冲波形，根据其波形参数不同对应相应的数字标识代码，用于排污口定位和数据通信识别;每套声波脉冲编码及发射设备设置唯一数字标识代码，将数字标识代码与废水源进行关联;
第二步，发射声波脉冲信号:水声发射设备放置在废水源头端口或排放管道内，按照确定的重复频率发射声波脉冲信号，按照设定时刻发射定位波形信号和数据通信波形信号;
第三步，接收水声信号:在周边水域的移动设备上装备声波接收装置，声波接收装置感知工作频率范围内的声波振动信息，并转换成电信号，经放大、A/D转换后，实现对水下声波的接收和数字化采集;
第四步，定位计算：声波接收设备对应位置为测量点，测量路径延迟得到测量点位到声源位置的距离，多测量点位精确位置信息和测量点到声源发射端的距离信息，计算得到废水源管口位置信息;
第五步，管口位置排查：将测量、计算得到的管口位置与已备案的排污口位置进行一一比对;当排查到的声源位置与已知备案排污口位置相同或接近时，则确定该排污口与带有唯一编号的污水源之间一一对应关系;
当筛查对比声源位置与已知备案排污口位置完全不同，则判定为未备案排污口，通过唯一编号反向查找污水的出处，最后确定污水源与未备案排污口的对应关系。
作为优选，所述声波接收设备数量为一个，声波接收设备放置在周围水域内且按照一定路径移动，通过分时多点传输延迟测量方式，实现对声源的精确定位。
作为优选，所述第一步中水声信号编码中，编码波形为线性调频脉冲波形，不同参数组合的脉冲波形与唯一编码相关联，特定参数声波发射实现数字编码传输;
作为优选，所述第三步中：设测量位置为M1(x1，y1，z1),测量点位到声波发射源头的时间延迟对应的距离信息为L1，设系统时延误差、声源到排放口的水道距离为未知常量L0，设排放口的位置参数为S(x0，y0，z0)，则存在方程：
上述方程中，x0，y0，z0，L0为未知数，而其他参数通过卫星定位数据和声波接收设备获取，多点位数据采用联立方程、滤波平滑处理，可以解算得到x0，y0，z0，L0的值，最后计算出管口定位结果。
作为优选，所述第二步中，接收水声信号数字化，采用匹配滤波途径实现信噪比最大化和信号可视化处理。
作为优选，所述声波接收设备为水听器，所述声波发射设备为水声换能器。
一种污水排放溯源定位系统，包括测试船、声波接收设备、声波发射设备，所述声波发射设备安装在废水源头端口或排放管道内，所述测试船上安装有用于接收声波信号的声波接收设备;
所述测试船上还安装有信号处理设备和GPS模块，所述声波接收设备、GPS模块分别与信号处理设备通讯连接;
所述声波发射设备还连接有信息编码模块和GPS模块。
作为优选，所述信号处理设备还通讯连接有后台计算机，所述后台计算机连接至通讯模块。
作为优选，所述测试船上还安装有用于测量温度、水质电导率、浊度、氮氧含量的水质检测模块。
本发明的有益效果，采用声波对企业排出的污水进行身份标注，通过声波定位技术分析附近的排污口，身份确认后，如果计算出管口定位结果与备案的排污口位置不同，则可能是偷排口，通过计算出管口定位结果可以准确找到异常的排污口，方便后续执法。