CN110988290B - 一种应用于污水处理的水下监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于污水处理的水下监测系统，包括：人机交互模块、采集装置、通讯模块、数据存储模块以及分析模块；采集装置用于采集污水厂水池的图像数据以及水质数据并发送至通讯模块；通讯模块将图像数据以及水质数据传输至人机交互模块显示，同时传入数据存储模块储存；分析模块调用数据存储模块储存的图像数据以及水质数据，并根据图像数据及水质数据分别生成泥层厚度和水质检测结果，并将泥层厚度及水质检测结果传输到人机交互模块显示，并将泥层厚度及水质检测结果存入数据存储模块。本发明的水下监测系统实现了全自动泥层厚度测量和水质测量，使检测信息更全面，方便工作人员的判断分析，从而有效保证整体的出水水质。

Description

一种应用于污水处理的水下监测系统

技术领域

本发明涉及污水厂的监测分析技术领域，特别是涉及一种应用于污水处理的水下监测系统。

背景技术

污水厂二沉池是活性污泥法污水处理系统的重要组成部分，其工作效果能够直接影响污水处理的出水水质，起着保障出水水质悬浮物含量合格的决定性作用。在污水处理过程中，污水厂水池底部往往易堆积大量污泥，影响出水水质，在实际使用过程中，需要经常对污泥厚度、水质情况进行监测，及时调整工艺运行，从而保障出水水质。目前泥层厚度检测大多通过污泥界面仪或污泥浓度计检仪检测污泥信息，无法直接观测水下泥层实际情况及污泥形态情况，导致检测信息不全面，影响出水水质。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于污水处理的水下监测系统，以解决现有泥层厚度检测方法无法直接观测水下污泥形态情况，导致的检测信息不全面，影响出水水质的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种应用于污水处理的水下监测系统，包括：人机交互模块、采集装置、通讯模块、数据存储模块以及分析模块；所述人机交互模块分别与所述通讯模块、所述数据存储模块以及所述分析模块连接；所述采集装置、所述通讯模块、所述数据存储模块以及所述分析模块依次连接；

所述采集装置用于采集污水厂水池的图像数据以及水质数据并发送至所述通讯模块；

所述通讯模块用于将所述图像数据以及所述水质数据传输至所述人机交互模块进行显示，同时传入所述数据存储模块进行储存；

所述分析模块用于调用所述数据存储模块储存的所述图像数据以及水质数据，并根据所述图像数据及所述水质数据分别生成泥层厚度和水质检测结果，并将所述泥层厚度及所述水质检测结果传输到所述人机交互模块进行显示，并将所述泥层厚度及所述水质检测结果存入所述数据存储模块。

可选的，所述采集装置包括：PLC控制模块、提升机构以及手柄；所述PLC控制模块分别与所述手柄以及所述提升机构连接；所述PLC控制模块用于根据所述手柄的信号控制所述提升机构的升降。

可选的，所述提升机构包括：卷扬机、可旋转摄像头、光源和水质检测仪表；所述卷扬机通过缆绳分别与所述可旋转摄像头以及所述水质检测仪表连接；所述可旋转摄像头的正前方设置有所述光源；所述PLC控制模块根据所述手柄的信号控制所述卷扬机缆绳的升降速度；所述卷扬机的缆绳带动所述可旋转摄像头和所述水质检测仪表的升降；所述可旋转摄像头用于采集所述图像数据；所述水质检测仪表用于采集所述水质数据。

可选的，所述分析模块包括泥水界面训练模块；所述泥水界面训练模块用于调用所述数据存储模块存储的所述图像数据，根据所述图像数据训练得到泥水分界模型，并将所述泥水分界模型储存到所述数据存储模块中。

可选的，所述分析模块还包括泥水界面识别模块；所述泥水界面识别模块用于调用所述泥水分界模型，并根据所述通讯模块实时传输的当前图像数据，采用所述泥水分界模型识别泥水分界面，生成泥水分界面识别结果并发送至所述PLC控制模块；当所述泥水分界面识别结果为识别到所述泥水分界面时，所述PLC控制模块控制所述采集装置停止下降。

可选的，所述人机交互模块包括参数设定单元；所述参数设定单元用于设定所述采集装置的运行参数并发送至所述PLC控制模块；所述运行参数包括所述采集装置的升降速度及运行频率。

可选的，所述分析模块还包括泥层厚度计算模块和缆绳长度计算模块；

所述参数设定单元将所述升降速度发送至所述缆绳长度计算模块；

所述缆绳长度计算模块用于根据所述升降速度计算缆绳长度并发送至所述泥层厚度计算模块；

所述泥层厚度计算模块根据所述缆绳长度以及污水厂水池高度计算泥层厚度并发送至所述人机交互模块进行显示。

可选的，所述分析模块还包括水质检测模块；所述水质检测模块用于调用所述数据存储模块储存的所述水质数据，并根据所述水质数据生成水质检测结果并分别发送到所述人机交互模块及所述数据存储模块。

可选的，所述人机交互模块还包括水质参数查询显示单元、历史泥层厚度查询显示单元和泥水界面历史图像查询显示单元；

所述水质参数查询显示单元用于调用所述数据存储模块中存储的所述水质检测结果并显示；

所述历史泥层厚度查询显示单元用于调用所述数据存储模块中存储的历史泥层厚度并显示；

所述泥水界面历史图像查询显示单元，用于调用所述数据存储模块中存储的泥水界面历史图像并显示。

可选的，所述通讯模块为WIFI无线模块或4G模块；所述WIFI无线模块或所述4G模块选配USB或以太网作为通信端口。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种应用于污水处理的水下监测系统，包括：人机交互模块、采集装置、通讯模块、数据存储模块以及分析模块；所述采集装置用于采集污水厂水池的图像数据以及水质数据并发送至所述通讯模块；所述通讯模块用于将所述图像数据以及所述水质数据传输至所述人机交互模块进行显示，同时传入所述数据存储模块进行储存；所述分析模块用于调用所述数据存储模块储存的所述图像数据以及水质数据，并根据所述图像数据及所述水质数据分别生成泥层厚度和水质检测结果，并将所述泥层厚度及所述水质检测结果传输到所述人机交互模块进行显示，并将所述泥层厚度及所述水质检测结果存入所述数据存储模块。本发明的水下监测系统实现了全自动泥层厚度测量和水质测量，可对污水厂水池水下情况实时观测并记录，使检测信息更全面，方便工作人员的判断分析，从而有效保证整体的出水水质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的应用于污水处理的水下监测系统的结构示意图；

图2为本发明提供的采集装置的结构示意图；

图3为本发明提供的数据存储模块的结构示意图；

图4为本发明提供的分析模块的结构示意图；

图5为本发明提供的人机交互模块的结构示意图。

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。

本发明的目的是提供一种应用于污水处理的水下监测系统，以解决现有泥层厚度检测方法无法直接观测水下污泥形态情况，导致的检测信息不全面，影响出水水质的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的应用于污水处理的水下监测系统的结构示意图。如图1所示，本发明所述应用于污水处理的水下监测系统，包括：采集装置101、通讯模块102、数据存储模块103、分析模块104和人机交互模块105。所述采集装置101，用于获取水下图像数据、水质数据，通过通讯模块102传输至人机交互模块105中显示，并将采集到的数据存储到数据存储模块103中。所述分析模块104调用数据存储模块103中的图像数据分析计算生成计算结果，并将计算结果传输至人机交互模块105中显示。

具体的，如图1所示，所述人机交互模块105分别与所述通讯模块102、所述数据存储模块103以及所述分析模块104连接；所述采集装置101、所述通讯模块102、所述数据存储模块103以及所述分析模块104依次连接。

所述采集装置101用于采集污水厂水池的图像数据以及水质数据并发送至所述通讯模块102。

所述通讯模块102用于将所述图像数据以及所述水质数据传输至所述人机交互模块105进行显示，同时传入所述数据存储模块103进行储存。

所述分析模块104用于调用所述数据存储模块103储存的所述图像数据以及水质数据，并根据所述图像数据及所述水质数据分别生成泥层厚度和水质检测结果，并将所述泥层厚度及所述水质检测结果传输到所述人机交互模块105进行显示，并将所述泥层厚度及所述水质检测结果存入所述数据存储模块103。

图2为本发明提供的采集装置的结构示意图。如图2所示，所述采集装置101包括：手柄201、PLC控制模块202以及提升机构207。所述PLC控制模块202分别与所述手柄201以及所述提升机构207连接。所述PLC控制模块用于根据所述手柄201的信号控制所述提升机构207的升降。

具体的，所述提升机构207包括：卷扬机203、可旋转摄像头204、光源205和水质检测仪表206。所述卷扬机203通过缆绳分别与所述可旋转摄像头204以及所述水质检测仪表206连接。所述可旋转摄像头204的正前方设置有所述光源205。所述PLC控制模块202根据所述手柄201的信号控制所述卷扬机203缆绳的升降速度。所述卷扬机203的缆绳带动所述可旋转摄像头204和所述水质检测仪表206的升降。所述可旋转摄像头204为180°可旋转摄像头，用于采集所述图像数据。所述水质检测仪表206用于采集所述水质数据。

现场人员通过所述手柄201经由所述PLC控制模块202控制所述提升机构的升降，所述可旋转摄像头204和所述光源205与所述提升机构203相连，所述可旋转摄像头204安装在伸缩铝管底部，所述光源205位于所述摄像头204的正前方，对泥层进行打光。

所述提升机构207的工作原理为：当需要探测泥层厚度时，所述卷扬机203对缆绳进行放线，缆绳牵引着所述可旋转摄像头204慢慢下降。当进行泥层厚度测量时，利用泥水分界模型识别图像的泥水分界面，当所述可旋转摄像头204拍摄到的图像为泥水分界面时，所述PLC控制模块202控制所述卷扬机203停止工作。当进行水下状态观测时，可根据情况使用所述手柄201调节所述可旋转摄像头204到指定的高度，使所述卷扬机203停止工作，使用所述可旋转摄像头204进行拍摄，并将拍摄的水下泥层的所述图像数据和水质检测仪表206检测的所述水质数据通过通讯电缆接入所述PLC控制模块202进行采集。采集到的数据经由所述通讯模块102传输到所述数据存储模块103。

图3为本发明提供的数据存储模块的结构示意图。如图3所述，所述数据存储模块103包括泥水分界模型存储单元301、图像数据存储单元302、仪表数据存储单元303。所述采集装置101将采集到的所述图像数据和水质数据通过通讯模块102传输至所述数据存储模块103中的图像数据存储单元302和仪表数据存储单元303中进行存储。所述图像数据存储单元302将泥水分界样本图像数据传输至实时分析模块104中的泥水界面训练模块401，通过机器学习算法对其进行训练，获得泥水分界模型并存储至数据存储模块103的泥水分界模型存储单元301中。

图4为本发明提供的分析模块的结构示意图。如图4所示，所述分析模块104包括泥水界面训练模块401、泥水界面识别模块402、缆绳长度计算模块和泥层厚度计算模块403。所述泥水界面训练模块401用于调用所述数据存储模块103存储的所述图像数据，根据所述图像数据训练得到泥水分界模型，并将所述泥水分界模型储存到所述数据存储模块103中。

所述泥水界面识别模块402用于调用所述泥水分界模型，并根据所述通讯模块102实时传输的当前图像数据，采用所述泥水分界模型301识别泥水分界面，生成泥水分界面识别结果并发送至所述PLC控制模块202。当所述泥水分界面识别结果为识别到所述泥水分界面时，所述PLC控制模块202控制所述采集装置101停止下降。

所述人机交互模块105的参数设定单元501将缆绳的升降速度发送至所述缆绳长度计算模块；所述PLC控制模块202将采集到的缆绳升降时长发送至所述缆绳长度计算模块。所述缆绳长度计算模块用于将所述升降速度与所述升降时长相乘计算得到缆绳长度并发送至所述泥层厚度计算模块403。

所述泥层厚度计算模块403根据所述缆绳长度以及污水厂水池高度计算泥层厚度并发送至所述人机交互模块105进行显示。所述泥层厚度为所述污水厂水池高度与缆绳长度之差。

所述分析模块104还包括水质检测模块；所述水质检测模块用于调用所述数据存储模块103储存的所述水质数据，并根据所述水质数据生成水质检测结果并分别发送到所述人机交互模块105及所述数据存储模块103。

本发明通过采集装置101获得的所述图像数据经过通讯模块102传送至所述泥水界面识别模块402，所述泥水界面识别模块402调用数据存储模块103中的泥水分界模型进行判断，若该图像判断为泥水分界面，则自动停止提升机构207下降，进行下一步泥层厚度计算。根据人机交互模块105中的参数设定单元501获取卷扬机缆绳的升降速度及水池高度信息，结合PLC控制模块202采集到的升降时长，计算出缆绳长度，从而计算出泥层厚度，并在人机交互模块105中显示。

图5为本发明提供的人机交互模块的结构示意图。如图5所示，所述人机交互模块105包括参数设定单元501、水下环境观测显示单元502、水质参数查询显示单元503、历史泥层厚度查询显示单元504、泥水界面历史图像查询显示单元505、泥水界面显示单元506和泥层厚度计算显示单元507。

其中，所述参数设定单元501用于设定所述采集装置101的运行参数并发送至所述PLC控制模块202；所述运行参数包括所述采集装置101的升降速度及运行频率。所述水质参数查询显示单元503用于调用所述数据存储模块103中存储的所述水质检测结果并显示；所述历史泥层厚度查询显示单元504用于调用所述数据存储模块103中存储的历史泥层厚度并显示；所述泥水界面历史图像查询显示单元505，用于调用所述数据存储模块103中存储的泥水界面历史图像并显示。

污水厂水池数据被所述采集装置101采集后，通过所述通讯模块102传输至所述数据存储模块103，同时采集到的图像数据通过所述通讯模块102传输至所述人机交互模块105中的水下环境观测显示单元502进行动态显示。通过所述人机交互模块105中的参数设定单元501，调整所述提升机构207的升降速度以配置水池高度，适应不同的应用场景。所述人机交互模块105的参数设定单元501还可以设定系统自动运行频率，实现系统的定频全自动测量记录。通过所述采集装置101中的所述手柄201，现场人员可就地控制所述提升机构207，改变所述可旋转摄像头204水下的相对高度，实现对水下情况的观测。所述人机交互模块105中的水质参数查询显示单元503、历史泥层厚度查询显示504和泥水界面历史图像查询显示505通过调用数据存储模块103中的仪表数据、图像数据实现水质数据查询显示功能、历史泥层厚度查询显示功能和泥水界面历史图像查询显示功能。所述分析模块104将计算结果传输至所述人机交互模块105中的泥水界面显示单元506和泥层厚度计算显示单元507进行泥水界面显示和泥层厚度计算显示。所述通讯模块102可选配USB、以太网、WIFI无线模块和4G，用于将采集到的所述图像数据、所述水质数据传输至人机交互模块105进行动态显示，并存储到所述数据存储模块103以供所述分析模块104调用。4G远传技术可将数据上传到集控平台、云平台，供技术人员分析。

本发明公开的一种应用于污水处理的水下监测系统，可通过远程自动和就地手动两种方式进行控制，运用机器视觉技术自动定位泥水分界位置，实现水下泥层厚度的自动测量，利用水质仪表实现水质监测；利用180°可旋转摄像头204实现水下情况环境观测及图像视频记录，并将采集到的所述图像数据、所述水质数据通过所述通信模块102传输至所述数据存储模块103进行存储，并在所述人机交互模块105进行动态显示，同时通过4G远传技术上传至集控中心、云平台，供技术人员分析，从而保障工艺正常运行。本发明针对目前泥层厚度检测多通过污泥界面仪或污泥浓度计检仪，无法观测水下泥层实际情况及污泥形态情况，提供一种应用于污水处理的水下监测系统，能够实现全自动泥层厚度测量以及水质测量，可对污水厂水池水下情况实时观测并记录，同时可将数据通过4G网络远传分析，从而有效保证污水厂水池整体的出水水质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种应用于污水处理的水下监测系统，其特征在于，包括：人机交互模块、采集装置、通讯模块、数据存储模块以及分析模块；所述人机交互模块分别与所述通讯模块、所述数据存储模块以及所述分析模块连接；所述采集装置、所述通讯模块、所述数据存储模块以及所述分析模块依次连接；

所述采集装置用于采集污水厂水池的图像数据以及水质数据并发送至所述通讯模块；

所述通讯模块用于将所述图像数据以及所述水质数据传输至所述人机交互模块进行显示，同时传入所述数据存储模块进行储存；

所述分析模块用于调用所述数据存储模块储存的所述图像数据以及水质数据，并根据所述图像数据及所述水质数据分别生成泥层厚度和水质检测结果，并将所述泥层厚度及所述水质检测结果传输到所述人机交互模块进行显示，并将所述泥层厚度及所述水质检测结果存入所述数据存储模块；

所述采集装置包括：PLC控制模块、提升机构以及手柄；所述PLC控制模块分别与所述手柄以及所述提升机构连接；所述PLC控制模块用于根据所述手柄的信号控制所述提升机构的升降；

所述提升机构包括：卷扬机、可旋转摄像头、光源和水质检测仪表；所述卷扬机通过缆绳分别与所述可旋转摄像头以及所述水质检测仪表连接；所述可旋转摄像头的正前方设置有所述光源；所述PLC控制模块根据所述手柄的信号控制所述卷扬机缆绳的升降速度；所述卷扬机的缆绳带动所述可旋转摄像头和所述水质检测仪表的升降；所述可旋转摄像头用于采集所述图像数据；所述水质检测仪表用于采集所述水质数据；

所述分析模块包括泥水界面训练模块；所述泥水界面训练模块用于调用所述数据存储模块存储的所述图像数据，根据所述图像数据训练得到泥水分界模型，并将所述泥水分界模型储存到所述数据存储模块中；

所述分析模块还包括泥水界面识别模块；所述泥水界面识别模块用于调用所述泥水分界模型，并根据所述通讯模块实时传输的当前图像数据，采用所述泥水分界模型识别泥水分界面，生成泥水分界面识别结果并发送至所述PLC控制模块；当所述泥水分界面识别结果为识别到所述泥水分界面时，所述PLC控制模块控制所述采集装置停止下降。

2.根据权利要求1所述的应用于污水处理的水下监测系统，其特征在于，所述人机交互模块包括参数设定单元；所述参数设定单元用于设定所述采集装置的运行参数并发送至所述PLC控制模块；所述运行参数包括所述采集装置的升降速度及运行频率。

3.根据权利要求2所述的应用于污水处理的水下监测系统，其特征在于，所述分析模块还包括泥层厚度计算模块和缆绳长度计算模块；

所述参数设定单元将所述升降速度发送至所述缆绳长度计算模块；

所述缆绳长度计算模块用于根据所述升降速度计算缆绳长度并发送至所述泥层厚度计算模块；

所述泥层厚度计算模块根据所述缆绳长度以及污水厂水池高度计算泥层厚度并发送至所述人机交互模块进行显示。

4.根据权利要求1所述的应用于污水处理的水下监测系统，其特征在于，所述分析模块还包括水质检测模块；所述水质检测模块用于调用所述数据存储模块储存的所述水质数据，并根据所述水质数据生成水质检测结果并分别发送到所述人机交互模块及所述数据存储模块。

5.根据权利要求1所述的应用于污水处理的水下监测系统，其特征在于，所述人机交互模块还包括水质参数查询显示单元、历史泥层厚度查询显示单元和泥水界面历史图像查询显示单元；

所述水质参数查询显示单元用于调用所述数据存储模块中存储的所述水质检测结果并显示；

所述历史泥层厚度查询显示单元用于调用所述数据存储模块中存储的历史泥层厚度并显示；

所述泥水界面历史图像查询显示单元，用于调用所述数据存储模块中存储的泥水界面历史图像并显示。

6.根据权利要求1所述的应用于污水处理的水下监测系统，其特征在于，所述通讯模块为WIFI无线模块或4G模块；所述WIFI无线模块或所述4G模块选配USB或以太网作为通信端口。

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