[发明专利]基于无线传感器的靠近不透水边界污染源探测与定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及靠近不透水边界污染源探测与定位技术领域，具体是一种基于无线传感器的靠近不透水边界污染源探测与定位方法。

背景技术

近年来，水环境保护受到了社会各界更为广泛的关注，水环境中污染源的探测与定位技术在环境保护中的重要地位凸显。通常情况下，水体污染来自靠近岸边工厂的废水、废渣的沿岸排放，因此，在湖边附近的污染源即靠近不透水边界污染源的探测与定位技术对于寻找污染源，保护和改善环境，保障人体饮水安全有着重要意义。

目前，污染源的定位问题主要针对气体污染源，但水环境污染源与气体污染源的扩散机理不尽相同。在气体中，污染源的扩散不受边界约束。实际水体受水底和岸边的影响，不是无限的，故污染源的扩散受到边界影响。因此用于气体监测与定位的方法不适用于水体污染源的探测与定位。此外现有的水体污染源的探测与定位方法主要有遥感技术、水下机器人定位技术、人工检测定位技术，但是上述方法存在很多缺点，比如造价昂贵、可操作性不强，周期长等。

总体上讲，目前的探测与定位技术存在诸多弊端，缺乏可行性，寻找一种符合实际情况的沿岸探测与定位方法是亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种符合实际河流排污情况、可操作性强、精确度高和成本低廉的基于无线传感器的靠近不透水边界污染源探测与定位方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为如下步骤：

步骤一、在待测的靠近不透水边界部署无线传感器节点

在待测的靠近不透水边界（即距岸边或堤坝1m范围内的湖水中）随机分布n个传感器节点，传感器节点坐标为(x_i,y_i)(i＝1,2,3....n≥3)，传感器节点以射频的方式与终端节点连接，终端节点与一个网关无线连接，网关通过串口线与PC机连接；PC机中装有软件管理系统，软件管理系统包括污染源探测模块、污染源扩散阶段分析模块、第一定位模块和第二定位模块。

步骤二、靠近不透水边界水污染源的探测

设定：水体深度为f，水体初始离子浓度为Cc，靠近不透水边界有一段伸入湖心长度l未知的排污管；已知：该排污管的释放速率为Q，污染源的浓度为C₀；以不透水边界为Y轴，以排污管伸入湖中方向为X轴，以排污管与Y轴的交点为原点建立直角坐标系M。

传感器节点(x_i,y_i)探测到水体离子浓度为C_i(t)，若C_i(t)-Cc≥10mg/l，则传感器节点(x_i,y_i)检测到靠近不透水边界污染源的存在。

步骤三、污染源扩散的稳定状态判断

传感器节点(x_i,y_i)在t时刻检测到污染源的存在，水体离子浓度为C_i(t)，传感器节点(x_i,y_i)在时间间隔Δt时测得离子浓度为C_i(t+Δt)。

假设靠近不透水边界污染源在扩散时为各项同性，即污染源在x轴和y轴上的扩散系数为D_x＝D_y＝D,δ_c为污染源扩散达到稳定状态的浓度差阀值，