[發明專利]一種農田重金屬污染在線監測預警與實時處理系統及方法

有效

• 申請號: 201710429020.4
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107247083B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 朱華吉;吳華瑞;張麗紅;陳誠;王元勝;顧靜秋
• 申請（專利權）人: 北京農業信息技術研究中心
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

1.一種農田重金屬污染在線監測預警與實時處理系統的處理方法，其特征在于，所述系統包括重金屬在線監測預警設備、重金屬實時處理裝置和控制處理單元，所述重金屬在線監測預警設備與重金屬實時處理裝置分別與所述控制處理單元連接；

所述重金屬在線監測預警設備用于監測土壤的重金屬濃度，并根據土壤污染嚴重程度發出預警信號；

所述控制處理單元用于接收且分析預警信號并發出控制指令；

所述重金屬實時處理裝置用于接收控制指令，并對重金屬進行吸附處理；

所述處理方法包括：

S1.根據重金屬濃度計算公式和待測點的電阻值，得到待測點的重金屬元素濃度值和重金屬綜合污染因子；

S2.判斷當待測點的重金屬綜合污染因子大于預設值時，重金屬在線監測預警設備發出預警信號；

S3.控制處理單元接收預警信號，并控制重金屬實時處理裝置進行重金屬吸附處理；

所述S1中待測點的重金屬元素濃度值，通過以下步驟得到：

S11.在檢測區域內安裝農田重金屬污染在線監測預警及實時處理系統；

S12.通過系統的取樣裝置對檢測區域參考點進行取樣；

S13.取樣樣品通過管道進入預處理裝置進行預處理；

S14.預處理后的樣品進入到感知單元，通過重金屬傳感器將感知的信號傳送到變送器；

S15.變送器把重金屬傳感器的測量值轉化為電信號，并傳輸到模數轉換器；

S16.模數轉換器采集變送器輸出的電流/電壓信號，通過模數轉換為相應的數字信號，模數轉換器內置的SPSS軟件對電阻值與目標重金屬元素濃度值進行逐步回歸得到目標重金屬元素濃度與電阻參數關系式，提取該關系式系數，即得重金屬濃度計算公式的參數值；

S17.根據待測點觀察到的電阻數值，根據重金屬濃度計算公式，得到待測點的重金屬元素濃度值，重金屬濃度計算公式為：

其中，c是重金屬元素的濃度，R是測得的電阻數值，b₀、b₁和b₂是參數。

2.根據權利要求1所述的農田重金屬污染在線監測預警與實時處理系統的處理方法，其特征在于，所述重金屬在線監測預警設備包括依次連接的取樣裝置、預處理裝置、感知單元、變送器、模數轉換器和預警裝置；

所述取樣裝置包括鉆頭、延長桿、刮刀和土壤存儲室，所述延長桿上標有刻度，用于對樣品的土壤深度進行標定；

所述預處理裝置包括研磨器和土壤樣品瓶；

所述感知單元包括重金屬傳感器，所述重金屬傳感器由氮摻雜的有缺陷的石墨烯的材料制成；

所述變送器用于將所述重金屬傳感器的測量值轉化為電信號；

所述模數轉換器用于將變送器輸出的電流/電壓信號，通過模數轉換為相應的數字信號。

3.根據權利要求2所述的農田重金屬污染在線監測預警與實時處理系統的處理方法，其特征在于，所述模數轉換器用于對電阻值與目標重金屬濃度值進行逐步回歸得到目標重金屬濃度與電阻參數關系式。

4.根據權利要求1所述的農田重金屬污染在線監測預警與實時處理系統的處理方法，其特征在于，所述重金屬實時處理裝置包括重金屬吸附器，所述重金屬吸附器內設有吸附材料，所述吸附材料為氮摻雜的有缺陷的石墨烯。

5.根據權利要求1所述的農田重金屬污染在線監測預警與實時處理系統的處理方法，其特征在于，所述系統還包括與所述控制處理單元連接的重金屬污染監控平臺，所述重金屬污染監控平臺用于根據所述控制處理單元的控制指令繪制區域重金屬污染圖。

6.根據權利要求5所述的農田重金屬污染在線監測預警與實時處理系統的處理方法，其特征在于，所述重金屬污染監控平臺包括傳感器節點、GPRS模塊和電腦輸出終端；

所述傳感器節點為區域內的無線傳感器網絡節點；

所述GPRS模塊，用于收集所述傳感器節點的地理位置信息并傳輸至所述控制處理單元；

所述電腦輸出終端，用于分析所述控制處理單元發送的控制指令，繪制區域重金屬污染圖。