CN105046454A - 流域水基环境管理决策支持系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流域水基环境管理决策支持系统，包括水文水质信息采集模块、视频信息采集模块、数据传输模块、水文水质信息管理系统、监控中心、数据处理模块、专家评估模块、三维效果生成模块、显示屏和人机操作模块。本发明能实时检测流域内的水基环境要素，对水基环境进行科学评估，提出可行的决策方案，且可以通过三维生成模块，将流域水基环境的情况展现在工作人员的面前，使得工作人员可以身临其境的观察和感受水基环境的变化情况，进一步提高了流域水环境管理决策的可靠性。

Description

流域水基环境管理决策支持系统

技术领域

本发明涉及环境保护与资源综合利用技术领域，具体涉及一种流域水基环境管理决策支持系统。

背景技术

水基系统，涵盖了水、气、生物、土壤、社会经济等诸多方面的内容，是对河流健康状态、流域水资源开发利用、区域水资源承载力等的综合，是真正意义上的巨系统。关于这方面的研究目前尚处在初步阶段，国外的研究也仅限于研究水基系统中的部分要素，如河流的健康状态监测与评价、水资源可持续利用评价、水利工程影响评价等，即只是针对水基系统中某个方面或几个方面进行评价，涵盖内容不够全面。

我国是一个水资源并不丰富的国家，降雨时空分布不均，南多北少，随着经济的发展，水资源问题也越来越突出。随着对水资源了解的深入，“八五”期间在通过对水资源开发利用过程中人与自然的交互作用的研究，提出了基于宏观经济的水资源优化配置理论与方法。“九五”期间，通过对西北水资源项目“西北地区水资源合理开发利用与生态环境保持研究”，将水资源、社会经济、生态环境放在流域水资源演变和生态环境变化的背景下，提出了二元模式的区域水资源承载能力的理论框架。“十五”期间，通过“水安全保障技术研究”项目，提出面向全属性功能的流域水资源概念，致力于实时调度的水资源配置与调控。“十一五”期间则致力于基于蒸发蒸腾的水资源整体配置，从水循环角度分析考虑了水资源利用的供、用、耗、排过程。1999年，水利部颁布了《水资源评价导则》(SL/T238-1999)，规范了水资源评价工作。目前，水资源评价主要是从水资源调查评价和水资源开发利用评价两方面出发。

水基系统的概念提出以后，丛方杰等提出了城市水基系统，建立了大连市水基系统健康状态指标体系，利用模糊综合评价模型对大连市水基系统的健康状态进行了分析评价，使水基系统概念模型向实际应用迈进了一步；但是由于水基系统提出时间较短，系统本身极为复杂，需要对其进行深入系统地研究。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种流域水基环境管理决策支持系统，能实时检测流域内的水基环境要素，对水基环境进行科学评估，且可以通过三维生成模块，将流域水基环境的情况展现在工作人员的面前，使得工作人员可以身临其境的观察和感受水基环境的变化情况，进一步提高了流域环境管理决策的可靠性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

流域水基环境管理决策支持系统，包括

水文水质信息采集模块，由各个功能传感器组成，用于定时定量检测采集待检测流域的流量、流速、水位、水温、泥沙、浊度、酸碱度、电导度、溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、营养盐和叶绿素等参数；

视频信息采集模块，用于采集待检测流域及其附近环境的视频数据；

数据传输模块，包括GPRS网络、有线通信网络、远程无线网络、超远程无线网络和电台通信中的至少一种，无线传输终端运用GPRS或3G技术将数据传出，采集的信息通过无线通信方式进行通信传输，并组成流域水文水质无线传感器监测分布式网络，通过协议协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，再将采集来的数据信息，经优化后通过无线通讯传输到数据储存模块进行储存，发送到监控模块进行数据处理，并发送到专家评估模块进行管理决策的制定；

水文水质信息管理系统，由数据库管理子系统和应用支撑平台子系统组成，用于辅以形成水文水质预警管理、水量调度管理、水质监控管理和综合信息服务；所述数据库管理子系统，用以通过流域水文水质数据中心的数据存储和管理平台，形成工程基础数据库、遥感影像数据库、基础地理数据库、社会经济数据库这些公共基础数据库，同时形成服务于各业务应用的适合全流域实际情况的调度管理数据库、运行工况数据库、实时监测数据库、水情数据库、水质数据库、视频监控数据库、气象数据库这些专业数据库；所述应用支撑平台子系统，用于平台硬件系统的部署，应用服务中间件、应用系统整合及数据交换组件及GIS服务构件的部署配置，通用服务的部署，专用服务的部署，覆盖数据采集、传输、处理、存储、应用、决策辅助和发布各个环节

监控中心，用于接收数据传输模块输出的水文水质信息和视频数据，并将水文水质信息转换为计算模块能识别的格式传递给数据处理模块，将视频数据转换成三维效果生成模块所能识别的格式发送到三维效果生成模块；

数据处理模块，用于对水文水质信息进行计算，得出水文水质情况的评估结果，将所得结果发送到显示屏进行显示和水文水质数据中心进行储存，并将结果转换成三维效果生成模块所能识别的格式发送到三维效果生产模块；

专家评估模块，用于储存各类典型的水文水质信息数据以及其所应该采取的管理决策，将接收到的水文水质信息与所存储的数据进行相似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；内设一网络爬虫进程，用于在网络中查找与所接收的水文水质信息相关的网页或文档，并将查询结果发送到显示屏；

三维效果生成模块，包括180°立体柱状环幕、高性能图形集群服务器和六组3D投影仪，面向六通道同步并行图像运算，涵盖各种水域情况图像，并予以详细刻画；用于接收监控中心的命令，将所接收到的视频数据和水文水质情况评估结果数据融合处理后，生成各种模拟水域形态，

显示屏，用于显示水质环境结果、专家评估结果以及网络相关数据查询结果，并基于水域情况评估结果输出表征水域环境的二维结果图、三维结果图；

人机操作模块，用于输入信息调用命令，所述监控中心根据信息调用命令，从数据储存模块中调用所需的数据信息；通过显示屏显示监控中心所调用的数据信息。

其中，所述传感器包括流速传感器、流量传感器、水压传感器、水温传感器、含氧量传感器和PH值传感器等。

其中，所述数据处理模块包括

几何模型建立模块，用于基于所述研究区水文地质条件、地形地貌建立相应的几何模型；

模型分层模块，用于接收所述建立几何模型模块输出的几何模型，并对所述几何模型进行分层；

边界划分处理模块，用于基于研究区实际地形地貌、地质情况设置所述几何模型边界；

实体设置模块，用于表示研究区域是否有河流、湖泊、水库等水体和降雨、蒸发，设置所述几何模型的源汇项；

网格划分模块，用于对所述几何模型进行网格划分；

参数输入模块，用于接受所述监测模块获得的所述环境数据，将所述环境数据传送至所述参数输入模块；

数学模型选择模块，用于基于要解决的水基环境问题的类型，选择不同计算方法和评估办法相关的数学模型模块类型；

模型求解计算模块，用于基于所述数学模型选择模块选择的所述数学模型模块，选择所述求解计算模块对数学模型进行计算；

模型校正模块，用于将模拟结果与实测结果比较，进行参数调整，使模拟结果在预定的允许误差范围内与实测结果吻合；

参数灵敏度分析模块，用于基于参数值的时空分布、边界条件不确定度的影响，确定各参数不确定性对模型计算结果的影响程度。

其中，所述专家评估模块连接有一数据更新模块，用于通过3G网络、Wi-Fi网络方式更新专家评估模块内的数据。

其中，所述视频信息采集模块采用红外摄像头，红外摄像头上安装有红外线传感器，用于检测摄像头组所监控的范围，并将检测信息发送到监控中心。

其中，还包括一供电装置，供电装置为太阳能发电机或风力发电机。

本发明具有以下有益效果：

能实时检测流域内的水基环境要素，对水基环境进行科学评估，并给出可行的决策方案，且可以通过三维生成模块，将流域水基环境的情况展现在工作人员的面前，使得工作人员可以身临其境的观察和感受水基环境的变化情况，进一步提高了流域水环境管理决策的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例流域水基环境管理决策支持系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种流域水基环境管理决策支持系统，包括

水文水质信息采集模块4，由各个功能传感器组成，用于定时定量检测采集待检测流域的流量、流速、水位、水温、泥沙、浊度、酸碱度、电导度、溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、营养盐和叶绿素参数等；

视频信息采集模块5，用于采集待检测流域及其附近环境的视频数据；

数据传输模块2，包括GPRS网络、有线通信网络、远程无线网络、超远程无线网络和电台通信中的至少一种，无线传输终端运用GPRS或3G技术将数据传出，采集的信息通过无线通信方式进行通信传输，并组成流域水文水质无线传感器监测分布式网络，通过协议协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，再将采集来的数据信息，经优化后通过无线通讯传输到数据储存模块进行储存，发送到监控模块进行数据处理，并发送到专家评估模块进行管理决策的制定；

水文水质信息管理系统3，由数据库管理子系统和应用支撑平台子系统组成，用于辅以形成水文水质预警管理、水量调度管理、水质监控管理和综合信息服务；所述数据库管理子系统，用以通过流域水文水质数据中心的数据存储和管理平台，形成工程基础数据库、遥感影像数据库、基础地理数据库、社会经济数据库这些公共基础数据库，同时形成服务于各业务应用的适合全流域实际情况的调度管理数据库、运行工况数据库、实时监测数据库、水情数据库、水质数据库、视频监控数据库、气象数据库这些专业数据库；所述应用支撑平台子系统，用于平台硬件系统的部署，应用服务中间件、应用系统整合及数据交换组件及GIS服务构件的部署配置，通用服务的部署，专用服务的部署，覆盖数据采集、传输、处理、存储、应用、决策辅助和发布各个环节

监控中心1，用于接收数据传输模块输出的水文水质信息和视频数据，并将水文水质信息转换为计算模块能识别的格式传递给数据处理模块，将视频数据转换成三维效果生成模块所能识别的格式发送到三维效果生成模块；

数据处理模块7，用于对水文水质信息进行计算，得出水文水质情况的评估结果，并将所得的结果发送到显示屏进行显示和水文水质数据中心进行储存，转换成三维效果生成模块所能识别的格式发送到三维效果生产模块；

专家评估模块8，用于储存各类典型的水文水质信息数据以及其所应该采取的管理决策，将接收到的水文水质信息与所存储的数据进行相似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；内设一网络爬虫进程，用于在网络中查找与所接收的水文水质信息相关的网页或文档，并将查询结果发送到显示屏；

三维效果生成模块10，包括180°立体柱状环幕、高性能图形集群服务器和六组3D投影仪，面向六通道同步并行图像运算，涵盖各种水域情况图像，并予以详细刻画；用于接收监控中心的命令，将所接收到的视频数据和水文水质情况评估结果数据融合处理后，生成各种模拟水域形态，

显示屏6，用于显示地质环境结果、专家评估结果以及网络相关数据查询结果，并基于水域情况评估结果输出表征水域环境的二维结果图、三维结果图；

人机操作模块9，用于输入信息调用命令，所述监控中心根据信息调用命令，从数据储存模块中调用所需的数据信息；通过显示屏显示监控中心所调用的数据信息。

所述传感器包括流速传感器、流量传感器、水压传感器、水温传感器、含氧量传感器和PH值传感器。

所述数据处理模块包括

几何模型建立模块，用于基于所述研究区水文地质条件、地形地貌建立相应的几何模型；

模型分层模块，用于接收所述建立几何模型模块输出的几何模型，并对所述几何模型进行分层；

边界划分处理模块，用于基于研究区实际地形地貌、地质情况设置所述几何模型边界；

实体设置模块，用于表示研究区域是否有河流、湖泊、水库等水体和降雨、蒸发，设置所述几何模型的源汇项；

网格划分模块，用于对所述几何模型进行网格划分；

参数输入模块，用于接受所述监测模块获得的所述环境数据，将所述环境数据传送至所述参数输入模块；

数学模型选择模块，用于基于要解决的水基环境问题的类型，选择数学模型模块类型；

模型求解计算模块，用于基于所述数学模型选择模块选择的所述数学模型模块，选择所述求解计算模块对数学模型进行计算；

模型校正模块，用于将模拟结果与实测结果比较，进行参数调整，使模拟结果在预定的允许误差范围内与实测结果吻合；

参数灵敏度分析模块，用于基于参数值的时空分布、边界条件不确定度的影响，确定各参数不确定性对模型计算结果的影响程度。

所述专家评估模块连接有一数据更新模块，用于通过3G网络、Wi-Fi网络方式更新专家评估模块内的数据。

所述视频信息采集模块采用红外摄像头，红外摄像头上安装有红外线传感器，用于检测摄像头组所监控的范围，并将检测信息发送到监控中心。

还包括一供电装置，供电装置为太阳能发电机或风力发电机。

本具体实施通过传感器和红外摄像头的设置，从而实现了环境文本数据和环境视频数据的实时采集，通过数据处理模块以及专家评估模块，能科学的做出该流域的管理决策，且可以通过三维生成模块，将水质情况展现在工作人员的面前，使得工作人员可以身临其境的观察和感受地质的变化情况，进一步提高了管理决策的可靠性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.流域水基环境管理决策支持系统，其特征在于，包括

水文水质信息采集模块，由各个功能传感器组成，用于定时定量检测采集待检测流域的流量、流速、水位、水温、泥沙、浊度、酸碱度、电导度、溶解氧、生化需氧量、化学需氧量、营养盐和叶绿素参数；

视频信息采集模块，用于采集待检测流域及其附近环境的视频数据；

数据传输模块，包括GPRS网络、有线通信网络、远程无线网络、超远程无线网络和电台通信中的至少一种，无线传输终端运用GPRS或3G技术将数据传出，采集的信息通过无线通信方式进行通信传输，并组成流域水文水质无线传感器监测分布式网络，通过协议协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，再将采集来的数据信息，经优化后通过无线通讯传输到数据储存模块进行储存，发送到监控模块进行数据处理，并发送到专家评估模块进行管理决策的制定；

水文水质信息管理系统，由数据库管理子系统和应用支撑平台子系统组成，用于辅以形成水文水质预警管理、水量调度管理、水质监控管理和综合信息服务；所述数据库管理子系统，用以通过流域水文水质数据中心的数据存储和管理平台，形成工程基础数据库、遥感影像数据库、基础地理数据库、社会经济数据库这些公共基础数据库，同时形成服务于各业务应用的适合全流域实际情况的调度管理数据库、运行工况数据库、实时监测数据库、水情数据库、水质数据库、视频监控数据库、气象数据库这些专业数据库；所述应用支撑平台子系统，用于平台硬件系统的部署，应用服务中间件、应用系统整合及数据交换组件及GIS服务构件的部署配置，通用服务的部署，专用服务的部署，覆盖数据采集、传输、处理、存储、应用、决策辅助和发布各个环节

监控中心，用于接收数据传输模块输出的水文水质信息和视频数据，并将水文水质信息转换为计算模块能识别的格式传递给数据处理模块，将视频数据转换成三维效果生成模块所能识别的格式发送到三维效果生成模块；

数据处理模块，用于对水文水质信息进行计算，得出水文水质情况的评估结果，将所得结果发送到显示屏进行显示和水文水质数据中心进行储存，并将结果转换成三维效果生成模块所能识别的格式发送到三维效果生产模块；

专家评估模块，用于储存各类典型的水文水质信息数据以及其所应该采取的管理决策，将接收到的水文水质信息与所存储的数据进行相似度对比，并将比对结果按照相似度进行升序或降序排序后，发送给显示屏；内设一网络爬虫进程，用于在网络中查找与所接收的水文水质信息相关的网页或文档，并将查询结果发送到显示屏；

三维效果生成模块，包括180°立体柱状环幕、高性能图形集群服务器和六组3D投影仪，面向六通道同步并行图像运算，涵盖各种水域情况图像，并予以详细刻画；用于接收监控中心的命令，将所接收到的视频数据和水文水质情况评估结果数据融合处理后，生成各种模拟水域形态，

显示屏，用于显示水质环境结果、专家评估结果以及网络相关数据查询结果，并基于水域情况评估结果输出表征水域环境的二维结果图、三维结果图；

人机操作模块，用于输入信息调用命令，所述监控中心根据信息调用命令，从数据储存模块中调用所需的数据信息；通过显示屏显示监控中心所调用的数据信息。

2.根据权利要求1所述的流域水基环境管理决策支持系统，其特征在于，所述传感器包括流速传感器、流量传感器、水压传感器、水温传感器、含氧量传感器和PH值传感器。

3.根据权利要求1所述的流域水基环境管理决策支持系统，其特征在于，所述数据处理模块包括

几何模型建立模块，用于基于所述研究区水文地质条件、地形地貌建立相应的几何模型；

模型分层模块，用于接收所述建立几何模型模块输出的几何模型，并对所述几何模型进行分层；

边界划分处理模块，用于基于研究区实际地形地貌、地质情况设置所述几何模型边界；

实体设置模块，用于表示研究区域是否有河流、湖泊、水库等水体和降雨、蒸发，设置所述几何模型的源汇项；

网格划分模块，用于对所述几何模型进行网格划分；

参数输入模块，用于接受所述监测模块获得的所述环境数据，将所述环境数据传送至所述参数输入模块；

数学模型选择模块，用于基于要解决的水基环境问题的类型，选择不同计算方法和评估办法相关的数学模型模块类型；

模型求解计算模块，用于基于所述数学模型选择模块选择的所述数学模型模块，选择所述求解计算模块对数学模型进行计算；

模型校正模块，用于将模拟结果与实测结果比较，进行参数调整，使模拟结果在预定的允许误差范围内与实测结果吻合；

参数灵敏度分析模块，用于基于参数值的时空分布、边界条件不确定度的影响，确定各参数不确定性对模型计算结果的影响程度。

4.根据权利要求1所述的流域水基环境管理决策支持系统，其特征在于，所述专家评估模块连接有一数据更新模块，用于通过3G网络、Wi-Fi网络方式更新专家评估模块内的数据。

5.根据权利要求1所述的流域水基环境管理决策支持系统，其特征在于，所述视频信息采集模块采用红外摄像头，红外摄像头上安装有红外线传感器，用于检测摄像头组所监控的范围，并将检测信息发送到监控中心。

6.根据权利要求1所述的流域水基环境管理决策支持系统，其特征在于，还包括一供电装置，供电装置为太阳能发电机或风力发电机。