CN105809284A - 近岸海域水环境评价及应急预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近岸海域水环境评价及应急预警系统，包括：GIS水环境评价与管理平台及显示终端，GIS水环境评价与管理平台建立有包括空间数据和属性数据的数据库；GIS水环境评价与管理平台还包括有数据库管理模块、水环境评价模块、应急预警模块、信息查询模块和综合输出模块。因此，是一种具有从数据管理、水污染评价、污染事故预测到应急预案生成的全局保障管理系统，结合GIS强大的图形显示功能，实现了直观展示近岸海域污染信息，从而帮助监测者及时识别水环境污染区域及污染级别，帮助决策者在发生事故时做到判断准确、处理及时和措施有效，加强了近岸海域水环境的综合管理。
Description
技术领域
本发明涉及海洋生态环境监测领域，特别涉及一种近岸海域水环境评价及应急预警系统。
背景技术
近岸海域是重要的生态系统，近年来沿海地区经济快速崛起给近岸海域生态环境带来重大挑战，近岸海域环境污染和生态破坏问题将成为沿海地区生态文明建设和可持续发展的制约性因素。
近岸海域水环境评价及应急预警是海洋环境保护的一项重要工作，由于海水资源时空分布、污染源和排污口分布的复杂性，现有技术中，一般是针对各区域各种监测要素进行常规的监测和监管，未结合GIS实现强大的图像显示功能，因而无法直观地给出海域水环境评价，也无法直观地对污染事故以图表的形式进行预测分析并生成在线应急预案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种近岸海域水环境评价及应急预警系统，是一种具有从数据管理、水污染评价、污染事故预测、应急预案生成的全局保障管理系统，结合GIS强大的图形显示功能，实现了直观展示近岸海域污染信息，从而能够加强对近岸海域水环境的综合管理。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种近岸海域水环境评价及应急预警系统，包括GIS水环境评价与管理平台及显示终端，，所述GIS水环境评价与管理平台安装在所述显示终端上，所述GIS水环境评价与管理平台建立有包括空间数据和属性数据的数据库，所述空间数据通过空间数据引擎管理，所述属性数据通过数据库软件管理；所述GIS水环境评价与管理平台包括有数据库管理模块、水环境评价模块、应急预警模块、信息查询模块和综合输出模块；
所述数据库管理模块用于在所述显示终端上对监测点的监测数据进行综合管理，包括查询或删除数据库中的数据及将监测数据录入或更新到数据库；所述数据库管理模块还用于将近岸海域随机采样的监测数据录入到数据库中；
所述水环境评价模块用于从数据库中读取监测数据对各监测点水环境污染情况进行评价；并将各监测点的评价结果上传给所述综合输出模块；水环境污染发生时，启动应急预警模块；
所述应急预警模块用于对所述水环境评价模块得到的水环境污染监测点进行污染事故预测分析及生成污染事故应急预案；并将污染事故预测分析结果和污染事故应急预案上传给所述综合输出模块；
所述信息查询模块用于在所述显示终端上通过属性数据查询空间数据及通过空间数据查询属性数据；并将查询结果上传给所述综合输出模块；
所述综合输出模块用于对所述信息查询模块、水环境评价模块和应急预警模块的输出进行比较分析和统计分析；并将结果表示为柱状图、折线图、饼状图或晕渲图上传给所述显示终端。
优选的，所述空间数据包括近岸海域电子地图，所述电子地图由近岸海域的地理数据和各监测点数据构成；所述属性数据包括有水质监测点数据、危险源数据、污染物数据和污染事故案例数据；
优选的，所述危险源数据包括近岸海域附近危险源企业的企业代码、企业名称、经度、纬度、所在区县、行业类别、行业代码和工业总产值；
所述污染物数据包括污染物的名称、安全浓度、危害性描述、污染物来源和污染物类型；
所述污染事故案例数据包括历史事故的事故编码、污染事故名称、事故发生时间、事故发生地点、污染物名称、排放量和污染事故描述。
优选的，所述水环境评价模块包括水质污染程度评价单元、海域有机污染程度评价单元、富营养化评价单元和海域潜在性富营养化特征评价单元；
所述水质污染程度评价单元用于采用单因子评价指数法、模糊评价法、灰色评价法或污染指数法，按照海水水质标准“GB3097-1997”和近岸海域海水水质状况分级划分标准“HJ442-2008”规定的格式和内容，完成地表水环境质量评价；
海域有机污染程度评价单元用于结合有机污染指数评价公式和地图代数功能，利用GIS空间分析技术，实现对近岸海域有机污染程度评价；并生成海域有机污染程度评价图；
富营养化评价单元用于采用单项指标评价法、综合指标评价法、模糊数学综合评价法、营养状态指数法或集对分析法进行评价；并生成评价结果柱状图或趋势图；
海域潜在性富营养化特征评价单元用于对海域的无机氮和活性磷酸盐含量的时空变化进行评价，并根据氮、磷含量及氮磷摩尔比对海水进行潜在性富营养化评价。
优选的，所述应急预警模块包括事故应急案例管理单元、污染事故预测分析单元和污染事故应急预案生成单元；
事故应急案例管理单元用于污染事故案例的添加、更新、删除、查询及重现模拟，为污染物事故应急预案生成单元提供辅助支持；
污染事故预测分析单元用于水环境污染突发事故发生后，通过对污染混合、扩散特征的合理假设，得出污染物对流扩散方程解析解；并对环境污染状况进行预测模拟分析,预测影响范围、空间分布、时间变化特征，生成以报告或图表显示的分析结果，为污染物事故应急预案生成单元提供支持；
污染事故应急预案生成单元用于根据不同的污染状况和污染事故预测分析单元的分析结果，使用GIS的空间查询和空间分析功能生成应急预案报告并显示。
优选的，所述信息查询模块查询功能包括：通过给定监测信息的查询条件，在电子地图上显示出对应的监测站点；通过选择电子地图上的监测站点，查询其对应的监测信息；通过点击地图上要查询的区域，显示备选区域内地物的属性信息；通过输入站点的不完整信息进行模糊查询。
优选的，所述综合输出模块包括时间维比较分析输出单元和空间维统计分析单元；
所述时间维比较分析输出单元用于针对同一站点的某种监测要素，实现年内或年际间不同时间监测值的比较；针对不同站点的某种监测要素，在同一时间内的比较；并将比较结果用柱状图或折线图显示；
所述空间维统计分析单元用于在电子地图中对当前显示的全部或局部站点的某一监测要素的监测值进行统计，并将统计结果用柱状图或饼状图来比较；利用插值方法将各站点各指标的监测值或站点的水质评价结果进行插值，生成各指标空间分布晕渲图。
优选的，所述数据库还包括多媒体数据，所述多媒体数据包括近岸海域水体污染、发生赤条潮的案例、海水管理法规和条例的文本、图片以及视频数据；所述GIS水环境评价与管理平台还包括多媒体展示模块，用于在所述显示终端上对所述多媒体数据进行展示。
优选的，所述GIS水环境评价与管理平台还包括基本GIS功能模块，用于在所述显示终端上对电子地图进行放大、缩小、平移、全图及图层控制。
优选的，所述显示终端包括计算机、手机、平板电脑。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提出一种近岸海域水环境评价及应急预警系统，是一种具有从数据管理、水污染评价、污染事故预测、应急预案生成的全局保障管理系统，结合GIS强大的图形显示功能，实现了监管图形化，从而帮助监测者及时识别水环境污染区域及污染级别，帮助决策者在发生事故时做到判断准确、处理及时和措施有效，加强对近岸海域水环境的综合管理。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种近岸海域水环境评价及应急预警系统不局限于实施例。
附图说明
图1为本发明系统的结构框图。
具体实施方式
参见图1，本发明的一种近岸海域水环境评价及应急预警系统包括GIS水环境评价与管理平台及显示终端，所述显示终端包括计算机、手机、平板电脑，所述GIS水环境评价与管理平台安装在所述显示终端上。所述GIS水环境评价与管理平台建立有包括空间数据和属性数据的数据库，所述空间数据和所述属性数据通过信息采集设备获取，所述空间数据通过空间数据引擎SDE管理，所述属性数据通过数据库软件SQLServer2000管理，所述数据库还包含有多媒体数据；所述GIS水环境评价与管理平台包括有数据库管理模块、水环境评价模块、应急预警模块、信息查询模块和综合输出模块；通过ArcEngine将ArcGIS功能集成到所述GIS水环境评价与管理平台。以下对GIS水环境评价与管理平台的数据库及各模块分别详细介绍：
(一)数据库
本实施例中，系统包含以下数据：
1)空间数据：包括shp格式的泉州市近岸海域及泉州市四区五县三县级市的电子地图。近岸海域电子地图，由泉州市近岸海域的地理数据和各监测点数据构成。具体的，泉州市四区五县三县级市的电子地图能显示到村一级，主要道路、水系、湖泊等能以坐标或经纬度参数对地理实体要素定位，不同的实物要素如污染源、监测点、环境功能区划等采用不同的地理符号，使浏览地图时一目了然，不同的面状要素层填充不同颜色。
2)属性数据库：①水质监测点数据，建立近岸海域各监测断面的数据(无机氮、活性磷酸盐、PH、石油类、化学需氧量、叶绿素和浮游生物等的含量或浓度)，包含最近3年的数据；②危险源数据，主要是指在近岸海域附近的危险源企业，包括企业代码、企业名称、经度、纬度、所在区_县、行业类别、行业代码、工业总产值；③污染物数据，包括污染物名称，安全浓度、危害性描述、污染物来源、污染物类型等；④污染事故案例数据，是对以往经验知识的归纳整理，为水环境应急监测服务提供有价值的信息，包括事故编码、污染事故名称、事故发生时间、事故发生地点、污染物名称、排放量、污染事故描述。
3)多媒体数据：包括近岸海域水体污染、发生赤潮的案例、海水管理法规和条例的文本、图片以及视频数据等。
(二)数据库管理模块
所述数据库管理模块用于对监测点的监测数据进行综合管理，包括查询、录入、删除、更新和维护功能。每次监测的数据自动保存到数据库，实现对数据库的动态更新。除了监测点之外，对近岸海域进行随机采样，使用GPS记录采样点的经纬度，同时记录采样点的监测数据，并把监测数据保存到数据库中，供比较分析使用。
(三)基本GIS功能模块
所述基本GIS功能模块用于实现地图的基本功能，包括放大、缩小、平移、全图等，操作者可以快速转到自己感兴趣的地图区域。
(四)信息查询模块
所述信息查询模块用于提供多种查询功能和查询入口，包括通过给定监测信息的查询条件，在地图上显示出对应的站点；通过选择地图上的站点，查询其对应的监测信息；通过点击地图上欲查询的区域，显示备选区域内地物的属性信息(如河流、行政区、铁路信息等)；通过输入站点的不完整信息进行模糊查询。
(五)水环境评价模块
水环境评价模块包括水质污染程度评价单元、海域有机污染程度评价单元、富营养化评价单元和海域潜在性富营养化特征评价单元，用于从数据库中读取监测数据对各监测点水环境污染情况进行评价；并将各监测点的评价结果上传给综合输出模块；水环境污染发生时，启动应急预警模块。
所述水质污染程度评价单元用于采用单因子评价指数法、模糊评价法、灰色评价法或污染指数法，按照海水水质标准“GB3097-1997”和近岸海域海水水质状况分级划分标准“HJ442-2008”规定的格式和内容，完成地表水环境质量评价；
海域有机污染程度评价单元用于结合有机污染指数评价公式和地图代数功能，利用GIS空间分析技术，实现对近岸海域有机污染程度评价；并生成海域有机污染程度评价图；
富营养化评价单元用于采用单项指标评价法、综合指标评价法、模糊数学综合评价法、营养状态指数法或集对分析法进行评价；并生成评价结果柱状图或趋势图；
海域潜在性富营养化特征评价单元用于对海域的无机氮和活性磷酸盐含量的时空变化进行评价，并根据氮、磷含量及氮磷摩尔比对海水进行潜在性富营养化评价。
(六)应急预警模块
所述应急预警模块包括事故应急案例管理单元、污染事故预测分析单元和污染事故应急预案生成单元，用于对所述水环境评价模块得到的水环境污染监测点进行污染事故预测分析及生成污染事故应急预案；并将污染事故预测分析结果和污染事故应急预案上传给所述综合输出模块。
事故应急案例管理单元用于污染事故案例的添加、更新、删除、查询及重现模拟，为污染物事故应急预案生成单元提供辅助支持；
污染事故预测分析单元用于水环境污染突发事故发生后，通过对污染混合、扩散特征的合理假设，得出污染物对流扩散方程解析解；并对环境污染状况进行预测模拟分析,预测影响范围、空间分布、时间变化特征，生成以报告或图表显示的分析结果，为污染物事故应急预案生成单元提供支持；
污染事故应急预案生成单元用于根据不同的污染状况和污染事故预测分析单元的分析结果，使用GIS的空间查询和空间分析功能生成应急预案报告并显示。
(七)多媒体展示模块
所述多媒体展示模块用于在所述显示终端上对所述多媒体数据进行展示。
(八)综合输出模块
所述综合输出模块包括时间维比较分析输出单元和空间维统计分析单元，用于对所述信息查询模块、水环境评价模块和应急预警模块的输出进行比较分析和统计分析；并将结果表示为柱状图、折线图、饼状图或晕渲图上传给所述显示终端。
所述时间维比较分析输出单元用于针对同一站点的某种监测要素，实现年内或年际间不同时间监测值的比较；针对不同站点的某种监测要素，在同一时间内的比较；并将比较结果用柱状图或折线图显示；
所述空间维统计分析单元用于在电子地图中对当前显示的全部或局部站点的某一监测要素的监测值进行统计，并将统计结果用柱状图或饼状图来比较；利用插值方法将各站点各指标的监测值或站点的水质评价结果进行插值，生成各指标空间分布晕渲图。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提出一种近岸海域水环境评价及应急预警系统，是一种具有从数据管理、水污染评价、污染事故预测到应急预案生成的全局保障管理系统，结合GIS强大的图形显示功能，实现了直观展示近岸海域污染信息，从而帮助监测者及时识别水环境污染区域及污染级别，帮助决策者在发生事故时做到判断准确、处理及时和措施有效，加强了近岸海域水环境的综合管理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种近岸海域水环境评价及应急预警系统，包括GIS水环境评价与管理平台及显示终端，所述GIS水环境评价与管理平台安装在所述显示终端上，其特征在于：所述GIS水环境评价与管理平台建立有包括空间数据和属性数据的数据库，所述空间数据通过空间数据引擎管理，所述属性数据通过数据库软件管理；所述GIS水环境评价与管理平台还包括有数据库管理模块、水环境评价模块、应急预警模块、信息查询模块和综合输出模块；
所述数据库管理模块用于在所述显示终端上对监测点的监测数据进行综合管理，包括查询或删除数据库中的数据及将监测数据录入或更新到数据库；所述数据库管理模块还用于将近岸海域随机采样的监测数据录入到数据库中；
所述水环境评价模块用于从数据库中读取监测数据对各监测点水环境污染情况进行评价；并将各监测点的评价结果上传给所述综合输出模块；水环境污染发生时，启动应急预警模块；
所述应急预警模块用于对所述水环境评价模块得到的水环境污染监测点进行污染事故预测分析及生成污染事故应急预案；并将污染事故预测分析结果和污染事故应急预案上传给所述综合输出模块；
所述信息查询模块用于在所述显示终端上通过属性数据查询空间数据及通过空间数据查询属性数据；并将查询结果上传给所述综合输出模块；
所述综合输出模块用于对所述信息查询模块、水环境评价模块和应急预警模块的输出进行比较分析和统计分析；并将结果表示为柱状图、折线图、饼状图或晕渲图上传给所述显示终端。
2.根据权利要求1所述的近岸海域水环境评价及应急预警系统，其特征在于：
所述空间数据包括近岸海域电子地图，所述电子地图由近岸海域的地理数据和各监测点数据构成；所述属性数据包括有水质监测点数据、危险源数据、污染物数据和污染事故案例数据。
3.根据权利要求2所述的近岸海域水环境评价及应急预警系统，其特征在于：
所述危险源数据包括近岸海域附近危险源企业的企业代码、企业名称、经度、纬度、所在区县、行业类别、行业代码和工业总产值；
所述污染物数据包括污染物的名称、安全浓度、危害性描述、污染物来源和污染物类型；
所述污染事故案例数据包括历史事故的事故编码、污染事故名称、事故发生时间、事故发生地点、污染物名称、排放量和污染事故描述。
4.根据权利要求3所述的近岸海域水环境评价及应急预警系统，其特征在于：所述水环境评价模块包括水质污染程度评价单元、海域有机污染程度评价单元、富营养化评价单元和海域潜在性富营养化特征评价单元；
所述水质污染程度评价单元用于采用单因子评价指数法、模糊评价法、灰色评价法或污染指数法，按照海水水质标准“GB3097-1997”和近岸海域海水水质状况分级划分标准“HJ442-2008”规定的格式和内容，完成地表水环境质量评价；
海域有机污染程度评价单元用于结合有机污染指数评价公式和地图代数功能，利用GIS空间分析技术，实现对近岸海域有机污染程度评价；并生成海域有机污染程度评价图；
富营养化评价单元用于采用单项指标评价法、综合指标评价法、模糊数学综合评价法、营养状态指数法或集对分析法进行评价；并生成评价结果柱状图或趋势图；
海域潜在性富营养化特征评价单元用于对海域的无机氮和活性磷酸盐含量的时空变化进行评价，并根据氮、磷含量及氮磷摩尔比对海水进行潜在性富营养化评价。
5.根据权利要求4所述的近岸海域水环境评价及应急预警系统，其特征在于：所述应急预警模块包括事故应急案例管理单元、污染事故预测分析单元和污染事故应急预案生成单元；
事故应急案例管理单元用于污染事故案例的添加、更新、删除、查询及重现模拟，为污染物事故应急预案生成单元提供辅助支持；
污染事故预测分析单元用于水环境污染突发事故发生后，通过对污染混合、扩散特征的合理假设，得出污染物对流扩散方程解析解；并对环境污染状况进行预测模拟分析,预测影响范围、空间分布、时间变化特征，生成以报告或图表显示的分析结果，为污染物事故应急预案生成单元提供支持；
污染事故应急预案生成单元用于根据不同的污染状况和污染事故预测分析单元的分析结果，使用GIS的空间查询和空间分析功能生成应急预案报告并显示。
6.根据权利要求1所述的近岸海域水环境评价及应急预警系统，其特征在于，所述信息查询模块查询功能包括：通过给定监测信息的查询条件，在电子地图上显示出对应的监测站点；通过选择电子地图上的监测站点，查询其对应的监测信息；通过点击地图上要查询的区域，显示备选区域内地物的属性信息；通过输入站点的不完整信息进行模糊查询。
7.根据权利要求3所述的近岸海域水环境评价及应急预警系统，其特征在于：所述综合输出模块包括时间维比较分析输出单元和空间维统计分析单元；
所述时间维比较分析输出单元用于针对同一站点的某种监测要素，实现年内或年际间不同时间监测值的比较；针对不同站点的某种监测要素，在同一时间内的比较；并将比较结果用柱状图或折线图显示；
所述空间维统计分析单元用于在电子地图中对当前显示的全部或局部站点的某一监测要素的监测值进行统计，并将统计结果用柱状图或饼状图来比较；利用插值方法将各站点各指标的监测值或站点的水质评价结果进行插值，生成各指标空间分布晕渲图。
8.根据权利要求1所述的近岸海域水环境评价及应急预警系统，其特征在于：
所述数据库还包括多媒体数据，所述多媒体数据包括近岸海域水体污染、发生赤条潮的案例、海水管理法规和条例的文本、图片以及视频数据；所述GIS水环境评价与管理平台还包括多媒体展示模块，用于在所述显示终端上对所述多媒体数据进行展示。
9.根据权利要求1所述的近岸海域水环境评价及应急预警系统，其特征在于：
所述GIS水环境评价与管理平台还包括基本GIS功能模块，用于在所述显示终端上对电子地图进行放大、缩小、平移、全图及图层控制。
10.根据权利要求1所述的近岸海域水环境评价及应急预警系统，其特征在于：
所述显示终端包括计算机、手机、平板电脑。
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