CN109271469A - 基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统，主要包括数据集成模块、水污染事件模拟仿真模块、水污染事件应急分析模块、水污染信息可视化模块。其中数据集成模块与水污染事件模拟仿真模块、水污染事件应急分析模块、水污染信息可视化模块分别连接。本发明可根据实际需求确定多源数据融合、水污染事件问题分析、水污染事件知识应用、水污染事件应急分析所需参数之间的组件组合，以及形成实用性较强的数据集成、水污染应急分析、水利信息可视化。本发明的应急分析系统解决了现有水污染突发事件应急分析中数据难以进行有效集成、仿真效果不理想和应急分析结果不准确的问题，从而科学地为应对水污染突发事件提供决策支持。
Description
技术领域
本发明属于水污染突发事件应急分析技术领域，具体涉及一种基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统。
背景技术
当前，我国已进入水污染事件的频发期，事故的频繁发生严重制约着当地居民生活质量的提升，伴随着的是我国水污染突发事件应急技术体系仍处于初级发展阶段。尽管针对水污染突发事件，各级管理决策部门投入大量的人力、物力进行防患，同时制定多种应急预案进行演习、实践，但当水污染事件突然爆发时，应急决策仍以“人海战术”和被动应对为主，还未真正转变为以知识和专家系统为支撑的科学应急分析管理体系。因此，如何合理分析水污染突发事件、构建和完善水污染突发事件应急分析系统、实现复杂情况下水污染突发事件发生的精准定位与预警、制定科学的应对措施成为当今社会所关注的热点。
面向水污染突发事件的应急分析是一个涉及多种水利工程、多目标、多时间和空间尺度的复杂决策过程，由于已建立的水污染突发事件分析系统多停留在水污染信息服务层面，传统的水污染突发事件分析系统建设模式不能满足当前水污染突发事件分析的实际业务需求。因此，要满足水污染突发事件应急分析的需求，必须采用新的思路和科学方法、新的水污染突发事件分析系统建设应用模式和技术来构建水污染突发事件应急分析系统。
为保证相关流域饮水安全、提高流域决策机构及地方管理机构应对水污染突发事件风险能力提供成套的技术支撑，需通过对应急状态、预警等级与应急响应级别划分，建立面向水污染突发事件的应急分析模型，完成水污染突发事件监测站点构建，实现应急分析系统的实时修正功能，形成不同时间、空间和不同类型污染物突发事件的多级防控及应急分析技术方案，其次采用现代软件工程技术，并基于相关流域水库群面向水污染突发事件的应急分析模型，开发面向水污染突发事件的应急分析系统。采用该系统，在采取防控措施情况下对应急分析方案进行分析与评估，并提出科学的预警信息和应急预案，为流域决策部门应对水污染突发事件提供决策支持工具，形成一个面向水污染突发事件的实时应急分析系统。
发明内容
本发明目的是提供一种基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统，解决了现有水污染突发事件应急应用中存在的不能满足当前水污染突发事件分析的实际业务需求问题。
本发明所采用技术方案是，基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统，包括依次连接的客户层、应用层、会话表达层和数据集成模块层，应用层通过FTP传输协议与客户层互连，应用层通过XDP协议与会话表达层连接，会话表达层通过网络传输层与数据集成模块层。
本发明的特点还在于，
应用层包括应急分析模块，工程展示模块，度量分析模块，虚拟视察模块以及应急服务模块，工程展示模块与度量分析模块共同构成可视化服务模块，可视化服务模块为客户层提供可视化服务。
可视化服务模块以数字地球平台为基础，分析系统边界条件，研究污染物种类的复杂性，在对相关数据以及模块进行高效组织与管理后，提供度量分析模块可以测量污染物运移距离、扩散范围等，同时还采用图层管理机制，将不同的图层叠加实现多源信息的图表呈现，同时还封装了水库、水源地、水文站、排污口、蓄滞洪区以及控制断面等组件构成工程展示模块，实现了水污染突发事件基本信息的可视化。
应急服务模块由数据集成模块层和水污染仿真模块提供底层支撑，采用人机交互方式构建水污染突发事件应急分析模块，采用抽象化方法对水污染突发事件及其处置过程进行报警、分析与表述，并形成具体防控措施；
数据集成模块层包括数据采集模块和瓦片数据模块与数据集中模块，将数据采集模块采集到的数据，以不同数据处理要求，形成包含DEM、水利GIS、遥感影像以及GPS等瓦片数据的瓦片数据模块，将瓦片数据进行多媒体数据管理、数据一致性检查、数据访问API、数据集中中间件操作，形成数据集中模块；
数据采集模块用于采集水污染事件数据以及基础组件数据，瓦片数据模块和数据集中模块建立双通道的集成方式；
瓦片数据模块包含获取到的遥感影像RS、水利GIS、GPS、DEM等数据，通过构建地形和影像金字塔模型提供不同分辨率的地形数据和影像数据；
数据集中模块用于将瓦片数据以及数据采集模块获取数据的管理、异常、访问方式等进行集中处理，获得可靠的数据集。
会话表达层以相关行业标准、JOGL、空间信息规范OGC\GEM\GEO、以及水利标准为基础，采用三角网经纬线扫描生成方案构建河流三角网模型、以水质体积微元、行为和表示方法为核心搭建水质Agent模型，以瓦片形式所提供的纹络信息是否呈现来构建视域模型，最终形成河流三角网模型、水质Agent模型、智能体模型、球体模型、视域模型以及网格计算下的水质模拟，进一步将这些模型封装成基于数字地球的水污染仿真模块。
数据采集模块包括组件基础数据模块和水污染事件数据模块，水污染事件数据模块包括水污染事件基础数据模块和成果数据模块；
组件基础数据模块是通过四叉树结构和瓦片金字塔结构将数据进行高效组织，在数字地球平台上，可为瓦片数据、数据集中提供组件数据支持；
水污染事件基础数据模块是对污染事件发生时所在位置的基础地理信息、流域数据进行标准化处理后转换成位置信息后保存到GIS数据库中；
成果数据模块由水质模型的数据与联合调度数据结合为成果数据，以二进制文件的格式对其进行存储并读入数据库。
本发明的有益效果是，基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统结合模型技术，合理利用计算机运算能力和仿真能力强的特征，并借助近年来兴起的数字地球平台对污染物发生时间和空间分布进行仿真模拟，采用可视化手段，对多种异构水污染信息进行集成，对不同处置方案进行快速的效果分析及检验。基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统可较好地对污染物运移和处置措施等进行数字化展示，与现有传统模型相比更直观和逼真，可快速准确的对水污染突发事件进行分析，并根据相关政策和预案采取必要的处置措施，为处置水污染突发事件提供准确的信息与决策支持，从而提高水污染突发事件处理效率，最大限度降低水污染突发事件带来的经济损失。另一方面，构建基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统可实现应急方案的标准化，并结合集成化环境的坐标和影像系统来实现污染物的定位及其周围地貌的可视化服务，为应急方案的分析与制定提供全方位的信息可视化支持，达到提高应急方案制定速度和质量的目的。
附图说明
图1是本发明系统的系统结构框图；
图2是本发明系统的应用层与数据集成模块层的交互结构框图；
图3是本发明系统的数据集成模块层结构框图；
图4是本发明系统的流程图。
图中，1.客户层，2.应用层，3.应急分析模块，4.工程展示模块，5.度量分析模块，6.虚拟视察模块，7.应急服务模块，8.数据集成模块层，9.组件基础数据模块，10.水污染事件数据模块，11.水污染事件基础数据模块，12.成果数据模块，13.数据采集模块，14.瓦片数据模块，15.数据集中模块，16.网络传输层，17.水污染模拟仿真模块，18.可视化服务模块，19.会话表达层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1、图2、图3以及图4所示，本发明的基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统包括依次连接的客户层1、应用层2、会话表达层19和数据集成模块层8，应用层2通过FTP传输协议与客户层1互连，应用层2通过XDP协议与会话表达层19连接，会话表达层19通过网络传输层16与数据集成模块层8。
应用层2包括应急分析模块3，工程展示模块4，度量分析模块5，虚拟视察模块6以及应急服务模块7，工程展示模块4与度量分析模块5共同构成可视化服务模块18，可视化服务模块18为客户层1提供可视化服务。
可视化服务模块18以数字地球平台为基础，分析系统边界条件，研究污染物种类的复杂性，在对相关数据以及模块进行高效组织与管理后，提供度量分析模块5可以测量污染物运移距离、扩散范围等，同时还采用图层管理机制，将不同的图层叠加实现多源信息的图表呈现，同时还封装了水库、水源地、水文站、排污口、蓄滞洪区以及控制断面等组件构成工程展示4模块，实现了水污染突发事件基本信息的可视化。
数据集成模块层8包括数据采集模块13和瓦片数据模块14与数据集中模块15，将数据采集模块13采集到的数据，以不同数据处理要求，形成包含DEM、水利GIS、遥感影像以及GPS等瓦片数据的瓦片数据模块14，为满足应用层2不同应用的需求，特将瓦片数据进行多媒体数据管理、数据一致性检查、数据访问API、数据集中中间件操作，形成数据集中模块15；
数据采集模块13用于采集水污染事件数据以及基础组件数据，瓦片数据模块14和数据集中模块15建立双通道的集成方式；
会话表达层19以相关行业标准、JOGL、空间信息规范OGC\GEM\GEO、以及水利标准为基础，采用三角网经纬线扫描生成方案构建河流三角网模型、以水质体积微元、行为和表示方法为核心搭建水质Agent模型，以瓦片形式所提供的纹络信息是否呈现来构建视域模型，最终形成河流三角网模型、水质Agent模型、智能体模型、球体模型、视域模型以及网格计算下的水质模拟，进一步将这些模型封装成基于数字地球的水污染仿真模块17。
数据采集模块13包括组件基础数据模块9和水污染事件数据模块10，水污染事件数据模块10包括水污染事件基础数据模块11和成果数据模块12；
组件基础数据模块9是通过四叉树结构和瓦片金字塔结构将数据进行高效组织，在数字地球平台上，可为瓦片数据、数据集中提供组件数据支持；
水污染事件基础数据模块11是对污染事件发生时所在位置的基础地理信息、流域数据进行标准化处理后转换成位置信息后保存到GIS数据库中；
成果数据模块12由水质模型的数据与联合调度数据结合为成果数据，以二进制文件的格式对其进行存储并读入数据库。
应急服务模块7由数据集成模块层和水污染仿真模块提供底层支撑，采用人机交互方式构建水污染突发事件应急分析模块，采用抽象化方法对水污染突发事件及其处置过程进行报警、分析与表述，并形成具体防控措施，根据模板生成预案；
其中所述的防控措施是基于冲刷能力和拦截能力进行分析设计，即防控措施在污染物上游实施，则采用冲刷能力标准，通过加大放流(实际放流应在最大放流和最小放流范围内)来冲刷污染物使其快速经过水源地或人口密集区，如果防控措施在污染物下游实施，主要量化方式为拦截能力，通过筑坝或者人工措施拦截方式将污染物拦截与坝体之前，在收集后妥善处理；
其中所述的防控措施在实现上，消减能力、拦截能力、冲刷能力均被按照经验抽象为[0,1]范围内的标准化数值，该数值根据与污染物的距离形成合力来降低污染物的浓度和污染物的量，并在风险半径内产生作用，具体上，风险半径、污染物、起始浓度、污染物量、起始事件等信息用于确定污染刚发生时的污染物量以及相关的环境设置，然后在采取相应防控措施的条件下，在数字地球平台上确定污染事件发生的具体位置，以及呈现污染物运移方向，沿着污染物运移方向和风险半径相关的防控措施实施效果也予以可视化，并能计算出可用防控措施的具体应急方案。
数据集中模块15用于将瓦片数据(综合遥感影像RS、水利GIS、GPS、DEM等形成瓦片数据)以及数据采集模块获取数据的管理、异常、访问方式等进行集中处理，获得可靠的数据集。
会话表达层19以相关行业标准、JOGL、空间信息规范OGC\GEM\GEO、以及水利标准为基础，采用三角网经纬线扫描生成方案构建河流三角网模型、以水质体积微元、行为和表示方法为核心搭建水质Agent模型，以瓦片形式所提供的纹络信息是否呈现来构建视域模型，最终形成河流三角网模型、水质Agent模型、智能体模型、球体模型、视域模型以及网格计算下的水质模拟，进一步将这些模型封装成基于数字地球的水污染仿真模块17，可实现对河道、水质、污染等数据信息的仿真模拟。
以下详细介绍各个模块的组成及其功能。
1.客户层1：
基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统面向特殊的客户群体，因此在客户层模块设计不同的呈现方式为相关用户提供人机交互便捷和三维可视化界面的操作环境。
2.应用层2：
传统的水污染突发事件应急分析系统，未能够有效通过可视化方式呈现河流的污染运移情况，且各模块不能很好贴合水污染突发事件应急分析的实际需求。因水污染过程涉及因素众多，为妥善处理各因素之间制约关系，从根本上解决传统水污染突发事件应急分析系统的弊端，在应急分析系统的构建过程中引入数字地球，为系统提供底层支撑。
在数字地球环境的支持下，应用层包括基础与高级应用，根据可拓展性原则，针对不同应用先分别进行功能模块结构的设计，其次封装成组件，接着通过系统的开放接口进行集成。最终面向客户层1提供的功能有：应急分析模块3、工程展示模块4、度量分析模块5、虚拟视察模块6、应急服务模块7。
2.1应急分析模块3：
在应用层的应急分析模块通过使用抽象化方法，对水库、坝等各级别对象的防控措施进行抽象。该模块设计思路是当水污染突发事件发生，则对其进行相应报警。其次由于水污染突发事故中污染物种类繁多，具有高度不确定性与随机性，对于不同类别的污染物如难溶类有毒污染物、挥发类有毒污染物等，其理化性质各不相同，在水体中其存在形式、分布方式以及迁移扩散规律都有较大差异。因此采用相关理论与技术根据污染物具体特征和运动规律对其进行研究，对于挥发类污染物以Whitman双膜理论、WASP模型为依据，构建数值模拟模型对其进行研究；对于难溶类污染物则采用拉格朗日粒子追踪法对水面溢油漂移扩散进行模拟分析研究。
接着结合应急分析结果，判断水污染事件严重程度，采用对应的防控措施，从而为污染报警及应急预案生成提供决策支持。
2.1.1污染报警：
在水污染突发事件处置过程中，根据应急分析结果，决策者往往先要获取污染源的具体位置，当确定污染源的位置后可结合实际情况调集物资和人员对污染事件进行处置。针对这一需求，系统设计了污染报警模块，实现污染源的快速定位及显示。
在污染报警模块，根据污染物运移的模拟演化模型确定污染物扩散风险半径，据此判断需采取的防控措施与报警信息的添加方式，在提交报警信息后对当前风险源进行报警显示。报警信息可视化的设计思路是采用红色标识不停闪烁方式，从而起到警示作用。对于风险半径周边相关防控措施及具体防控信息根据实际予以可视化呈现，进一步为应急分析及防控措施的制定做铺垫。
2.1.2应急分析：
以污染报警模块为基础，根据水污染突发事件紧急状况，开展应急分析工作并采取相应防护措施，因此在数字地球平台上构建应急分析模块的设计思路是：用户通过操作及时输入风险半径、污染物、起始浓度、污染物量、起始事件等水污染突发事件基本信息，基于输入信息确定污染事件刚发生时的污染物量、浓度以及相关环境设置，据此通过分析模型来确定污染等级及相应的防控措施。在数字地球平台上三维呈现污染事件发生的具体位置，以及污染物运移模拟过程。呈现的具体内容包含污染物运移方向和风险半径相关的级别、编码、名称、省份、地区、河流、经度、纬度等，同时推演出可用于防控措施的内容有实际放流、拦截能力、冲刷能力、消减能力等，依此推算出污染物下一点位置时的浓度大小和污染物的量，形成具体的应急措施方案，并在数字地球平台上实现同步更新。对于具体防控措施的方案最后采用二进制格式将文件予以保存。
根据应急分析结果，提供给用户采取的防护措施有以下四类：一级防控措施、二级防控措施、三级防控措施、四级防控措施。
2.1.3一级防控措施：
在应急分析结果的前提下，设计一级防控措施，其计算单元数据包含河流的编码、名称、省份、地区、河流、经度、纬度、措施说明、最小放流、最大放流等信息。在基于数字地球平台上，对于已实施防控措施信息和测站信息予以可视化，从而为用户提供操作性更高的应急措施。
2.1.4二级防控措施：
以水污染突发事件应急分析结果为基础，根据污染物严重程度，还设计了二级防控措施，该模块设计内容其一是要求用户输入编码、名称、所属省份、所属地区来查询防控措施信息，其二是定位到数字地球后通过图框方式将水文测站、防控措施信息等予以呈现，为决策者提供更加直观的应急分析结果展示。
2.1.5三级防控措施模块：
在应急分析结果的前提下，设计三级防控措施的思路是当水污染形势不容乐观时，则通过坝体拦截方式实现对污染物的消减，可量化信息是拦截能力。其次需通过输入编码、名称、所属省份、所属地区、拦截能力等信息，实现防控措施信息的查询，在数字地球平台上通过图框方式对污染流域进行定位并予以呈现，为用户提供丰富的信息展示效果，提升预案生成能力。
2.1.6四级防控措施模块：
以水污染突发事件应急分析结果为基础，根据污染情况，设计四级防控措施，思路是通过关闭排污源等达到消减能力最大。该模块可量化信息为消减能力。通过编码、名称、所属省份、所属地区等定位河流位置，通过模型量化各位置点污染物扩散消减情况，并在数字地球平台上将应急措施执行过程予以仿真可视化，实现更便捷的应急及防控服务。
以上四个等级的防控措施是根据实际应急需求，结合冲刷能力和拦截能力两角度进行划分。上游河流由于流动跨度较长，具有较大冲刷能力，若污染物出现在上游，采取防控措施是通过加大放流(实际放流应在最大放流和最小放流范围内)来冲刷污染物使其快速经过水源地或人口密集区。污染物若在下游，通过冲刷方式无法最大程度消减污染，只能通过筑坝或者人工措施拦截方式将污染物拦截与坝体之前，在收集后妥善处理(可量化信息为拦截能力)。在实现上，消减能力、拦截能力、冲刷能力均按照经验抽象为[0,1]范围内的标准化数值，该数值根据与污染物的距离形成合力来降低污染物的浓度和污染物的量，并在风险半径内产生作用。
2.2工程展示4：
2.2.1图层管理：
为更好为用户呈现水污染突发事件模拟效果，在使用水利工程(水库、水源地等)展示功能的过程中，构建临时图层用以存放工程图标，并通过图层之间组合，实现多重信息有效展示，对用户实际的应用具有重要意义。其次由于临时图层的存在会对实际应用产生信息遮盖等影响，为此设计了对全部或某些临时图层执行清除操作、刷新系统当前临时图层的加载情况来实现临时图层的管理，在基于数字地球的平台上，可为应急分析信息可视化提供良好的影像支撑。
2.2.2水库展示：
为方便用户查看水库当前状态，在基于数字地球的平台上，实现以图标的形式来对水库信息进行集成，通过模型将水库名称、所在区域和所在河流之间组合来查询水库信息，需显示的水库在数字地球平台上通过计算经纬度的方式实现定位操作，最终为用户提供基于数字地球的水库信息展示服务奠定良好基础。
2.2.3水源地展示：
由于水污染突发事件可能在水源地发生，为更便捷地查看水源地实际情况，设计了水源地展示模块，构建的水源地展示模块设计思路与水库展示类似，根据需求，通过设计的模型实现输入编码、名称，选择类型、供水对象、工程级别等来查看水源地信息，并可直接在数字地球平台上定位到水源地所在具体位置，为用户展示数字化的水源地服务。
2.2.4水文站展示：
为方便查看水文站的监测和运行状况，在基于数字地球的平台上设计展示模型，通过其输入编码、名称，选择所在区域、所在河流等可查看水文站详细信息，同时在数字地球平台可动态展示水文站具体位置，为更好的分析水污染突发事件以及制定防控措施提供数理支撑。
2.2.5排污口展示：
为更便捷的服务用户，设计排污口展示模块，目的在于展示排污口排污情况。其实现方式是通过构建的模型输入编码、名称，选择所在地级市、受纳河流等信息来模拟仿真查看排污口详细排污信息，并在基于数字地球的平台上展现排污口经纬度信息，更好实现污染物的追踪溯源，为污染预警提供服务。
2.2.6蓄滞洪区展示：
根据应急分析业务需求，为更好实现水污染突发事件的快速分析，设计蓄滞洪区展示模块及其相关模型。在基于数字地球平台上，根据应急分析内容，通过输入模块输入名称、所属河流等信息来查看蓄滞洪区信息，并通过经纬度精准定位到蓄滞洪区所在位置，模拟查看污染物扩散及防控情况，为应急分析服务提供数理支撑，为生成可靠的应急预案服务。
2.2.7控制断面展示：
为更便捷的从多个角度为用户提供可视化信息，与水库展示设计思路类似，构建模型并通过设计控制断面展示模块，在输入名称，选择控制目的等信息后，实现控制断面的详细信息可视化展示。同时可通过经纬度信息对控制断面进行精确定位。在基于数字地球的平台上为水污染突发事件的应急分析提供了良好支撑。
2.3度量分析5：
结合水污染突发事件应急分析需求，在污染物运移过程中，有水污染运移距离、扩散面积等度量需求。因此，在度量分析模块5中，为用户构建基于数字地球平台的度量分析功能模块及相关模型。模型的设计思路通过点到点的经纬度坐标转换等方式，实现长、宽等测量功能，因此该模块是本发明系统的基础功能之一。度量方式是在区域上通过绘制测量边界经计算后在度量面板上获得测量结果。
该模块功能在水污染突发事件研究和处置过程中具有重要意义。因用户通过该模块可快速、准确、有效的获取污染带的长度、污染事件影响区域、污染物运移速度等重要的参数指标，可为水污染事件的处置赢得宝贵时间，提高制定防控措施的科学性。
2.4虚拟视察6：
2.4.1飞翔视察：
由于水污染事件的突发性、紧迫性，用户需掌握在全流域发生的水污染运移信息，因此在数字地球平台上，先在系统外部CSV文件中设置飞翔路线的经纬度信息，在选择相应文件的路径后，通过分析模型先对文件进行解析操作获取预定的飞翔节点，然后在数字地球上以显示区为观察区域，通过计算在数字地球平台上定位至飞翔起点，经仿真模型在数字地球上通过计算绘制出飞翔路径(相关参数还有：飞行速度、速度系数等)。该模块操作结合高清影像为用户提供较好的视觉体验和丰富的现场数据，从而实现虚拟的飞翔视察服务。
2.4.2定点飞翔：
由于水污染事件的不确定性，用户不仅需查看水污染的模拟运移过程，还需对具体的污染点进行定位操作。因此，在数字地球内部飞翔机制基础上构建模型，实现通过地点信息库计算出各河流节点的位置数据，在数字地球上实现定点快速飞翔服务，通过构建的仿真模型计算出预置地点的周边地形、地貌等地理信息，经地名解析方式为用户提供输入式地点查询服务，从而为污染物运移的定位展示奠定良好基础。
2.5应急服务7：
预案信息的生成蕴含在应急分析内，当用户进行应急分析或者打开已存在的应急分析成果后，呈现内容包括污染事件的名称、制定单位、发生地点、主要污染物、信息来源、已行措施、初步分析等，在该应急分析服务模块中主要通过手动的方式填写上述信息，并选择时间级别，以及时间认定的原由，经过分析模型，最终形成预案，并将其转化为新的应急预案信息，以文本格式存档，从而在未来为决策者提供参考依据。
3数据集成模块层8：
数据集成模块层在三维可视化框架下集成所需的组件基础数据与水污染事件基础数据，其次采用框架技术将不同的业务数据进行封装，为会话表达层提供多类别数据的呈现。以便基于数字地球组件进行相关模型的构建，并通过Web服务器实现应用与服务的部署。这样，通过数据集成模块层对组件基础数据与水污染事件基础数据进行结合，可为会话表达层、应用层等提供底层的数据信息服务。
3.1组件基础数据模块9：
组件基础数据模块是通过四叉树结构和瓦片金字塔结构将数据进行高效组织，是数据采集的主要部分。在数字地球平台上，可为瓦片数据、数据集中提供组件数据支持。
3.2水污染事件数据模块10：
水污染事件数据模块是数据集成模块层的重要组成部分，其包括水污染事件基础数据和成果数据两种。
3.2.1水污染事件基础数据模块11：
水污染事件基础数据模块内容包含污染事件发生时所在位置的基础地理信息(含河道地貌数据、元数据等)、流域数据(含实时水情数据、污染物浓度数据等)，此类数据经模型运算后保存到标准数据库中。对于流域数据中还涉及的自然、经济和社会等矢量数据则先经标准化处理，接着转换成位置信息后保存到GIS数据库中，为水污染事件数据模块的集成提供服务。
3.2.2成果数据模块12：
由水质模型的数据与联合调度数据结合为成果数据，以二进制文件的格式对其进行存储，通过程序将其读入数据库，也为水污染事件数据模块的集成提供基础服务。
本发明通过模块化结构，将不可拆分的最小功能单元模块化，相互拼接组合并为上层模块服务(最完整的情况下，数据集成模块相对于数据采集、瓦片数据、数据集中模块等子模块为上层)，实现水污染事件模拟仿真和水污染突发事件应急分析的有机结合，数据集成过程与数据分析过程的有机结合。如水污染仿真模块、可视化服务模块和应急服务模块都是可独立运行模块，可使得基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统的服务动态组建成为可能，为搭建简洁、稳定、高效、鲁棒的应急分析系统提供了结构保证。
本发明基于数字地球的水污染突发事件应急分析方法，利用上述的模块化结构，确定系统及其各模块的实施步骤分析如下：
基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统的实施步骤是：基于基础组件数据与水污染事件数据形成了数据采集模块13；以数据采集模块13为基础，结合不同数据处理要求，形成瓦片数据模块14；面向应用层需求，基于数据采集模块13形成数据集中模块15。采用组件技术则将数据采集模块13、瓦片数据模块14以及数据集中模块15进行封装，构成数据集成模块8。采用数据传输协议，数据集成模块8则经网络、传输层模块16与会话、表达层模块19进行连接。在会话、表达层19中，基于行业标准、水利标准等构建相关模型以及框架，从而形成水污染模拟仿真模块17，实现水污染等信息的仿真模拟。为面向客户服务，会话、表达层模块19进一步与应用层2通过XDP协议实现连接，应用层2则通过FTP传输协议面向用户层1提供服务。
数据集成模块8的实施过程包含：基于实际的水情、污染物浓度、河道地貌等数据，通过物理设备采集GPS数据、遥感影像RS、水利GIS等监测数据。建立空间区域内的地形地貌三维可视化模型，并构建水利信息仿真与虚拟环境，从而丰富仿真环节中的信息资源量，并以中间件形式与瓦片金字塔对空间数据信息和水污染数据信息进行有效整合。
会话表达层19的实施过程包括：基于数据集成模块提供的数据经网络、传输层传递，将行业标准、水利标准、空间信息规范等封装成水污染突发事件仿真模型标准，其次基于该标准构建河流三角网模型、水质模拟模型、智能体模型等，同时为使得污染物运移仿真达到平滑的颜色渐变效果，确保仿真过程的实效性，建立了球体框架和视域模型，实现水污染突发事件及污染物运移过程的仿真，为水污染突发事件应急分析提供支持。
应用层2的实施过程包括：在数据集成模块层、网络传输层与会话表达层的支撑下，通过模型实现了水污染突发事件的模拟，接着在实际应用中，若出现水污染突发事件，则通过应急分析机制，实现污染事件的上报和报警，并提供水污染突发事件的应急分析，针对事件数据对污染状况进行级别认定，并产生初步预案，同时多次进行污染物运移模拟分析，不断迭代更新预案，确保预案的准确率。接着根据最终预案，分别向被污染河流所在不同层级流域的决策者推送防控措施，提供应急服务，从而有效控制污染物的运移，直至消除污染物影响。根据污染物运移过程，在应急分析时，在该模块通过对污染物扩散范围及运移距离等进行度量，实现被污染流域的水库、水源地、排污区、控制断面等的模拟展示和虚拟视察。
综上所述，本发明基于数字地球的水污染突发事件应急系统，以数据集成模块为基础，引入了水污染仿真模型及应急分析服务模块，具有硬件需求低，维护简单，水污染扩散态势模拟真实，可动态决策支持等特点，能够实现水污染突发事件数据的集成与紧急预案应用的模拟，减少传统水污染事件模拟仿真及防控计算方法的不便，提高了本发明的实用性，且随着系统运行时间的增加、历史数据的不断积累，水污染突发事件模拟仿真及解决方案的精度会越来越高。因此本发明为水污染突发事件的快速高效分析与决策提供了一种新的思路和方法。
Claims (6)
1.基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统，其特征在于：包括依次连接的客户层(1)、应用层(2)、会话表达层(19)和数据集成模块层(8)，所述应用层(2)通过FTP传输协议与客户层(1)互连，所述应用层(2)通过XDP协议与会话表达层(19)连接，所述会话表达层(19)通过网络传输层(16)与数据集成模块层(8)。
2.根据权利要求1所述的基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统，其特征在于：所述应用层(2)包括应急分析模块(3)，工程展示模块(4)，度量分析模块(5)，虚拟视察模块(6)以及应急服务模块(7)，工程展示模块(4)与度量分析模块(5)共同构成可视化服务模块(18)，所述可视化服务模块(18)为客户层(1)提供可视化服务。
3.根据权利要求2所述的基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统，其特征在于：所述可视化服务模块(18)以数字地球平台为基础，分析系统边界条件，研究污染物种类的复杂性，在对相关数据以及模块进行高效组织与管理后，提供度量分析模块(5)可以测量污染物运移距离、扩散范围等，同时还采用图层管理机制，将不同的图层叠加实现多源信息的图表呈现，同时还封装了水库、水源地、水文站、排污口、蓄滞洪区以及控制断面等组件构成工程展示(4)模块，实现了水污染突发事件基本信息的可视化；
所述应急服务模块(7)由数据集成模块层和水污染仿真模块提供底层支撑，采用人机交互方式构建水污染突发事件应急分析模块，采用抽象化方法对水污染突发事件及其处置过程进行报警、分析与表述，并形成具体防控措施。
4.根据权利要求1所述的基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统，其特征在于：所述数据集成模块层(8)包括数据采集模块(13)和瓦片数据模块(14)与数据集中模块(15)，将数据采集模块(13)采集到的数据，以不同数据处理要求，形成包含DEM、水利GIS、遥感影像以及GPS等瓦片数据的瓦片数据模块(14)，将瓦片数据进行多媒体数据管理、数据一致性检查、数据访问API、数据集中中间件操作，形成数据集中模块(15)；
所述数据采集模块(13)用于采集水污染事件数据以及基础组件数据，所述瓦片数据模块(14)和数据集中模块(15)建立双通道的集成方式；
所述瓦片数据模块(14)包含获取到的遥感影像RS、水利GIS、GPS、DEM等数据，通过构建地形和影像金字塔模型提供不同分辨率的地形数据和影像数据；
所述数据集中模块(15)用于将瓦片数据以及数据采集模块获取数据的管理、异常、访问方式等进行集中处理，获得可靠的数据集。
5.根据权利要求1所述的基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统，其特征在于：所述会话表达层(19)以相关行业标准、JOGL、空间信息规范OGC\GEM\GEO、以及水利标准为基础，采用三角网经纬线扫描生成方案构建河流三角网模型、以水质体积微元、行为和表示方法为核心搭建水质Agent模型，以瓦片形式所提供的纹络信息是否呈现来构建视域模型，最终形成河流三角网模型、水质Agent模型、智能体模型、球体模型、视域模型以及网格计算下的水质模拟，进一步将这些模型封装成基于数字地球的水污染仿真模块(17)。
6.根据权利要求4所述的基于数字地球的水污染突发事件应急分析系统，其特征在于：所述数据采集模块(13)包括组件基础数据模块(9)和水污染事件数据模块(10)，所述水污染事件数据模块(10)包括水污染事件基础数据模块(11)和成果数据模块(12)；
所述组件基础数据模块(9)是通过四叉树结构和瓦片金字塔结构将数据进行高效组织，在数字地球平台上，可为瓦片数据、数据集中提供组件数据支持；
所述水污染事件基础数据模块(11)是对污染事件发生时所在位置的基础地理信息、流域数据进行标准化处理后转换成位置信息后保存到GIS数据库中；
所述成果数据模块(12)由水质模型的数据与联合调度数据结合为成果数据，以二进制文件的格式对其进行存储并读入数据库。
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