CN114239290A - 一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统及构建方法 - Google Patents

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CN114239290A CN202111567871.8A CN202111567871A CN114239290A CN 114239290 A CN114239290 A CN 114239290A CN 202111567871 A CN202111567871 A CN 202111567871A CN 114239290 A CN114239290 A CN 114239290A
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章光新
张敬杰
武瑶
鞠含俞
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Abstract

本发明涉及湖泊水环境监测技术领域，具体为一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，包括数据查询模块、数据分析模块、图形化展示模块、预估评测模块和预警与决策模块，数据查询模块包括实时监测数据单元和遥感数据单元，数据分析模块包括统计分析单元和遥感批处理单元。本发明，在传统湖泊预警系统的内部，套入了遥感反演和数值模拟技术，可以对湖泊水环境进行实时监测的同时，也可以构建模块，对湖泊水环境的发展趋势做出评估，克服了单独利用实时监测站点来获取单一数据源的缺陷，并与实时数据进行优化比对，确保风险评估更加真实有效，进而实现了多技术交互的水环境监测和预警，保证对湖泊水环境的精确监测和预警。

Description

一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统及构建方法
技术领域
本发明涉及湖泊水环境监测技术领域，尤其涉及一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统及构建方法。
背景技术
随着大数据、物联网和人工智能等新兴技术的不断发展，基于空-天-地一体化监测的智慧水管理成为当前水环境领域的一个重要研究方向，但是现有的湖泊预警系统缺乏足够的实时监测站点导致的监控精度不足，缺乏多种数据源的获取和多种技术手段的融合，并且无法进行湖泊水动力-生态耦合模型的生态水文过程的模拟，难以为湖泊未来水环境变化影响下湖泊水环境发展趋势进行实时监控，而且风险评价指标的单一性，难以满足一湖一策的政策要求，导致湖泊水环境难以精准治理，且难以评价未来汇水区环境变化下湖泊水环境风险等级，导致湖泊水环境生态系统受到的威胁加剧。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统及构建方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，所述一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统包括数据查询模块、数据分析模块、图形化展示模块、预估评测模块和预警与决策模块，所述数据查询模块包括实时监测数据单元和遥感数据单元，所述数据分析模块包括统计分析单元和遥感批处理单元，所述图形化展示模块包括站点展示单元和空间分布单元，所述预估评测模块包括水动力-水质-生态模型单元，所述预警与决策模块包括水环境风险评价模型单元。
为了确保数据查询的准确性，本发明改进有，所述数据查询模块由水文数据、水质数据和藻类数据组成。
为了进一步明确数据查询的具体参数，本发明改进有，所述水文数据包括但不限于水位、流速、流量以及水面积，所述水质数据包括但不限于TN、TP、COD、BOD、SD以及TSS，所述藻类数据包括但不限于生物量、藻华盖度以及叶绿素a。
为了遥感水环境反演模型的顺利实现，本发明改进有，所述统计分析单元包括直方图统计、折线图统计和概率统计，所述遥感批处理单元可以进行遥感数据预处理和反演水质参数。
为了保证水环境监测报告的顺利生成，本发明改进有，所述遥感数据预处理和反演水质参数分析过程中，系统自动下载存储多源遥感数据，读取实测水质参数数据，然后进行遥感数据预处理以及水质参数反演，利用实测数据优化反演模型，计算得出各水质参数，制作生成专题图，最后自动生成水环境监测报告。
为了提高图形化展示的丰富性，本发明改进有，所述图形化展示模块展示内容包括但不限于富营养化程度、地表水环境质量标准、水质参数浓度、水温以及水位。
为了水动力-水质-生态模型的顺利建立，本发明改进有，所述水动力-水质-生态模型单元可进行多场景模拟水位、水量、水质参数以及水华发展趋势。
为了保证水环境预警报告的顺利生成，本发明改进有，所述水动力-水质-生态模型单元在进行多场景模拟时，系统自动获取气象数据和天气预报结果，输入模型气象边界，自动提取水文监测站数据结果，输入模型水文边界，自动提取浮标实时水质监测结果，计算边界平均初始值，模型模拟运算，输出水动力水质指标时空分布结果，自动生成水环境预警报告。
为了提高系统对水环境风险的评估能力，本发明改进有，所述水环境风险评价模型单元由水环境风险等级和应对措施决策管理组成。
一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统的构建方法，包括以下步骤：
S1：数据准备，多种数据类型的准备；
S2：模型运行，构建水动力-水质-生态模型和遥感水环境反演模型；
S3：结果输出，多种监测指标的演变结果输出；
S4：可视化，利用可视化平台进行输出结果的展示；
S5：预测评估，提出评估报告及应对风险的决策方案。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明中，在传统湖泊预警系统的内部，套入了遥感反演和数值模拟技术，可以对湖泊水环境进行实时监测的同时，也可以构建模块，对湖泊水环境的发展趋势做出评估，克服了单独利用实时监测站点来获取单一数据源的缺陷，并与实时数据进行优化比对，确保风险评估更加真实有效，进而实现了多技术交互的水环境监测和预警，保证对湖泊水环境的精确监测和预警。
附图说明
图1为本发明提出一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统的工作流程示意图；
图2为本发明提出一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统模块分类图；
图3为本发明提出一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统水环境监测报告生成示意图；
图4为本发明提出一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统水环境预警报告生成示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统包括数据查询模块、数据分析模块、图形化展示模块、预估评测模块和预警与决策模块，数据查询模块包括实时监测数据单元和遥感数据单元，数据分析模块包括统计分析单元和遥感批处理单元，图形化展示模块包括站点展示单元和空间分布单元，预估评测模块包括水动力-水质-生态模型单元，预警与决策模块包括水环境风险评价模型单元，在本发明中，在传统湖泊预警系统的内部，套入了遥感反演和数值模拟技术，可以对湖泊水环境进行实时监测的同时，也可以构建模块，对湖泊水环境的发展趋势做出评估，克服了单独利用实时监测站点来获取单一数据源的缺陷，并与实时数据进行优化比对，确保风险评估更加真实有效，进而实现了多技术交互的水环境监测和预警，保证对湖泊水环境的精确监测和预警。
数据查询模块由水文数据、水质数据和藻类数据组成，水文数据包括但不限于水位、流速、流量以及水面积，水质数据包括但不限于TN、TP、COD、BOD、SD以及TSS，藻类数据包括但不限于生物量、藻华盖度以及叶绿素a，在本发明中，对数据查询模块实现进行了针对性的概括，确保湖泊实时数据的完整性，为后续水环境监测报告和水环境预警报告的生成做准备。
统计分析单元包括直方图统计、折线图统计和概率统计，遥感批处理单元可以进行遥感数据预处理和反演水质参数，遥感数据预处理和反演水质参数分析过程中，系统自动下载存储多源遥感数据，读取实测水质参数数据，然后进行遥感数据预处理以及水质参数反演，利用实测数据优化反演模型，计算得出各水质参数，制作生成专题图，最后自动生成水环境监测报告，在本发明中，生成的水环境监测报告可以与实时数据进行比对，确保监测报告的准确性，同时还可以与后续生成的水环境预警报告进行交互对比，可准备对湖泊水环境的后续发展作出准确评估。
图形化展示模块展示内容包括但不限于富营养化程度、地表水环境质量标准、水质参数浓度、水温以及水位，在本发明中，丰富了图形化展示模块的展示内容，可以更加全面了对湖泊水环境进行了解，更加有利于后期的预警评估。
水动力-水质-生态模型单元可进行多场景模拟水位、水量、水质参数以及水华发展趋势，水动力-水质-生态模型单元在进行多场景模拟时，系统自动获取气象数据和天气预报结果，输入模型气象边界，自动提取水文监测站数据结果，输入模型水文边界，自动提取浮标实时水质监测结果，计算边界平均初始值，模型模拟运算，输出水动力水质指标时空分布结果，自动生成水环境预警报告，在本发明中，水环境预警报告可以与水环境监测报告进行对比，进而实现对湖泊水环境的精确评估。
水环境风险评价模型单元由水环境风险等级和应对措施决策管理组成，在本发明中，水环境风险等级和应对措施决策管理可以进一步保证风险评估的准确性。
一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统的构建方法，包括以下步骤：
S1：数据准备，多种数据类型的准备；
S2：模型运行，构建水动力-水质-生态模型和遥感水环境反演模型；
S3：结果输出，多种监测指标的演变结果输出；
S4：可视化，利用可视化平台进行输出结果的展示；
S5：预测评估，提出评估报告及应对风险的决策方案。
实施例一
请参阅图1-4，对于查干湖湖泊水环境进行评估，采用高频自动监测浮标和遥感数据实时获得查干湖湖水水体水质及藻类动态变化，利用全自动流量监测系统获得高频的流速和水量数据，基于水文气象过程对查干湖水质和藻类群落结构影响规律，采用遥感数据预处理和反演水质参数，遥感数据预处理和反演水质参数分析过程中，系统自动下载存储多源遥感数据，读取实测水质参数数据，然后进行遥感数据预处理以及水质参数反演，利用实测数据优化反演模型，计算得出各水质参数，制作生成专题图，最后自动生成《查干湖水环境监测报告》，然后再开发查干湖湖泊水动力-水质-生态模型，系统自动获取气象数据和天气预报结果，输入模型气象边界，自动提取水文监测站数据结果，输入模型水文边界，自动提取浮标实时水质监测结果，计算边界平均初始值，模型模拟运算，输出水动力水质指标时空分布结果，自动生成《查干湖水环境预警报告》，并刻画水文气象过程影响下查干湖水质和藻类动态变化过程，利用高频遥感数据，初步构建实时监测的湖泊水环境监测系统，同时利用未来气象预报结果模拟分析未来查干湖水质和藻类生物量时空动态，依据查干湖水质保护目标，进而对查干湖水质进行实时监测和未来3-7天的预警。
工作原理：首先进行数据准备，通过监测获取湖泊水环境的相应参数然后构建水动力-水质-生态模型和遥感水环境反演模型，自动生成水环境监测报告和水环境预警报告，然后将多种监测指标的演变结果进行输出，利用可视化平台进行输出结果的展示，再多方比对进行预测评估，提出评估报告及应对风险的决策方案，整个系统采用了自动化、一体化运行的方式，能够帮助政府部门在出现水位和水质异常时，快速获取有关的精确数据，向社会及时发出预警，启动突发水环境事件应急响应预案，并采取相应的应对措施，进而确保湖泊水环境安全，具有重要的现实意义，此外，本监测预警系统在传统实时监测站点驱动的基础上，添加了遥感数据驱动平台，实现了遥感、模型、实测三者的有机结合，减少了监测成本，提升了整体预测精度。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，其特征在于：所述一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统包括数据查询模块、数据分析模块、图形化展示模块、预估评测模块和预警与决策模块，所述数据查询模块包括实时监测数据单元和遥感数据单元，所述数据分析模块包括统计分析单元和遥感批处理单元，所述图形化展示模块包括站点展示单元和空间分布单元，所述预估评测模块包括水动力-水质-生态模型单元，所述预警与决策模块包括水环境风险评价模型单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，其特征在于：所述数据查询模块由水文数据、水质数据和藻类数据组成。
3.根据权利要求2所述的一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，其特征在于：所述水文数据包括但不限于水位、流速、流量以及水面积，所述水质数据包括但不限于TN、TP、COD、BOD、SD以及TSS，所述藻类数据包括但不限于生物量、藻华盖度以及叶绿素a。
4.根据权利要求3所述的一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，其特征在于：所述统计分析单元包括直方图统计、折线图统计和概率统计，所述遥感批处理单元可以进行遥感数据预处理和反演水质参数。
5.根据权利要求4所述的一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，其特征在于：所述遥感数据预处理和反演水质参数分析过程中，系统自动下载存储多源遥感数据，读取实测水质参数数据，然后进行遥感数据预处理以及水质参数反演，利用实测数据优化反演模型，计算得出各水质参数，制作生成专题图，最后自动生成水环境监测报告。
6.根据权利要求1所述的一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，其特征在于：所述图形化展示模块展示内容包括但不限于富营养化程度、地表水环境质量标准、水质参数浓度、水温以及水位。
7.根据权利要求1所述的一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，其特征在于：所述水动力-水质-生态模型单元可进行多场景模拟水位、水量、水质参数以及水华发展趋势。
8.根据权利要求7所述的一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，其特征在于：所述水动力-水质-生态模型单元在进行多场景模拟时，系统自动获取气象数据和天气预报结果，输入模型气象边界，自动提取水文监测站数据结果，输入模型水文边界，自动提取浮标实时水质监测结果，计算边界平均初始值，模型模拟运算，输出水动力水质指标时空分布结果，自动生成水环境预警报告。
9.根据权利要求1所述的一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统，其特征在于：所述水环境风险评价模型单元由水环境风险等级和应对措施决策管理组成。
10.一种基于多技术交互的湖泊水环境监测预警系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：数据准备，多种数据类型的准备；
S2：模型运行，构建水动力-水质-生态模型和遥感水环境反演模型；
S3：结果输出，多种监测指标的演变结果输出；
S4：可视化，利用可视化平台进行输出结果的展示；
S5：预测评估，提出评估报告及应对风险的决策方案。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114897422A (zh) * 2022-06-01 2022-08-12 中国长江三峡集团有限公司 蓝藻水华损失评估方法、装置、电子设备及存储介质
CN116400035A (zh) * 2023-04-11 2023-07-07 江苏省秦淮河水利工程管理处 一种湖泊生态监测管理方法与系统

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