CN115017249A - 一种河湖水环境健康智能评估预警系统 - Google Patents

一种河湖水环境健康智能评估预警系统 Download PDF

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CN115017249A CN202210696924.4A CN202210696924A CN115017249A CN 115017249 A CN115017249 A CN 115017249A CN 202210696924 A CN202210696924 A CN 202210696924A CN 115017249 A CN115017249 A CN 115017249A
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席怀平
苏伟杰
孔玲
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Abstract

本发明属于河湖健康评估技术领域，公开了一种河湖水环境健康智能评估预警系统，包括：信息采集模块、图像采集模块、图像预处理模块、中央控制模块、周边信息提取模块、河湖水基础评估模块、水文评估模块、水质评估模块、生物评估模块、地形评估模块、环境评估模块、变化评估模块、评估模型构建模块、整体评估模块、预警模块、存储模块以及显示模块。本发明能够得到更加全面、更加准确的评估结果；同时本发明还创新性的从各个指标的变化程度去进行评估，能够有效、及时掌握河湖的某一指标的变化趋势，同时有助于及时进行预警，及时发现异常；同时结合多层面评估结果与变化评估结果进行整体评估，能够提高评估的客观性以及准确性。

Description

一种河湖水环境健康智能评估预警系统
技术领域
本发明属于河湖健康评估技术领域，尤其涉及一种河湖水环境健康智能评估预警系统。
背景技术
目前，随着水资源消耗性利用、水污染、水工程不合理调控等影响的加剧，世界各国的河湖生态系统都受到不同程度的干扰和损害，普遍出现水污染、水文条件恶化、形态结构破坏、生物多样性损害以及河湖生态功能退化等问题，严重影响经济社会的可持续发展。
河湖健康评估可以更加及时、准确、全面的了解河流湖泊的健康状况，是河长制、湖长制工作的重要抓手，同时可以为河流湖泊的保护、修复和开发利用等工作提供有力支撑。然而现有的健康评估系统主要通过5个层面进行评估，且各个层面的权重通过主观权重，导致评估结果不客观、不准确、不全面。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的健康评估系统主要通过5个层面进行评估，且各个层面的权重通过主观权重，导致评估结果不客观、不准确、不全面。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种河湖水环境健康智能评估预警系统。
本发明是这样实现的，一种河湖水环境健康智能评估预警系统，所述河湖水环境健康智能评估预警系统包括：
地形评估模块，与中央控制模块连接，用于基于获取的当前河湖的地形数据以及与历史河湖地形数据的变化幅度、变化速度进行河湖水环境的地形稳定性评估；
环境评估模块，与中央控制模块连接，用于对河湖的周边环境以及河面、湖面的状态进行评估；
变化评估模块，与中央控制模块连接，用于将当前采集的河湖水基础参数、水质、生物、环境、水文数据与历史相关参数进行对比，判断河湖水相应数据的变化幅度、变化速度是否处于正常水平；所述变化评估模块的变化评估方法包括：利用下式计算河湖水基础参数、水质、生物、环境、水文数据参数变化率：
Figure BDA0003702995110000021
其中，ΔD％表示数据变化率；D表示当前采集的数据值；D0表示历史相关参数值；
对每一个参数判断ΔD％以及D-D0是否满足对应阈值，若满足则判断各参数的变化幅度、变化速度处于正常水平；
整体评估模块，与中央控制模块连接，用于基于构建的河湖水健康评估模型结合各个指标对应的评估结果、变化评估结果整体评估河湖水环境健康。
进一步，所述河湖水环境健康智能评估预警系统还包括：
信息采集模块，与中央控制模块连接，用于采集河湖水的水质、水文、生物以及其他相关信息与数据；
图像采集模块，与中央控制模块连接，用于利用摄像设备采集河湖以及河湖岸边的图像数据；
图像预处理模块，与中央控制模块连接，用于对采集的河湖以及河湖岸边的图像数据进行预处理；
中央控制模块，与信息采集模块、图像采集模块、图像预处理模块、周边信息提取模块、河湖水基础评估模块、水文评估模块、水质评估模块、生物评估模块、地形评估模块、环境评估模块、变化评估模块、评估模型构建模块、整体评估模块、预警模块、存储模块以及显示模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
周边信息提取模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的河湖岸边图像数据进行周边植被覆盖率、植被种类以及周边环境状况的提取；
河湖水基础评估模块，与中央控制模块连接，用于判断当前采集的河湖水基础参数是否处于正常阈值；
水文评估模块，与中央控制模块连接，用于基于获取的水文数据对河湖水环境进行水文评估；
水质评估模块，与中央控制模块连接，用于基于获取的当前河湖水的水质参数进行河湖水评估；
生物评估模块，与中央控制模块连接，用于基于获取的当前河湖水中的生物种类、各种类的数量进行河湖水的生物评估；
评估模型构建模块，与中央控制模块连接，用于构建包含河湖水基础参数、水文、水质、生物、地形、环境指标在内的河湖水健康评估模型；
预警模块，与中央控制模块连接，用于当某个指标对应的评估结果、变化评估结果、整体评估结果中任一数值超出预设阈值时利用报警器采用不同形式进行预警；
存储模块，与中央控制模块连接，用于利用存储器对采集、评估得到的相关数据进行存储；
显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示器对采集、评估得到的相关数据进行显示。
进一步，所述信息采集模块包括：
河湖水基础参数采集单元，用于采集河湖水的基础参数以及河湖面积；
水质参数采集单元，用于利用设置于河湖水环境中的探头采集河湖水样本进行水质检测，得到水质参数；
水文数据采集单元，用于获取河湖的水文数据；
地形数据采集单元，用于采集河湖的流向、坡度、形状、地势以及其他相关数据；
生物数据采集单元，用于获取河湖水环境中现存的生物种类、数量以及其他相关信息；
历史信息采集单元，用于获取河湖的历史基础参数、水质、水文、地形、生物数据。
进一步，所述河湖水的基础参数包括：水量、流速、水温。
进一步，所述环境评估模块包括：
岸边环境评估单元，用于基于河湖的周边植被覆盖率、植被种类以及周边环境状况进行河湖岸边环境评估；
河湖表面环境评估单元，用于基于预处理后的河湖图像数据进行河湖表面环境评估。
进一步，所述周边信息提取模块基于预处理后的河湖岸边图像数据进行周边植被覆盖率、植被种类以及周边环境状况的提取包括：
首先，获取预处理后的河湖岸边图像数据，并将所述预处理后的河湖岸边图像数据转化为灰度图像；
其次，基于灰度化的河湖岸边图像的灰度值将所述河湖岸边图像划分为存在植被覆盖与不存在植被覆盖区域；
最后，基于所述存在植被覆盖与不存在植被覆盖区域的面积比值确定所述河湖岸边周边植被覆盖率。
进一步，所述周边信息提取模块基于预处理后的河湖岸边图像数据进行植被种类以及周边环境状况的提取包括：
基于所述存在植被覆盖的图像信息进行特征提取，并与数据库中预先存储的植物的特征数据进行对比确定植被的种类；同时分析所述存在植被覆盖的图像信息确定周边环境是否存在污染、垃圾，基于分析结果确定周边环境状况。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现所述河湖水环境健康智能评估预警系统。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现所述河湖水环境健康智能评估预警系统。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述河湖水环境健康智能评估预警系统。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
本发明不仅从河湖的水质、生物、水文相关层面进行了河湖水环境健康评估，同时还从基础参数、地形、环境等层面进行了评估，能够得到更加全面、更加准确的评估结果；同时本发明还创新性的从各个指标的变化程度去进行评估，能够有效、及时掌握河湖的某一指标的变化趋势，同时有助于及时进行预警，及时发现异常；同时结合多层面评估结果与变化评估结果进行整体评估，能够提高评估的客观性以及准确性。
第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
本发明结合多层面指标以及各指标变化幅度、变化速度进行河湖水环境健康评估，能够得到客观、全面、准确的评估结果，并及时预警，提高安全性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的河湖水环境健康智能评估预警系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的信息采集模块结构示意图；
图3是本发明实施例提供的环境评估模块结构示意图；
图中：1、信息采集模块；2、图像采集模块；3、图像预处理模块；4、中央控制模块；5、周边信息提取模块；6、河湖水基础评估模块；7、水文评估模块；8、水质评估模块；9、生物评估模块；10、地形评估模块；11、环境评估模块；12、变化评估模块；13、评估模型构建模块；14、整体评估模块；15、预警模块；16、存储模块；17、显示模块；18、河湖水基础参数采集单元；19、水质参数采集单元；20、水文数据采集单元；21、地形数据采集单元；22、生物数据采集单元；23、历史信息采集单元；111、岸边环境评估单元；112、河湖表面环境评估单元。
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。
一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
如图1所示，本发明实施例提供的河湖水环境健康智能评估预警系统包括：
信息采集模块1，与中央控制模块4连接，用于采集河湖水的水质、水文、生物以及其他相关信息与数据；
图像采集模块2，与中央控制模块4连接，用于利用摄像设备采集河湖以及河湖岸边的图像数据；
图像预处理模块3，与中央控制模块4连接，用于对采集的河湖以及河湖岸边的图像数据进行预处理；
中央控制模块4，与信息采集模块1、图像采集模块2、图像预处理模块3、周边信息提取模块5、河湖水基础评估模块6、水文评估模块7、水质评估模块8、生物评估模块9、地形评估模块10、环境评估模块11、变化评估模块12、评估模型构建模块13、整体评估模块14、预警模块15、存储模块16以及显示模块17连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
周边信息提取模块5，与中央控制模块4连接，用于基于预处理后的河湖岸边图像数据进行周边植被覆盖率、植被种类以及周边环境状况的提取；
河湖水基础评估模块6，与中央控制模块4连接，用于判断当前采集的河湖水基础参数是否处于正常阈值；
水文评估模块7，与中央控制模块4连接，用于基于获取的水文数据对河湖水环境进行水文评估；
水质评估模块8，与中央控制模块4连接，用于基于获取的当前河湖水的水质参数进行河湖水评估；
生物评估模块9，与中央控制模块4连接，用于基于获取的当前河湖水中的生物种类、各种类的数量进行河湖水的生物评估；
地形评估模块10，与中央控制模块4连接，用于基于获取的当前河湖的地形数据以及与历史河湖地形数据的变化幅度、变化速度进行河湖水环境的地形稳定性评估；
环境评估模块11，与中央控制模块4连接，用于对河湖的周边环境以及河面、湖面的状态进行评估；
变化评估模块12，与中央控制模块4连接，用于将当前采集的河湖水基础参数、水质、生物、环境、水文数据与历史相关参数进行对比，判断河湖水相应数据的变化幅度、变化速度是否处于正常水平；
评估模型构建模块13，与中央控制模块4连接，用于构建包含河湖水基础参数、水文、水质、生物、地形、环境指标在内的河湖水健康评估模型；
整体评估模块14，与中央控制模块4连接，用于基于构建的河湖水健康评估模型结合各个指标对应的评估结果、变化评估结果进行河湖水环境健康的整体评估；
预警模块15，与中央控制模块4连接，用于当某个指标对应的评估结果、变化评估结果、整体评估结果中任一数值超出预设阈值时利用报警器采用不同形式进行预警；
存储模块16，与中央控制模块4连接，用于利用存储器对采集、评估得到的相关数据进行存储；
显示模块17，与中央控制模块4连接，用于利用显示器对采集、评估得到的相关数据进行显示。
如图2所示，本发明实施例提供的信息采集模块1包括：
河湖水基础参数采集单元18，用于采集河湖水的基础参数以及河湖面积；
水质参数采集单元19，用于利用设置于河湖水环境中的探头采集河湖水样本进行水质检测，得到水质参数；
水文数据采集单元20，用于获取河湖的水文数据；
地形数据采集单元21，用于采集河湖的流向、坡度、形状、地势以及其他相关数据；
生物数据采集单元22，用于获取河湖水环境中现存的生物种类、数量以及其他相关信息；
历史信息采集单元23，用于获取河湖的历史基础参数、水质、水文、地形、生物数据。
本发明实施例提供的河湖水的基础参数包括：水量、流速、水温；
如图3所示，本发明实施例提供的环境评估模块11包括：
岸边环境评估单元111，用于基于河湖的周边植被覆盖率、植被种类以及周边环境状况进行河湖岸边环境评估；
河湖表面环境评估单元112，用于基于预处理后的河湖图像数据进行河湖表面环境评估。
本发明实施例提供的周边信息提取模块基于预处理后的河湖岸边图像数据进行周边植被覆盖率、植被种类以及周边环境状况的提取包括：
首先，获取预处理后的河湖岸边图像数据，并将预处理后的河湖岸边图像数据转化为灰度图像；
其次，基于灰度化的河湖岸边图像的灰度值将河湖岸边图像划分为存在植被覆盖与不存在植被覆盖区域；
最后，基于存在植被覆盖与不存在植被覆盖区域的面积比值确定河湖岸边周边植被覆盖率。
本发明实施例提供的周边信息提取模块基于预处理后的河湖岸边图像数据进行植被种类以及周边环境状况的提取包括：
基于存在植被覆盖的图像信息进行特征提取，并与数据库中预先存储的植物的特征数据进行对比确定植被的种类；同时分析存在植被覆盖的图像信息确定周边环境是否存在污染、垃圾，基于分析结果确定周边环境状况。
本发明实施例提供的变化评估模块将当前采集的河湖水基础参数、水质、生物、环境、水文数据与历史相关参数进行对比，判断河湖水相应数据的变化幅度、变化速度是否处于正常水平包括：
首先，利用下式计算河湖水基础参数、水质、生物、环境、水文数据参数变化率：
Figure BDA0003702995110000091
其中，ΔD％表示数据变化率；D表示当前采集的数据值；D0表示历史相关参数值；
其次，对每一个参数判断ΔD％以及D-D0是否满足对应阈值，若满足则判断各参数的变化幅度、变化速度处于正常水平。
二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用的应用实施例。
本发明的应用实施例提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现所述河湖水环境健康智能评估预警系统。
本发明的应用实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现所述河湖水环境健康智能评估预警系统。
本发明的应用实施例提供了一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述河湖水环境健康智能评估预警系统。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种河湖水环境健康智能评估预警系统，其特征在于，所述河湖水环境健康智能评估预警系统包括：
地形评估模块，与中央控制模块连接，用于基于获取的当前河湖的地形数据以及与历史河湖地形数据的变化幅度、变化速度进行河湖水环境的地形稳定性评估；
环境评估模块，与中央控制模块连接，用于对河湖的周边环境以及河面、湖面的状态进行评估；
变化评估模块，与中央控制模块连接，用于将当前采集的河湖水基础参数、水质、生物、环境、水文数据与历史相关参数进行对比，判断河湖水相应数据的变化幅度、变化速度是否处于正常水平；所述变化评估模块的变化评估方法包括：利用下式计算河湖水基础参数、水质、生物、环境、水文数据参数变化率：
Figure FDA0003702995100000011
其中，ΔD％表示数据变化率；D表示当前采集的数据值；D0表示历史相关参数值；
对每一个参数判断ΔD％以及D-D0是否满足对应阈值，若满足则判断各参数的变化幅度、变化速度处于正常水平；
整体评估模块，与中央控制模块连接，用于基于构建的河湖水健康评估模型结合各个指标对应的评估结果、变化评估结果整体评估河湖水环境健康。
2.如权利要求1所述河湖水环境健康智能评估预警系统，其特征在于，所述河湖水环境健康智能评估预警系统还包括：
信息采集模块，与中央控制模块连接，用于采集河湖水的水质、水文、生物以及其他相关信息与数据；
图像采集模块，与中央控制模块连接，用于利用摄像设备采集河湖以及河湖岸边的图像数据；
图像预处理模块，与中央控制模块连接，用于对采集的河湖以及河湖岸边的图像数据进行预处理；
中央控制模块，与信息采集模块、图像采集模块、图像预处理模块、周边信息提取模块、河湖水基础评估模块、水文评估模块、水质评估模块、生物评估模块、地形评估模块、环境评估模块、变化评估模块、评估模型构建模块、整体评估模块、预警模块、存储模块以及显示模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
周边信息提取模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的河湖岸边图像数据进行周边植被覆盖率、植被种类以及周边环境状况的提取；
河湖水基础评估模块，与中央控制模块连接，用于判断当前采集的河湖水基础参数是否处于正常阈值；
水文评估模块，与中央控制模块连接，用于基于获取的水文数据对河湖水环境进行水文评估；
水质评估模块，与中央控制模块连接，用于基于获取的当前河湖水的水质参数进行河湖水评估；
生物评估模块，与中央控制模块连接，用于基于获取的当前河湖水中的生物种类、各种类的数量进行河湖水的生物评估；
评估模型构建模块，与中央控制模块连接，用于构建包含河湖水基础参数、水文、水质、生物、地形、环境指标在内的河湖水健康评估模型；
预警模块，与中央控制模块连接，用于当某个指标对应的评估结果、变化评估结果、整体评估结果中任一数值超出预设阈值时利用报警器采用不同形式进行预警；
存储模块，与中央控制模块连接，用于利用存储器对采集、评估得到的相关数据进行存储；
显示模块，与中央控制模块连接，用于利用显示器对采集、评估得到的相关数据进行显示。
3.如权利要求2所述河湖水环境健康智能评估预警系统，其特征在于，所述信息采集模块包括：
河湖水基础参数采集单元，用于采集河湖水的基础参数以及河湖面积；
水质参数采集单元，用于利用设置于河湖水环境中的探头采集河湖水样本进行水质检测，得到水质参数；
水文数据采集单元，用于获取河湖的水文数据；
地形数据采集单元，用于采集河湖的流向、坡度、形状、地势以及其他相关数据；
生物数据采集单元，用于获取河湖水环境中现存的生物种类、数量以及其他相关信息；
历史信息采集单元，用于获取河湖的历史基础参数、水质、水文、地形、生物数据。
4.如权利要求3所述河湖水环境健康智能评估预警系统，其特征在于，所述河湖水的基础参数包括：水量、流速、水温。
5.如权利要求1所述河湖水环境健康智能评估预警系统，其特征在于，所述环境评估模块包括：
岸边环境评估单元，用于基于河湖的周边植被覆盖率、植被种类以及周边环境状况进行河湖岸边环境评估；
河湖表面环境评估单元，用于基于预处理后的河湖图像数据进行河湖表面环境评估。
6.如权利要求1所述河湖水环境健康智能评估预警系统，其特征在于，所述周边信息提取模块基于预处理后的河湖岸边图像数据进行周边植被覆盖率、植被种类以及周边环境状况的提取包括：
首先，获取预处理后的河湖岸边图像数据，并将所述预处理后的河湖岸边图像数据转化为灰度图像；
其次，基于灰度化的河湖岸边图像的灰度值将所述河湖岸边图像划分为存在植被覆盖与不存在植被覆盖区域；
最后，基于所述存在植被覆盖与不存在植被覆盖区域的面积比值确定所述河湖岸边周边植被覆盖率。
7.如权利要求6所述河湖水环境健康智能评估预警系统，其特征在于，所述周边信息提取模块基于预处理后的河湖岸边图像数据进行植被种类以及周边环境状况的提取包括：
基于所述存在植被覆盖的图像信息进行特征提取，并与数据库中预先存储的植物的特征数据进行对比确定植被的种类；同时分析所述存在植被覆盖的图像信息确定周边环境是否存在污染、垃圾，基于分析结果确定周边环境状况。
8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1-7任意一项所述河湖水环境健康智能评估预警系统。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现如权利要求1-7任意一项所述河湖水环境健康智能评估预警系统。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求1-7任意一项所述河湖水环境健康智能评估预警系统。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115994692A (zh) * 2023-03-23 2023-04-21 中铁水利信息科技有限公司 基于5g和大数据的智慧河湖管理平台
CN116102100A (zh) * 2023-03-23 2023-05-12 厚普环保科技(苏州)有限公司 一种基于物联网设备的水质修复反馈控制方法及系统
CN116503335A (zh) * 2023-03-31 2023-07-28 江苏省秦淮河水利工程管理处 一种水生物监测系统、方法、装置和存储介质

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