CN116260847A - 基于水环境遥感监测的云服务系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水环境遥感监测的云服务系统，属于智慧水务环境监测技术领域，该云服务系统通过遥感技术对面积较大，管理难度较大的生产性水域表面环境进行监控，能够及时的发现水体存在异物堆积的区域，相较于人工巡查的方式，能够大大降低工作强度，另外，通过对污染物进行监控，将水域表面污染对水务生产管理活动和居民的正常生活的影响降到最低；本发明还通过对处理污染物的船只与污染物之间的位置关系、船只的污染物处理能力与污染物的覆盖面积、船只在过去一段时间内的工作状况来对处理污染物的船只进行工作安排，从而减小污染物处理能力资源的浪费，合理的对处理污染物的船只进行调度，加快整体的污染物处理效率。
Description
技术领域
本发明属于水务环境监测技术领域，具体的，涉及一种基于水环境遥感监测的云服务系统。
背景技术
遥感是一种非接触的，远距离的探测技术，通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物。获取其反射、辐射或散射的电磁波信息，并进行提取、判定、加工处理、分析与应用。
水务运营管理是水行业的核心，包括取水、供水、水处理、管网运维、污水处理等各个环节，随着信息化的推进，特别是数字化和智慧水务的提出，对运营管理服务提出了更高的要求。
现有技术中，自然水体中大量的漂浮污染物对取水区域的水环境造成了破坏，通常需要工作人员启动漂浮垃圾清理船只对水域表面的垃圾进行处理，但是一方面大面积的水域管理难度大，很多污染物难以及时发现，造成有毒害物质的释放，水体表面垃圾对供水取水口以及居民生活区域的的环境造成了很大的威胁和影响，水流中漂浮的各种垃圾无法得到及时发现和监测管控，为了解决上述问题，提供一种能够对水环境中的表面漂浮污染物进行及时的发现并合理的安排清理顺序，降低污染物对水务生产管理和居民生活的影响的方法，本发明提供了以下技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于水环境遥感监测的云服务系统，解决现有技术中大面积的水域管理难度大，很多污染物难以及时发现，造成有毒害物质的释放，水体表面垃圾对供水取水口以及居民生活区域的的环境造成了很大的威胁和影响，水流中漂浮的各种垃圾无法得到及时发现和监测管控的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于水环境遥感监测的云服务系统，包括：
遥感单元，用于对污染物覆盖区域的位置与面积进行监控，还用于对水体区域周边的一定范围内的人口密度进行监控；
控制中心，用于对各污染物覆盖区域污染物处理的优先度进行安排；
所述控制中心对各污染物覆盖区域污染物处理的优先度进行安排的方法包括如下步骤：
S1、获取存在悬浮污染物的水体区域的位置与面积，将这些水体区域标记为污染物覆盖区域；
S2、将预设时间T作为一个周期，控制中心每个周期更新一次污染物覆盖区域的位置、形状与面积m；
获取各取水口的位置坐标，然后获取各取水口与各污染物覆盖区域之间的距离a；
通过遥感单元获取以各污染物覆盖区域为中心，半径为预设值r的范围内的人口密度c；
根据公式
计算得到各污染物覆盖区域的影响强度系数R；
其中α1与α2均为预设值；
按照影响强度系数R从大到小的顺序，将各对应的污染物覆盖区域的位置信息传输至控制中心；
S3、控制中心按照影响强度系数R从大到小的顺序依次对对应的各污染物覆盖区域的污染物清理工作进行安排。
作为本发明的进一步方案，所述污染物覆盖区域的确定方法为：
将对应需要进行水环境监测的水体区域标记为目标区域，获取覆盖目标区域的遥感影像；
对所述遥感影像进行预处理，得到遥感反射率影像，
在所述遥感反射率影像中获取恒定区域的位置与面积，将目标区域内除恒定区域外的水体区域标记为监控区域；
在所述遥感反射率影像中获取监控区域的遥感反射率影像，采用归一植被指数法获取监控区域的遥感反射率影像的归一化植被指数NDVI，得到归一化植被指数分布图；
所述归一化植被指数通过如下公式得到：
NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)，其中NIR为红波段的遥感反射率，R为近红外波段的遥感反射率；
判断归一化植被指数分布图的每个像元值与预设值θ的大小关系，若像元值大于θ，则认为对应像元点对应的水体区域存在悬浮污染物；
进行一一对比，从而获取存在悬浮污染物的水体区域的位置与面积，将这些水体区域标记为污染物覆盖区域。
作为本发明的进一步方案，所述预处理包括几何校正、空间裁剪、辐射定标、表观反射率计算和大气校正。
作为本发明的进一步方案，所述距离a为各污染物覆盖区域的几何中心与各取水口之间的直线距离。
作为本发明的进一步方案，控制中心按照影响强度系数R从大到小的顺序依次对对应的各污染物覆盖区域的污染物清理工作进行安排的方法包括如下步骤：
将各对应的污染物覆盖区域依次标记为w1、w2、…、wn；
将各对应的污染物覆盖区域的面积依次标记为m1、m2、…、mn；
获取当前可用的污染物处理船只的数量k、各污染物处理船只的单位时间处理面积mdi以及各污染物处理船只与各污染物覆盖区域的距离ei；
其中1≤i≤k；
根据公式
计算得到各污染物处理船只与污染物覆盖区域wj的适配系数U；/>
其中1≤j≤n；h为预设值，g为在过去的预设时间t2内，各污染物处理船只的出任务时长；
其中λ1、λ2与λ3均为预设的系数；
优先选择U值最小的污染物处理船只作为适配船对污染物覆盖区域wj进行污染物处理，根据mj-mdi*h1=mjp计算得到该污染物处理船只在工作h1时长后剩余的污染物覆盖面积；
当mjp大于等于预设值mjy时，将mjp替换式中的mj，重新计算得到剩余的各污染物处理船只与污染物覆盖区域wj剩余区域之间的适配系数U，选择U值最小的污染物处理船只作为适配船对污染物覆盖区域wj进行悬浮污染物处理； 依次计算，直至mjp小于mjy，或没有处于空闲状态的污染物处理船只时，控制中心将所选择的所有适配船派遣至污染物覆盖区域wj进行悬浮污染物处理。
本发明的有益效果：
1、本发明通过遥感技术对面积较大，管理难度较大的水域表面环境进行监控，能够及时的发现存在异物堆积的区域，相较于人工巡查的方式，能够大大降低工作强度，且监控区域覆盖面积大；
2、本发明通过对污染物聚集的位置以及污染物聚集位置与取水口以及人活动热区之间的关系进行监控，通过计算影响强度系数得到各聚集污染物对居民生活活动的负面影响程度，从而在处理资源有限的环境下，优先对部分聚集污染物进行处理，将水域表面污染对水务生产管理和居民的正常生活活动的影响降到最低；
3、本发明通过对处理污染物的船只与污染物之间的位置关系、船只的污染物处理能力与污染物的覆盖面积、船只在过去一段时间内的工作状况来对处理污染物的船只进行工作安排，从而减小污染物处理能力资源的浪费，合理的对处理污染物的船只进行调度，加快整体的污染物处理效率。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于水环境遥感监测的云服务系统，包括：
遥感单元，用于对所监控的水体区域中表面污染物的位置与面积进行监控，还用于对水体区域周边的一定范围内的人口密度进行监控；
控制中心，用于根据遥感单元输入的所监控的水体区域中表面污染物的位置与面积与水体区域周边的一定范围内的人口密度信息来判断各污染物覆盖区域对居民生活的负面影响程度；
还用于根据各污染物覆盖区域的面积、位置以及各污染物处理船只的处理能力以及污染物处理船只与污染物覆盖区域的位置来适配合适的污染物处理船只对对应的污染物覆盖区域的污染物进行处理；
所述控制中心适配合适的污染物处理船只对对应的污染物覆盖区域的污染物进行处理的方法包括如下步骤：
S1、将对应需要进行水环境监测的水体区域标记为目标区域，获取覆盖目标区域的遥感影像；
S2：对所述遥感影像进行预处理，得到遥感反射率影像，
所述预处理包括几何校正、空间裁剪、辐射定标、表观反射率计算和大气校正；
S3：在所述遥感反射率影像中获取恒定区域的位置与面积，将目标区域内除恒定区域外的水体区域标记为监控区域；
在所述遥感反射率影像中获取监控区域的遥感反射率影像，采用归一植被指数法获取监控区域的遥感反射率影像的归一化植被指数NDVI，得到归一化植被指数分布图；
所述归一化植被指数通过如下公式得到：
NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)，其中NIR为红波段的遥感反射率，R为近红外波段的遥感反射率；
所述恒定区域为目标区域内的存在建筑物、自然岛礁、位置固定的水生植被等在目标区域内长时间存在且不会发生位置移动的物体的区域；
S4、判断归一化植被指数分布图的每个像元值与预设值θ的大小关系，若像元值大于θ，则认为对应像元点对应的水体区域存在悬浮污染物；
一一对比，从而获取存在悬浮污染物的水体区域的位置与面积，将这些水体区域标记为污染物覆盖区域；
所述悬浮污染物为塑料制品、水华、根系不固定的浮水植物等；
在本发明的一个实施例中，所述θ取值为0；
本发明通过遥感技术对面积较大，管理难度较大的水域表面环境进行监控，能够及时的发现存在异物堆积的区域，相较于人工巡查的方式，能够大大降低工作强度，且监控区域覆盖面积大；
S5、将预设时间T作为一个周期，控制中心每个周期更新一次污染物覆盖区域的位置、形状与面积m；
获取各取水口的位置坐标，然后获取各取水口与各污染物覆盖区域之间的距离a；
在本发明的一个实施例中，所述距离a根据各污染物覆盖区域的几何中心与各取水口的位置进行确定；
通过遥感单元获取以各污染物覆盖区域为中心，半径为预设值r的范围内的人口密度c；
根据公式
计算得到各污染物覆盖区域的影响强度系数R；
其中α1与α2均为预设值；
按照影响强度系数R从大到小的顺序，将各对应的污染物覆盖区域的位置信息传输至控制中心；
通过对污染物聚集的位置以及污染物聚集位置与取水口以及人活动热区之间的关系进行监控，通过计算影响强度系数计算得到各聚集污染物对人类生活活动的负面影响程度，从而在处理资源有限的环境下，优先对部分聚集污染物进行处理，从而将水域表面污染对居民的正常生活活动的影响降到最低；
S6、按照影响强度系数R从大到小的顺序依次对对应的各污染物覆盖区域的污染物清理工作进行安排；
具体的，包括如下步骤：
将各对应的污染物覆盖区域依次标记为w1、w2、…、wn；
将各对应的污染物覆盖区域的面积依次标记为m1、m2、…、mn；
获取当前可用的污染物处理船只的数量k以及各污染物处理船只的单位时间处理面积mdi以及各污染物处理船只与各污染物覆盖区域的距离ei；
其中1≤i≤k；
根据公式
计算得到各污染物处理船只与污染物覆盖区域wj的适配系数U；
其中1≤j≤n；h为预设值，在本发明的一个实施例中，h取值为6.5；g为在过去的预设时间t2内，各污染物处理船只的出任务时长；
其中λ1、λ2与λ3均为预设的系数；
优先选择U值最小的污染物处理船只作为适配船对污染物覆盖区域wj进行污染物处理，根据mj-mdi*h1=mjp计算得到该污染物处理船只在工作h1时长后剩余的污染物覆盖面积；
当mjp大于等于预设值mjy时，将mjp替换式中的mj，重新计算得到剩余的各污染物处理船只与污染物覆盖区域wj剩余区域之间的适配系数U，选择U值最小的污染物处理船只作为适配船对污染物覆盖区域wj进行悬浮污染物处理；
依次计算，直至mjp小于mjy，或没有处于空闲状态的污染物处理船只时；
控制中心将所选择的所有适配船派遣至污染物覆盖区域wj进行悬浮污染物处理；
在本发明的一个实施例，当对应的污染物覆盖区域wj对应的适配船数量达到预设值v时，则不继续计算U值以选择污染物覆盖区域wj对应的适配船，避免局部区域污染物处理船只的数量过多，影响其他区域工作的进行等。
本发明通过对处理污染物的船只与污染物之间的位置关系、船只的污染物处理能力与污染物的覆盖面积、船只在过去一段时间内的工作状况来对处理污染物的船只进行工作安排，从而减小污染物处理能力资源的浪费，合理的对处理污染物的船只进行调度，加快整体的污染物处理效率。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于水环境遥感监测的云服务系统，其特征在于，包括：
遥感单元，用于对污染物覆盖区域的位置与面积进行监控，还用于对水体区域周边的一定范围内的人口密度进行监控；
控制中心，用于对各污染物覆盖区域污染物处理的优先度进行安排；
所述控制中心对各污染物覆盖区域污染物处理的优先度进行安排的方法包括如下步骤：
S1、获取存在悬浮污染物的水体区域的位置与面积，将这些水体区域标记为污染物覆盖区域；
S2、将预设时间T作为一个周期，控制中心每个周期更新一次污染物覆盖区域的位置、形状与面积m；
获取各取水口的位置坐标，然后获取各取水口与各污染物覆盖区域之间的距离a；
通过遥感单元获取以各污染物覆盖区域为中心，半径为预设值r的范围内的人口密度c；
根据公式
计算得到各污染物覆盖区域的影响强度系数R；
其中α1与α2均为预设值；
按照影响强度系数R从大到小的顺序，将各对应的污染物覆盖区域的位置信息传输至控制中心；
S3、控制中心按照影响强度系数R从大到小的顺序依次对对应的各污染物覆盖区域的污染物清理工作进行安排。
2.根据权利要求1所述的一种基于水环境遥感监测的云服务系统，其特征在于，所述污染物覆盖区域的确定方法为：
将对应需要进行水环境监测的水体区域标记为目标区域，获取覆盖目标区域的遥感影像；
对所述遥感影像进行预处理，得到遥感反射率影像，
在所述遥感反射率影像中获取恒定区域的位置与面积，将目标区域内除恒定区域外的水体区域标记为监控区域；
在所述遥感反射率影像中获取监控区域的遥感反射率影像，采用归一植被指数法获取监控区域的遥感反射率影像的归一化植被指数NDVI，得到归一化植被指数分布图；
所述归一化植被指数通过如下公式得到：
NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)，其中NIR为红波段的遥感反射率，R为近红外波段的遥感反射率；
判断归一化植被指数分布图的每个像元值与预设值θ的大小关系，若像元值大于θ，则认为对应像元点对应的水体区域存在悬浮污染物；
进行一一对比，从而获取存在悬浮污染物的水体区域的位置与面积，将这些水体区域标记为污染物覆盖区域。
3.根据权利要求2所述的一种基于水环境遥感监测的云服务系统，其特征在于，所述预处理包括几何校正、空间裁剪、辐射定标、表观反射率计算和大气校正。
4.根据权利要求1所述的一种基于水环境遥感监测的云服务系统，其特征在于，所述距离a为各污染物覆盖区域的几何中心与各取水口之间的直线距离。
5.根据权利要求1所述的一种基于水环境遥感监测的云服务系统，其特征在于，控制中心按照影响强度系数R从大到小的顺序依次对对应的各污染物覆盖区域的污染物清理工作进行安排的方法包括如下步骤：
将各对应的污染物覆盖区域依次标记为w1、w2、…、wn；
将各对应的污染物覆盖区域的面积依次标记为m1、m2、…、mn；
获取当前可用的污染物处理船只的数量k、各污染物处理船只的单位时间处理面积mdi以及各污染物处理船只与各污染物覆盖区域的距离ei；
其中1≤i≤k；
根据公式
计算得到各污染物处理船只与污染物覆盖区域wj的适配系数U；
其中1≤j≤n；h为预设值，g为在过去的预设时间t2内，各污染物处理船只的出任务时长；
其中λ1、λ2与λ3均为预设的系数；
优先选择U值最小的污染物处理船只作为适配船对污染物覆盖区域wj进行污染物处理，根据mj-mdi*h1=mjp计算得到该污染物处理船只在工作h1时长后剩余的污染物覆盖面积；
当mjp大于等于预设值mjy时，将mjp替换式中的mj，重新计算得到剩余的各污染物处理船只与污染物覆盖区域wj剩余区域之间的适配系数U，选择U值最小的污染物处理船只作为适配船对污染物覆盖区域wj进行悬浮污染物处理；
依次计算，直至mjp小于mjy，或没有处于空闲状态的污染物处理船只时，控制中心将所选择的所有适配船派遣至污染物覆盖区域wj进行悬浮污染物处理。
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-
2023
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| Title |
|---|
| 郑全安;孙元福;孙玉星;徐承德;师元勋;马厚;: "渤海湾海洋环境污染航空遥感监测结果分析", 《海洋科学进展》, no. 01 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116260847B (zh) | 2023-07-11 |
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