專利名稱：景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水污染控制領(lǐng)域，涉及水污染控制與防治方法，具體說(shuō)涉及景觀水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)以及預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著近年來(lái)城市化進(jìn)程的不斷深入，景觀水體在城市中大量涌現(xiàn)，因其具有調(diào)節(jié)局部氣候、吸塵降噪、美化環(huán)境等功能，對(duì)改善城市生態(tài)環(huán)境起到了重要作用。然而景觀水體多為靜止或流動(dòng)性差的封閉緩流水體，其自我調(diào)節(jié)機(jī)能薄弱。以往由于缺乏有效的監(jiān)控與預(yù)測(cè)手段，在景觀水體的運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法全面了解其水質(zhì)情況，水體水質(zhì)容易發(fā)生惡化。本預(yù)警系統(tǒng)的建立，旨在掌握景觀水體的水質(zhì)變化規(guī)律，及早對(duì)水質(zhì)惡化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)，并指導(dǎo)運(yùn)行管理者及時(shí)采取應(yīng)急措施防止水質(zhì)污染事故，避免水質(zhì)惡化對(duì)城市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，掌握水體水質(zhì)變化趨勢(shì)，及時(shí)對(duì)水質(zhì)惡化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)警，保證城市景觀水體的水環(huán)境質(zhì)量，并對(duì)景觀水體運(yùn)行過(guò)程中水質(zhì)數(shù)據(jù)的有效分析與管理提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支持。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是該系統(tǒng)由景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心和主控計(jì)算機(jī)組成；所述景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)并與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括設(shè)置在水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的若干個(gè)遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；所述若干個(gè)遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端分別位于景觀水體中水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，用于在線測(cè)量景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并按約定的時(shí)間將采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)以有線或無(wú)線方式定時(shí)發(fā)送給數(shù)據(jù)中心；所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)用于遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端與數(shù)據(jù)中心的信息傳輸；所述數(shù)據(jù)中心用于控制景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并存儲(chǔ)其發(fā)回的水體水質(zhì)數(shù)據(jù)，包括服務(wù)器和存儲(chǔ)在該服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)；所述服務(wù)器用于監(jiān)控所述遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端采集到的景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所述數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)按時(shí)序監(jiān)測(cè)的景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；所述主控計(jì)算機(jī)通過(guò)調(diào)用并運(yùn)行下述功能模塊，隨時(shí)處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)的分析與管理；當(dāng)水體水質(zhì)發(fā)生惡化時(shí)，進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，并依據(jù)預(yù)警警情提出應(yīng)急預(yù)案；所述主控計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)有以下功能模塊I)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息；2)在線監(jiān)測(cè)控制模塊，用于控制水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按設(shè)定的時(shí)間對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行循環(huán)監(jiān)測(cè)；3)水質(zhì)預(yù)測(cè)模塊，用于讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中按時(shí)序監(jiān)測(cè)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并將其作為輸入數(shù)據(jù)代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行景觀水體水質(zhì)預(yù)測(cè)；4)水質(zhì)預(yù)警模塊，讀取水質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)果，用于分析水質(zhì)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)結(jié)果，分別對(duì)每項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)異常監(jiān)測(cè)值進(jìn)行預(yù)警，并進(jìn)行預(yù)警警級(jí)的確定；5)專家應(yīng)急預(yù)案模塊用于針對(duì)各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的預(yù)警警情提出應(yīng)急預(yù)案。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了景觀水體水質(zhì)在線分析與預(yù)警。第I步通過(guò)景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的服務(wù)器中進(jìn)行存儲(chǔ)與分析 ’第2步利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型技術(shù)，建立當(dāng)前水體水質(zhì)情況和未來(lái)水質(zhì)變化之間的非線性關(guān)系模型，用來(lái)預(yù)測(cè)景觀水體水質(zhì)變化趨勢(shì)；第3步在設(shè)定水質(zhì)參數(shù)的預(yù)警警級(jí)、警限后，對(duì)景觀水體水質(zhì)變化情況進(jìn)行預(yù)警分析；第4步針對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的警情報(bào)告采取專家應(yīng)急預(yù)案以保證景觀水體水質(zhì)達(dá)標(biāo)。由上所述，本發(fā)明可以準(zhǔn)確和迅速地對(duì)景觀水體的水質(zhì)變化情況進(jìn)行分析和預(yù)警，預(yù)警的精度較高，具有較高的實(shí)用價(jià)值，提高了對(duì)水體水質(zhì)變化異常情況的應(yīng)對(duì)能力， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了景觀水體運(yùn)行情況相關(guān)數(shù)據(jù)的有效管理。


圖1是本發(fā)明的景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)圖；圖中1-水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，2-數(shù)據(jù)中心，3-主控計(jì)算機(jī)，4-遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端(RTU)，5-數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，6-服務(wù)器，7-數(shù)據(jù)庫(kù)；圖2是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明的景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)行流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。如圖1所示，本發(fā)明景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，由景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)中心2和主控計(jì)算機(jī)3組成。所述景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)I用于監(jiān)測(cè)景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)并與數(shù)據(jù)中心2進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主要包括設(shè)置在水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的若干個(gè)遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端4和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)5 ;所述若干個(gè)遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端4分別位于景觀水體中水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，用于在線測(cè)量景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)，所述水質(zhì)數(shù)據(jù)至少包括水溫T、溶解氧D0、化學(xué)需氧量C0D、氨氮N和葉綠素a Chla水質(zhì)參數(shù)。并按約定的時(shí)間將采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)以有線或無(wú)線方式定時(shí)發(fā)送給數(shù)據(jù)中心2 ;所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)5用于遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端4與數(shù)據(jù)中心2的水質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸，可采用有線或無(wú)線方式。所述數(shù)據(jù)中心2用于控制景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并存儲(chǔ)其發(fā)回的水體水質(zhì)數(shù)據(jù)，主要包括服務(wù)器6和存儲(chǔ)在該服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)7 ;所述服務(wù)器6用于監(jiān)控所述遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端4采集到的景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)5進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所述數(shù)據(jù)庫(kù)7用來(lái)存儲(chǔ)按時(shí)序監(jiān)測(cè)的景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；所述主控計(jì)算機(jī)3中存儲(chǔ)有景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警程序，通過(guò)運(yùn)行該景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警程序及隨時(shí)處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)的分析與管理；當(dāng)水體水質(zhì)發(fā)生惡化時(shí)，進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，并依據(jù)預(yù)警警情提出應(yīng)急預(yù)案，該景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警程序包含以下功能模塊
I)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警的以下數(shù)據(jù)和信息，主要包括景觀水體的基礎(chǔ)情況與數(shù)據(jù)，例如景觀水體的地圖信息以及水文、水質(zhì)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等；景觀水體的在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)，包括水溫T、溶解氧D0、化學(xué)需氧量C0D、氨氮N、葉綠素aChla五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)。2)在線監(jiān)測(cè)控制模塊，用于控制水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按設(shè)定的時(shí)間對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行循環(huán)監(jiān)測(cè)；3)水質(zhì)預(yù)測(cè)模塊，基于上述景觀水體在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)建立的歷史水質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用已建數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)樣本訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,水質(zhì)預(yù)測(cè)模塊讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)水質(zhì)數(shù)據(jù)，并代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中進(jìn)行景觀水體水質(zhì)預(yù)測(cè)；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是指建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一個(gè)包括輸入層、隱含層和輸出層的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；其中，需要輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型模型中的數(shù)據(jù)為水溫T、溶解氧D0、化學(xué)需氧量C0D、氨氮N和葉綠素a Chla五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù),輸入層節(jié)點(diǎn)為5 ;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)采用tansig函數(shù),輸出層傳遞函數(shù)選用purelin函數(shù),輸出結(jié)果為五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)值，輸出層節(jié)點(diǎn)為5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為樣本訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，然后將預(yù)測(cè)時(shí)刻之前某一連續(xù)時(shí)間段內(nèi)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入到已訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，即得到預(yù)測(cè)時(shí)刻的水體水質(zhì)參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練函數(shù)采用trainlm函數(shù)，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)函數(shù)采用BP學(xué)習(xí)規(guī)則learngd ；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型由一個(gè)輸入層、一個(gè)隱含層、一個(gè)輸出層組成，輸入層、輸出層分別包含5個(gè)節(jié)點(diǎn)，各層之間由傳遞函數(shù)連接；模型運(yùn)行過(guò)程中向輸入層輸入水溫T、溶解氧D0、化學(xué)需氧量C0D、氨氮N和葉綠素a Chla五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，輸出層輸出該五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)值；；所述水質(zhì)預(yù)測(cè)模型的表達(dá)式為Q預(yù)測(cè)(t)=F(Q(t_l), Q(t_2), ···, Q(t-n))其中，Qh#j (t)是t時(shí)刻水體水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)值向量，該向量包含水溫T、溶解氧D0、化學(xué)需氧量C0D、氛氣N和葉綠素a Chla五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)；Q(t_n)是(t_n)時(shí)刻水體水質(zhì)參數(shù)的實(shí)測(cè)值向量，該向量包含水溫T、溶解氧D0、化學(xué)需氧量C0D、氨氮N和葉綠素a Chla五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)；11為連續(xù)時(shí)間段內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的時(shí)間步長(zhǎng)；F為由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定的輸入-輸出映射關(guān)系。4)水質(zhì)預(yù)警模塊，讀取水質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)果，用于分析水質(zhì)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)結(jié)果，分別對(duì)每項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)異常監(jiān)測(cè)值(即對(duì)發(fā)生異常變化的水質(zhì)指標(biāo)按照其波動(dòng)程度)進(jìn)行預(yù)警，并進(jìn)行預(yù)警警級(jí)的確定；所述預(yù)警警級(jí)包括無(wú)警警級(jí)，水質(zhì)參數(shù)在歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同期月份平均值的±15%范圍內(nèi)波動(dòng)；輕警警級(jí)，水質(zhì)參數(shù)波動(dòng)值超出歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同期月份平均值的±15%范圍，但未超出±30%范圍，且未超出地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)中V類水體有關(guān)要求，還不足以影響水體水質(zhì)總體情況；中警警級(jí)，水質(zhì)參數(shù)波動(dòng)值已經(jīng)超出歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同期月份平均值的±30%范圍，但未超出±40%范圍，且未超出地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)中V類水體有關(guān)要求，，有可能導(dǎo)致水體水質(zhì)惡化；重警警級(jí)，水質(zhì)參數(shù)波動(dòng)值超出歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同期月份平均值的±40%范圍，或超出地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)中V類水體有關(guān)要求，表明水體發(fā)生水質(zhì)惡化。5)專家應(yīng)急預(yù)案模塊用于針對(duì)各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的預(yù)警警情提出應(yīng)急預(yù)案，即針對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的預(yù)警警級(jí)，提出相應(yīng)的專家應(yīng)急預(yù)案，保證景觀水體的水質(zhì)達(dá)標(biāo)；所述專家應(yīng)急預(yù)案根據(jù)警級(jí)采取下列水質(zhì)監(jiān)測(cè)和水質(zhì)保持措施預(yù)警警級(jí)為無(wú)警時(shí)，進(jìn)行常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)；預(yù)警警級(jí)為輕警時(shí)，表明水質(zhì)參數(shù)波動(dòng)有異常傾向，需采取密切監(jiān)控措施，監(jiān)測(cè)密度增加為平時(shí)的二倍，及時(shí)掌握水質(zhì)變化情況；預(yù)警警級(jí)為中警時(shí)，對(duì)景觀水體運(yùn)行方案進(jìn)行調(diào)整，即增加新鮮水源補(bǔ)充、暫停再生水、雨水等含有污染物的水源補(bǔ)充，同時(shí)對(duì)景觀水體進(jìn)行污染源排查，并繼續(xù)密切監(jiān)控水質(zhì)變化情況；預(yù)警警級(jí)為重警時(shí)，查找可能的超標(biāo)排污污染源，對(duì)景觀水體采取人工強(qiáng)化水質(zhì)凈化措施。例如，某景觀水體在進(jìn)行在線水質(zhì)預(yù)警過(guò)程中，若系統(tǒng)對(duì)水體化學(xué)需氧量COD發(fā)出警報(bào)輕警情況時(shí)，可暫時(shí)不采取措施，通過(guò)密切監(jiān)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)化學(xué)需氧量COD及時(shí)掌握水質(zhì)變化趨勢(shì)；中警情況時(shí)，暫停再生水補(bǔ)水，通知景觀水體維護(hù)部門對(duì)水體周邊進(jìn)行污染源排查，同時(shí)繼續(xù)監(jiān)控水質(zhì)變化情況；重警情況時(shí)通知景觀水體維護(hù)部門進(jìn)行超標(biāo)排污污染源排查，可開啟或增設(shè)景觀水體曝氣增氧裝置以消減化學(xué)需氧量COD濃度，改善水體水質(zhì)。下面結(jié)合圖3進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)際操作步驟。景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警程序流程圖如圖3所示，實(shí)現(xiàn)在線預(yù)警的過(guò)程包括以下步驟(I)啟動(dòng)主控計(jì)算機(jī)3，開始運(yùn)行景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)；(2)系統(tǒng)定時(shí)讀取服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)7中存儲(chǔ)的水體監(jiān)測(cè)點(diǎn)處水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。(3)系統(tǒng)讀取離當(dāng)前最近的水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并與設(shè)定好的警級(jí)、警限數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)當(dāng)前的水質(zhì)情況。(4)系統(tǒng)將水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入到已訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，進(jìn)行水質(zhì)預(yù)測(cè)，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸出結(jié)果為水溫T、溶解氧D0、化學(xué)需氧量C0D、氨氮N和葉綠素aChla五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)值；將預(yù)測(cè)得到的水體水質(zhì)變化情況與警級(jí)、警限數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)價(jià)未來(lái)水質(zhì)的情況。(5)系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前水質(zhì)和未來(lái)水質(zhì)的評(píng)價(jià)情況，判斷是否做出水質(zhì)預(yù)警；若無(wú)警情則繼續(xù)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)自動(dòng)返回上述步驟(2)，等待下一次獲取水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析預(yù)警；反之，若某項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)偏離允許波動(dòng)范圍，意味著景觀水體存在不同程度的水質(zhì)異常，判斷需要預(yù)警，并進(jìn)行下一步操作。(6)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的警級(jí)、警限數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警分級(jí)操作，將警情分為無(wú)警、輕警、中警和重警，并報(bào)告警情。(7)系統(tǒng)根據(jù)警情分析提出專家應(yīng)急預(yù)案。針對(duì)不同警級(jí)采取不同水體水質(zhì)保持應(yīng)急措施。系統(tǒng)自動(dòng)形成專家應(yīng)急預(yù)案報(bào)告，通知預(yù)警警級(jí)和專家應(yīng)急預(yù)案內(nèi)容，并及時(shí)發(fā)送或打印下發(fā)到相關(guān)景觀水體管理及運(yùn)行維護(hù)部門。(8)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行循環(huán)采集，即按照指定時(shí)間間隔自動(dòng)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)。(9)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)傳送到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，可通過(guò)圖表方式顯示歷史和趨勢(shì)數(shù)據(jù)，且控制中心可隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、修改、添加、刪除等操作。(10)根據(jù)用戶需求判斷系統(tǒng)是否繼續(xù)進(jìn)行。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，由景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心和主控計(jì)算機(jī)組成；其特征在于 所述景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)并與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括設(shè)置在水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的若干個(gè)遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；所述若干個(gè)遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端分別位于景觀水體中水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，用于在線測(cè)量景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并按約定的時(shí)間將采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)以有線或無(wú)線方式定時(shí)發(fā)送給數(shù)據(jù)中心；所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)用于遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端與數(shù)據(jù)中心的信息傳輸； 所述數(shù)據(jù)中心用于控制景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并存儲(chǔ)其發(fā)回的水體水質(zhì)數(shù)據(jù)，包括服務(wù)器和存儲(chǔ)在該服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)；所述服務(wù)器用于監(jiān)控所述遙測(cè)遠(yuǎn)傳終端采集到的景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所述數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)按時(shí)序監(jiān)測(cè)的景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)； 所述主控計(jì)算機(jī)通過(guò)調(diào)用并運(yùn)行下述功能模塊，隨時(shí)處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)的分析與管理；當(dāng)水體水質(zhì)發(fā)生惡化時(shí)，進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，并依據(jù)預(yù)警警情提出應(yīng)急預(yù)案； 所述主控計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)有以下功能模塊 1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息； 2)在線監(jiān)測(cè)控制模塊，用于控制水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按設(shè)定的時(shí)間對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行循環(huán)監(jiān)測(cè)； 3)水質(zhì)預(yù)測(cè)模塊，用于讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中按時(shí)序監(jiān)測(cè)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并將其作為輸入數(shù)據(jù)代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行景觀水體水質(zhì)預(yù)測(cè)； 4)水質(zhì)預(yù)警模塊，讀取水質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)果，用于分析水質(zhì)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)結(jié)果，分別對(duì)每項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)異常監(jiān)測(cè)值進(jìn)行預(yù)警，并進(jìn)行預(yù)警警級(jí)的確定； 5)專家應(yīng)急預(yù)案模塊用于針對(duì)各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的預(yù)警警情提出應(yīng)急預(yù)案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述水質(zhì)數(shù)據(jù)至少包括水溫(T)、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(N)和葉綠素a (Chla)水質(zhì)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述相關(guān)數(shù)據(jù)至少包括景觀水體的地圖信息以及水文、水質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，景觀水體的在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)，包括溫(T)、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(N)、葉綠素a (Chla)五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是指建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一個(gè)包括輸入層、隱含層和輸出層的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；其中，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型需要輸入的數(shù)據(jù)為水溫(T)、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(N)和葉綠素a (Chla)五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)，輸入層節(jié)點(diǎn)為5;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)采用tansig函數(shù),輸出層傳遞函數(shù)選用purelin函數(shù),輸出結(jié)果為五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)值，輸出層節(jié)點(diǎn)為5 ;該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為樣本訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，然后將預(yù)測(cè)時(shí)刻之前某一連續(xù)時(shí)間段內(nèi)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入到已訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，即得到預(yù)測(cè)時(shí)刻的水體水質(zhì)參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練函數(shù)采用trainlm函數(shù)，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)函數(shù)采用BP學(xué)習(xí)規(guī)則Iearngd5BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一個(gè)輸入層、一個(gè)隱含層、一個(gè)輸出層組成，輸入層、輸出層分別包含5個(gè)節(jié)點(diǎn),各層之間由傳遞函數(shù)連接；模型運(yùn)行過(guò)程中向輸入層輸入水溫(T)、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(N)和葉綠素a (Chla)五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，輸出層輸出該五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)值； 所述水質(zhì)預(yù)測(cè)模型的表達(dá)式為Q預(yù)測(cè)(t)=F (Q(t-l)，Q(t-2)，…，Q (t-n)) 其中，Qf_(t)是t時(shí)刻水體水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測(cè)值向量，該向量包含水溫(T)、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、氣氣(N)和葉綠素a (Chla)五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)；Q(t-n)是(t-n)時(shí)刻水體水質(zhì)參數(shù)的實(shí)測(cè)值向量,該向量包含水溫(T )、溶解氧(DO )、化學(xué)需氧量(COD )、氨氮(N)和葉綠素a (Chla)五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)；n為連續(xù)時(shí)間段內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的時(shí)間步長(zhǎng)；F為由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定的輸入-輸出映射關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)警警級(jí)包括 無(wú)警警級(jí)，水質(zhì)參數(shù)在歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同期月份平均值的±15%范圍內(nèi)波動(dòng)； 輕警警級(jí)，水質(zhì)參數(shù)波動(dòng)值超出歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同期月份平均值的±15%范圍，但未超出±30%范圍，且未超出地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)中V類水體有關(guān)要求，還不足以影響水體水質(zhì)總體情況； 中警警級(jí)，水質(zhì)參數(shù)波動(dòng)值已經(jīng)超出歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同期月份平均值的±30%范圍，但未超出±40%范圍，且未超出地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)中V類水體有關(guān)要求，，有可能導(dǎo)致水體水質(zhì)惡化； 重警警級(jí)，水質(zhì)參數(shù)波動(dòng)值超出歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同期月份平均值的±40%范圍，或超出地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)中V類水體有關(guān)要求,表明水體發(fā)生水質(zhì)惡化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于所述專家應(yīng)急預(yù)案根據(jù)警級(jí)采取下列水質(zhì)監(jiān)測(cè)和水質(zhì)保持措施 預(yù)警警級(jí)為無(wú)警時(shí)，進(jìn)行常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)； 預(yù)警警級(jí)為輕警時(shí)，表明水質(zhì)參數(shù)波動(dòng)有異常傾向，需采取密切監(jiān)控措施，監(jiān)測(cè)密度增加為平時(shí)的二倍，及時(shí)掌握水質(zhì)變化情況； 預(yù)警警級(jí)為中警時(shí)，對(duì)景觀水體運(yùn)行方案進(jìn)行調(diào)整，即增加新鮮水源補(bǔ)充、暫停再生水、雨水和含有污染物的水源補(bǔ)充，同時(shí)對(duì)景觀水體進(jìn)行污染源排查，并繼續(xù)密切監(jiān)控水質(zhì)變化情況； 預(yù)警警級(jí)為重警時(shí)，查找可能的超標(biāo)排污污染源，對(duì)景觀水體采取人工強(qiáng)化水質(zhì)凈化措施。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，由景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心和主控計(jì)算機(jī)組成；景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)并與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)中心用于控制景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并存儲(chǔ)其發(fā)回的水體水質(zhì)數(shù)據(jù)；主控計(jì)算機(jī)通過(guò)調(diào)用并運(yùn)行其中的功能模塊，隨時(shí)處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)的分析與管理；當(dāng)水體水質(zhì)發(fā)生惡化時(shí)，進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，并依據(jù)預(yù)警警情提出應(yīng)急預(yù)案。通過(guò)本發(fā)明可以掌握水體水質(zhì)變化趨勢(shì)，及時(shí)對(duì)水質(zhì)惡化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)警，保證城市景觀水體的水環(huán)境質(zhì)量，并對(duì)景觀水體運(yùn)行過(guò)程中水質(zhì)數(shù)據(jù)的有效分析與管理提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支持。
文檔編號(hào)G01N33/18GK103018418SQ20121054609
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月16日
發(fā)明者彭森, 劉磊, 孫井梅, 趙新華 申請(qǐng)人:天津大學(xué)