一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于流域突發(fā)水污染檢測(cè)與預(yù)警領(lǐng)域，涉及到一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明提出的技術(shù)方案內(nèi)容包括建立模型設(shè)置模塊，模型參數(shù)庫(kù)、污染物樣本數(shù)據(jù)庫(kù)和排污過(guò)程經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，建立移?dòng)端的人機(jī)交互界面，引導(dǎo)用戶進(jìn)行河道概化、排污過(guò)程設(shè)定，建立動(dòng)態(tài)演示模塊，對(duì)污染事件的擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行動(dòng)畫影像和濃度曲線的模擬分析。建立演示廳和系統(tǒng)設(shè)置模塊，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)污染事件案例的管理和用戶管理。區(qū)別于傳統(tǒng)的復(fù)雜水質(zhì)模擬，本發(fā)明可以讓用戶通過(guò)手機(jī)完成污染事件模擬，操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、適用性強(qiáng)，能在數(shù)分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)突然污染事件的快速模擬，對(duì)處理突發(fā)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事件有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說(shuō)明】[0001] 一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明屬于流域突發(fā)水污染檢測(cè)與預(yù)警領(lǐng)域，涉及到一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0003] 突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法是流域突發(fā)水污染預(yù)警應(yīng)急的關(guān)鍵技術(shù)。近幾年來(lái)， 隨著環(huán)境管理定量化、系統(tǒng)化、信息化的發(fā)展，對(duì)水環(huán)境事故應(yīng)急管理的技術(shù)要求越來(lái)越 高。尤其是在發(fā)生突發(fā)性水環(huán)境污染事故時(shí)能快速模擬事故過(guò)程，并能進(jìn)行緊急響應(yīng)。利 用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)仿真和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS)等先進(jìn)的信息技術(shù)，建立突發(fā)性水污染事故 影響預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)體系是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。這種模型計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)是既能數(shù)值模擬分析 水環(huán)境的物理化學(xué)條件，又能結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，直觀展示事故模擬過(guò)程，為管理決策層 進(jìn)行緊急響應(yīng)快速提供所急需的決策依據(jù)。
[0004] 目前有關(guān)突發(fā)性水污染事故影響預(yù)測(cè)預(yù)警的技術(shù)研究及應(yīng)用，一般針對(duì)確定河段 開發(fā)定制，缺乏通用性和普適性；同時(shí)需要河底地形、水文資料、氣象資料等大量數(shù)據(jù)支持， 對(duì)缺乏相關(guān)資料的山區(qū)河流和中小型河流無(wú)能為力；發(fā)生水污染事故時(shí)，經(jīng)常要在現(xiàn)場(chǎng)勘 察和指揮，現(xiàn)有系統(tǒng)多為PC平臺(tái)上使用，缺乏便攜性和易用性。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明主要是解決在缺乏水文、地形等資料數(shù)據(jù)的情況下，通過(guò)與云端河流特征數(shù)據(jù) 庫(kù)比對(duì)，對(duì)事故河道特征進(jìn)行概化，形成適用于山區(qū)河流和廣大中小型河流的預(yù)測(cè)技術(shù)；提 供了一種在移動(dòng)設(shè)備普及的情況下(如智能手機(jī))，用戶通過(guò)比對(duì)云端樣本數(shù)據(jù)庫(kù)，調(diào)整河 流特征、水文特征、污染物特征等參數(shù)，調(diào)用云端水環(huán)境數(shù)值模型，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地對(duì)任意河 段進(jìn)行突發(fā)性水污染事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0006] 本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的： 一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括： 服務(wù)端：采用J2EE架構(gòu)，從樣本數(shù)據(jù)庫(kù)中提取污染物樣本和河流樣本數(shù)據(jù)，下發(fā)給用 戶，并根據(jù)用戶上傳的參數(shù)，動(dòng)態(tài)生成網(wǎng)格數(shù)據(jù)和污染物排放過(guò)程數(shù)據(jù)，再調(diào)用水環(huán)境數(shù)值 模型進(jìn)行模擬計(jì)算，最后將預(yù)測(cè)結(jié)果提供給用戶查看、分享和校核；所述服務(wù)端包括污染特 征概化模塊、河流特征概化模塊、水環(huán)境數(shù)值模型模塊、案例管理模塊四個(gè)模塊。
[0007] 客戶端：利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)端獲取河流樣本數(shù)據(jù)和污染物樣本數(shù)據(jù)，發(fā)送用戶 修改后的參數(shù)到服務(wù)端，同時(shí)能接收服務(wù)端計(jì)算出的預(yù)測(cè)結(jié)果，并將其顯示在所述客戶端 上；所述客戶端包括通信模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、案例演示模塊、案例分享模塊和案例校核模 塊五個(gè)模塊。
[0008] 在上述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述服務(wù)端的河流特征 概化模塊包括： 河流特征數(shù)據(jù)庫(kù)：用于存儲(chǔ)典型河流的樣本參數(shù)，包括糙率、比降、剖面類型，具體為結(jié) 構(gòu)體數(shù)組； 動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成子單元：根據(jù)用戶提交的河道特征參數(shù)，生成水環(huán)境數(shù)值模型所需要的 地形數(shù)據(jù)和網(wǎng)格數(shù)據(jù)；河道特征參數(shù)包括，河寬為dB,水深為dH,河長(zhǎng)為length,比降為 sloop，斷面?zhèn)€數(shù)為η。
[0009] 在上述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述河道特征參數(shù)中河 長(zhǎng)為剖面類型，具體分為V型、U型和W型，不同的剖面類型使用如下不同的建模方式，其中 定義i為當(dāng)前斷面： V型劃分為3點(diǎn)網(wǎng)格，各控制點(diǎn)的長(zhǎng)度和高程分別為，（0,（i*length/n)*Sl〇〇p+dH)， (dB/2， （i*length/n)*sloop)， （dB， （i*length/n)*sloop+dH)。
[0010] u型為4點(diǎn)網(wǎng)格，各控制點(diǎn)的長(zhǎng)度和高程分別為（0,（i*length/ n)*sloop + dH), ( dB/4, ( i氺1ength/η)氺s1 ο οp)， (dB氺3/4， (i氺 length/ η)^8?οορ)，((1Β，(;?^1θη8?:1ι/η)^8?οορ+(1Η)〇
[0011] w型網(wǎng)格為5點(diǎn)網(wǎng)格，各控制點(diǎn)的長(zhǎng)度和高程分別為（0,（i*length/ n)*sloop+dH)， （dB/4， （i*length/n)*sloop)， （dB/2， （i*length/n)*sloop+dH/2)， （dB*3/4 ，(;?^1θη8?:1ι/η)^8?οορ)，((1Β，(;?^1θη8?:1ι/η)^8?οορ+(1Η) 〇
[0012] 在上述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，服務(wù)端的污染物特征概 化模塊包括： 排污過(guò)程生成子單元：用于根據(jù)用戶設(shè)定的污染物特征參數(shù)，生成水環(huán)境數(shù)值模型所 需要的排污序列數(shù)據(jù)。污染物特征參數(shù)包括，污染物總量m，污染物密度Ρ，排放時(shí)間time， 排污模式包括拋物線型、三角形、梯形、自定義4種。不同的排污方式預(yù)置了不同排污過(guò)程 模板。
[0013] 一個(gè)預(yù)設(shè)的污染物樣本數(shù)據(jù)庫(kù)：該預(yù)設(shè)的污染物樣本數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)國(guó)家環(huán)保部頒布 的《水體優(yōu)先控制污染物》整理出四大類，126種污染物。從相關(guān)的化學(xué)品文獻(xiàn)資料庫(kù)中， 整理每種污染物的名稱、密度、降解系數(shù)、揮發(fā)系數(shù)、沉降系數(shù)等，以結(jié)構(gòu)體數(shù)組存入數(shù)據(jù)庫(kù) 中；該污染物樣本數(shù)據(jù)庫(kù)涉及的相關(guān)類別和污染物種類均為公知常識(shí)。
[0014] 在上述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述排污模式中， 拋物線模式包含7個(gè)排污控制點(diǎn)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為： {area: 0. 12, processList: [ {time: 0, q: 0}, {time: 0. 05, q: 0. 4}, {time: 0. 1, q: 0. 8}, { time: 0. 5, q: 1}, {time: 0. 9, q: 0. 8}, {time: 0. 95, q: 0. 4}, {time: 1, q: 0} ]}； 三角形模式包含3個(gè)排污控制點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為： {area:0. 5, processList:[{time:0, q:0}, {time:0. 5, q:1}, {time:1, q:0}]}； 梯形模式包含4個(gè)排污控制點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為： {area:0. 72, processList:[{time:0, q:0}, {time: 0. 1, q: 0. 8}, {time: 0. 9, q: 0. 8}, {time: 1, q: 0} ]}； 通過(guò)q*mAarea*time)即能夠換算出所設(shè)模式下，各個(gè)排污控制點(diǎn)的排污量，從而得 到水環(huán)境數(shù)值模型所需要的排污序列數(shù)據(jù)。
[0015] 在上述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述服務(wù)端的案例管理 模塊包括： 歷史案例數(shù)據(jù)庫(kù)：用于保存用戶操作生成的突發(fā)性事故預(yù)測(cè)記錄，包括污染物特征參 數(shù)、河流特征參數(shù)、事故時(shí)間、地點(diǎn)、預(yù)測(cè)結(jié)果； 案例查詢子單元：從歷史案例數(shù)據(jù)庫(kù)加載事故案例，提供給用戶查看分析； 案例分享子單元：默認(rèn)情況，用戶生成的事故案例只能被自己看到，通過(guò)案例分享后， 其他用戶可以在自己的手機(jī)上看到此案例。
[0016] 案例校核子單元：用于將突發(fā)性事故中實(shí)際的應(yīng)急監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，替換上次預(yù)測(cè)案例 的排污過(guò)程參數(shù)，調(diào)用水環(huán)境數(shù)值模型重新進(jìn)行計(jì)算，生成一個(gè)新的預(yù)測(cè)案例。
[0017] 在上述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述服務(wù)端的水環(huán)境數(shù) 值模型模塊用于計(jì)算污染物在水環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程。采用Fortran語(yǔ)言開發(fā)，封裝 成exe后被其他模塊調(diào)用。
[0018] 在上述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述客戶端的通信模塊 用于發(fā)送請(qǐng)求到服務(wù)端，及從服務(wù)端獲取結(jié)果，具體實(shí)現(xiàn)為http通信方式； 所述客戶端的參數(shù)設(shè)置模塊用于引導(dǎo)用戶根據(jù)樣本數(shù)據(jù)，概化事故參數(shù)，組裝后發(fā)送 到服務(wù)端。
[0019] 所述客戶端的校核模塊用于設(shè)定案例校核參數(shù)。用戶通過(guò)此模塊輸入監(jiān)測(cè)斷面的 距離（km)，監(jiān)測(cè)斷面的污染物濃度值數(shù)組，組裝后發(fā)送到服務(wù)端重新進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。
[0020] 所述客戶端的案例分享模塊用于向其他用戶分享此案例，用戶通過(guò)此模塊編輯案 例標(biāo)簽信息，并提交到服務(wù)端標(biāo)記案例為已分享狀態(tài)。
[0021] 在上述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述客戶端的案例演示 模塊用于動(dòng)態(tài)演示預(yù)測(cè)結(jié)果，包括： 濃度動(dòng)畫模擬子單元：用于對(duì)污染物擴(kuò)散情況定性模擬分析，以污水顏色深淺程度來(lái) 體現(xiàn)污染的嚴(yán)重程度； 濃度曲線模擬子單元：用于對(duì)污染物濃度的定量模擬分析，以河長(zhǎng)為橫軸，污染物濃度 為縱軸，表示出污染物在河流不同位置的濃度分布。
[0022] -種使用基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包 括以下步驟： 步驟1，用戶通過(guò)客戶端，根據(jù)發(fā)生事故的實(shí)際情況與從服務(wù)端獲取的樣本數(shù)據(jù)比對(duì)， 設(shè)置事故特征參數(shù)。
[0023] 步驟1. 1，選擇平原河流或者山區(qū)河流。平原河流初始糙率值為0. 023,初始比降 值為1%。，山區(qū)河流初始糙率值為0. 045,初始比降值為5%。。
[0024] 步驟1. 2,選擇河道剖面類型，V型、U型或者W型。
[0025] 步驟1. 3,設(shè)置水文參數(shù)，包括河長(zhǎng)、河寬、比降、流量、水深以及糙率。
[0026] 步驟1. 4,選擇污染物類別，分為農(nóng)藥、重金屬/離子態(tài)、有機(jī)物、油類四個(gè)大類，其 中有機(jī)物還需選擇子類別。
[0027] 步驟1. 5,選擇步驟1. 4所選類別下污具體染物品種，共計(jì)126種，顯示每種污染物 的降解系數(shù)、揮發(fā)系數(shù)、沉降系數(shù)初始值，用戶可在此基礎(chǔ)上修改； 步驟1. 6,設(shè)置排污過(guò)程，包括污染物總量t、污染物密度t/m3、排放時(shí)間min、排放模 式； 步驟2,用戶通過(guò)客戶端提交事故特征參數(shù)到服務(wù)端，服務(wù)器調(diào)用河流特征概化模塊和 污染特征概化模塊生成文本參數(shù)，啟動(dòng)水環(huán)境數(shù)值模型模塊。
[0028] 步驟3,水環(huán)境數(shù)值模型模塊進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，通過(guò)案例管理模塊生成結(jié)果存儲(chǔ)到歷 史案例庫(kù)。
[0029] 步驟4,案例管理模塊從案例庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，提供給擁有訪問(wèn)權(quán)限的用戶查看。
[0030] 步驟5,用戶在客戶端通過(guò)案例演示模塊查看事故預(yù)測(cè)結(jié)果。用戶可以選擇案例校 核功能或案例分享功能，則分別執(zhí)行步驟6或者步驟7 ; 步驟6,用戶在客戶端通過(guò)案例校核模塊，輸入實(shí)際監(jiān)測(cè)的污染物濃度數(shù)據(jù)，重新提交 到服務(wù)器模擬預(yù)測(cè)，重新跳轉(zhuǎn)到步驟2。
[0031] 步驟7,用戶在客戶端選擇分享案例，服務(wù)端將此案例標(biāo)記為"已分享"狀態(tài)，其他 用戶便可以查看此案例。
[0032] 因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：在移動(dòng)設(shè)備(如智能手機(jī)）普及的情況下，通過(guò)遷移數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)和模型計(jì)算功能到云端，引導(dǎo)用戶根據(jù)樣本數(shù)據(jù)概化事故特征，降低了預(yù)測(cè)系統(tǒng)使 用門檻，形成了簡(jiǎn)單易用的基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033] 附圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0034] 附圖2是本發(fā)明的客戶端程序結(jié)構(gòu)圖。
[0035] 附圖3是河道剖面類型圖。
[0036] 附圖4是排污模式類型圖。
[0037] 附圖5是系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖。
[0038] 附圖6是系統(tǒng)使用流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0040] 實(shí)施例： 首先介紹一下本發(fā)明的主要技術(shù)背景涉及以下幾個(gè)方面：（1)以新一代智能手機(jī)、平 板電腦的移動(dòng)互聯(lián)平臺(tái)設(shè)備已經(jīng)相當(dāng)普及。新一代智能操作系統(tǒng)如iphone OS、Android 等開發(fā)已經(jīng)形成了社區(qū)化，具有良好的軟、硬件開發(fā)環(huán)境支持；（2)WCDMA、CDMAZ000、 TD-SCDMA在內(nèi)的第三代移動(dòng)通信（3G)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，已逐步取代GSM系統(tǒng)為主的2G移動(dòng)通信 網(wǎng)絡(luò)體系。同時(shí)，4G技術(shù)規(guī)范的研究制定，能夠滿足位置服務(wù)中"在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)通 過(guò)集成終端使用任意一種網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)"的通信需求；（3)水環(huán)境數(shù)值模型經(jīng)過(guò)半個(gè)多世 紀(jì)的發(fā)展，成為水環(huán)境研究的重要工具。以武漢大學(xué)為代表開發(fā)的水環(huán)境數(shù)值模型及相關(guān) 研究成果，在國(guó)內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用，為本發(fā)明提供技術(shù)支撐。
[0041] -、參見(jiàn)圖1，一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括： (1)服務(wù)端：采用J2EE架構(gòu)，從樣本數(shù)據(jù)庫(kù)中提取污染物樣本和河流樣本數(shù)據(jù)，下發(fā)給 用戶，并根據(jù)用戶上傳的參數(shù)，調(diào)用河流特征概化模塊生成動(dòng)態(tài)網(wǎng)格，調(diào)用污染物特征概化 模塊排污過(guò)程，再調(diào)用水環(huán)境數(shù)值模型模塊進(jìn)行模擬計(jì)算，最后通過(guò)案例管理模塊提供給 用戶查看、分享和校核，包括污染特征概化模塊、河流特征概化模塊、水環(huán)境數(shù)值模型模塊、 案例管理模塊四個(gè)模塊： 1、河流特征概化模塊包括： 1. 1河流特征數(shù)據(jù)庫(kù)：用于存儲(chǔ)典型河流的樣本參數(shù)，包括糙率、比降、剖面類型，具體 為結(jié)構(gòu)體數(shù)組； 1. 2、動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成子單元：根據(jù)用戶提交的河道特征參數(shù)，生成水環(huán)境數(shù)值模型所需 要的地形數(shù)據(jù)和網(wǎng)格數(shù)據(jù)；河道特征參數(shù)包括，河寬為dB，水深為dH，河長(zhǎng)為length，比降 為sloop，斷面?zhèn)€數(shù)為η。
[0042] 1. 21、河道特征參數(shù)中河長(zhǎng)為剖面類型，具體分為V型、U型和W型，不同的剖面類 型使用如下不同的建模方式，其中定義i為當(dāng)前斷面： V型劃分為3點(diǎn)網(wǎng)格，各控制點(diǎn)的長(zhǎng)度和高程分別為，（0,（i*length/n)*Sl〇〇p+dH)， (dB/2， （i*length/n)*sloop)， （dB， （i*length/n)*sloop+dH)。
[0043] U型為4點(diǎn)網(wǎng)格，各控制點(diǎn)的長(zhǎng)度和高程分別為（0,（i*length/ n)*sloop + dH), ( dB/4, ( i氺1ength/η)氺s1 ο οp)， ( dB * 3/4, (i氺 length/ η)^8?οορ)，((1Β，(;?^1θη8?:1ι/η)^8?οορ+(1Η)〇
[0044] W型網(wǎng)格為5點(diǎn)網(wǎng)格，各控制點(diǎn)的長(zhǎng)度和高程分別為（0,（i*length/ n)*sloop+dH)， （dB/4， （i*length/n)*sloop)， （dB/2， （i*length/n)*sloop+dH/2)， （dB*3/4 ，(;?^1θη8?:1ι/η)^8?οορ)，((1Β，(;?^1θη8?:1ι/η)^8?οορ+(1Η) 〇
[0045] 2、污染物特征概化模塊包括： 2. 1排污過(guò)程生成子單元：用于根據(jù)用戶設(shè)定的污染物特征參數(shù)，生成水環(huán)境數(shù)值模 型所需要的排污序列數(shù)據(jù)。污染物特征參數(shù)包括，污染物總量m，污染物密度ρ，排放時(shí)間 time，排污模式包括拋物線型、三角形、梯形、自定義4種。不同的排污方式預(yù)置了不同排污 過(guò)程模板，排污模式中， 拋物線模式包含7個(gè)排污控制點(diǎn)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為： {area: 0. 12, processList: [ {time: 0, q: 0}, {time: 0. 05, q: 0. 4}, {time: 0. 1, q: 0. 8}, { time: 0. 5, q: 1}, {time: 0. 9, q: 0. 8}, {time: 0. 95, q: 0. 4}, {time: 1, q: 0} ]}； 三角形模式包含3個(gè)排污控制點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為： {area:0. 5, processList:[{time:0, q:0}, {time:0. 5, q:1}, {time:1, q:0}]}； 梯形模式包含4個(gè)排污控制點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為： {area:0. 72, processList:[{time:0, q:0}, {time: 0. 1, q: 0. 8}, {time: 0. 9, q: 0. 8}, {time: 1, q: 0} ]}； 通過(guò)q*mAarea*time)即能夠換算出所設(shè)模式下，各個(gè)排污控制點(diǎn)的排污量，從而得 到水環(huán)境數(shù)值模型所需要的排污序列數(shù)據(jù)。
[0046] 2. 2 -個(gè)預(yù)設(shè)的污染物樣本數(shù)據(jù)庫(kù)：該預(yù)設(shè)的污染物樣本數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)國(guó)家環(huán)保部 頒布的《水體優(yōu)先控制污染物》整理出四大類，126種污染物。從相關(guān)的化學(xué)品文獻(xiàn)資料庫(kù) 中，整理每種污染物的名稱、密度、降解系數(shù)、揮發(fā)系數(shù)、沉降系數(shù)等，以結(jié)構(gòu)體數(shù)組存入數(shù) 據(jù)庫(kù)中；該污染物樣本數(shù)據(jù)庫(kù)涉及的相關(guān)類別和污染物種類均為公知常識(shí)，在此不再贅述。
[0047] 3、案例管理模塊包括： 3. 1、歷史案例數(shù)據(jù)庫(kù)：用于保存用戶操作生成的突發(fā)性事故預(yù)測(cè)記錄，包括污染物特 征參數(shù)、河流特征參數(shù)、事故時(shí)間、地點(diǎn)、預(yù)測(cè)結(jié)果； 3. 2、案例查詢子單元：從歷史案例數(shù)據(jù)庫(kù)加載事故案例，提供給用戶查看分析； 3. 3、案例分享子單元：默認(rèn)情況，用戶生成的事故案例只能被自己看到，通過(guò)案例分享 后，其他用戶可以在自己的手機(jī)上看到此案例。
[0048] 3. 4、案例校核子單元：用于將突發(fā)性事故中實(shí)際的應(yīng)急監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，替換上次預(yù)測(cè) 案例的排污過(guò)程參數(shù)，調(diào)用水環(huán)境數(shù)值模型重新進(jìn)行計(jì)算，生成一個(gè)新的預(yù)測(cè)案例。
[0049] 4、水環(huán)境數(shù)值模型模塊用于計(jì)算污染物在水環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程。采用 Fortran語(yǔ)言開發(fā)，封裝成exe后被其他模塊調(diào)用。
[0050] (2)客戶端：利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)端獲取河流樣本數(shù)據(jù)和污染物樣本數(shù)據(jù)，發(fā)送用 戶修改后的參數(shù)到服務(wù)端，同時(shí)能接收服務(wù)端計(jì)算出的預(yù)測(cè)結(jié)果，并將其顯示在所述客戶 端上。
[0051] 二、采用該系統(tǒng)進(jìn)行操作模擬包括以下步驟： 步驟1，用戶通過(guò)客戶端，根據(jù)發(fā)生事故的實(shí)際情況與從服務(wù)端獲取的樣本數(shù)據(jù)比對(duì)， 設(shè)置事故特征參數(shù)。
[0052] 步驟1. 1，選擇平原河流或者山區(qū)河流。平原河流初始糙率值為0. 023,初始比降 值為1%。，山區(qū)河流初始糙率值為0. 045,初始比降值為5%。。
[0053] 步驟1. 2,選擇河道剖面類型，V型、U型或者W型。
[0054] 步驟1. 3,設(shè)置水文參數(shù)，包括河長(zhǎng)、河寬、比降、流量、水深以及糙率。
[0055] 步驟1. 4,選擇污染物類別，分為農(nóng)藥、重金屬（離子態(tài))、有機(jī)物、油類四個(gè)大類，其 中有機(jī)物還需選擇子類別。
[0056] 步驟1. 5,選擇步驟1. 4所選類別下污具體染物品種，共計(jì)126種，顯示每種污染物 的降級(jí)系數(shù)、揮發(fā)系數(shù)、沉降系數(shù)初始值，用戶可在此基礎(chǔ)上修改。
[0057] 步驟1.6,設(shè)置排污過(guò)程，包括污染物總量（t)、污染物密度（t/m3)、排放時(shí)間 (min)、排放模式(拋物線、三角形、梯形和自定義)。
[0058] 步驟2,用戶通過(guò)客戶端提交事故特征參數(shù)到服務(wù)端，服務(wù)器調(diào)用河流特征概化模 塊和污染特征概化模塊生成文本參數(shù)，啟動(dòng)水環(huán)境數(shù)值模型模塊。
[0059] 步驟3,水環(huán)境數(shù)值模型模塊進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，通過(guò)案例管理模塊生成結(jié)果存儲(chǔ)到歷 史案例庫(kù)。
[0060] 步驟4,案例管理模塊從案例庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，提供給擁有訪問(wèn)權(quán)限的用戶查看。
[0061] 步驟5,用戶在客戶端通過(guò)案例演示模塊查看事故預(yù)測(cè)結(jié)果。用戶可以選擇案例校 核功能或案例分享功能，則分別執(zhí)行步驟6或者步驟7 步驟6,用戶在客戶端通過(guò)案例校核模塊，輸入實(shí)際監(jiān)測(cè)的污染物濃度數(shù)據(jù)，重新提交 到服務(wù)器模擬預(yù)測(cè)，重新跳轉(zhuǎn)到步驟2。
[0062] 步驟7,用戶在客戶端選擇分享案例，服務(wù)端將此案例標(biāo)記為"已分享"狀態(tài)，其他 用戶便可以查看此案例。
[0063] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)河道特征概化 技術(shù)將預(yù)測(cè)范圍延伸到眾多無(wú)資料地區(qū)的山區(qū)河流和中小型河流；同時(shí)通過(guò)云存儲(chǔ)和云計(jì) 算，將系統(tǒng)操作平臺(tái)延伸到移動(dòng)設(shè)備，用戶可以隨時(shí)隨地預(yù)測(cè)發(fā)生在任意河流的突發(fā)性事 故。本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，攜帶方便，應(yīng)用范圍廣，具有顯著的經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
[0064] 近年來(lái)，隨著我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)以及工業(yè)化的不斷發(fā)展，我國(guó)大部分地區(qū)交通狀況 與工業(yè)水平不斷改善和提高，取得了較好的成績(jī)。然而，這也給我國(guó)環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了重大的 挑戰(zhàn)，尤其是西部地區(qū)與廣大鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，快速發(fā)展的交通業(yè)和工礦業(yè)成為造成區(qū)域局部環(huán) 境變化的重要安全隱患，嚴(yán)重危險(xiǎn)交通線附近與工礦企業(yè)附近的水域環(huán)境安全，頻發(fā)的突 發(fā)事件給此類區(qū)域帶來(lái)了嚴(yán)重的損害。這些區(qū)域自然科學(xué)基礎(chǔ)研究不足，歷史基礎(chǔ)資料不 完善，環(huán)境管理應(yīng)急水平薄弱，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)突發(fā)事件的處置往往缺乏足夠的數(shù)據(jù)資料支撐， 管理應(yīng)急部門無(wú)法有效應(yīng)對(duì)突發(fā)的流域突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故。一套成熟可靠、適用范圍 廣地快速預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)有效管理突發(fā)事件、進(jìn)行環(huán)境應(yīng)急響應(yīng)具有重要的意義。
[0065] 本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替 代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括： 服務(wù)端：采用J2EE架構(gòu)，從樣本數(shù)據(jù)庫(kù)中提取污染物樣本和河流樣本數(shù)據(jù)，下發(fā)給用 戶，并根據(jù)用戶上傳的參數(shù)，動(dòng)態(tài)生成網(wǎng)格數(shù)據(jù)和污染物排放過(guò)程數(shù)據(jù)，再調(diào)用水環(huán)境數(shù)值 模型進(jìn)行模擬計(jì)算，最后將預(yù)測(cè)結(jié)果提供給用戶查看、分享和校核；所述服務(wù)端包括污染特 征概化模塊、河流特征概化模塊、水環(huán)境數(shù)值模型模塊、案例管理模塊四個(gè)模塊； 客戶端：利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)端獲取河流樣本數(shù)據(jù)和污染物樣本數(shù)據(jù)，發(fā)送用戶修改 后的參數(shù)到服務(wù)端，同時(shí)能接收服務(wù)端計(jì)算出的預(yù)測(cè)結(jié)果，并將其顯示在所述客戶端上；所 述客戶端包括通信模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、案例演示模塊、案例分享模塊和案例校核模塊五個(gè) 模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述服務(wù)端的河流特征概化模塊包括： 河流特征數(shù)據(jù)庫(kù)：用于存儲(chǔ)典型河流的樣本參數(shù)，包括糙率、比降、剖面類型，具體為結(jié) 構(gòu)體數(shù)組； 動(dòng)態(tài)網(wǎng)格生成子單元：根據(jù)用戶提交的河道特征參數(shù)，生成水環(huán)境數(shù)值模型所需要的 地形數(shù)據(jù)和網(wǎng)格數(shù)據(jù)；河道特征參數(shù)包括，河寬為dB,水深為dH,河長(zhǎng)為length,比降為 sloop，斷面?zhèn)€數(shù)為η。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述河道特征參數(shù)中河長(zhǎng)為剖面類型，具體分為V型、U型和W型，不同的剖面類型使用 如下不同的建模方式，其中定義i為當(dāng)前斷面： V型劃分為3點(diǎn)網(wǎng)格，各控制點(diǎn)的長(zhǎng)度和高程分別為，（0,（i*length/n)*Sl〇〇p+dH)， (dB/2， （i*length/n)*sloop)， （dB， （i*length/n)*sloop+dH); U型為4點(diǎn)網(wǎng)格，各控制點(diǎn)的長(zhǎng)度和高程分別為（0,（i*length/ n)*sloop + dH), ( dB/4, ( i氺 1 ength/η)氺s1 ο οp)， (dB氺3/4， (i氺 length/ n)氺sloop)， (dB, (i氺length/n)氺sloop+dH)； W型網(wǎng)格為5點(diǎn)網(wǎng)格，各控制點(diǎn)的長(zhǎng)度和高程分別為（0,（i*length/ n)*sloop+dH)， （dB/4， （i*length/n)*sloop)， （dB/2， （i*length/n)*sloop+dH/2)， （dB*3/4 ，(;?^1θη8?:1ι/η)^8?οορ)，((1Β，(;?^1θη8?:1ι/η)^8?οορ+(1Η) 〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，服務(wù)端的污染物特征概化模塊包括： 排污過(guò)程生成子單元：用于根據(jù)用戶設(shè)定的污染物特征參數(shù)，生成水環(huán)境數(shù)值模型所 需要的排污序列數(shù)據(jù)；污染物特征參數(shù)包括，污染物總量m，污染物密度ρ，排放時(shí)間time， 排污模式包括拋物線型、三角形、梯形、自定義4種；不同的排污方式預(yù)置了不同排污過(guò)程 模板； 一個(gè)預(yù)設(shè)的污染物樣本數(shù)據(jù)庫(kù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述排污模式中， 拋物線模式包含7個(gè)排污控制點(diǎn)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為： {area: 0. 12, processList: [ {time: 0, q: 0}, {time: 0. 05, q: 0. 4}, {time: 0. 1, q: 0. 8}, { time: 0. 5, q: 1}, {time: 0. 9, q: 0. 8}, {time: 0. 95, q: 0. 4}, {time: 1, q: 0} ]}； 三角形模式包含3個(gè)排污控制點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為： {area:0. 5, processList:[{time:0, q:0}, {time:0. 5, q:1}, {time:1, q:0}]}； 梯形模式包含4個(gè)排污控制點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為： {area:0. 72, processList:[{time:0, q:0}, {time: 0. 1, q: 0. 8}, {time: 0. 9, q: 0. 8}, {time: 1, q: 0} ]}； 通過(guò)q*mAarea*time)即能夠換算出所設(shè)模式下，各個(gè)排污控制點(diǎn)的排污量，從而得 到水環(huán)境數(shù)值模型所需要的排污序列數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述服務(wù)端的案例管理模塊包括： 歷史案例數(shù)據(jù)庫(kù)：用于保存用戶操作生成的突發(fā)性事故預(yù)測(cè)記錄，包括污染物特征參 數(shù)、河流特征參數(shù)、事故時(shí)間、地點(diǎn)、預(yù)測(cè)結(jié)果； 案例查詢子單元：從歷史案例數(shù)據(jù)庫(kù)加載事故案例，提供給用戶查看分析； 案例分享子單元：默認(rèn)情況，用戶生成的事故案例只能被自己看到，通過(guò)案例分享后， 其他用戶可以在自己的手機(jī)上看到此案例； 案例校核子單元：用于將突發(fā)性事故中實(shí)際的應(yīng)急監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，替換上次預(yù)測(cè)案例的排 污過(guò)程參數(shù)，調(diào)用水環(huán)境數(shù)值模型重新進(jìn)行計(jì)算，生成一個(gè)新的預(yù)測(cè)案例。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述服務(wù)端的水環(huán)境數(shù)值模型模塊用于計(jì)算污染物在水環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程；采 用Fortran語(yǔ)言開發(fā)，封裝成exe后被其他模塊調(diào)用。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述客戶端的通信模塊用于發(fā)送請(qǐng)求到服務(wù)端，及從服務(wù)端獲取結(jié)果，具體實(shí)現(xiàn)為http 通信方式； 所述客戶端的參數(shù)設(shè)置模塊用于引導(dǎo)用戶根據(jù)樣本數(shù)據(jù)，概化事故參數(shù)，組裝后發(fā)送 到服務(wù)端； 所述客戶端的校核模塊用于設(shè)定案例校核參數(shù)；用戶通過(guò)此模塊輸入監(jiān)測(cè)斷面的距 離，監(jiān)測(cè)斷面的污染物濃度值數(shù)組，組裝后發(fā)送到服務(wù)端重新進(jìn)行預(yù)測(cè)分析； 所述客戶端的案例分享模塊用于向其他用戶分享此案例，用戶通過(guò)此模塊編輯案例標(biāo) 簽信息，并提交到服務(wù)端標(biāo)記案例為已分享狀態(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于，所述客戶端的案例演示模塊用于動(dòng)態(tài)演示預(yù)測(cè)結(jié)果，包括： 濃度動(dòng)畫模擬子單元：用于對(duì)污染物擴(kuò)散情況定性模擬分析，以污水顏色深淺程度來(lái) 體現(xiàn)污染的嚴(yán)重程度； 濃度曲線模擬子單元：用于對(duì)污染物濃度的定量模擬分析，以河長(zhǎng)為橫軸，污染物濃度 為縱軸，表示出污染物在河流不同位置的濃度分布。
10. -種使用權(quán)利要求1所述的基于云技術(shù)的突發(fā)性水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)方 法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，用戶通過(guò)客戶端，根據(jù)發(fā)生事故的實(shí)際情況與從服務(wù)端獲取的樣本數(shù)據(jù)比對(duì)， 設(shè)置事故特征參數(shù)； 步驟1. 1，選擇平原河流或者山區(qū)河流；平原河流初始糙率值為0. 023,初始比降值為 1%。，山區(qū)河流初始糙率值為0. 045,初始比降值為5%。； 步驟1. 2,選擇河道剖面類型，V型、U型或者W型； 步驟1. 3,設(shè)置水文參數(shù)，包括河長(zhǎng)、河寬、比降、流量、水深以及糙率； 步驟1. 4,選擇污染物類別，分為農(nóng)藥、重金屬/離子態(tài)、有機(jī)物、油類四個(gè)大類，其中有 機(jī)物還需選擇子類別； 步驟1.5,選擇步驟1.4所選類別下污具體染物品種，共計(jì)126種，顯示每種污染物的降 解系數(shù)、揮發(fā)系數(shù)、沉降系數(shù)初始值，用戶可在此基礎(chǔ)上修改； 步驟1. 6,設(shè)置排污過(guò)程，包括污染物總量t、污染物密度t/m3、排放時(shí)間min、排放模 式； 步驟2,用戶通過(guò)客戶端提交事故特征參數(shù)到服務(wù)端，服務(wù)器調(diào)用河流特征概化模塊和 污染特征概化模塊生成文本參數(shù)，啟動(dòng)水環(huán)境數(shù)值模型模塊； 步驟3,水環(huán)境數(shù)值模型模塊進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，通過(guò)案例管理模塊生成結(jié)果存儲(chǔ)到歷史案 例庫(kù)； 步驟4,案例管理模塊從案例庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，提供給擁有訪問(wèn)權(quán)限的用戶查看； 步驟5,用戶在客戶端通過(guò)案例演示模塊查看事故預(yù)測(cè)結(jié)果；用戶可以選擇案例校核 功能或案例分享功能，則分別執(zhí)行步驟6或者步驟7 ; 步驟6,用戶在客戶端通過(guò)案例校核模塊，輸入實(shí)際監(jiān)測(cè)的污染物濃度數(shù)據(jù)，重新提交 到服務(wù)器模擬預(yù)測(cè)，重新跳轉(zhuǎn)到步驟2 ; 步驟7,用戶在客戶端選擇分享案例，服務(wù)端將此案例標(biāo)記為已分享狀態(tài)，其他用戶便 可以查看此案例。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104050388SQ201410305829
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】張萬(wàn)順, 胡珊, 彭虹 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)