專利名稱：基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水質(zhì)監(jiān)測及突發(fā)性水污染事件應(yīng)急處理領(lǐng)域，涉及一種水環(huán)境突發(fā)事件應(yīng)急處置系統(tǒng)和方法，具體的說是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
近年來我國水污染事故頻繁發(fā)生，重大突發(fā)性水污染事件時(shí)有發(fā)生，給人民生活、生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來了極大危害。工業(yè)發(fā)展過程產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性污染問題，使全國各地流域環(huán)境遭受不同程度污染，特別是由于這類事故的突發(fā)性和破壞性，嚴(yán)重地威脅著人民群眾生命和國家財(cái)產(chǎn)安全，使人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。因而，如何完善突發(fā)水污染應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)大型水域水污染突發(fā)事故，避免造成重大災(zāi)害就顯得十分緊迫。如何實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程、全方位的獲取水污染信息，準(zhǔn)確即時(shí)做出應(yīng)對(duì)措施，并將水污染信息即時(shí)傳遞，使整個(gè)過程網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化成為現(xiàn)在庫區(qū)突發(fā)性水污染急需解決的問題。目前國內(nèi)外普遍采用的庫區(qū)突發(fā)性水污染事件處理方法是應(yīng)急監(jiān)測預(yù)案，如文章“突發(fā)性水污染事故應(yīng)急處理”所述，即針對(duì)可能發(fā)生的突發(fā)性水環(huán)境污染事件，為迅速、有效、有序地開展應(yīng)急行動(dòng)而預(yù)先制定的方案。雖然能夠及時(shí)處理突發(fā)性水污染事件，但是處理方案針對(duì)性不強(qiáng)，不能實(shí)時(shí)解決水污染問題，況且對(duì)于比較特殊的突發(fā)性水污染不能及時(shí)作出決策，延誤了處理時(shí)間，使污染擴(kuò)散。近年來，已出現(xiàn)借助3S、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等先進(jìn)技術(shù)，按照水污染事故應(yīng)急管理體系的業(yè)務(wù)要求，將基礎(chǔ)地理、水文、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等各類本底信息和監(jiān)測信息有機(jī)整合，同時(shí)在數(shù)據(jù)庫的支持下，建立二、三維無縫結(jié)合的交互式虛擬可視化平臺(tái)，并結(jié)合模型庫模擬水污染擴(kuò)散狀況的新技術(shù)，如文章“三峽水庫突發(fā)性水污染事件應(yīng)急系統(tǒng)的開發(fā)”所述，但整個(gè)過程的預(yù)測靈敏度不高，且不具備較好的突發(fā)水污染處理時(shí)效性。另外申請(qǐng)?zhí)枮?01210141601.5的專利“一種突發(fā)性水質(zhì)污染事故模擬仿真及可視化服務(wù)系統(tǒng)”所建立的系統(tǒng)具備污染處理實(shí)時(shí)性，但是針對(duì)性不強(qiáng)，即對(duì)所有突發(fā)水質(zhì)事故都進(jìn)行這樣的模擬和處理，沒有充分利用相應(yīng)水域歷史水污染事故及處理經(jīng)驗(yàn)，因而在某些情況下增加了事故響應(yīng)及處理工作的繁瑣性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)和方法，既保證信息傳遞快捷性，又保證污染處理實(shí)時(shí)性，還能充分利用歷史污染事故資料，以簡化某些相似污染事故處理工作。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的的技術(shù)方案是:基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)，包括突發(fā)水污染信息采集及傳輸模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成轉(zhuǎn)化模塊、歷史水污染事故快速查詢模塊、突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊、突發(fā)水污染事故預(yù)警模塊、歷史水污染事故方案執(zhí)行模塊、模擬圖像信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化及傳輸模塊，專家實(shí) 時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)、突發(fā)水污染事故實(shí)時(shí)處理終端和突發(fā)水污染事故及處理信息匯總歸納模塊；突發(fā)水污染信息采集及傳輸模塊，包括無線傳感器和突發(fā)性水污染信息采集船，用于采集突發(fā)水污染相關(guān)信息，并把采集的信息傳輸至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成轉(zhuǎn)化模塊；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成轉(zhuǎn)化模塊，用于將采集的水污染信息轉(zhuǎn)化成需要的數(shù)據(jù)形式，包括用于歷史水污染查詢分析的數(shù)據(jù)形式和污染擴(kuò)散模擬的數(shù)據(jù)形式；歷史水污染事故快速查詢模塊，用于在歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫中快速查詢分析與突發(fā)水污染相一致的結(jié)果；突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊，用于對(duì)突發(fā)水污染進(jìn)行擴(kuò)散模擬，并在3維GIS中可視化顯示出來；突發(fā)水污染事故預(yù)警模塊，用于對(duì)污染可能影響范圍水域內(nèi)居民、工廠主取水口進(jìn)行預(yù)警，避免突發(fā)水污染事故對(duì)相關(guān)居民造成危害，促使相關(guān)工廠和部門及時(shí)采取預(yù)防措施，避免污染進(jìn)一步擴(kuò)大；歷史水污染事故方案執(zhí)行模塊，用于經(jīng)過歷史水污染事故查詢分析得到與突發(fā)水污染事故相一致的結(jié)果進(jìn)，執(zhí)行該歷史水污染處理方案；模擬圖像信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化及傳輸模塊，用于經(jīng)過歷史水污染事故查詢分析得到與突發(fā)水污染事故不一致的結(jié)果時(shí)，將經(jīng)過3維GIS顯示的水污染實(shí)時(shí)擴(kuò)散圖像信息轉(zhuǎn)化并傳遞給專家實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)；專家實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)，包括三維可視化的顯示器終端、模擬圖像信息接收設(shè)備、有線及無線信號(hào)傳輸終端，用于接收水污染擴(kuò)散實(shí)時(shí)信息，經(jīng)過專家實(shí)時(shí)分析做出決策，并通過有線及無線信號(hào)傳輸終端將實(shí)時(shí)決策信息發(fā)布出去；突發(fā)水污染事故實(shí)時(shí)處理終端，包括無線信號(hào)接收及傳輸終端、GPS設(shè)備和PDA設(shè)備，用于相關(guān)部門和污染處理人員接收專家決策信息，及時(shí)快速采取相應(yīng)的應(yīng)急處理措施，并實(shí)時(shí)傳遞處理信息至專家實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)；突發(fā)水污染事故及處理信息匯總歸納模塊，用于將水污染信息包括水域水污染監(jiān)測信息、專家部門關(guān)于水污染決策信息和事故處理終端的發(fā)送的處理完成信息，分類歸納并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫構(gòu)成預(yù)案?；谖锫?lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置方法，按以下步驟進(jìn)行:(-)突發(fā)水污染信息獲取、傳輸及轉(zhuǎn)化:在大型水域中布設(shè)傳感器，通過傳感器監(jiān)控獲取水域突發(fā)污染信息，并由GPS設(shè)備獲取污染地理位置信息，突發(fā)水污染信息采集船獲取信息并進(jìn)行信息集成與轉(zhuǎn)化；(:=)進(jìn)行歷史水污染事故快速查詢和突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬:①進(jìn)行歷史水污染事故快速查詢:歷史水污染事故快速查詢模塊獲取突發(fā)水污染相關(guān)信息，查詢其歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)類型水污染信息，并結(jié)合專家處理意見庫中專家分析結(jié)論，快速判斷突發(fā)水污染是否與某一歷史對(duì)應(yīng)類型水污染相似；②進(jìn)行突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬:在進(jìn)行歷史水污染事故快速查詢的同時(shí)，突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊根據(jù)接收的水污染信息，調(diào)用其水域水質(zhì)擴(kuò)散模型庫中相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散模擬模型進(jìn)行突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬，模擬圖像信息通過VB程序進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)化，并在3維GIS數(shù)字模型中顯示出來；

㈢執(zhí)行突發(fā)水污染預(yù)警和處理:
①執(zhí)行突發(fā)水污染預(yù)警:突發(fā)水污染預(yù)警模塊在3維GIS模擬水污染擴(kuò)散的基礎(chǔ)上，對(duì)污染可能影響范圍水域內(nèi)居民、工廠和取水口進(jìn)行預(yù)警；②執(zhí)行突發(fā)水污染處理:在突發(fā)水污染預(yù)警的同時(shí)，進(jìn)行突發(fā)水污染處理，根據(jù)步驟㈡查詢結(jié)果，若查詢到相似的某一次歷史水污染事故，則調(diào)用歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)的該次水污染處理預(yù)案快速進(jìn)行突發(fā)水污染處理，若沒有查詢到相似的歷史水污染事故，則進(jìn)行基于3維GIS的突發(fā)水污染實(shí)時(shí)可視化處理；㈣進(jìn)行突發(fā)水污染事故及處理信息匯總歸納:突發(fā)水污染處理結(jié)束之后，對(duì)該次污染事故及處理信息進(jìn)行歸納、分類編排成可查詢、可組合的計(jì)算機(jī)語言信息，并分別存儲(chǔ)于歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫、歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫中，供未來突發(fā)水污染事故查詢使用。這樣，本發(fā)明通過安裝在水域中的不同類型的傳感器與水污染信息采集船，并結(jié)合3S技術(shù)對(duì)現(xiàn)場突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)測，獲取的監(jiān)測信息通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸，水污染信息一方面進(jìn)行水污染擴(kuò)散模擬和預(yù)警；另一方面與歷史水污染事故進(jìn)行對(duì)比，若水污染與歷史事件相似，則直接調(diào)用歷史事件處理方案進(jìn)行處理，否則專家通過接受模擬圖像信息進(jìn)行實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布，進(jìn)行水污染處理，最后將水污染信息歸檔存儲(chǔ)，為大型水域突發(fā)性事件從預(yù)警、處理到信息反饋，提供一種可實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程、全方位的預(yù)警應(yīng)急處理模式。本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是:
前述的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)，突發(fā)水污染信息采集船包括船體、監(jiān)控中心以及安裝在船體上的控制計(jì)算機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、方向舵、變頻器、推進(jìn)單元、水體檢測單元、無線通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星定位裝置、電子羅經(jīng)盤、直流電磁鐵、攝像頭和雷達(dá)；控制計(jì)算機(jī)為一臺(tái)裝有串口擴(kuò)展卡、IO擴(kuò)展卡和圖像采集卡的工控計(jì)算機(jī)；控制計(jì)算機(jī)通過串口連接變頻器，變頻器連接所述推進(jìn)單元，用以控制變頻器進(jìn)而控制推進(jìn)單元；控制計(jì)算機(jī)通過IO擴(kuò)展卡連接所述步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)連接所述方向舵,用以控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)而控制方向舵；控制計(jì)算機(jī)通過串口連接衛(wèi)星定位裝置、電子羅經(jīng)盤和雷達(dá)，用以讀取衛(wèi)星定位裝置、電子羅經(jīng)盤和雷達(dá)的數(shù)據(jù)；控制計(jì)算機(jī)通過串口連接所述水體檢測單元，用以控制水體檢測單元工作；控制計(jì)算機(jī)通過圖像采集卡連接攝像頭，用以采集攝像頭的圖像；控制計(jì)算機(jī)通過IO擴(kuò)展卡連接繼電器，繼電器連接直流電磁鐵，用以控制直流電磁鐵工作；控制計(jì)算機(jī)根據(jù)所需檢測的區(qū)域劃分網(wǎng)格，根據(jù)衛(wèi)星定位裝置測量船的位置，并根據(jù)海圖生成巡航路線，船體根據(jù)當(dāng)前的位置確定航向，并控制方向舵工作，使船按事先指定的路線行駛；監(jiān)控中心包含一個(gè)模擬駕駛臺(tái)，模擬駕駛臺(tái)包含控制按鈕、方向盤、檔位、計(jì)算機(jī)和無線網(wǎng)絡(luò)；方向盤內(nèi)部有角度傳感器，計(jì)算機(jī)通過AD卡連接監(jiān)督傳感器；計(jì)算機(jī)通過I/O卡連接檔位；計(jì)算機(jī)的網(wǎng)口連無線網(wǎng)絡(luò)。前述的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)，述歷史水污染事故快速查詢模塊包括相關(guān)專家處理決策意見庫、歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫和歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫；所述歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫包括歷史各次水污染發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、污染種類、污染物數(shù)量和案情簡要描述信息；所述歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫包括歷史各次水污染處理方案流程和各相關(guān)部門聯(lián)系方式信息。前述的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)，突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊包括水域空間數(shù)據(jù)庫、水域?qū)傩詳?shù)據(jù)庫和水域水質(zhì)擴(kuò)散模型庫；所述水域空間和屬性數(shù)據(jù)庫，用于建立基于3維GIS的水域3維可視化模型；所述水域水質(zhì)擴(kuò)散模型庫，用于對(duì)突發(fā)水污染事故進(jìn)行污染擴(kuò)散模擬，并通過VB程序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和轉(zhuǎn)換，在3維GIS中可視化顯示出來。前述的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置方法，步驟(-)中，突發(fā)水污染信息采集船獲取信息具體按以下步驟進(jìn)行:⑴監(jiān)控中心確定所需檢測的區(qū)域的坐標(biāo)和檢測粒度，并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至檢測船的控制計(jì)算機(jī)；⑵計(jì)算機(jī)在GIS軟件的基礎(chǔ)上將所要檢測的區(qū)域根據(jù)粒度分割成網(wǎng)格，網(wǎng)格粒度的大小分為三等:小、中、大；當(dāng)網(wǎng)格粒度為小時(shí)，網(wǎng)格大小為10米*10米；當(dāng)網(wǎng)格粒度為中時(shí)，網(wǎng)格大小為15米*15米；當(dāng)網(wǎng)格粒度為大時(shí)，網(wǎng)格大小為20米*20米；⑶船只根據(jù)網(wǎng)格的劃分，根據(jù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位信息確定當(dāng)前船所在的位置，采用遍歷的方法，初步巡檢網(wǎng)格的先后順序，確保以最短路徑覆蓋這些所需檢測的網(wǎng)格；⑷確定所需監(jiān)測網(wǎng)格的先后順序后，船只根據(jù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位信息和電子羅經(jīng)盤確定船的姿態(tài)，根據(jù)海圖確定駛向下一網(wǎng)格的中心點(diǎn)的最短路徑，控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)整方向舵和控制變頻器調(diào)整推進(jìn)系統(tǒng)的功率，使船只駛向下一網(wǎng)格的中心點(diǎn)；(5)在船只行駛到檢測網(wǎng)格中心點(diǎn)時(shí)，控制計(jì)算機(jī)控制變頻器使推進(jìn)器停止工作，檢測單元采集水樣，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測，檢測的結(jié)果保存在控制計(jì)算機(jī)并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心；(6)船只在行駛過程中，將自身的船速、方向、位置通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心，此外攝像頭拍攝視頻圖像通 過視頻編碼器壓縮成數(shù)字視頻流，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心;(7)行駛過程中，雷達(dá)子系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測行駛方向前方，當(dāng)行駛前方有障礙物時(shí)，控制計(jì)算機(jī)控制推進(jìn)器停止工作，并通過無線網(wǎng)絡(luò)通知監(jiān)控中心；(8)監(jiān)控中心設(shè)有模擬駕駛臺(tái)，當(dāng)按下控制按鈕，監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令至檢測船，模擬駕駛臺(tái)可以接管對(duì)檢測船的控制；模擬駕駛臺(tái)計(jì)算機(jī)顯示海圖、船所在的位置和航向和雷達(dá)反饋的信息，此外還顯示船只攝像機(jī)拍攝的圖像，模擬駕駛臺(tái)包含駕駛方向盤和檔位；當(dāng)模擬駕駛臺(tái)的方向盤被轉(zhuǎn)動(dòng)后，方向盤連接的角度傳感器跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬駕駛臺(tái)的計(jì)算機(jī)的AD采集卡檢測角度傳感器的輸出值，并將方向盤的動(dòng)作通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至檢測船只的控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)方向盤的動(dòng)作，控制船只的方向舵，最終控制船只的前進(jìn)方向；模擬駕駛臺(tái)的檔位分為5擋:高速、中速、低速、停止和后退；控制臺(tái)計(jì)算機(jī)檢測到當(dāng)前檔位后，將檔位信息發(fā)送給檢測船只；檢測船根據(jù)檔位信息控制船只的推進(jìn)器的速度；(9)在船只電力不足時(shí)，船只根據(jù)事先設(shè)在數(shù)據(jù)庫中的信息，自動(dòng)駛向充電點(diǎn)，充電點(diǎn)的充電泊位有一浮筒裝置，可隨水位上下變化，在浮筒上包含充電電極的簧片和一不銹鋼片，船只在?？砍潆姴次粫r(shí)，浮筒的充電簧片與船只的充電電極相連，給船只充電，船只控制計(jì)算機(jī)通過吸合I/O上繼電器給直流電磁鐵的線圈供電，電磁鐵吸合浮筒的不銹鋼片，確保浮筒的充電簧片與船只的充電電極之間的可靠連接。本發(fā)明的有益效果是:
⑴針對(duì)大型水域突發(fā)性水污染事件的突發(fā)性特點(diǎn)，本系統(tǒng)利用利用無線傳感器結(jié)合無人駕駛的突發(fā)水污染信息采集船在大型水域動(dòng)態(tài)采集突發(fā)水污染相關(guān)信息，監(jiān)控中心可接管對(duì)檢測船的航行控制，控制船在復(fù)雜環(huán)境下航行和測量工作。船可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的巡航對(duì)水質(zhì)進(jìn)行取樣和調(diào)查，及時(shí)的獲取突發(fā)性水污染事件污染源信息，確定污染源類型和數(shù)量，為突發(fā)性水污染事件預(yù)警和處理提供相關(guān)的資料，避免了大型水域突發(fā)性水污染事件由于發(fā)現(xiàn)的不及時(shí)，導(dǎo)致污染擴(kuò)散而引起更大的危害。⑵通過增加的歷史水污染查詢分析功能，將獲取的水污染信息在歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫中快速查詢分析，若與數(shù)據(jù)庫里面的突發(fā)水污染相一致，可直接調(diào)用歷史的處理方案；增加的歷史水污染查詢，相對(duì)于原始的制定預(yù)案更加準(zhǔn)確，針對(duì)性強(qiáng)，極大的提高了突發(fā)水污染事件處理的時(shí)效性。⑶三維GIS應(yīng)用于突發(fā)水污染進(jìn)行擴(kuò)散模擬，將采集船獲取的水污染信息模擬成可視化的擴(kuò)散圖像，并通過物聯(lián)網(wǎng)傳遞給移動(dòng)終端；整個(gè)過程構(gòu)成整體的分析決策，即使專家不在現(xiàn)場也能及時(shí)作出決定，也避免了由于個(gè)別專家的由于客觀原因?qū)е碌氖挛铮岣咛幚淼恼_性。⑷增加預(yù)警功能有針對(duì)性的進(jìn)行水污染預(yù)警，通過三維動(dòng)態(tài)模擬水污染擴(kuò)散，實(shí)時(shí)的對(duì)污染可能涉及的范圍進(jìn)行預(yù)警，避免了由于處理不及時(shí)造成的污染災(zāi)害，相對(duì)于以前的預(yù)警方法針對(duì)性更強(qiáng)，減小了由于水污染擴(kuò)散導(dǎo)致的水域周圍用水工程的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害。(5)通過水污染事故及處理信息匯總歸納，在突發(fā)水污染處理結(jié)束之后，對(duì)污染事故及處理信息進(jìn)行處理， 并分別存儲(chǔ)于歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫、歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫中，可供未來突發(fā)水污染事故查詢使用；信息匯總歸納完善了大型水域突發(fā)性水污染事件的檔案，有利于水污染事件的分析，減少以后發(fā)生水污染事件的同時(shí)，節(jié)省發(fā)生類似水污染事件處理的時(shí)間。(6)整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成完整的大型水域突發(fā)性水污染應(yīng)急處理系統(tǒng)，從監(jiān)測、預(yù)警、決策到備案形成整體模塊，既保證信息傳遞快捷性，又保證污染處理實(shí)時(shí)性；提高大型水污染事件的監(jiān)測力度的同時(shí)，增加了處理水污染事件決策的正確性，整個(gè)系統(tǒng)大大提高了大型水域突發(fā)性水污染處理的時(shí)效性，避免了避免水污染擴(kuò)散導(dǎo)致的危害，節(jié)約了人力物力資源。


圖1為本發(fā)明基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置方法的流程圖。圖2是本發(fā)明的突發(fā)水污染信息采集船的模塊連接示意圖。圖3是本發(fā)明的突發(fā)水污染信息采集船監(jiān)控中心的模塊連接示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置方法的流程圖。圖5為采用本系統(tǒng)對(duì)某流域突發(fā)油污染某時(shí)刻擴(kuò)散模擬示意圖。圖6為采用本系統(tǒng)對(duì)某流域?qū)嵤┩话l(fā)放射性物質(zhì)水污染監(jiān)測的站點(diǎn)布設(shè)圖。圖7為采用本系統(tǒng)對(duì)某流域突發(fā)油污染某時(shí)刻擴(kuò)散模擬示意圖。圖8為采用本系統(tǒng)對(duì)某流域?qū)嵤┩话l(fā)有害化學(xué)物質(zhì)水污染監(jiān)測的站點(diǎn)布設(shè)圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本實(shí)施例是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)，包括突發(fā)水污染信息采集及傳輸模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成轉(zhuǎn)化模塊、歷史水污染事故快速查詢模塊、突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊、突發(fā)水污染事故預(yù)警模塊、歷史水污染事故方案執(zhí)行模塊、模擬圖像信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化及傳輸模塊，專家實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)、突發(fā)水污染事故實(shí)時(shí)處理終端和突發(fā)水污染事故及處理信息匯總歸納模塊；各模塊具體為:⑴突發(fā)水污染信息采集及傳輸模塊提供突發(fā)性水污染信息采集和傳輸，包括各類污染智能監(jiān)測傳感器、無線傳輸設(shè)備和水污染信息采集船等。通過傳感器監(jiān)測水污染信息，RS和GPS定位，并結(jié)合水污染信息采集船采集分析水污染信息，將水污染信息通過無線傳輸設(shè)備傳輸。⑵實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成轉(zhuǎn)化模塊提供將采集的水污染信息轉(zhuǎn)化成需要的數(shù)據(jù)形式，包括用于歷史水污染查詢分析的數(shù)據(jù)形式和污染擴(kuò)散模擬的數(shù)據(jù)形式。⑶突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊提供水污染擴(kuò)散的模擬，包括建立有水域本底數(shù)據(jù)庫的3維GIS，通過接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)，并在3維GIS進(jìn)行水污染擴(kuò)散模擬。突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊包括水域空間數(shù)據(jù)庫、水域?qū)傩詳?shù)據(jù)庫和水域水質(zhì)擴(kuò)散模型庫；所述水域空間和屬性數(shù)據(jù)庫，用于建立基于3維GIS的水域3維可視化模型；所述水域水質(zhì)擴(kuò)散模型庫，用于對(duì)突發(fā)水污染事故進(jìn)行污染擴(kuò)散模擬，并通過VB程序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和轉(zhuǎn)換，在3維GIS中可視化顯示出來。⑷突發(fā)水污染事故預(yù)警模塊提供水污染發(fā)生后對(duì)周邊涉及的工廠、水利部門等的預(yù)警，包括無線通訊設(shè)備，通過3維GIS模擬水污染的擴(kuò)散，通過無線設(shè)備對(duì)涉及到的部門、工廠發(fā)布水污染信息預(yù)警。(5)歷史水污染事故 快速查詢模塊提供在歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫中快速查詢分析與突發(fā)水污染相一致的結(jié)果，包括與查詢結(jié)果一致和不一致兩種情況。歷史水污染事故快速查詢模塊包括相關(guān)專家處理決策意見庫、歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫和歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫；所述歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫包括歷史各次水污染發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、污染種類、污染物數(shù)量和案情簡要描述信息；所述歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫包括歷史各次水污染處理方案流程和各相關(guān)部門聯(lián)系方式信息。(6)歷史水污染事故方案執(zhí)行模塊提供歷史方案的調(diào)用，主要是當(dāng)查詢結(jié)果與歷史方案相一致時(shí)，則直接調(diào)用歷史水污染處理方案，并由突發(fā)水污染處理信息發(fā)布模塊通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布給相關(guān)執(zhí)行部門。(7)模擬圖像信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化及傳輸模塊提供3維GIS模擬水污染擴(kuò)散信息的轉(zhuǎn)化，并通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸。(8)專家實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)提供專家決策針對(duì)水污染擴(kuò)散的信息進(jìn)行決策，包括三維可視化的顯示器終端、模擬圖像信息接收設(shè)備、有線及無線信號(hào)傳輸終端等，專家通過接收水污染擴(kuò)散 模擬的信息，并分析決策，接觸信息通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸給相關(guān)的處理部門。⑶突發(fā)水污染事故實(shí)時(shí)處理終端提供水污染處理，包括無線信號(hào)接收及傳輸終端、GPS設(shè)備、PDA (Personal Digital Assistant)設(shè)備,水污染擴(kuò)散處理涉及的相關(guān)的部門根據(jù)專家決策采取相應(yīng)的措施。(W)突發(fā)水污染事故及處理信息匯總歸納模塊提供水污染信息數(shù)據(jù)庫，包括水污染信息和相應(yīng)的處理措施。突發(fā)水污染信息采集船如圖2所示，包括船體、監(jiān)控中心以及安裝在船體上的控制計(jì)算機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、方向舵、變頻器、推進(jìn)單元、水體檢測單元、無線通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星定位裝置、電子羅經(jīng)盤、直流電磁鐵、攝像頭和雷達(dá)；控制計(jì)算機(jī)為一臺(tái)裝有串口擴(kuò)展卡、IO擴(kuò)展卡和圖像采集卡的工控計(jì)算機(jī)；控制計(jì)算機(jī)通過串口連接變頻器，變頻器連接推進(jìn)單元，用以控制變頻器進(jìn)而控制推進(jìn)單元；控制計(jì)算機(jī)通過IO擴(kuò)展卡連接步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)連接方向舵，用以控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)而控制方向舵；控制計(jì)算機(jī)通過串口連接衛(wèi)星定位裝置、電子羅經(jīng)盤和雷達(dá)，用以讀取 衛(wèi)星定位裝置、電子羅經(jīng)盤和雷達(dá)的數(shù)據(jù)；控制計(jì)算機(jī)通過串口連接水體檢測單元，用以控制水體檢測單元工作；控制計(jì)算機(jī)通過圖像采集卡連接攝像頭，用以采集攝像頭的圖像；控制計(jì)算機(jī)通過IO擴(kuò)展卡連接繼電器，繼電器連接直流電磁鐵，用以控制直流電磁鐵工作；控制計(jì)算機(jī)根據(jù)所需檢測的區(qū)域劃分網(wǎng)格，根據(jù)衛(wèi)星定位裝置測量船的位置，并根據(jù)海圖生成巡航路線，船體根據(jù)當(dāng)前的位置確定航向，并控制方向舵工作，使船按事先指定的路線行駛。監(jiān)控中心如圖3所示，包含一個(gè)模擬駕駛臺(tái)，所述模擬駕駛臺(tái)包含控制按鈕、方向盤、檔位、計(jì)算機(jī)和無線網(wǎng)絡(luò)；所述方向盤內(nèi)部有角度傳感器，所述計(jì)算機(jī)通過AD卡連接監(jiān)督傳感器；所述計(jì)算機(jī)通過I/O卡連接檔位；所述計(jì)算機(jī)的網(wǎng)口連無線網(wǎng)絡(luò)。本實(shí)施例的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置方法，流程如圖1所示，按以下步驟進(jìn)行:(-)突發(fā)水污染信息獲取、傳輸及轉(zhuǎn)化:在大型水域中布設(shè)傳感器，通過傳感器監(jiān)控獲取水域突發(fā)污染信息，并由GPS設(shè)備獲取污染地理位置信息，突發(fā)水污染信息采集船獲取信息并進(jìn)行信息集成與轉(zhuǎn)化；(:=)進(jìn)行歷史水污染事故快速查詢和突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬:①進(jìn)行歷史水污染事故快速查詢:歷史水污染事故快速查詢模塊獲取突發(fā)水污染相關(guān)信息，查詢其歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)類型水污染信息，并結(jié)合專家處理意見庫中專家分析結(jié)論，快速判斷突發(fā)水污染是否與某一歷史對(duì)應(yīng)類型水污染相似；②進(jìn)行突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬:在進(jìn)行歷史水污染事故快速查詢的同時(shí)，突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊根據(jù)接收的水污染信息，調(diào)用其水域水質(zhì)擴(kuò)散模型庫中相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散模擬模型進(jìn)行突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬，模擬圖像信息通過VB程序進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)化，并在3維GIS數(shù)字模型中顯示出來；㈢執(zhí)行突發(fā)水污染預(yù)警和處理:①執(zhí)行突發(fā)水污染預(yù)警:突發(fā)水污染預(yù)警模塊在水污染模擬分析結(jié)論基礎(chǔ)上，對(duì)污染可能影響范圍水域內(nèi)居民、工廠和取水口進(jìn)行預(yù)警；②執(zhí)行突發(fā)水污染處理:在突發(fā)水污染預(yù)警的同時(shí)，進(jìn)行突發(fā)水污染處理，根據(jù)步驟㈡查詢結(jié)果，若查詢到相似的某一次歷史水污染事故，則調(diào)用歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)的該次水污染處理預(yù)案快速進(jìn)行突發(fā)水污染處理，若沒有查詢到相似的歷史水污染事故，則進(jìn)行基于3維GIS的突發(fā)水污染實(shí)時(shí)可視化處理；㈣進(jìn)行突發(fā)水污染事故及處理信息匯總歸納:突發(fā)水污染處理結(jié)束之后，對(duì)該次污染事故及處理信息進(jìn)行歸納、分類編排成可查詢、可組合的計(jì)算機(jī)語言信息，并分別存儲(chǔ)于歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫、歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫中，供未來突發(fā)水污染事故查詢使用。步驟(-)中，突發(fā)水污染信息采集船獲取信息具體按以下步驟進(jìn)行:⑴監(jiān)控中心確定所需檢測的區(qū)域的坐標(biāo)和檢測粒度，并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至檢測船的控制計(jì)算機(jī)；⑵計(jì)算機(jī)在GIS軟件的基礎(chǔ)上將所要檢測的區(qū)域根據(jù)粒度分割成網(wǎng)格，網(wǎng)格粒度的大小分為三等:小、中、大；當(dāng)網(wǎng)格粒度為小時(shí)，網(wǎng)格大小為10米*10米；當(dāng)網(wǎng)格粒度為中時(shí)，網(wǎng)格大小為15米*15米；當(dāng)網(wǎng)格粒度為大時(shí)，網(wǎng)格大小為20米*20米；⑶船只根據(jù)網(wǎng)格的劃分，根據(jù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位信息確定當(dāng)前船所在的位置，采用遍歷的方法，初步巡檢網(wǎng)格的先后順序，確保以最短路徑覆蓋這些所需檢測的網(wǎng)格；⑷確定所需監(jiān)測網(wǎng)格的先后順序后，船只根據(jù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位信息和電子羅經(jīng)盤確定船的姿態(tài)，根據(jù)海圖確定駛向下一網(wǎng)格的中心點(diǎn)的最短路徑，控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)整方向舵和控制變頻器調(diào)整推進(jìn)系統(tǒng)的功率，使船只駛向下一網(wǎng)格的中心點(diǎn)；(5)在船只行駛到檢測網(wǎng)格中心點(diǎn)時(shí)，控制計(jì)算機(jī)控制變頻器使推進(jìn)器停止工作，檢測單元采集水樣，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測，檢測的結(jié)果保存在控制計(jì)算機(jī)并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心；(6)船只在行駛過程中，將自身的船速、方向、位置通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心，此外攝像頭拍攝視頻圖像通過視頻編碼器壓縮成數(shù)字視頻流，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心；(7)行駛過程中，雷達(dá)子系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測行駛方向前方，當(dāng)行駛前方有障礙物時(shí)，控制計(jì)算機(jī)控制推進(jìn)器停止工作， 并通過無線網(wǎng)絡(luò)通知監(jiān)控中心；(8)監(jiān)控中心設(shè)有模擬駕駛臺(tái)，當(dāng)按下控制按鈕，監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令至檢測船，模擬駕駛臺(tái)可以接管對(duì)檢測船的控制；模擬駕駛臺(tái)計(jì)算機(jī)顯示海圖、船所在的位置和航向和雷達(dá)反饋的信息，此外還顯示船只攝像機(jī)拍攝的圖像，模擬駕駛臺(tái)包含駕駛方向盤和檔位；當(dāng)模擬駕駛臺(tái)的方向盤被轉(zhuǎn)動(dòng)后，方向盤連接的角度傳感器跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬駕駛臺(tái)的計(jì)算機(jī)的AD采集卡檢測角度傳感器的輸出值，并將方向盤的動(dòng)作通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至檢測船只的控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)方向盤的動(dòng)作，控制船只的方向舵，最終控制船只的前進(jìn)方向；模擬駕駛臺(tái)的檔位分為5擋:高速、中速、低速、停止和后退；控制臺(tái)計(jì)算機(jī)檢測到當(dāng)前檔位后，將檔位信息發(fā)送給檢測船只；檢測船根據(jù)檔位信息控制船只的推進(jìn)器的速度；(9)在船只電力不足時(shí)，船只根據(jù)事先設(shè)在數(shù)據(jù)庫中的信息，自動(dòng)駛向充電點(diǎn)，充電點(diǎn)的充電泊位有一浮筒裝置，可隨水位上下變化，在浮筒上包含充電電極的簧片和一不銹鋼片，船只在?？砍潆姴次粫r(shí)，浮筒的充電簧片與船只的充電電極相連，給船只充電，船只控制計(jì)算機(jī)通過吸合I/O上繼電器給直流電磁鐵的線圈供電，電磁鐵吸合浮筒的不銹鋼片，確保浮筒的充電簧片與船只的充電電極之間的可靠連接；突發(fā)水污染信息采集船通過在水域的特定區(qū)域設(shè)置自動(dòng)充電站，在船電力不足時(shí)，船只可到最近的充電站進(jìn)行充電，確保船只在對(duì)大流域長距離流域的水質(zhì)進(jìn)行調(diào)查有足夠的電力。實(shí)際實(shí)施時(shí)，本實(shí)施例的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置方法，流程如圖4所示，包括以下步驟:㈠建立大型水域本底數(shù)據(jù)庫包括:基礎(chǔ)的地理信息、居民取水口、水域周圍的工廠、水利部門等，為以下步驟中所涉及的監(jiān)測、水污染擴(kuò)散模擬提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并建立歷史水污染事件數(shù)據(jù)庫，為水污染的對(duì)比提供依據(jù)；㈡基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過安裝在水域中固定監(jiān)測點(diǎn)的不同類型的傳感器和RS實(shí)現(xiàn)突發(fā)性水污染的實(shí)時(shí)監(jiān)測狀況，并結(jié)合GPS定位水污染的地理信息；曰監(jiān)測的水污染信息通過實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)到實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫；(四)存儲(chǔ)到實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫一方面通過三維GIS模擬水污染的擴(kuò)散情況，對(duì)水污染所影響的區(qū)域或工廠進(jìn)行預(yù)警； 存儲(chǔ)到實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫另一方面進(jìn)行歷史水污染事故快速查詢分析，查詢的數(shù)據(jù)；(六)步驟五的查詢結(jié)果與歷史水污染事故相似，就直接調(diào)用歷史時(shí)間的處理方案進(jìn)行處理；⑴步驟五中的查詢結(jié)果與歷史水污染事故不相似，則將步驟四中的水污染擴(kuò)散信息進(jìn)行模擬圖像信息的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化；(A)將步驟七中的水污染信息傳遞給專家部門，進(jìn)行突發(fā)水污染的實(shí)時(shí)分析并作出實(shí)時(shí)的決策；(九)處理部門物聯(lián)網(wǎng)接受專家的決策信息，相關(guān)的部門作出相應(yīng)的應(yīng)急處理；(十)將步驟二的水污染信息和步驟八中水污染的應(yīng)急處理信息進(jìn)行匯總、歸納及存儲(chǔ)。實(shí)施例2針對(duì)長江某大型水域突發(fā)溢油事故，具體情勢如圖5所示，具體按以下步驟進(jìn)行:⑴突發(fā)溢油信息獲取、傳輸及轉(zhuǎn)化:由布置在該水域監(jiān)測站的紅外傳感器監(jiān)控獲取水域突發(fā)溢油信息，所獲取的信息主要包括溢油類型、數(shù)量、濃度等，并由GPS設(shè)備獲取溢油事故地理位置信息，獲取的信息以無線信號(hào)形式傳遞給實(shí)時(shí)信息集成轉(zhuǎn)化模塊，進(jìn)行信息集成與轉(zhuǎn)化；⑵進(jìn)行歷史溢油事故快速查詢和突發(fā)溢油擴(kuò)散模擬:①進(jìn)行歷史溢油事故快速查詢:歷史水污染事故快速查詢模塊獲取信息集成轉(zhuǎn)化模塊提供的突發(fā)溢油相關(guān)信息，查詢其歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)類型溢油事故信息，并結(jié)合專家處理意見庫中專家對(duì)該次溢油事故初步分析結(jié)論，快速判斷突發(fā)溢油事故是否與某一歷史對(duì)應(yīng)類型溢油事故相似；②進(jìn)行突發(fā)溢油擴(kuò)散模擬:在進(jìn)行歷史溢油事故快速查詢的同時(shí)，突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊根據(jù)信息集成轉(zhuǎn)化模塊提供的溢油量信息，調(diào)用其水域水質(zhì)擴(kuò)散模型庫中相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散模擬模型進(jìn)行突發(fā)溢油擴(kuò)散模擬，模擬圖像信息通過VB程序進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)化，并在3維GIS數(shù)字模型(DTM)中顯示出來。如圖3為該水域油污染某時(shí)刻模擬擴(kuò)散示意圖，其中:A部分從里到外由黑色到褐色為油層污染中心，B部分從里到外由褐色到為黃色為擴(kuò)散較厚的油層，C部分從里到外由黃色到為透明為較薄的薄膜油層，有示意圖可以較直觀看出油污染的擴(kuò)散情況。⑶執(zhí)行突發(fā)溢油預(yù)警 和處理:
①執(zhí)行突發(fā)溢油事故預(yù)警:突發(fā)水污染預(yù)警模塊在溢油模擬分析結(jié)論基礎(chǔ)上，對(duì)溢油事故可能影響范圍水域內(nèi)居民、工廠、取水口等進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警信息以有線或無線信號(hào)形式傳輸給相關(guān)部門人員，相關(guān)人員根據(jù)獲取的信息進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)急操作；②執(zhí)行突發(fā)溢油處理:在突發(fā)溢油預(yù)警的同時(shí)，進(jìn)行突發(fā)溢油事故處理，根據(jù)步驟
(2)查詢結(jié)果，查詢到相似的某一次歷史溢油事故，則調(diào)用歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)的該次溢油處理預(yù)案快速進(jìn)行突發(fā)溢油事故處理；⑷進(jìn)行突發(fā)溢油事故及處理信息匯總歸納:突發(fā)溢油處理結(jié)束之后,對(duì)該次污染事故及處理信息進(jìn)行歸納、分類編排成可查詢、可組合的計(jì)算機(jī)語言信息，并分別存儲(chǔ)于歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫、歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫中，供未來突發(fā)水污染事故查詢使用。實(shí)施例3長江中上游某大型水域，在流域周圍有很多用取用水工廠。本例主要針對(duì)放射性廢料滲出事故，對(duì)于放射性物質(zhì)排放在水中，如果不及時(shí)處理將會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的，尤其影響周圍工廠的取水用水。水域監(jiān)測點(diǎn)主要布置在水域中心，共布置11個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)，其布置如圖6所示，具體按以下步驟進(jìn)行:⑴信息采集:由布置在該水域中的核輻射傳感器，通過水污染信息采集船采集獲取水域放射性物質(zhì)包括放射性物質(zhì)類型、數(shù)量信息等，并由GPS設(shè)備獲取發(fā)射性事故地理位置信息，并進(jìn)行信息集成與轉(zhuǎn)化；⑵發(fā)射型物質(zhì)擴(kuò)散模擬和預(yù)警:通過信息集成轉(zhuǎn)化后的放射性污染的信息在3維GIS中進(jìn)行污染擴(kuò)散模擬，由于放射性物質(zhì)的危害很大，所以根據(jù)模擬的信息，應(yīng)對(duì)水污染涉及的取水用水部門進(jìn)行水污染預(yù)警；⑶歷史放射性物·質(zhì)事故快速查詢和處理:查詢其歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)類型放射性事故信息，未查詢到與相似的歷史污染事件，則進(jìn)行基于(2)中3維GIS的模擬信息的實(shí)時(shí)可視化處理，通過互聯(lián)網(wǎng)將信息傳給專家實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)，接收該放射性物質(zhì)擴(kuò)散模擬圖像信息，并在三維顯示器終端上實(shí)時(shí)顯示放射性圖像實(shí)時(shí)信息，相關(guān)專家根據(jù)圖像信息實(shí)時(shí)分析做出決策，并通過有線及無線信號(hào)傳輸終端將實(shí)時(shí)決策信息發(fā)布給突發(fā)水污染事故實(shí)時(shí)處理終端，相關(guān)部門和污染處理人員接收專家決策信息，及時(shí)快速采取相應(yīng)的應(yīng)急處理措施；⑷放射性事故信息存儲(chǔ):放射性污染處理結(jié)束之后，將放射性污染的信息和決策信息并分別存儲(chǔ)于歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫、歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫中，供未來突發(fā)水污染事故查詢使用。實(shí)施例4針對(duì)大型水域城市污水排放，如圖7所示:將PH值傳感器、溶解氧傳感器和重金屬傳感器主要設(shè)置在水域周圍易排放污水的工廠，當(dāng)污水排放的污水水質(zhì)超標(biāo)時(shí)，通過傳感器和水污染信息采集船獲取污水排放量的信息，并由GPS設(shè)備獲取發(fā)射性事故地理位置信息，并進(jìn)行信息集成與轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化后的污水信息在3維GIS中進(jìn)行污染擴(kuò)散模擬，根據(jù)模擬的信息對(duì)取水用水部門進(jìn)行水污染預(yù)警。同時(shí)，查詢其歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)類型放射性事故信息，查詢到與歷史事件相似，直接調(diào)用歷史事件的處理方案。污染處理結(jié)束之后，將水污染的信息存儲(chǔ)于歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫，完善突發(fā)性水污染信息庫。如圖7為該水域生活污水排放某時(shí)刻模擬擴(kuò)散示意圖，由模擬圖可以清晰看到污水?dāng)U散的情況。實(shí)施例5針對(duì)大型水域有害化學(xué)物質(zhì)泄漏，如圖8所示:通常在大型水域中經(jīng)常發(fā)生劇毒農(nóng)藥和有毒有害化學(xué)物質(zhì)泄漏事故，其中氰化鉀、硫砷化物等超標(biāo)排放會(huì)造成很嚴(yán)重的后果。將化學(xué)傳感器設(shè)置在水域水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)，由于該水域周圍有一些工廠，所以在水域周圍應(yīng)設(shè)置傳感器監(jiān)測點(diǎn)，并在水域中央設(shè)置傳感器監(jiān)測站點(diǎn)，如圖8所示，其中水域周圍的傳感器站點(diǎn)有10個(gè)，水域中央有傳感器站點(diǎn)17個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)。通過傳感器獲取有害化學(xué)物質(zhì)排放的信息，結(jié)合水污染信息采集船采集分析有害化學(xué)物質(zhì)的種類和數(shù)量，并由GPS設(shè)備獲取事故地理位置信息，并進(jìn)行信息集成與轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化后的水污染信息在3維GIS中進(jìn)行污染擴(kuò)散模擬，根據(jù)模擬的信息對(duì)取水用水部門進(jìn)行水污染預(yù)警。同時(shí)，查詢其歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)類型放射性事故信息，查詢到與歷史事件不相似，水污染擴(kuò)散模擬信息進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化處理，并通過互聯(lián)網(wǎng)將信息傳給專家部門，相關(guān)專家根據(jù)圖像信息實(shí)時(shí)分析做出決策，并通過有線及無線信號(hào)傳輸終端將實(shí)時(shí)決策信息發(fā)布給突發(fā)水污染事故實(shí)時(shí)處理終端，相關(guān)部門和污染處理人員接收專家決策信息，及時(shí)快速采取相應(yīng)的應(yīng)急處理措施。污染處理結(jié)束之后，將水污染信息和決策信息并分別存儲(chǔ)于歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫、歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫中，供未來突發(fā)水污染事故查詢使用。

除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)，其特征在于:包括突發(fā)水污染信息采集及傳輸模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成轉(zhuǎn)化模塊、歷史水污染事故快速查詢模塊、突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊、突發(fā)水污染事故預(yù)警模塊、歷史水污染事故方案執(zhí)行模塊、模擬圖像信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化及傳輸模塊，專家實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)、突發(fā)水污染事故實(shí)時(shí)處理終端和突發(fā)水污染事故及處理信息匯總歸納模塊； 所述突發(fā)水污染信息采集及傳輸模塊，包括無線傳感器和突發(fā)性水污染信息采集船，用于動(dòng)態(tài)采集突發(fā)水污染相關(guān)信息，并把采集的信息傳輸至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成轉(zhuǎn)化模塊； 所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成轉(zhuǎn)化模塊，用于將采集的水污染信息轉(zhuǎn)化成需要的數(shù)據(jù)形式，包括用于歷史水污染查詢分析的數(shù)據(jù)形式和污染擴(kuò)散模擬的數(shù)據(jù)形式； 所述歷史水污染事故快速查詢模塊，用于在歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫中快速查詢分析與突發(fā)水污染相一致的結(jié)果； 所述突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊，用于對(duì)突發(fā)水污染進(jìn)行擴(kuò)散模擬，并在3維GIS中可視化顯示出來； 所述突發(fā)水污染事故預(yù)警模塊，用于對(duì)污染可能影響范圍水域內(nèi)居民、工廠主取水口進(jìn)行預(yù)警，避免突發(fā)水污染事故對(duì)相關(guān)居民造成危害，促使相關(guān)工廠和部門及時(shí)采取預(yù)防措施，避免污染進(jìn)一步·擴(kuò)大； 所述歷史水污染事故方案執(zhí)行模塊，用于經(jīng)過歷史水污染事故查詢分析得到與突發(fā)水污染事故相一致的結(jié)果進(jìn)，執(zhí)行該歷史水污染處理方案； 所述模擬圖像信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化及傳輸模塊，用于經(jīng)過歷史水污染事故查詢分析得到與突發(fā)水污染事故不一致的結(jié)果時(shí)，將經(jīng)過3維GIS顯示的水污染實(shí)時(shí)擴(kuò)散圖像信息轉(zhuǎn)化并傳遞給專家實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)； 所述專家實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)，包括三維可視化的顯示器終端、模擬圖像信息接收設(shè)備、有線及無線信號(hào)傳輸終端，用于接收水污染擴(kuò)散實(shí)時(shí)信息，經(jīng)過專家實(shí)時(shí)分析做出決策，并通過有線及無線信號(hào)傳輸終端將實(shí)時(shí)決策信息發(fā)布出去； 所述突發(fā)水污染事故實(shí)時(shí)處理終端，包括無線信號(hào)接收及傳輸終端、GPS設(shè)備和PDA設(shè)備，用于相關(guān)部門和污染處理人員接收專家決策信息，及時(shí)快速采取相應(yīng)的應(yīng)急處理措施，并實(shí)時(shí)傳遞處理信息至專家實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)； 所述突發(fā)水污染事故及處理信息匯總歸納模塊，用于將水污染信息包括水域水污染監(jiān)測信息、專家部門關(guān)于水污染決策信息和事故處理終端的發(fā)送的處理完成信息，分類歸納并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫構(gòu)成預(yù)案。
2.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)，其特征在于:所述突發(fā)水污染信息采集船包括船體、監(jiān)控中心以及安裝在船體上的控制計(jì)算機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、方向舵、變頻器、推進(jìn)單元、水體檢測單元、無線通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星定位裝置、電子羅經(jīng)盤、直流電磁鐵、攝像頭和雷達(dá)；所述控制計(jì)算機(jī)為一臺(tái)裝有串口擴(kuò)展卡、IO擴(kuò)展卡和圖像采集卡的工控計(jì)算機(jī)；所述控制計(jì)算機(jī)通過串口連接變頻器，所述變頻器連接所述推進(jìn)單元，用以控制變頻器進(jìn)而控制推進(jìn)單元；所述控制計(jì)算機(jī)通過IO擴(kuò)展卡連接所述步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)連接所述方向舵，用以控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)而控制方向舵；所述控制計(jì)算機(jī)通過串口連接衛(wèi)星定位裝置、電子羅經(jīng)盤和雷達(dá)，用以讀取衛(wèi)星定位裝置、電子羅經(jīng)盤和雷達(dá)的數(shù)據(jù)；所述控制計(jì)算機(jī)通過串口連接所述水體檢測單元，用以控制所述水體檢測單元工作；所述控制計(jì)算機(jī)通過圖像采集卡連接所述攝像頭，用以采集所述攝像頭的圖像；所述控制計(jì)算機(jī)通過IO擴(kuò)展卡連接繼電器，所述繼電器連接所述直流電磁鐵，用以控制直流電磁鐵工作； 所述控制計(jì)算機(jī)根據(jù)所需檢測的區(qū)域劃分網(wǎng)格，根據(jù)衛(wèi)星定位裝置測量船的位置，并根據(jù)海圖生成巡航路線，船體根據(jù)當(dāng)前的位置確定航向，并控制方向舵工作，使船按事先指定的路線行駛； 所述監(jiān)控中心包含一個(gè)模擬駕駛臺(tái)，所述模擬駕駛臺(tái)包含控制按鈕、方向盤、檔位、計(jì)算機(jī)和無線網(wǎng)絡(luò)；所述方向盤內(nèi)部有角度傳感器，所述計(jì)算機(jī)通過AD卡連接監(jiān)督傳感器；所述計(jì)算機(jī)通過I/O卡連接檔位；所述計(jì)算機(jī)的網(wǎng)口連無線網(wǎng)絡(luò)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)，其特征在于:所述歷史水污染事故快速查詢模塊包括相關(guān)專家處理決策意見庫、歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫和歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫；所述歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫包括歷史各次水污染發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、污染種類、污染物數(shù)量和案情簡要描述信息；所述歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫包括歷史各次水污染處理方案流程和各相關(guān)部門聯(lián)系方式信息。
4.如權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)，其特征在于:所述突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊包括水域空間數(shù)據(jù)庫、水域?qū)傩詳?shù)據(jù)庫和水域水質(zhì)擴(kuò)散模型庫；所述水域空間和屬性數(shù)據(jù)庫，用于建立基于3維GIS的水域3維可視化模型；所述水域水質(zhì)擴(kuò)散模型庫，用于對(duì)突發(fā)水污染事故進(jìn)行污染擴(kuò)散模擬，并通過VB程序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和轉(zhuǎn)換，在3維GI S中可視化顯示出來。
5.基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置方法，其特征在于:按以下步驟進(jìn)行: (-)突發(fā)水污染信息獲取、傳輸及轉(zhuǎn)化:在大型水域中布設(shè)傳感器，通過傳感器監(jiān)控獲取水域突發(fā)污染信息，并由GPS設(shè)備獲取污染地理位置信息，突發(fā)水污染信息采集船獲取信息并進(jìn)行信息集成與轉(zhuǎn)化； (二)進(jìn)行歷史水污染事故快速查詢和突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬: ①進(jìn)行歷史水污染事故快速查詢:歷史水污染事故快速查詢模塊獲取突發(fā)水污染相關(guān)信息，查詢其歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)類型水污染信息，并結(jié)合專家處理意見庫中專家分析結(jié)論，快速判斷突發(fā)水污染是否與某一歷史對(duì)應(yīng)類型水污染相似； ②進(jìn)行突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬:在進(jìn)行歷史水污染事故快速查詢的同時(shí)，突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊根據(jù)接收的水污染信息，調(diào)用其水域水質(zhì)擴(kuò)散模型庫中相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散模擬模型進(jìn)行突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬，模擬圖像信息通過VB程序進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)化，并在3維GIS數(shù)字模型中顯示出來； ㈢執(zhí)行突發(fā)水污染預(yù)警和處理: ①執(zhí)行突發(fā)水污染預(yù)警:突發(fā)水污染預(yù)警模塊在3維GIS模擬水污染擴(kuò)散的基礎(chǔ)上，對(duì)污染可能影響范圍水域內(nèi)居民、工廠和取水口進(jìn)行預(yù)警； ②執(zhí)行突發(fā)水污染處理:在突發(fā)水污染預(yù)警的同時(shí)，進(jìn)行突發(fā)水污染處理，根據(jù)步驟(二)查詢結(jié)果，若查詢到相似的某一次歷史水污染事故，則調(diào)用歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)的該次水污染處理預(yù)案快速進(jìn)行突發(fā)水污染處理，若沒有查詢到相似的歷史水污染事故，則進(jìn)行基于3維GIS的突發(fā)水污染實(shí)時(shí)可視化處理； (四)進(jìn)行突發(fā)水污染事故及處理信息匯總歸納:突發(fā)水污染處理結(jié)束之后，對(duì)該次污染事故及處理信息進(jìn)行歸納、分類編排成可查詢、可組合的計(jì)算機(jī)語言信息，并分別存儲(chǔ)于歷史水污染信息數(shù)據(jù)庫、歷史水污染事故處理預(yù)案數(shù)據(jù)庫中，供未來突發(fā)水污染事故查詢使用。
6.如權(quán)利要求5所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置方法，其特征在于:所述步驟(-)中，突發(fā)水污染信息采集船獲取信息具體按以下步驟進(jìn)行: ⑴監(jiān)控中心確定所需檢測的區(qū)域的坐標(biāo)和檢測粒度，并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至檢測船的控制計(jì)算機(jī)； ⑵計(jì)算機(jī)在GIS軟件的基礎(chǔ)上將所要檢測的區(qū)域根據(jù)粒度分割成網(wǎng)格，網(wǎng)格粒度的大小分為三等:小、中、大；當(dāng)網(wǎng)格粒度為小時(shí)，網(wǎng)格大小為10米*10米；當(dāng)網(wǎng)格粒度為中時(shí)，網(wǎng)格大小為15米*15米；當(dāng)網(wǎng)格粒度為大時(shí)，網(wǎng)格大小為20米*20米； ⑶船只根據(jù)網(wǎng)格的劃分，根據(jù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位信息確定當(dāng)前船所在的位置，采用遍歷的方法，初步巡檢網(wǎng)格的先后順序，確保以最短路徑覆蓋這些所需檢測的網(wǎng)格； ⑷確定所需監(jiān)測網(wǎng)格的先后順序后，船只根據(jù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位信息和電子羅經(jīng)盤確定船的姿態(tài)，根據(jù)海圖確定駛向下一網(wǎng)格的中心點(diǎn)的最短路徑，控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)整方向舵和控制變頻器調(diào)整推進(jìn)系統(tǒng)的功率，使船只駛向下一網(wǎng)格的中心點(diǎn)； (5)在船只行駛到檢測網(wǎng)格中心點(diǎn)時(shí)，控制計(jì)算機(jī)控制變頻器使推進(jìn)器停止工作，檢測單元采集水樣，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測，檢測的結(jié)果保存在控制計(jì)算機(jī)并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心； (6)船只在行駛過程中，將自身的船速、方向、位置通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心，此外攝像頭拍攝視頻圖像通過視頻編碼器壓縮成數(shù)字視頻流，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心； (7)行駛過程中，雷達(dá)子系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測行駛方向前方，當(dāng)行駛前方有障礙物時(shí)，控制計(jì)算機(jī)控制推進(jìn)器停止工作，并通過無線網(wǎng)絡(luò)通知監(jiān)控中心； (8)監(jiān)控中心設(shè)有模擬駕駛臺(tái)，當(dāng)按下控制按鈕，監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制命令至檢測船，模擬駕駛臺(tái)可以接管對(duì)檢測船的控制；模擬駕駛臺(tái)計(jì)算機(jī)顯示海圖、船所在的位置和航向和雷達(dá)反饋的信息，此外還顯示船只攝像機(jī)拍攝的圖像，模擬駕駛臺(tái)包含駕駛方向盤和檔位；當(dāng)模擬駕駛臺(tái)的方向盤被轉(zhuǎn)動(dòng)后，方向盤連接的角度傳感器跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬駕駛臺(tái)的計(jì)算機(jī)的AD采集卡檢測角度傳感器的輸出值，并將方向盤的動(dòng)作通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至檢測船只的控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)方向盤的動(dòng)作，控制船只的方向舵，最終控制船只的前進(jìn)方向；模擬駕駛臺(tái)的檔位分為5擋:高速、中速、低速、停止和后退；控制臺(tái)計(jì)算機(jī)檢測到當(dāng)前檔位后，將檔位信息發(fā)送給檢測船只；檢測船根據(jù)檔位信息控制船只的推進(jìn)器的速度； ⑶在船只電力不足時(shí)，船只根據(jù) 事先設(shè)在數(shù)據(jù)庫中的信息，自動(dòng)駛向充電點(diǎn)，充電點(diǎn)的充電泊位有一浮筒裝置，可隨水位上下變化，在浮筒上包含充電電極的簧片和一不銹鋼片，船只在?？砍潆姴次粫r(shí)，浮筒的充電簧片與船只的充電電極相連，給船只充電，船只控制計(jì)算機(jī)通過吸合I/O上繼電器給直流電磁鐵的線圈供電，電磁鐵吸合浮筒的不銹鋼片，確保浮筒的充電簧片與船只的充電電極之間的可靠連接。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)和方法，包括突發(fā)水污染信息采集及傳輸模塊，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成轉(zhuǎn)化模塊，歷史水污染事故快速查詢模塊，突發(fā)水污染擴(kuò)散模擬模塊，突發(fā)水污染事故預(yù)警模塊，突發(fā)水污染處理信息發(fā)布模塊，歷史水污染事故方案執(zhí)行模塊，模擬圖像信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化及傳輸模塊，專家實(shí)時(shí)決策及信息發(fā)布平臺(tái)，突發(fā)水污染事故實(shí)時(shí)處理終端，和突發(fā)水污染事故及處理信息匯總歸納模塊。本發(fā)明在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上結(jié)合3S技術(shù)形成一套完整的大型水域突發(fā)水污染應(yīng)急處置系統(tǒng)，從監(jiān)測、預(yù)警、決策到信息反饋，提供一種可實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程、全方位的突發(fā)性水污染處理系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04L29/08GK103236020SQ201310124980
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者戴會(huì)超, 吳丹鳳, 柯云, 毛勁喬, 戴凌全, 張鴻清, 何鐵軍, 吳建華 申請(qǐng)人:戴會(huì)超