地表水检测预警预报功能系统

来源:http://www.shuizhifenxi.com/ 作者:余氯检测仪 时间:2018-08-06

  结合科研课题,在福建省现有地表水监控平台上拓展开发了闽江流域水环境预警预报功能。通过收集大量的闽江流域基础地理信息数据和历年水环境监测数据,并结合当前环境管理工作需要,对水质变化影响指标和预警实现功能进行了深入地分析研究,在此基础上,通过平台软件设计,增加实时小时值预警、未达考核目标预警、水质下降预警、水质趋势预警等功能,直观地在平台上警示,为各地提前预防污染事件和整治目标实现提供了有力的技术支持。

  1引言

  闽江是福建省第一大河,全长541 km,流经三明、南平、福州等地级市,涉及30多个县(市、区)。流域面积约60992 km2,占全省面积的1/2。流域内经济社会发展在全省占有举足轻重的地位。为实时掌握闽江水环境质量和变化趋势,提高预警预报能力,福建省从2003年起启动水质自动站建设,目前闽江流域已建有39座水质自动站,占全省的近1/2。水站建成并投入运行后,对掌握水环境变化和污染预警,发挥了积极的作用。但从目前全省地表水监控平台预警功能来看,只能实时显示水质达标情况,缺乏进一步分析预判功能,预警功能单一,服务功能不显著。基于这种情况,通过省环保厅课题,联合福州、南平、三明监测站和聚光(杭州)科技有限公司科研人员,在现有省地表水监控平台上拓展开发闽江流域水环境预警预报功能。

  2拓展预警功能研究

  该课题研究开发主要是在现有全省地表水监控平台上拓展开发闽江流域水环境预警预报功能。增加的功能有实时小时值预警、未达考核目标预警、水质下降预警、水质趋势预警等。课题组通过收集大量的闽江流域基础地理信息数据和历年水环境监测数据,结合当前环境管理工作需要,利用SPSS统计软件,统计不同断面不同指标的浓度值范围,以及研究影响水质的各种因素,对不同断面提出不同的预警值,并建立适合闽江流域水质预警预报模式。

  2.1实时小时值预警

  通过课题研究确定了各水站断面对不同预警指标设置不同预警值和次数,基于现有的全省地表水水质自动监控平台,对水质监控平台中采集的实时小时数据,根据所构建的水质预警指标体系及规则,平台进行自动预警判断,并对预警指标超过预警设置值的,在平台上出具预警单。当地接警人员可对预警单进行查看,并派发有关部门对预警内容进行排查,在规定的时间内在平台预警单上进行反馈,供各级环境管理部门查询。

  2.2未达考核目标预警

  为加强流域水环境保护工作,全省近几年提出河长制,即各级政府主要负责人对当地水环境质量负责并进行年度考核。因此对照闽江流域各个水质考核断面的水质考核要求,对当年累计至今的水质类别不达考核目标的断面,系统会提前给出预警,并指出其影响水质的主要指标,供当地政府提前预防或整治。

  2.3水质下降预警

  按当年水质不能低于往年水质质量的原则,对各水站当年累计至今水质各污染物浓度均值较去年浓度均值升高(或变差)的指标进行预警。同时还对综合系数升高的水站进行预警,并指出水质下降指标及变化幅度。

  2.4断面和河段趋势预警

  平台基于时间序列模型,神经网络模型建立的水质预警预报数学模型,研究率定模型有关参数,对闽江流域主要河段及所有水站断面的水质进行预测,对预测的结果依据事先设定的预警规则提出预警。

  3平台预警功能设计与实现

  3.1运行环境设计

  该课题涉及的主要应用与现有的自动水站监控平台息息相关,从用户操作的统一与一致性出发,将该课题的应用直接集成到现有的自动水站监控平台中。从而本平台运行环境直接使用已有监控平台的�\行环境,只需另外配置一台模型服务器,用于水质预测后台计算。

  模型服务器使用Linux ( ≥Kenerl 2.6.3 )操作系统,同时支持Python 2.7及以上。

  3.2平台总体架构

  整个平台从架构层次上主要划分为智能感知层、基础设施层、数据资源层、平台服务层、应用软件层。详见图1。

  3.3关键技术

  3.3.1基于SOA进行系统设计,建立平台统一服务总线

  考虑到闽江流域水环境管理业务的灵活性和可扩展性,由于各种政策、规定和部门职能范围经常调整,系统的业务功能和业务流程也会经常发生改变,平台建设应该考虑如何对新的业务需求做出及时和快速响应的问题;另外,平台与其它系统存在大量的信息关联,要进行信息及数据的交换,平台建设需要考虑在异构的系统间进行交互和协作的问题。

  面向服务体系架构(Service-Oriented Architecture,SOA)是一种IT体系结构样式,采用“松散耦合”的应用程序组件,基于这种松散耦合的特性,将服务合为各种应用程序。SOA支持将数据应用作为链接服务或可重复的任务进行集成,在需要时通过网络访问这些服务和任务。各服务启动时都进行服务自注册,将自身的服务注册到系统的服务总线上。由服务总线将所有服务串在一起,统一管理,对外提供服务。各功能模块之间需要交换时,通过服务总线进行服务查找、服务调用。这样各功能模块之间实现了松耦合,并能在不影响其他模块的前提下,对新需求功能进行服务扩展。

  3.3.2基于XML的数据交换规范

  XML(eXtensible Markup Language,可扩展置标语言)是由W3C(World Wide Web Consortium,互联网联合组织)于1998年2月发布的一种标准,它是一种数据交换格式,允许在不同的系统或应用程序之间交换数据,通过一种网络化的处理机构来遍历数据,每个网络节点存储或处理数据并且将结果传输给相邻的节点。它是一组用于设计数据格式和结构的规则和方法,易于生成便于不同的计算机和应用程序读取的数据文件。

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