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专利号: 2025104699668
申请人: 成都通星达环保工程有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于水环境监测信息的综合分析系统,其特征在于:包括水环境数据采集模块、水环境数据处理模块、时空动态建模模块、污染物扩散模拟模块、风险评估与决策支持模块和迭代反馈模块;

水环境数据采集模块采集河流段内多个监测点的水质参数数据和地形数据,组成水环境数据集合W;

水环境数据处理模块对水环境数据集合W进行预处理,获取预处理后的水环境标准数据组C;

时空动态建模模块对水环境标准数据组C建立污染物扩散模型,计算污染物的空间分布与时间变化,获取预测浓度特征向量P;

污染物扩散模拟模块对获取的预测浓度特征向量P使用流体力学模型推算污染物在不同时间和空间中的分布,输出污染物的扩散特征向量D;

风险评估与决策支持模块通过预设的水质风险阈值R,与扩散特征向量D进行遍历匹配,生成污染治理建议方案;

迭代反馈模块根据污染治理建议方案内容在固定周期后收集污染治理建议方案的反馈结果,并根据反馈结果进行迭代优化污染治理建议方案的生成。

2.根据权利要求1所述的一种基于水环境监测信息的综合分析系统,其特征在于:水环境数据采集模块包括水质数据采集单元和环境地形采集单元;

水质数据采集单元通过在固定河流段内部署多个监测点,通过每个监测点集成的多个水质传感器和水流速率传感器,实时采集水质参数数据;

水质传感器包括pH传感器、溶解氧传感器、浑浊度传感器、氨氮传感器、总磷传感器、水温传感器和电导率传感器;

水质参数数据包括水体酸碱度pH、溶解氧浓度DO、氨氮浓度NH3‑N、总磷浓度TP、水体浑浊度TU、水流速度V、水温T和电导率EC,并标记水质参数数据的位置x和时间t,获取位置x和时间t的水体酸碱度pH(x,t)、溶解氧浓度DO(x,t)、氨氮浓度NH3‑N(x,t)、总磷浓度TP(x,t)、水体浑浊度TU(x,t)、水流速度V(x,t)、水温T(x,t)和电导率EC(x,t)。

3.根据权利要求2所述的一种基于水环境监测信息的综合分析系统,其特征在于:环境地形采集单元用于收集监测点区域河流段的地形数据,并与水质参数数据进行整合,组成水环境数据集合W;

地形数据通过卫星遥感和地面激光扫描监测点区域河流段,获取监测点区域河流段的水流路径K、底床水流坡度变化率S和水体深度H。

4.根据权利要求3所述的一种基于水环境监测信息的综合分析系统,其特征在于:水环境数据处理模块包括预处理单元;

预处理单元对水环境数据集合W进行预处理,包括去噪预处理、缺失值填补预处理和数据标准化预处理,获取预处理后的水环境标准数据组C;

去噪预处理通过使用低通滤波器对水环境数据集合W进行去噪预处理;

缺失值填补预处理通过使用线性插值方法对去噪预处理后的水环境数据集合W进行填补缺失值;

数据标准化预处理通过使用Z‑score标准化方法对缺失值填补预处理后的水环境数据集合W进行数据标准化。

5.根据权利要求4所述的一种基于水环境监测信息的综合分析系统,其特征在于:时空动态建模模块包括污染物扩散建模单元和时间变化预测单元;

染物扩散建模单元基于水环境标准数据组C建立污染物扩散模型,通过污染物扩散模型模拟河流段的动态三维模型,并通过数值解法求解污染物扩散方程,模拟水环境标准数据组C中第p种污染物浓度Cp在污染物扩散模型中的空间分布以及随时间变化的过程;

其中,污染物浓度Cp包括水体酸碱度pH(x,t)、溶解氧浓度DO(x,t)、氨氮浓度NH3‑N(x,t)、总磷浓度TP(x,t)、水体浑浊度TU(x,t)和电导率EC(x,t);

其中,污染物扩散方程的具体为偏微分方程的结构:

式中, 表示时间变化项,具体表示在位置x处时间t的污染物浓度Cp(x,t)随时间变化的速度,Cp(x,t)表示在位置x处时间t的污染物浓度,v(x)*▽Cp(x,t)表示对流项,具体表示在位置x处时间t的污染物浓度Cp(x,t)随水流的运动带到相邻位置,v(x)表示水流的速度向量,具体表示在位置x处水流的流动方向和速率,▽Cp(x,t)表示在位置x处时间t的污染物浓度Cp(x,t)的梯度,具体表示在位置x处时间t的污染物浓度Cp(x,t)随空间位2

置变化的速率,D▽Cp(x,t)表示扩散项,具体表示在位置x处时间t的污染物浓度Cp(x,t)2

在水体中的自然扩散过程,D表示扩散系数,具体表示污染物在水体中的扩散速率,▽ Cp(x,t)表示在位置x处时间t的污染物浓度Cp(x,t)的拉普拉斯算子,Rp表示第p种污染物浓度的污染源强度,具体为预设的常数,具体数值由用户设定,表示偏导数符号。

6.根据权利要求5所述的一种基于水环境监测信息的综合分析系统,其特征在于:时间变化预测单元基于污染物扩散模型计算污染物浓度Cp的时间变化,预测第p种污染物浓度Cp在未来不同时间点的浓度变化情况,并通过整合污染物浓度Cp中不同污染物在时间t+△t时的污染物浓度Cp(x,t+△t),获取预测浓度特征向量P;

其中,△t表示时间步长,具体表示时间t到时间t+△t的时间间隔;

时间t+△t时的污染物浓度Cp(x,t+△t)通过以下有限差分法公式进行预测:

7.根据权利要求6所述的一种基于水环境监测信息的综合分析系统,其特征在于:污染物扩散模拟模块包括扩散初始化单元和扩散过程计算单元;

扩散初始化单元基于流体力学参数,流体力学参数包括水流路径K、底床水流坡度变化率S、水体深度H、水流速度V(x,t)和水温T(x,t),获取扩散系数K(x,t),反映了不同污染物在水体中的扩散能力;

扩散系数K(x,t)通过以下计算公式获取:

式中,K0表示基础扩散系数。

8.根据权利要求7所述的一种基于水环境监测信息的综合分析系统,其特征在于:扩散过程计算单元基于获取的扩散系数K(x,t)与预测浓度特征向量P进行结合,污染物的扩散特征向量D,反映污染物的传播的速度和范围以及峰值和变化趋势;

所述扩散特征向量D通过以下计算公式获取:

式中,n表示预测浓度特征向量P的长度,i表示预测浓度特征向量P中第i个下标。

9.根据权利要求8所述的一种基于水环境监测信息的综合分析系统,其特征在于:风险评估与决策支持模块包括污染建议生成单元;

污染建议生成单元通过预设的水质风险阈值R,与扩散特征向量D中每个下标对应的特征向量进行匹配,获取第d个下标的匹配结果,并根据匹配结果生成污染治理建议方案;

扩散特征向量D中第d个下标对应的特征向量≥水质风险阈值R两倍时,获取匹配结果为预警结果,生成预警污染治理建议方案,提取第d个下标对应的特征向量,填充预设的预警通知模版中,并发送至相关环保部门进行提示关注,同步填充预设的污染检测模版中,发送相关检测部门处理任务列表中置顶等待处理;

扩散特征向量D中第d个下标对应的特征向量≥水质风险阈值R时,获取匹配结果为不合格结果,生成污染治理建议方案,提取第d个下标对应的特征向量,填充预设的污染检测模版中,发送相关检测部门处理任务列表中等待处理;

扩散特征向量D中第d个下标对应的特征向量<水质风险阈值R时,获取匹配结果为合格结果,不生成污染治理建议方案。

10.根据权利要求9所述的一种基于水环境监测信息的综合分析系统,其特征在于:迭代反馈模块包括反馈验证模块;

反馈验证模块根据污染治理建议方案内容在固定周期后收集污染治理建议方案的反馈结果,包括对第d个下标对应的特征向量的验证结果,当第d个下标对应的特征向量存在异常时,标记现场反馈结果指数Fs=1,当第d个下标对应的特征向量不存在异常时,标记现场反馈结果指数Fs=0,并根据现场反馈结果指数Fs的状态进行触发迭代优化污染治理建议方案的生成;

触发迭代优化污染治理建议方案的生成通过以下状态对比方式获取:

当现场反馈结果指数Fs=1时,获取不触发迭代优化污染治理建议方案;

当现场反馈结果指数Fs=0时,获取触发迭代优化污染治理建议方案,包括迭代优化污染物扩散模型和扩散系数K(x,t)。