一种流域水生态安全监控预警平台及其预警方法
【专利摘要】本发明是一种流域水生态安全监控预警平台及其预警方法，涉及流域水生态安全领域。该平台包括：从数据监测模块开始，信息预处理模块、指标体系管理模块、模型管理模块、水生态综合评价模块、风险评估预警模块、风险预案管理模块依次单向通信连接。本发明解决了现有流域监测方法效率低、实时性差和无法适应目前对水质进行监测预警的要求的问题。
【专利说明】一种流域水生态安全监控预警平台及其预警方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及流域水生态安全领域，尤其涉及一种流域水生态安全监控预警平台及其预警方法。
【背景技术】
[0002]流域是一类复杂的自然地理区域，它是以地表水和地下水为主要纽带，密切连接特定区域水循环、土地覆被、生态系统等自然支撑系统和人口、经济与社会等社会经济系统的综合生态地域系统。
[0003]现有的相关技术中，常常采用水质监测设备监测某个流域监测区域的水质情况，具体为:由工作人员从流域监测区域取出一定量的水样，然后采用水质分析设备对取出的水样进行分析，从而判断监测区域的水质情况。该种方法具有效率低和实时性差的问题，无法适应目前对水质进行监测预警的要求。
[0004]流域水生态风险评价是流域水环境管理急需解决的难题和研究热点，与传统风险管理的主要不同点在于流域的异质性和复合污染问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种流域水生态安全监控预警平台及其预警方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
[0006]为了实现上述目的，本发明的一种流域水生态安全监控预警平台，该平台包括:从数据监测模块开始，信息预处理模块、指标体系管理模块、模型管理模块、水生态综合评价模块、风险评估预警模块、风险预案管理模块依次单向通信连接；
[0007]所述数据监测模块:负责从遥感卫星获取流域被监测区域的实时监测数据；
[0008]所述信息预处理模块:将所述实时监测数据进行解译和反演，得到能够表征所述流域监测区域水生态安全状况的表征数据；
[0009]所述指标体系管理模块:对接收到的所述实时监测数据进行权重值计算，获得所述实时监测数据的权重值；
[0010]所述模型管理模块的功能是:与预先设定的指标权重阈值进行比较分析，获取所述流域被监测区进行预警管理和分析；
[0011]所述水生态综合评价模块:展示和查询所述流域被监测区域的数据并获取所述流域被监测区域的风险源；
[0012]所述风险评估预警模块:筛选并确定所述风险源的潜在风险区域，依据得到的所述风险源及其潜在风险区域，结合能够表征风险源的遥感指数指标，构建水生态风险概率指数模型、水生态损失度指数模型以及面向评价单元的水生态风险综合指数模型，然后对所述流域被监测区域的水生态风险进行模拟；
[0013]所述风险预案管理模块:根据所述风险评估预警模块得到的模拟结果判断所述风险源是否为重大风险源，进行备案后，做出处理决策。
[0014]优选地，所述数据监测模块包括:数据采集器，所述数据采集器与卫星通过遥感通信方式进行双向通信。
[0015]优选地，所述信息预处理模块包括:遥感卫星监测数据单元、内部系统单元、系统案例数据单元；
[0016]所述遥感卫星监测数据单元，采用遥感卫星对流域被监测区域进行监测并获得监测数据传送给所述内部系统单元；
[0017]所述内部系统单元，根据内部系统的程序设置，对所述遥感卫星传递过来的数据进行分析并提取表征流域水生态安全的参数；
[0018]所述系统案例数据单元，在历史数据和历史数据分析的基础上，对所述表征流域水生态安全的参数进行分析，并将获得数据结果发送给所述指标体系管理模块。
[0019]优选地，所述指标体系管理模块包括:遥感基础数据指标单元、安全评价指标单元、风险评价指标单元、阈值单元和权值单元；
[0020]所述安全评价指标单元,根据所述遥感基础数据指标单元提供的指标,筛选出能够表征流域水生态安全现状的评价指标体系；
[0021]所述风险评价指标单元，对安全评价指标单元提供的流域水生态安全评价指标体系进行进一步分析和筛选，确定能够表征流域水生态风险水平的评价指标；
[0022]所述阈值单元，确定风险评价指标单元提供的风险评价指标的阈值范围；
[0023]所述权值单元，提供流域水生态风险水平评价指标的权重值。
[0024]优选地，所述模型管理模块包括:专家模型统一管理单元、流域水生态安全监控与预警模型和模型参数设置单元；
[0025]专家模型统一管理单元，负责如果被监控流域的水生态安全状况出现问题，专家模型统一管理单元可将不同专家对该问题的分析结果进行综合，筛选并确定合适的流域水生态安全响应模型；
[0026]流域水生态安全监控与预警模型，确定流域区域的关键致污因子和预警阀值。
[0027]优选地,所述水生态综合评价模块包括:查询展示单元和综合评价单元；
[0028]查询展示单元，负责展示所述流域被监测区域的当前数据和查询历史数据；
[0029]综合评价单元,对所述查询展示单元提供的流域被监测区域的当前数据进行综合评价，得到潜在风险源。
[0030]优选地，所述风险评估预警模块包括:风险源管理单元、敏感点管理单元、风险动态模拟单元、风险分布图单元、风险预警单元和风险评估报告单元；
[0031]所述风险源管理单元，对所述潜在风险源进行筛选和分类管理；
[0032]所述敏感点管理单元，筛选出所述流域被监控区域的安全隐患较大的监测点；
[0033]所述风险动态模拟单元，将所述潜在风险源进行情景模拟，得到风险动态变化趋势；
[0034]所述风险分布图单元，提供所述流域被监控区域的风险状况及风险等级的分布图；
[0035]所述风险预警单元，根据所述风险分布图单元提供的所述流域被监控区域的风险状况及风险等级的分布图，确定需要进行风险预警的区域及预警级别；
[0036]所述风险评估报告单元，将所述敏感点管理单元、所述风险动态模拟单元、所述风险分布图单元和所述风险预警单元获取的结果数据汇总并分析后形成风险评估报告。
[0037]优选地，所述风险预案管理模块包括:重大风险源应急管理单元、应急决策管理单元、应急预案管理单元和应急区域界定单元。
[0038]本发明是一种流域水生态安全监控预警平台的预警方法，该预警方法按照下述步骤实现:
[0039]SI，平台系统对遥感卫星获取流域监测区域的实时监测数据，并进行预处理；
[0040]S2，对收到的预处理过的实时监测数据进行权重分析，得到监测数据的权重值；
[0041]S3，判断所述监测数据的权重值是否符合相对应指标的标准权重范围值，若不符合，则进入S4，若符合，则忽略所述监测数据；
[0042]S4，将与所述监测数据的权重值对应的预处理过的实时监测数据进行风险源确认后，进行风险评估，得出风险结果；
[0043]S5，依据所述风险结果做出分先预警和应急决策。
[0044]优选地，步骤S5中，所述风险预案管理做出风险决策和应急决策，具体过程如下:
[0045]识别风险源一风险评价一筛选高风险源一确定风险区域一风险区域等级划分一确定风险预警区域及预警级别一实施风险应急预案，具体为:
[0046]重大风险源应急管理依据接收到的风险评估报告判断所述风险源是否是重大风险源，如果是，则进入应急决策管理单元，同时向监测管理人员预警；如果不是，则将所述风险源在应急预案管理单元备案，然后应急区域界定单元判断所述监测流域区域是否存在主要风险因子，如果存在，则划定为潜在风险区域，备案同时向监测管理人员预警；如果不存在，则认为是安全区域，进行备案。
[0047]本发明的有益效果是:
[0048]本发明是提高流域水生态安全、监控预警水生态风险为总体目标，围绕流域陆域、岸边带和水域三个方面的水生态系统特征，以影像融合与定量遥感反演为技术突破口，通过建立流域水生态安全遥感评价指标体系，形成流域水生态安全监控预警平台，然后再基于水生态安全评价的结果，研究流域不同类型流域的水生态风险成因、风险的演变过程以及水生态风险对水生态系统造成的影响，构建水生态风险预警模型，并借此识别示范流域水生态风险阈值。本发明基于遥感评价业务模式建立的流域水生态安全监控预警平台，实现了对流域水生态的风险源、风险类型、风险等级和风险分布的判断。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图1是实施例1中流域水生态安全监控预警平台的结构图；
[0050]图2是实施例1中信息预处理模块的结构图；
[0051]图3是实施例1中指标体系管理模块的结构图；
[0052]图4是实施例1中模型管理模块的结构图；
[0053]图5是实施例1中水生态综合评价模块的结构图；
[0054]图6是实施例1中风险评估预警模块的结构图；
[0055]图7是实施例1中风险预案管理模块的结构图；
[0056]图8是实施例2中流域水生态安全监控预警平台的预警方法的流程图；
[0057]图9是实施例2中步骤S5中所述依据所述风险结果做出分先预警和应急决策的流程图。
【具体实施方式】
[0058]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0059]实施例1
[0060]参照图1，本实施例是所述一种流域水生态安全监控预警平台，该平台包括:从数据监测模块开始，信息预处理模块、指标体系管理模块、模型管理模块、水生态综合评价模块、风险评估预警模块、风险预案管理模块依次单向通信连接；
[0061]所述数据监测模块，负责从遥感卫星获取流域被监测区域的实时监测数据；所述信息预处理模块，将所述实时监测数据进行解译和反演，得到能够表征所述流域监测区域水生态安全状况的表征数据；所述指标体系管理模块，对接收到的所述实时监测数据进行权重值计算，获得所述实时监测数据的权重值；所述模型管理模块的功能是，与预先设定的指标权重阈值进行比较分析，获取所述流域被监测区进行预警管理和分析；所述水生态综合评价模块，展示和查询所述流域被监测区域的数据并获取所述流域被监测区域的风险源；所述风险评估预警模块，筛选并确定所述风险源的潜在风险区域，依据得到的所述风险源及其潜在风险区域，结合能够表征风险源的遥感指数指标，构建水生态风险概率指数模型、水生态损失度指数模型以及面向评价单元的水生态风险综合指数模型，然后对所述流域被监测区域的水生态风险进行模拟；所述风险预案管理模块，根据所述风险评估预警模块得到的模拟结果判断所述风险源是否为重大风险源，进行备案后，做出处理决策。
[0062]本实施例中，所述数据监测模块包括:数据采集器，所述数据采集器与卫星通过遥感通信方式进行双向通信。
[0063]参照图2，本实施例中，所述信息预处理模块包括:遥感卫星监测数据单元、内部系统单元、系统案例数据单元；所述遥感卫星监测数据单元，采用遥感卫星对流域被监测区域进行监测并获得监测数据传送给所述内部系统单元；所述内部系统单元的作用是:根据内部系统的程序设置，对所述遥感卫星传递过来的数据进行分析并提取表征流域水生态安全的参数；所述系统案例数据单元的作用是:在历史数据和历史数据分析的基础上，对所述表征流域水生态安全的参数进行分析，并将获得数据结果发送给所述指标体系管理模块。
[0064]参照图3,本实施例中，所述指标体系管理模块包括:遥感基础数据指标单元、安全评价指标单元、风险评价指标单元、阈值单元和权值单元；所述遥感基础数据指标单元接收所述信息预处理单元发送过来的数据；所述安全评价指标单元:根据所述遥感基础数据指标单元提供的指标，筛选出能够表征流域水生态安全现状的评价指标体系；所述风险评价指标单元:对安全评价指标单元提供的流域水生态安全评价指标体系进行进一步分析和筛选，确定能够表征流域水生态风险水平的评价指标；所述阈值单元:确定风险评价指标单元提供的风险评价指标的阈值范围；所述权值单元:提供流域水生态风险水平评价指标的权重值。
[0065]参照图4，本实施例中，所述模型管理模块包括:专家模型统一管理单元、流域水生态安全监控与预警模型和模型参数设置单元；专家模型统一管理单元的作用是:如果被监控流域的水生态安全状况出现问题，专家模型统一管理单元可将不同专家对该问题的分析结果进行综合，筛选并确定合适的流域水生态安全响应模型；流域水生态安全监控与预警模型:确定流域区域的关键致污因子和预警阀值。
[0066]参照图5，本实施例中，所述水生态综合评价模块包括:查询展示单元和综合评价单元；查询展示单元:负责展示所述流域被监测区域的当前数据和查询历史数据；综合评价单元:对所述查询展示单元提供的流域被监测区域的当前数据进行综合评价，得到潜在风险源。
[0067]参照图6，本实施例中，所述风险评估预警模块包括:风险源管理单元、敏感点管理单元、风险动态模拟单元、风险分布图单元、风险预警单元和风险评估报告单元；所述风险源管理单元:对所述潜在风险源进行筛选和分类管理；所述敏感点管理单元:筛选出所述流域被监控区域的安全隐患较大的监测点；所述风险动态模拟单元:将所述潜在风险源进行情景模拟，得到风险动态变化趋势；所述风险分布图单元:提供所述流域被监控区域的风险状况及风险等级的分布图；所述风险预警单元:根据所述风险分布图单元提供的所述流域被监控区域的风险状况及风险等级的分布图，确定需要进行风险预警的区域及预警级别；所述风险评估报告单元:将所述敏感点管理单元、所述风险动态模拟单元、所述风险分布图单元和所述风险预警单元获取的结果数据汇总并分析后形成风险评估报告。
[0068]参照图7，本实施例中，所述风险预案管理模块包括:重大风险源应急管理单元、应急决策管理单元、应急预案管理单元和应急区域界定单元，所述重大风险源应急管理单元依据接收到的风险评估报告判断所述风险源是否是重大风险源，如果是，则进入应急决策管理单元，同时向监测管理人员预警；如果不是，则将所述风险源在应急预案管理单元备案，然后应急区域界定单元判断所述监测流域区域是否存在主要风险因子，如果存在，则划定为潜在风险区域，备案同时向监测管理人员预警；如果不存在，则认为是安全区域，进行备案。
[0069]本实施例中，所述实时监测数据包括:水流速和水生态指标。
[0070]本实施例是根据所述流域的水生态安全现状，利用流域水生态风险源的分区分类识别技术，分别划定流域陆域、岸边带和水域的潜在风险区域，利用多源遥感影像资料，提取能够表征风险源的遥感指数指标，在此基础上构建水生态风险概率指数模型、水生态损失度指数模型，以及面向评价单元的水生态风险综合指数模型，据此对示范流域的水生态风险进行模拟。
[0071]实施例2
[0072]本实施例是一种流域水生态安全监控预警平台的预警方法，具体按照下述方法实现:
[0073]SI，平台系统对遥感卫星获取流域监测区域的实时监测数据，并进行预处理；
[0074]S2，对收到的预处理过的实时监测数据进行权重分析，得到监测数据的权重值；
[0075]S3，判断所述监测数据的权重值是否符合相对应指标的标准权重范围值，若不符合，则进入S4，若符合，则忽略所述监测数据；
[0076]S4，将与所述监测数据的权重值对应的预处理过的实时监测数据进行风险源确认后，进行风险评估，得出风险结果；
[0077]S5，依据所述风险结果做出风险预警和应急决策。
[0078]参照图9，本实施例中，步骤S5中，依据所述风险结果做出风险预警和应急决策，具体是平台系统的风险预案管理模块做出风险决策和应急决策，具体过程如下:
[0079]识别风险源一风险评价一筛选高风险源一确定风险区域一风险区域等级划分一确定风险预警区域及预警级别一实施风险应急预案，具体为:
[0080]重大风险源应急管理单元依据接收到的风险评估报告判断所述风险源是否是重大风险源，如果是，则进入应急决策管理单元，同时向监测管理人员预警；如果不是，则将所述风险源在应急预案管理单元备案，然后应急区域界定单元判断所述监测流域区域是否存在主要风险因子，如果存在，则划定为潜在风险区域，备案同时向监测管理人员预警；如果不存在，则认为是安全区域，进行备案。
[0081]所述数据监测模块将获取的流域监测区域的实时监测数据发送到所述信息预处理模块中进行数据预处理，然后预处理后的实时监测数据经过所述指标体系管理模块进行权重分析，得到监测数据的权重值，所述模型管理模块对所述监测数据的权重值进行分析获取所述监测数据的权重值是否符合相应指标的标准权重范围值，并将不符合标准权重范围值的监测数据发送到所述水生态综合评价模块，经对所述监测数据进行分析后获得相对应的监测数据的风险源，并将所述风险源传送到所述风险评估预警模块中进行风险评估，最后将评估结果发送到所述风险预案管理模块，由所述风险预案管理模块做出风险预警和应急决策。
[0082]通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果:
[0083]本发明是提高流域水生态安全、监控预警水生态风险为总体目标，围绕流域陆域、岸边带和水域三个方面的水生态系统特征，以影像融合与定量遥感反演为技术突破口，通过建立流域水生态安全遥感评价指标体系，形成流域水生态安全监控预警平台，然后再基于水生态安全评价的结果，研究流域不同类型流域的水生态风险成因、风险的演变过程以及水生态风险对水生态系统造成的影响，构建水生态风险预警模型，并借此识别示范流域水生态风险阈值。本发明基于遥感评价业务模式建立的流域水生态安全监控预警平台，实现了对流域水生态的风险源、风险类型、风险等级和风险分布的判断。
[0084]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种流域水生态安全监控预警平台，其特征在于，该平台包括:从数据监测模块开始，信息预处理模块、指标体系管理模块、模型管理模块、水生态综合评价模块、风险评估预警模块、风险预案管理模块依次单向通信连接； 所述数据监测模块:负责从遥感卫星获取流域被监测区域的实时监测数据； 所述信息预处理模块:将所述实时监测数据进行解译和反演，得到能够表征所述流域监测区域水生态安全状况的表征数据； 所述指标体系管理模块:对接收到的所述实时监测数据进行权重值计算，获得所述实时监测数据的权重值； 所述模型管理模块的功能是:与预先设定的指标权重阈值进行比较分析，获取所述流域被监测区进行预警管理和分析； 所述水生态综合评价模块:展示和查询所述流域被监测区域的数据并获取所述流域被监测区域的风险源； 所述风险评估预警模块:筛选并确定所述风险源的潜在风险区域，依据得到的所述风险源及其潜在风险区域，结合能够表征风险源的遥感指数指标，构建水生态风险概率指数模型、水生态损失度指数模型以及面向评价单元的水生态风险综合指数模型，然后对所述流域被监测区域的水生态风险进行模拟； 所述风险预案管理模块:根据所述风险评估预警模块得到的模拟结果判断所述风险源是否为重大风险源，进行备案后，做出处理决策。
2.根据权利要求1所述流域水生态安全监控预警平台，其特征在于，所述数据监测模块包括:数据采集器，所述数据采集器与卫星通过遥感通信方式进行双向通信。
3.根据权利要求1所述流域水生态安全监控预警平台，其特征在于，所述信息预处理模块包括:遥感卫星监测数据单元、内部系统单元、系统案例数据单元； 所述遥感卫星监测数据单元，采用遥感卫星对流域被监测区域进行监测并获得监测数据传送给所述内部系统单元； 所述内部系统单元，根据内部系统的程序设置，对所述遥感卫星传递过来的数据进行分析并提取表征流域水生态安全的参数； 所述系统案例数据单元，在历史数据和历史数据分析的基础上，对所述表征流域水生态安全的参数进行分析，并将获得数据结果发送给所述指标体系管理模块。
4.根据权利要求1所述流域水生态安全监控预警平台，其特征在于，所述指标体系管理模块包括:遥感基础数据指标单元、安全评价指标单元、风险评价指标单元、阈值单元和权值单元； 所述安全评价指标单元，根据所述遥感基础数据指标单元提供的指标，筛选出能够表征流域水生态安全现状的评价指标体系； 所述风险评价指标单元，对安全评价指标单元提供的流域水生态安全评价指标体系进行进一步分析和筛选，确定能够表征流域水生态风险水平的评价指标； 所述阈值单元，确定风险评价指标单元提供的风险评价指标的阈值范围； 所述权值单元，提供流域水生态风险水平评价指标的权重值。
5.根据权利要求1所述流域水生态安全监控预警平台，其特征在于，所述模型管理模块包括:专家模型统一管理单元、流域水生态安全监控与预警模型和模型参数设置单元； 专家模型统一管理单元，负责如果被监控流域的水生态安全状况出现问题，专家模型统一管理单元可将不同专家对该问题的分析结果进行综合，筛选并确定合适的流域水生态安全响应模型； 流域水生态安全监控与预警模型，确定流域区域的关键致污因子和预警阀值。
6.根据权利要求1所述流域水生态安全监控预警平台，其特征在于，所述水生态综合评价模块包括:查询展示单元和综合评价单元； 查询展示单元，负责展示所述流域被监测区域的当前数据和查询历史数据； 综合评价单元，对所述查询展示单元提供的流域被监测区域的当前数据进行综合评价，得到潜在风险源。
7.根据权利要求1所述流域水生态安全监控预警平台，其特征在于，所述风险评估预警模块包括:风险源管理单元、敏感点管理单元、风险动态模拟单元、风险分布图单元、风险预警单元和风险评估报告单元； 所述风险源管理单元，对所述潜在风险源进行筛选和分类管理； 所述敏感点管理单元，筛选出所述流域被监控区域的安全隐患较大的监测点； 所述风险动态模拟单元，将所述潜在风险源进行情景模拟，得到风险动态变化趋势；所述风险分布图单元，提供所述流域被监控区域的风险状况及风险等级的分布图；所述风险预警单元，根据所述风险分布图单元提供的所述流域被监控区域的风险状况及风险等级的分布图，确定需要进行风险预警的区域及预警级别； 所述风险评估报告单元，将所述敏感点管理单元、所述风险动态模拟单元、所述风险分布图单元和所述风险预警单元获取的结果数据汇总并分析后形成风险评估报告。
8.根据权利要求1所述流域水生态安全监控预警平台，其特征在于，所述风险预案管理模块包括:重大风险源应急管理单元、应急决策管理单元、应急预案管理单元和应急区域界定单元。
9.一种流域水生态安全监控预警平台的预警方法，其特征在于，基于权利要求1-8任意一项权利要求所述流域水生态安全监控预警平台的预警方法，该预警方法，按照下述步骤实现: Si，平台系统对遥感卫星获取流域监测区域的实时监测数据，并进行预处理； S2，对收到的预处理过的实时监测数据进行权重分析，得到监测数据的权重值； S3，判断所述监测数据的权重值是否符合相对应指标的标准权重范围值，若不符合，则进入S4，若符合，则忽略所述监测数据； S4，将与所述监测数据的权重值对应的预处理过的实时监测数据进行风险源确认后，进行风险评估，得出风险结果； S5，依据所述风险结果做出分先预警和应急决策。
10.根据权利要求9所述流域水生态安全监控预警平台的预警方法，其特征在于，步骤S5中，所述风险预案管理做出风险决策和应急决策，具体过程如下: 识别风险源一风险评价一筛选高风险源一确定风险区域一风险区域等级划分一确定风险预警区域及预警级别一实施风险应急预案，具体为: 重大风险源应急管理依据接收到的风险评估报告判断所述风险源是否是重大风险源，如果是，则进入应急决策管理单元，同时向监测管理人员预警；如果不是，则将所述风险源在应急预案管理单元备案，然后应急区域界定单元判断所述监测流域区域是否存在主要风险因子，如果存在，则划定为潜在风险区域，备案同时向监测管理人员预警；如果不存在，则认为是安全区域，进行备案。
【文档编号】G06Q50/06GK104361418SQ201410738673
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】王国强, 田培, 李嘉薇, 姜宏, 鱼京善 申请人:北京师范大学