(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.09.17
C N 104050388
A (21)申请号 201410305829.2
(22)申请日 2014.06.27
G06F 19/00(2011.01)
(71)申请人武汉大学
地址430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武
汉大学
(72)发明人张万顺 胡珊 彭虹
(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务
所(特殊普通合伙) 42222
代理人
鲁力
(54)发明名称
统及方法
(57)摘要
本发明属于流域突发水污染检测与预警领
域，涉及到一种基于云技术的突发性水环境风险
预测系统。本发明提出的技术方案内容包括建立
排污过程经验模式，建立移动端的人机交互界面，
引导用户进行河道概化、排污过程设定，建立动态
演示模块，对污染事件的扩散过程进行动画影像
和浓度曲线的模拟分析。建立演示厅和系统设置
理。区别于传统的复杂水质模拟，本发明可以让用
户通过手机完成污染事件模拟，操作简单、携带方
便、适用性强，能在数分钟内实现对突然污染事件
的快速模拟，对处理突发水环境风险事件有显著
的社会效益和经济效益。
(51)Int.Cl.
权利要求书3页 说明书7页 附图4页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书3页 说明书7页 附图4页(10)申请公布号CN 104050388 A
1.一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统，其特征在于，包括：
服务端：采用J2EE架构，从样本数据库中提取污染物样本和河流样本数据，下发给用户，并根据用户上传的参数，动态生成网格数据和污染物排放过程数据，再调用水环境数值模型进行模拟计算，最后将预测结果提供给用户查看、分享和校核；所述服务端包括污染特征概化模块、河流特征概化模块、水环境数值模型模块、案例管理模块四个模块；
客户端：利用无线网络从服务端获取河流样本数据和污染物样本数据，发送用户修改后的参数到服务端，同时能接收服务端计算出的预测结果，并将其显示在所述客户端上；所述客户端包括通信模块、参数设置模块、案例演示模块、案例分享模块和案例校核模块五个模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统，其特征在于，所述服务端的河流特征概化模块包括：
河流特征数据库：用于存储典型河流的样本参数，包括糙率、比降、剖面类型，具体为结构体数组；
动态网格生成子单元：根据用户提交的河道特征参数，生成水环境数值模型所需要的地形数据和网格数据；河道特征参数包括，河宽为dB，水深为dH，河长为length，比降为sloop，断面个数为n。
3.根据权利要求2所述的一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统，其特征在于，所述河道特征参数中河长为剖面类型，具体分为V型、U型和W型，不同的剖面类型使用如下不同的建模方式，其中定义i为当前断面：
V型划分为3点网格，各控制点的长度和高程分别为，(0,(i*length/n)*sloop+dH)，(dB/2,(i*length/n)*sloop)，(dB,(i*length/n)*sloop+dH)；
U型为4点网格，各控制点的长度和高程分别为(0,(i*length/ n)*s l o o p+d H),(d B/4,(i*l e n g t h/n)*s l o o
p),(d B*3/4,(i*l e n g t h/ n)*sloop),(dB,(i*length/n)*sloop+dH)；
W型网格为5点网格，各控制点的长度和高程分别为(0,(i*length/ n)*sloop+dH),(dB/4,(i*length/n)*sloop),(dB/2,(i*length/n)*sloop+dH/2),(dB*3/4 ,(i*length/n)*sloop),(dB,(i*length/n)*sloop+dH)。
4.根据权利要求1所述的一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统，其特征在于，服务端的污染物特征概化模块包括：
排污过程生成子单元：用于根据用户设定的污染物特征参数，生成水环境数值模型所需要的排污序列数据；污染物特征参数包括，污染物总量m，污染物密度p，排放时间time，排污模式包括抛物线型、三角形、梯形、自定义4种；不同的排污方式预置了不同排污过程模板；
一个预设的污染物样本数据库。
5.根据权利要求4所述的一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统，其特征在于，所述排污模式中，
抛物线模式包含7个排污控制点，其数据结构为：
{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个排污控制点数据结构为：
{area:0.5,processList:[{time:0,q:0},{time:0.5,q:1},{time:1,q:0}]}；
梯形模式包含4个排污控制点数据结构为：
{area:0.72,processList:[{time:0,q:0},
{time:0.1,q:0.8},{time:0.9,q:0.8},{time:1,q:0}]}；
通过q*m/(area*time)即能够换算出所设模式下，各个排污控制点的排污量，从而得到水环境数值模型所需要的排污序列数据。
6.根据权利要求1所述的一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统，其特征在于，所述服务端的案例管理模块包括：
历史案例数据库：用于保存用户操作生成的突发性事故预测记录，包括污染物特征参数、河流特征参数、事故时间、地点、预测结果；
案例查询子单元：从历史案例数据库加载事故案例，提供给用户查看分析；
案例分享子单元：默认情况，用户生成的事故案例只能被自己看到，通过案例分享后，其他用户可以在自己的手机上看到此案例；
案例校核子单元：用于将突发性事故中实际的应急监测数据，替换上次预测案例的排污过程参数，调用水环境数值模型重新进行计算，生成一个新的预测案例。
7.根据权利要求1所述的一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统，其特征在于，所述服务端的水环境数值模型模块用于计算污染物在水环境中的迁移和转化过程；采用Fortran语言开发，封装成exe后被其他模块调用。
8.根据权利要求1所述的一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统，其特征在于，所述客户端的通信模块用于发送请求到服务端，及从服务端获取结果，具体实现为http 通信方式；
所述客户端的参数设置模块用于引导用户根据样本数据，概化事故参数，组装后发送到服务端；
所述客户端的校核模块用于设定案例校核参数；用户通过此模块输入监测断面的距离，监测断面的污染物浓度值数组，组装后发送到服务端重新进行预测分析；
所述客户端的案例分享模块用于向其他用户分享此案例，用户通过此模块编辑案例标签信息，并提交到服务端标记案例为已分享状态。
9.根据权利要求1所述的一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统，其特征在于，所述客户端的案例演示模块用于动态演示预测结果，包括：
浓度动画模拟子单元：用于对污染物扩散情况定性模拟分析，以污水颜深浅程度来体现污染的严重程度；
浓度曲线模拟子单元：用于对污染物浓度的定量模拟分析，以河长为横轴，污染物浓度为纵轴，表示出污染物在河流不同位置的浓度分布。
10.一种使用权利要求1所述的基于云技术的突发性水环境风险预测系统的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，用户通过客户端，根据发生事故的实际情况与从服务端获取的样本数据比对，设置事故特征参数；
步骤1.1，选择平原河流或者山区河流；平原河流初始糙率值为0.023，初始比降值为
1‰，山区河流初始糙率值为0.045，初始比降值为5‰；
步骤1.2，选择河道剖面类型，V型、U型或者W型；
步骤1.3，设置水文参数，包括河长、河宽、比降、流量、水深以及糙率；
步骤1.4，选择污染物类别，分为农药、重金属/离子态、有机物、油类四个大类，其中有机物还需选择子类别；
步骤1.5，选择步骤1.4所选类别下污具体染物品种，共计126种，显示每种污染物的降解系数、挥发系数、沉降系数初始值，用户可在此基础上修改；
步骤1.6，设置排污过程，包括污染物总量t、污染物密度t/m3、排放时间min、排放模式；
步骤2，用户通过客户端提交事故特征参数到服务端，服务器调用河流特征概化模块和污染特征概化模块生成文本参数，启动水环境数值模型模块；
步骤3，水环境数值模型模块进行数学模拟，通过案例管理模块生成结果存储到历史案例库；
步骤4，案例管理模块从案例库中读取数据，提供给拥有访问权限的用户查看；
步骤5，用户在客户端通过案例演示模块查看事故预测结果；用户可以选择案例校核功能或案例分享功能，则分别执行步骤6或者步骤7；
步骤6，用户在客户端通过案例校核模块，输入实际监测的污染物浓度数据，重新提交到服务器模拟预测，重新跳转到步骤2；
步骤7，用户在客户端选择分享案例，服务端将此案例标记为已分享状态，其他用户便可以查看此案例。
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一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统及方法
[0001]
技术领域
[0002]
本发明属于流域突发水污染检测与预警领域，涉及到一种基于云技术的突发性水
环境风险预测系统。背景技术
[0003]
突发性水环境风险预测方法是流域突发水污染预警应急的关键技术。近几年来，随着环境管理定量化、系统化、信息化的发展，对水环境事故应急管理的技术要求越来越高。尤其是在发生突发性水环境污染事故时能快速模拟事故过程，并能进行紧急响应。利用网络、计算机仿真和数据库管理系统（DBMS ）等先进的信息技术，建立突发性水污染事故影响预测预警技术体系是当前研究的热点问题。这种模型计算的优点是既能数值模拟分析水环境的物理化学条件，又能结合计算机仿真技术，直观展示事故模拟过程，为管理决策层进行紧急响应快速提供所急需的决策依据。
[0004] 目前有关突发性水污染事故影响预测预警的技术研究及应用，一般针对确定河段开发定制，缺乏通用性和普适性；同时需要河底地形、水文资料、气象资料等大量数据支持，对缺乏相关资料的山区河流和中小型河流无能为力；发生水污染事故时，经常要在现场勘察和指挥，现有系统多为PC 平台上使用，缺乏便携性和易用性。
[0005] 发明内容
本发明主要是解决在缺乏水文、地形等资料数据的情况下，通过与云端河流特征数据库比对，对事故河道特征进行概化，形成适用于山区河流和广大中小型河流的预测技术；提供了一种在移动设备普及的情况下（如智能手机），用户通过比对云端样本数据库，调整河流特征、水文特征、污染物特征等参数，调用云端水环境数值模型，实现随时随地对任意河段进行突发性水污染事故风险进行预测。
[0006] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统，其特征在于，包括：
服务端：采用J2EE 架构，从样本数据库中提取污染物样本和河流样本数据，下发给用户，并根据用户上传的参数，动态生成网格数据和污染物排放过程数据，再调用水环境数值模型进行模拟计算，最后将预测结果提供给用户查看、分享和校核；所述服务端包括污染特征概化模块、河流特征概化模块、水环境数值模型模块、案例管理模块四个模块。
[0007] 客户端：利用无线网络从服务端获取河流样本数据和污染物样本数据，发送用户修改后的参数到服务端，同时能接收服务端计算出的预测结果，并将其显示在所述客户端上；所述客户端包括通信模块、参数设置模块、案例演示模块、案例分享模块和案例校核模块五个模块。
[0008] 在上述的一种基于云技术的突发性水环境风险预测系统，所述服务端的河流特征概化模块包括：说 明 书CN 104050388 A
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