[發(fā)明專利]景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210546095.8
• 申請日: 2012-12-16
• 公開（公告）號: CN103018418A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭森;劉磊;孫井梅;趙新華
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，由景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心和主控計算機組成；其特征在于：

所述景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)并與數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)傳輸，包括設(shè)置在水質(zhì)在線監(jiān)測點處的若干個遙測遠傳終端和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；所述若干個遙測遠傳終端分別位于景觀水體中水質(zhì)監(jiān)測點上，用于在線測量景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并按約定的時間將采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)以有線或無線方式定時發(fā)送給數(shù)據(jù)中心；所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)用于遙測遠傳終端與數(shù)據(jù)中心的信息傳輸；

所述數(shù)據(jù)中心用于控制景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，并存儲其發(fā)回的水體水質(zhì)數(shù)據(jù)，包括服務(wù)器和存儲在該服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫；所述服務(wù)器用于監(jiān)控所述遙測遠傳終端采集到的景觀水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸；所述數(shù)據(jù)庫用來存儲按時序監(jiān)測的景觀水體水質(zhì)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)；

所述主控計算機通過調(diào)用并運行下述功能模塊，隨時處理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在線監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)的分析與管理；當水體水質(zhì)發(fā)生惡化時，進行預(yù)測預(yù)警，并依據(jù)預(yù)警警情提出應(yīng)急預(yù)案；

所述主控計算機中存儲有以下功能模塊：

1）數(shù)據(jù)存儲模塊，用于存儲景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息；

2）在線監(jiān)測控制模塊，用于控制水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)按設(shè)定的時間對水體水質(zhì)進行循環(huán)監(jiān)測；

3）水質(zhì)預(yù)測模塊，用于讀取數(shù)據(jù)庫中按時序監(jiān)測的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并將其作為輸入數(shù)據(jù)代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行景觀水體水質(zhì)預(yù)測；

4）水質(zhì)預(yù)警模塊，讀取水質(zhì)預(yù)測結(jié)果，用于分析水質(zhì)監(jiān)測與預(yù)測結(jié)果，分別對每項水質(zhì)參數(shù)異常監(jiān)測值進行預(yù)警,并進行預(yù)警警級的確定；

5）專家應(yīng)急預(yù)案模塊：用于針對各項水質(zhì)指標的預(yù)警警情提出應(yīng)急預(yù)案。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述水質(zhì)數(shù)據(jù)至少包括水溫（T）、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、氨氮（N）和葉綠素a（Chla）水質(zhì)參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述相關(guān)數(shù)據(jù)至少包括：景觀水體的地圖信息以及水文、水質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，景觀水體的在線監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)，包括溫（T）、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、氨氮（N）、葉綠素a（Chla）五項水質(zhì)參數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述景觀水體水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是指建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一個包括輸入層、隱含層和輸出層的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；其中，該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型需要輸入的數(shù)據(jù)為水溫（T）、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、氨氮（N）和葉綠素a（Chla）五項水質(zhì)參數(shù)，輸入層節(jié)點為5；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)采用tansig函數(shù)，輸出層傳遞函數(shù)選用purelin函數(shù)，輸出結(jié)果為五項水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測值，輸出層節(jié)點為5；該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型利用數(shù)據(jù)庫中的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)為樣本訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，然后將預(yù)測時刻之前某一連續(xù)時間段內(nèi)的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入到已訓練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行預(yù)測，即得到預(yù)測時刻的水體水質(zhì)參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)訓練函數(shù)采用trainlm函數(shù)，網(wǎng)絡(luò)學習函數(shù)采用BP學習規(guī)則learngd；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的拓撲結(jié)構(gòu)由一個輸入層、一個隱含層、一個輸出層組成，輸入層、輸出層分別包含5個節(jié)點，各層之間由傳遞函數(shù)連接；模型運行過程中向輸入層輸入水溫（T）、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、氨氮（N）和葉綠素a（Chla）五項水質(zhì)參數(shù)的實測數(shù)據(jù)，輸出層輸出該五項水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測值；

所述水質(zhì)預(yù)測模型的表達式為：

Q_預(yù)測(t)=F(Q(t-1)，Q(t-2)，…，Q(t-n))

其中，Q_預(yù)測(t)是t時刻水體水質(zhì)參數(shù)的預(yù)測值向量，該向量包含水溫（T）、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、氨氮（N）和葉綠素a（Chla）五項水質(zhì)參數(shù)；Q(t-n)是(t-n)時刻水體水質(zhì)參數(shù)的實測值向量，該向量包含水溫（T）、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、氨氮（N）和葉綠素a（Chla）五項水質(zhì)參數(shù)；n為連續(xù)時間段內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測的時間步長；F為由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定的輸入-輸出映射關(guān)系。