[發明專利]基于復雜性理論的水污染運移模擬仿真系統

在審

• 申請號: 201811074760.1
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN108959831A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 李建勛;佟瑞;李維乾;張銳軍;唐子豪;郭蓮麗;馬美玲;王建仁;薛宏全;王小江
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q50/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 談耀文

本發明提供一種基于復雜性理論的水污染運移模擬仿真系統，包括數據采集模塊、數據處理模塊、仿真模型、可視化展示模塊和數據服務模塊，數據采集模塊對采集到的污染事件數據、水文數據、污染無數據和3S地理數據傳輸到數據處理模塊，數據處理模塊對數據采集模塊采集到的文本數據和影像數據進行處理，使其滿足模擬仿真運算的需求；仿真模型接收到經過處理后的文本數據和影像數據后進行仿真運算，并將運算結果傳輸至可視化展示模塊進行展示，數據服務模塊能對數據采集模塊采集、數據處理模塊處理后的數據進行檢索與管理。本發明水污染事件響應與處置提供決策輔助與信息支撐，進而減少水污染過程帶來的經濟損失，降低污染物對水資源的影響程度。

技術領域

本發明屬于水污染運移仿真系統技術領域，涉及一種基于復雜性理論的水污染運移模擬仿真系統。

背景技術

水污染事件具有前兆事件不明確的突發性、事件發生過程的不確定性與復雜性、事件發生后的危害性與衍生性等特征。水污染事件發生的環境是復雜的，其復雜性主要體現在復雜邊界條件與污染物種類、特性、運移狀態的復雜，對其的模擬仿真也建立在其復雜特性上的。

突發水污染事件中的復雜邊界條件可根據不同事件中水體水文特征的差異，分為兩大類：一是不同水體類型及不同水域具有的復雜河岸邊界形狀與水底地形；二是同一水體在不同時期內水文條件的復雜性。復雜的邊界條件對于突發水污染事件中污染物的時空分布起著很大影響。水動力規律在不同的水體類型及其不同的水文條件中具有明顯差異，相應地污染物運移過程也是不同的，通常水體中污染物的運移過程與水流運動過程相符合，水流運動的復雜特性極大地增加了對水污染運移模擬仿真的復雜性。

復雜污染物種類是水污染事件發生環境復雜的另一體現。突發事故中污染物種類是不確定與隨機的，這造成污染物種類多樣復雜。對于不同特征的污染物，由于其自身理化性質各不相同，其在水體中的存在形式、分布形態以及遷移擴散規律也有較大差異。對于污染物的劃分即可根據其水溶性特征分為可溶類有毒污染物、揮發類有毒污染物與難溶類有毒污染物，也可以根據其污染特性分為化學性污染物、物理性污染物與生物性污染物。正是由于這些不同特征的污染物，及其污染物形態與運動規律共同構成污染物種類的復雜性。

水污染運移模擬仿真需要水質模型的支撐以模擬仿真污染物在水體中的運移狀態。水質模型是研究水環境、水質分析與預測的主要技術手段。其主要進行水質模擬計算，模擬污染物濃度在時間、空間上的變化分析，具有靈活、快速、可操作性強等特點。水體中污染物的遷移、轉化與濃度分布等規律一般借助水質模型加以描述，因此水質模型對水污染事件的研究至關重要。

污染物Agent模型是在污染物復雜性分析建模研究的基礎上，以水質體積微元、行為與表示方法為核心構建的模型。其既考慮河道邊界、斷面環境對污染物分析的影響又綜合考慮影響污染物運移的多種因素，將信息內容以成果方式加入到水質復雜Agent的行為中，對多尺度下微觀行為進行動態自組織，并用宏觀模型展現模擬仿真效果，以具體化現實水污染事件場景。

水污染運移模擬仿真需要一個可視化展示平臺，數字地球為其提供底層的可視化支持服務。數字地球是3S技術(RS，GIS，GPS)的有機結合，是信息化的地球，或者說是地球的虛擬對照體，是3S技術、分布式計算和三維空間建模等現代信息技術的集成與應用，是全球經濟一體化、高技術化和信息化過程中出現的新思想觀念與科學技術動向。基于河流三角網技術將現實中的河流映射到數字地球平臺中，以實現河流的可視化展示，便于污染物在水體中運移的可視化展示。河流三角網技術是建立在離散數據基礎上的，利用格網剖分技術，將現實中具有連續空間屬性的河流離散化，以離散化的基本剖分單元作為控制單元，進而把所研究的平面按照河道邊界分解為三角面元，并在此基礎上用曲面細分算法逐步進行細化，通過圖像渲染等技術以實現連續的河流圖像展示。