[發明專利]一種水質機理模型遙感預報動力學系統與方法

在審

• 申請號: 202210238643.4
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114580768A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 任南琪;王愛杰;王旭;路璐;馮驍馳
• 申請（專利權）人: 瀾途集思生態科技集團有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/26;G06N3/00
• 代理公司: 北京市京師律師事務所 11665
• 代理人: 黃熊

本發明公開了一種水質機理模型遙感預報動力學系統與方法，其中，一種水質機理模型遙感預報動力學系統，其特征在于，包括模型構建模塊、模型結合模塊、參數獲取模塊、分析計算模塊、辨識模塊和水質預測模塊，所述模型構建模塊、模型結合模塊、參數獲取模塊、分析計算模塊、辨識模塊和水質預測模塊依次連接，所述模型構建模塊，基于水質指標，DO、Phyt、BOD、OP、PO4、ON、NH3?N和NO3?N，建立水質機理模型。本發明建立基于混雜動態系統的水質機理模型，彌補了一般性水質機理模型在有效建模水質演化過程的不足，通過該果蠅優化算法方法獲得水質機理建模準確度更高，彌補了單一定值的水質預測的不精確性，降低了預測的偶然性。

技術領域

本發明涉及環境工程技術領域，尤其涉及一種水質機理模型遙感預報動力學系統與方法。

背景技術

水是地球上生命的基礎，但這種寶貴的資源越來越受到威脅。在中國，據《2018年中國環境公報》可知，111個監測營養狀態的湖泊(水庫)中，I類水質的湖泊(水庫)占6.3％；Ⅱ類水質的湖泊(水庫)占30.6％；Ⅲ類水質的湖泊(水庫)占29.7％；Ⅳ類水質的湖泊(水庫)占17.1％；Ⅴ類水質的湖泊(水庫)占8.1％；劣Ⅴ類水質的湖泊(水庫)占8.1％。因此，水環境問題已迫不容緩。水質機理建模能有效描述水體內部環境變化，水質評價能有效評估水質情況，二者結合能有效描述水質健康狀況，對水污染防治具有現實意義，這是解決水環境問題的重要思路。

目前，已有的經典水質機理模型通常包含大量未知參數，且僅給定經驗取值范圍，在此基礎上預測水質變化難以滿足精度要求。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種水質機理模型遙感預報動力學系統與方法。

本發明提出的一種水質機理模型遙感預報動力學系統，包括模型構建模塊、模型結合模塊、參數獲取模塊、分析計算模塊、辨識模塊和水質預測模塊，所述模型構建模塊、模型結合模塊、參數獲取模塊、分析計算模塊、辨識模塊和水質預測模塊依次連接，所述模型構建模塊，基于水質指標，DO、Phyt、BOD、OP、PO4、ON、NH3-N和NO3-N，建立水質機理模型，所述模型結合模塊，將水質機理模型和混雜動態系統結合，建立可描述水體不同狀態和水質退化過程的混雜水質機理模型，所述參數獲取模塊，用于通過混雜水質機理模型對水體環境分析獲得多個離散模態，不同離散模態表示水體的不同狀態，對應水質機理模型的不同模型水質參數，所述分析計算模塊，用于對混雜水質機理模型中的模型參數通過參數敏感性分析方法計算出敏感性參數，所述辨識模塊，利用果蠅優化算法辨識混雜水質機理模型中的水質參數，所述水質預測模塊，利用蒙特卡洛仿真預測水質演化過程，獲得水質指標未來時刻取值的概率分布，實現水質預測。

優選的，所述水質機理模型的數學模型為溶解氧、浮游植物、碳生化需氧量、有機磷、正磷酸鹽、有機氮、氨氮和硝酸鹽氮8個水質指標方程組成的一組非線性連續微分方程組。

優選的，所述水質預測模塊采用交互多模型算法估計水質演化狀態，對水質的健康風險進行評估。

一種水質機理模型遙感預報動力學的方法，包括如下步驟：

S1建立水質機理模型，基于水質指標，DO、Phyt、BOD、OP、PO4、ON、NH3-N和NO3-N，建立水質機理模型；

S2將水質機理模型和混雜動態系統結合，建立可描述水體不同狀態和水質退化過程的混雜水質機理模型；

S3通過混雜水質機理模型對水體環境分析獲得多個離散模態，不同離散模態表示水體的不同狀態，對應水質機理模型的不同模型水質參數；

S4對混雜水質機理模型中的模型參數通過參數敏感性分析方法計算出敏感性參數；

S5利用果蠅優化算法辨識混雜水質機理模型中的水質參數；