專利名稱：水質(zhì)多指標動態(tài)模擬的斷面漸變內(nèi)插技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度管理的水利信息化技術，利用WebGIS技術結(jié)合FlexViewer框架，同步動態(tài)展示區(qū)域河網(wǎng)水質(zhì)、水量變化過程，將河網(wǎng)水量模型、河網(wǎng)水質(zhì)模型與動態(tài)納污能力模型、產(chǎn)流與污染負荷模型、河網(wǎng)與斷面概化模型等水利專業(yè)應用模型與GIS空間信息有機結(jié)合，滿足區(qū)域引水資源時空配置管理決策需求，提高水資源調(diào)控、水利工程運行管理科學水平。
背景技術：
傳統(tǒng)的水環(huán)境數(shù)學模型的求解計算可以預報水文、水質(zhì)在時間和空間上的變化，為水資源的管理和控制服務，但是水環(huán)境數(shù)學模型可視化表現(xiàn)上能力有限，非專業(yè)人士使用困難。 目前水環(huán)境數(shù)學模型與GIS的集成研究主要采用C/S結(jié)構(gòu)。C/S結(jié)構(gòu)的GIS具有強大的數(shù)據(jù)處理能力和空間分析能力，但維護成本高、工作量大。隨著互聯(lián)網(wǎng)和GIS技術的發(fā)展，本技術在B/S架構(gòu)下，搭建河網(wǎng)配水管理平臺，在此基礎上依靠WebGIS展示水量水質(zhì)變化過程。本發(fā)明的目的在于提供一種基于WebGIS的水質(zhì)水量多指標聯(lián)合調(diào)度模擬信息技術的實現(xiàn)方法，實現(xiàn)GIS空間信息與傳統(tǒng)水環(huán)境數(shù)學模型的交互，及對水環(huán)境數(shù)學模型的空間可視化表達。在本發(fā)明的技術方案中，首先完成流域相關資料收集及模型率定工作，保障數(shù)據(jù)模擬的準確性，然后對水質(zhì)水量模擬所使用的地里空間信息服務進行數(shù)據(jù)加工、制作，并按照國際統(tǒng)一的規(guī)范進行服務的發(fā)布。利用WebGIS和FlexViewer相結(jié)合的展示技術,加載地圖數(shù)據(jù)，對水環(huán)境模型計算中所涉及的斷面進行編號，并按照斷面對要渲染的河道進行劃分，最后利用斷面的漸變內(nèi)插技術，實現(xiàn)水質(zhì)水量的多指標動態(tài)模擬。本發(fā)明方法的實現(xiàn)步驟如下
1.資料收集
收集研究區(qū)及周邊相關區(qū)域的社會經(jīng)濟、水文、氣象、水質(zhì)、水利工程設施及管理、地形地貌、涉水規(guī)劃等歷史資料，進行區(qū)域土地利用現(xiàn)狀、區(qū)域水污染源現(xiàn)狀等現(xiàn)場補充調(diào)查，制訂原型監(jiān)測方案，實施降水、上游來水、降雨產(chǎn)流、河流水量水質(zhì)同步監(jiān)測；評價區(qū)域的環(huán)境狀況及其變化，分析區(qū)域存在的主要環(huán)境問題，明確引配水管理任務；
2.模型率定
在國內(nèi)外已有先進科技成果的基礎上，采用多學科交叉研究的方法，進行降雨產(chǎn)流模型、污染負荷模型、河網(wǎng)水量模型、河網(wǎng)水質(zhì)模型等數(shù)學模型研究，實現(xiàn)各模型間的無縫連接，完成模型參數(shù)的率定與驗證；
3.GIS技術與模型集成研究
根據(jù)模型輸入輸出數(shù)據(jù)管理和信息自動提出需要，進行信息標準化研究，采用空間分析與地理建模等技術，根據(jù)水利專業(yè)模型信息輸入需要，研究土地利用、人口分布、產(chǎn)業(yè)分布等信息自動提取技術，提高建模的準確性與使用效率；定制模型輸入輸出接口，滿足模擬仿真系統(tǒng)可視化要求。4、數(shù)據(jù)制作
地圖各種圖層都可以分為兩類基礎圖層和操作圖層。其中基礎圖層主要是為用戶提供一定的基礎參考信息，一般是固定不變或者變化頻率較低的圖層，包括行政區(qū)、綠地、面狀房屋、道路交通等基礎地理數(shù)據(jù)。操作圖層為水環(huán)境模型計算涉及到的斷面、河道及節(jié)點等數(shù)據(jù)。對于基礎圖層采用靜態(tài)地圖服務，對于操作圖層則使用動態(tài)地圖服務。水環(huán)境模型中按照模型計算的需要，設計計算斷面，將計算斷面存入相應的圖層，并以動態(tài)服務發(fā)布出來，方便用戶進行調(diào)整，利用空間分析技術，將河道矢量數(shù)據(jù)進行切害I]，按照流域內(nèi)河道的流向設置河段的起始斷面，并保存相關配置信息；
5、制定評價因子濃度顏色標準
建立水質(zhì)評價標準庫，依據(jù)標準進行水環(huán)境評價。按照水質(zhì)評價標準，水質(zhì)評價主要參照三個參數(shù)C0D、氨氮和總磷，不同濃度表現(xiàn)了水質(zhì)等級的好壞，水質(zhì)等級被劃分為II類、III類、IV類、V類和劣V類。為了更好的可視化表達出水質(zhì)變化的過程，對不同的水類設置不同的顏色，并將顏色保存在數(shù)據(jù)庫中，支持用戶按照習慣進行調(diào)配；在數(shù)據(jù)仿真模擬過程中，系統(tǒng)可以更直觀的反應出河道水質(zhì)等級，為引配水管理提供決策支持；
6、實現(xiàn)斷面漸變內(nèi)插效果
為更真實的表達水質(zhì)演變過程，采用線性內(nèi)插技術對數(shù)據(jù)進行整理。水環(huán)境模型計算中對河道的計算斷面選取存在間隔，單一的填色會產(chǎn)生明顯的色帶，不僅視覺效果差，而且河段起始斷面的水質(zhì)變化是根據(jù)水流的動態(tài)變化隨時間發(fā)生的，這種做法無法真實的模擬水質(zhì)變化過程。本發(fā)明中使用Flex技術真實的模擬水質(zhì)的動態(tài)變化過程
Flex是RIA (Rich Internet Applications)技術中的一種，在對圖形的處理上有較強的表現(xiàn)力。WebGIS的圖形符號化與Flex相結(jié)合，將Flex中對幾何圖形的漸變填充技術完美應用到GIS數(shù)據(jù)的符號化中。依據(jù)斷面編號從模型數(shù)據(jù)庫中取出斷面任一時間點對應的水質(zhì)數(shù)據(jù)，根據(jù)濃度顏色對照表中確定濃度相應的顏色值，對模擬河段實現(xiàn)濃度的漸變渲染。漸變內(nèi)插技術，真實模擬了計算數(shù)據(jù)，加上時間序列，實現(xiàn)動態(tài)模擬效果，運行流暢，不同河段之間顏色過渡柔和，不僅視覺效果好，又能真實的表現(xiàn)不同斷面水質(zhì)隨時間變化的過程；
有益效果
GIS與水環(huán)境數(shù)學模型的有機結(jié)合，二者取長補短，一方面充分發(fā)揮其空間數(shù)據(jù)管理、分析和顯示的優(yōu)勢；另一方面，GIS的介入使水環(huán)境數(shù)學模型的檢驗和校正更加容易，GIS的空間表現(xiàn)能力使水環(huán)境數(shù)學模型的視覺效果有質(zhì)的飛躍。提高了水資源優(yōu)化配置管理信息化水平，對水環(huán)境數(shù)學模型與GIS技術進行集成。利用WebGIS技術結(jié)合FlexViewer ,對水質(zhì)模擬數(shù)據(jù),采用斷面漸變內(nèi)插技術，實現(xiàn)了區(qū)域引水總量和河網(wǎng)水質(zhì)變化過程同步展示。


圖I是水質(zhì)水量多指標動態(tài)模擬斷面漸變內(nèi)插技術的體系結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式本發(fā)明所要求的基本條件是水環(huán)境模型計算數(shù)據(jù)、河道和斷面等基礎地理數(shù)據(jù)。本發(fā)明的具體實施可按如圖I所示的流程進行。完成研究區(qū)域及周邊區(qū)域的資料收集工作，結(jié)合國內(nèi)外先進成果進行模型率定工作，根據(jù)技術方案中的數(shù)據(jù)制作，發(fā)布基礎地理數(shù)據(jù)及模型計算中設計的操作數(shù)據(jù)，建立評價因子濃度顏色對照表。
然后在模型計算完成后，通過文本交互，讀取斷面上的水質(zhì)濃度值，根據(jù)河道的起始斷面，對河段進行漸變內(nèi)插，按照河段濃度讀取顏色值完成河段的填充，利用時間軸控制，可表現(xiàn)不同時間河段水質(zhì)濃度的變化，水質(zhì)模型計算結(jié)果中包括C0D、氨氮和總磷三個指標，通過對不同指標的切換，可實現(xiàn)多指標動態(tài)模擬。本發(fā)明方法的實現(xiàn)步驟如下
1.資料收集
收集研究區(qū)及周邊相關區(qū)域的社會經(jīng)濟、水文、氣象、水質(zhì)、水利工程設施及管理、地形地貌、涉水規(guī)劃等歷史資料，進行區(qū)域土地利用現(xiàn)狀、區(qū)域水污染源現(xiàn)狀等現(xiàn)場補充調(diào)查，制訂原型監(jiān)測方案，實施降水、上游來水、降雨產(chǎn)流、河流水量水質(zhì)同步監(jiān)測；評價區(qū)域的環(huán)境狀況及其變化，分析區(qū)域存在的主要環(huán)境問題，明確引配水管理任務；
2.模型率定
在國內(nèi)外已有先進科技成果的基礎上，采用多學科交叉研究的方法，進行降雨產(chǎn)流模型、污染負荷模型、河網(wǎng)水量模型、河網(wǎng)水質(zhì)模型等數(shù)學模型研究，實現(xiàn)各模型間的無縫連接，完成模型參數(shù)的率定與驗證；
3.GIS技術與模型集成研究
根據(jù)模型輸入輸出數(shù)據(jù)管理和信息自動提出需要，進行信息標準化研究，采用空間分析與地理建模等技術，根據(jù)水利專業(yè)模型信息輸入需要，研究土地利用、人口分布、產(chǎn)業(yè)分布等信息自動提取技術，提高建模的準確性與使用效率；定制模型輸入輸出接口，滿足模擬仿真系統(tǒng)可視化要求。4、數(shù)據(jù)制作
地圖各種圖層都可以分為兩類基礎圖層和操作圖層。其中基礎圖層主要是為用戶提供一定的基礎參考信息，一般是固定不變或者變化頻率較低的圖層，包括行政區(qū)、綠地、面狀房屋、道路交通等基礎地理數(shù)據(jù)。操作圖層為水環(huán)境模型計算涉及到的斷面、河道及節(jié)點等數(shù)據(jù)。對于基礎圖層采用靜態(tài)地圖服務，對于操作圖層則使用動態(tài)地圖服務。水環(huán)境模型中按照模型計算的需要，設計計算斷面，將計算斷面存入相應的圖層，并以動態(tài)服務發(fā)布出來，方便用戶進行調(diào)整，利用空間分析技術，將河道矢量數(shù)據(jù)進行切害I]，按照流域內(nèi)河道的流向設置河段的起始斷面，并保存相關配置信息；
5、制定評價因子濃度顏色標準
建立水質(zhì)評價標準庫，依據(jù)標準進行水環(huán)境評價。按照水質(zhì)評價標準，水質(zhì)評價主要參照三個參數(shù)C0D、氨氮和總磷，不同濃度表現(xiàn)了水質(zhì)等級的好壞，水質(zhì)等級被劃分為II類、III類、IV類、V類和劣V類。為了更好的可視化表達出水質(zhì)變化的過程，對不同的水類設置不同的顏色，并將顏色保存在數(shù)據(jù)庫中，支持用戶按照習慣進行調(diào)配；在數(shù)據(jù)仿真模擬過程中，系統(tǒng)可以更直觀的反應出河道水質(zhì)等級，為引配水管理提供決策支持；6、實現(xiàn)斷面漸變內(nèi)插效果
為更真實的表達水質(zhì)演變過程，采用線性內(nèi)插技術對數(shù)據(jù)進行整理。水環(huán)境模型計算 中對河道的計算斷面選取存在間隔，單一的填色會產(chǎn)生明顯的色帶，不僅視覺效果差，而且河段起始斷面的水質(zhì)變化是根據(jù)水流的動態(tài)變化隨時間發(fā)生的，這種做法無法真實的模擬水質(zhì)變化過程。
權(quán)利要求
1.水質(zhì)多指標動態(tài)模擬的斷面漸變內(nèi)插技術，其特征在于，包括如下步驟 1)資料收集 收集研究區(qū)及周邊相關區(qū)域的社會經(jīng)濟、水文、氣象、水質(zhì)、水利工程設施及管理、地形地貌、涉水規(guī)劃等歷史資料，進行區(qū)域土地利用現(xiàn)狀、區(qū)域水污染源現(xiàn)狀等現(xiàn)場補充調(diào)查，制訂原型監(jiān)測方案，實施降水、上游來水、降雨產(chǎn)流、河流水量水質(zhì)同步監(jiān)測；評價區(qū)域的環(huán)境狀況及其變化，分析區(qū)域存在的主要環(huán)境問題，明確引配水管理任務； 2)模型率定 在國內(nèi)外已有先進科技成果的基礎上，采用多學科交叉研究的方法，進行降雨產(chǎn)流模型、污染負荷模型、河網(wǎng)水量模型、河網(wǎng)水質(zhì)模型等數(shù)學模型研究，實現(xiàn)各模型間的無縫連接，完成模型參數(shù)的率定與驗證； 3)GIS技術與模型集成研究 根據(jù)模型輸入輸出數(shù)據(jù)管理和信息自動提出需要，進行信息標準化研究，采用空間分析與地理建模等技術，根據(jù)水利專業(yè)模型信息輸入需要，研究土地利用、人口分布、產(chǎn)業(yè)分布等信息自動提取技術，提高建模的準確性與使用效率；定制模型輸入輸出接口，滿足模擬仿真系統(tǒng)可視化要求； 4)數(shù)據(jù)制作 地圖各種圖層都可以分為兩類基礎圖層和操作圖層；其中基礎圖層主要是為用戶提供一定的基礎參考信息，一般是固定不變或者變化頻率較低的圖層，包括行政區(qū)、綠地、面狀房屋、道路交通等基礎地理數(shù)據(jù)；操作圖層為水環(huán)境模型計算涉及到的斷面、河道及節(jié)點等數(shù)據(jù)；對于基礎圖層采用靜態(tài)地圖服務，對于操作圖層則使用動態(tài)地圖服務；水環(huán)境模型中按照模型計算的需要，設計計算斷面，將計算斷面存入相應的圖層，并以動態(tài)服務發(fā)布出來，方便用戶進行調(diào)整，利用空間分析技術，將河道矢量數(shù)據(jù)進行切割，按照流域內(nèi)河道的流向設置河段的起始斷面，并保存相關配置信息； 5)制定評價因子濃度顏色標準 建立水質(zhì)評價標準庫，依據(jù)標準進行水環(huán)境評價；按照水質(zhì)評價標準，水質(zhì)評價主要參照三個參數(shù)COD、氨氮和總磷，不同濃度表現(xiàn)了水質(zhì)等級的好壞，水質(zhì)等級被劃分為II類、III類、IV類、V類和劣V類；為了更好的可視化表達出水質(zhì)變化的過程，對不同的水類設置不同的顏色，并將顏色保存在數(shù)據(jù)庫中，支持用戶按照習慣進行調(diào)配；在數(shù)據(jù)仿真模擬過程中，系統(tǒng)可以更直觀的反應出河道水質(zhì)等級，為引配水管理提供決策支持； 6)實現(xiàn)斷面漸變內(nèi)插效果 為更真實的表達水質(zhì)演變過程，采用線性內(nèi)插技術對數(shù)據(jù)進行整理。
全文摘要
水質(zhì)多指標動態(tài)模擬的斷面漸變內(nèi)插技術,包括如下步驟1)資料收集；2)模型率定；3)GIS技術與模型集成研究；4)數(shù)據(jù)制作；5)制定評價因子濃度顏色標準；6)實現(xiàn)斷面漸變內(nèi)插效果 。本發(fā)明的有益效果在于，提高了水資源優(yōu)化配置管理信息化水平，對水環(huán)境數(shù)學模型與GIS技術進行集成。
文檔編號G06Q50/06GK102708520SQ20121014329
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者孫在宏, 曾微波, 王衛(wèi)平, 葛艷波, 高志祥 申請人:南京國圖信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司