一種基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)及方法技術方案

本發(fā)明專利技術公開了一種基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)及方法，業(yè)務應用層包括底泥監(jiān)測系統(tǒng)、水體水質監(jiān)測系統(tǒng)、工程運維系統(tǒng)、清淤過程中智慧管控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、生物監(jiān)測系統(tǒng)、綜合評價系統(tǒng)；所述服務支撐層包括感知系統(tǒng)、連接管理系統(tǒng)、Web服務、報表服務、GIS服務、文件服務、統(tǒng)一的系統(tǒng)管理、門戶展示、應用服務、工作流引擎、三維服務、運行監(jiān)控模塊；基礎設施層包含塊數(shù)據(jù)平臺、IoT平臺、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)交換平臺、互聯(lián)網、工控機、交換機、網絡存儲設備；感知層包括底泥監(jiān)測設備、視頻監(jiān)控設備、水體水質監(jiān)測設備、液位監(jiān)控設備、氣象環(huán)境監(jiān)測設備、智慧工地監(jiān)測設備、水位流量監(jiān)測、底泥處理工藝設備。

An intelligent management and control system and method of ecological dredging based on CIM and GIS

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)及方法
本專利技術屬于生態(tài)清淤
，具體涉及一種基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)及方法。
技術介紹
城市河湖是城市社會發(fā)展不可缺少的部分，是城市水系的載體。我國對湖泊環(huán)境的管理主要集中在水質，但對于一些處于富營養(yǎng)化狀態(tài)的湖泊，如果僅外源污染得到有效控制，水體會因沉積物中污染物質的釋放而在長時期內維持富營養(yǎng)或水質惡化狀態(tài)。因此，湖泊沉積物的質量狀況是影響這類湖泊水質改善的重要因素。為了控制污染的底泥對水體的影響，生態(tài)清淤是保護水源、治理湖泊、緩解富營養(yǎng)化的最直接、最有效、最環(huán)保的措施。隨著行業(yè)標準完善、技術不斷進步、國家政策扶持，國家物聯(lián)網行業(yè)迅猛發(fā)展，在萬物互聯(lián)的大趨勢下，關于生態(tài)清淤的物聯(lián)網系統(tǒng)成為一個重要的新課題。至今，中國在生態(tài)清淤智慧管控中沒有取得良好的效果。有如下原因：統(tǒng)籌規(guī)劃和管理缺乏、基礎設施建設不足、數(shù)據(jù)共享性機制不完善、頂層設計不到位等，諸如此類問題制約著生態(tài)清淤領域的穩(wěn)定發(fā)展及快速進步。隨著國家對水環(huán)境重視程度越來越高，提出了“以水系治理為基礎，數(shù)字化管理為核心，通過治理與管理相結合，監(jiān)測與反控相協(xié)調，實現(xiàn)城市水系治理的物聯(lián)網運維”的新思路，綜合考慮環(huán)境、生態(tài)、技術、經濟等多重因素，對整體系統(tǒng)架構的構建以及運行能力的進行改進與提高，達到具體使用目的，為生態(tài)清淤提供科學的實施策略與合理的技術方法。地理信息系統(tǒng)(GeographicalInformationSystem，GIS)在計算機硬、軟件系統(tǒng)的支持下，綜合地理學與地圖學以及遙感和計算機科學，對整個或部分地球表層空間中有關地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)。建立城市模型(CityInformationModeling,CIM)技術以城市信息數(shù)據(jù)為基礎，建立起三維空間模型和城市信息的有機綜合體，集成GIS數(shù)據(jù)+CIM數(shù)據(jù)，為智慧城市建設提供了基礎數(shù)據(jù)。基于GIS平臺將CIM模型與地理信息數(shù)據(jù)融合，能充分利用各類數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。目前生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)技術不夠成熟，智慧程度低是主要問題，工作人員無法迅速定位清淤工程實施過程中的底泥擾動區(qū)域，并快速有效提供相應處理措施，以致影響清淤工程的管控。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種智慧化、立體化、可視化的基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)及方法，包括對底泥、水質、生物三個項目的全過程生命周期(包含清淤前、清淤中、清淤后)智慧管控。其具體內容包括底泥、水質、生物的布點設置、采樣方法選擇、監(jiān)測因子和分析方法確定。本專利技術的第一專利技術目的是提供一種基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)，由感知層、基礎設施層、服務支撐層、業(yè)務應用層構成，其中：所述業(yè)務應用層包括底泥監(jiān)測系統(tǒng)、水體水質監(jiān)測系統(tǒng)、工程運維系統(tǒng)、清淤過程中智慧管控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、生物監(jiān)測系統(tǒng)、綜合評價系統(tǒng)；所述服務支撐層包括感知系統(tǒng)、連接管理系統(tǒng)、Web服務、報表服務、GIS服務、文件服務、統(tǒng)一的系統(tǒng)管理、門戶展示、應用服務、工作流引擎、三維服務、運行監(jiān)控模塊；所述基礎設施層包含塊數(shù)據(jù)平臺、IoT平臺、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)交換平臺、4G和/或有線互聯(lián)網、工控機、交換機、網絡存儲設備；所述感知層包括底泥監(jiān)測設備、視頻監(jiān)控設備、水體水質監(jiān)測設備、液位監(jiān)控設備、氣象環(huán)境監(jiān)測設備、智慧工地監(jiān)測設備、水位流量監(jiān)測、底泥處理工藝設備；所述感知層、基礎設施層、服務支撐層、業(yè)務應用層依次進行數(shù)據(jù)交互。進一步：所述生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)預留CIM平臺、物聯(lián)網統(tǒng)一開放平臺接口。本專利技術的第一專利技術目的是提供一種基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)的方法，包括如下步驟：對底泥、水質、生物三個項目進行全過程生命周期監(jiān)控；通過GIS構建底泥三維分布模型，對區(qū)域水體污染底泥的空間和屬性信息顯示、查詢、分析和計算，為污染底泥疏浚工程土方量的估算和方案比較提供數(shù)據(jù)支撐；進一步，在清淤前進行對底泥、水質、生物進行本底調查；清淤中在生態(tài)疏浚船工作時實現(xiàn)對底泥、水質進行監(jiān)控；清淤后，采集底泥、水質、生物樣品進行分析，與清淤前本底調查數(shù)據(jù)進行比對，建立清淤工程數(shù)據(jù)庫，與地理信息系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)對點位各類參數(shù)的查詢，進行污染物的比較，以及污染物、生物量空間分布的可視化；同時利用地理信息系統(tǒng)和數(shù)學軟件兩種方法對底泥和水量進行計算；分析研究底泥污染物的二維平面分布、垂直方向分布規(guī)律；分析研究底泥微生物、底棲藻類、底棲動物、浮游植物、浮游動物二維平面分布、垂直方向分布；根據(jù)底泥、水質、生物的調查分析結果，作出清淤前本底調查評估方案。進一步，所述污染物為：總磷、總氮、氨氮、COD、重金屬、六六六、滴滴滴、抗生素中的一種或者多種。進一步，對作業(yè)區(qū)多個作業(yè)船的管控參數(shù)進行管控，所述管控參數(shù)包括環(huán)保刀頭軌跡、清淤高程、施工區(qū)水質及視頻。進一步，底泥調查監(jiān)測因子包括pH、氧化還原點位、含水率、密度、比重、粒度、孔隙比、界限含水率、塌落度、內摩擦角、無側限抗壓強度、抗剪強度、滲透系數(shù)、比阻、陽離子交換量、有機碳、總氮、游離態(tài)氨、固定態(tài)氨、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、總磷、無機形態(tài)磷、總有機磷、總硫、總無機硫、總有機硫、鎘、鉛、鋅、銅、鎳、鉻、汞、砷、重金屬形態(tài)、六六六總量、滴滴涕總量、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、抗生素。進一步，水質調查監(jiān)測因子包括pH、溫度、溶解氧、懸浮物、高錳酸鉀指數(shù)、COD、BOD5、NH3-N、TN、鎘、鉛、鋅、銅、鎳、鉻、汞、砷、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面、活性劑、硫化物、六六六總量、滴滴涕總量、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、抗生素。進一步，生物調查監(jiān)測因子包括浮游植物、浮游動物、底棲微生物、底棲動物、高等水生植物、魚類。本專利技術具有的優(yōu)點和積極效果是：本專利技術運用地理信息系統(tǒng)對整理后的野外勘測、柱樣資料、物理化學及生物特性參數(shù)進行綜合，并將其存儲在信息管理系統(tǒng)內，建立底泥柱樣數(shù)據(jù)庫；運用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能--數(shù)字高程模型建立區(qū)域水體數(shù)字高程模型；建立了區(qū)域水體底泥三維空間分布特征查詢系統(tǒng)。實現(xiàn)對單一點位各類參數(shù)的查詢。利用這一系統(tǒng)用戶還可以選擇多個位點進行比較查詢，實現(xiàn)對不同位點污染物的直觀比較，以及污染物、生物量空間分布的可視化。實現(xiàn)對區(qū)域水體污染底泥的空間和屬性信息顯示、查詢、分析和計算等功能，為污染底泥疏浚工程土方量的估算和方案比較提供有效的工具。實現(xiàn)底泥、水質、生物預警信息發(fā)布，并針對可能發(fā)生的污染等突發(fā)事件，編制應急響應預案，明確制定每一項具體實施程序，形成完整的文件體系(總預案、程序文件、指導說明書、記錄)，通過會商研判，建立應急調度系統(tǒng)，完成預案—預備—響應—恢復；本專利技術由感知層采集、檢測各類數(shù)據(jù)通過通信網絡傳至數(shù)據(jù)交換平臺，將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺進行數(shù)據(jù)匯總、存儲，以此建立數(shù)據(jù)庫并進行數(shù)據(jù)分析，在服務支撐層建立各類服務系統(tǒng)，對業(yè)務應用層的各類監(jiān)測業(yè)務提供服務。附圖說明圖1為本專利技術優(yōu)選實施例的總體架構示意圖；圖2為本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)，其特征在于：由感知層、基礎設施層、服務支撐層、業(yè)務應用層構成，其中：/n所述業(yè)務應用層包括底泥監(jiān)測系統(tǒng)、水體水質監(jiān)測系統(tǒng)、工程運維系統(tǒng)、清淤過程中智慧管控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、生物監(jiān)測系統(tǒng)、綜合評價系統(tǒng)；/n所述服務支撐層包括感知系統(tǒng)、連接管理系統(tǒng)、Web服務、報表服務、GIS服務、文件服務、統(tǒng)一的系統(tǒng)管理、門戶展示、應用服務、工作流引擎、三維服務、運行監(jiān)控模塊；/n所述基礎設施層包含塊數(shù)據(jù)平臺、IoT平臺、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)交換平臺、4G和/或有線互聯(lián)網、工控機、交換機、網絡存儲設備；/n所述感知層包括底泥監(jiān)測設備、視頻監(jiān)控設備、水體水質監(jiān)測設備、液位監(jiān)控設備、氣象環(huán)境監(jiān)測設備、智慧工地監(jiān)測設備、水位流量監(jiān)測、底泥處理工藝設備；/n所述感知層、基礎設施層、服務支撐層、業(yè)務應用層依次進行數(shù)據(jù)交互。/n

【技術特征摘要】
1.一種基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)，其特征在于：由感知層、基礎設施層、服務支撐層、業(yè)務應用層構成，其中：
所述業(yè)務應用層包括底泥監(jiān)測系統(tǒng)、水體水質監(jiān)測系統(tǒng)、工程運維系統(tǒng)、清淤過程中智慧管控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、生物監(jiān)測系統(tǒng)、綜合評價系統(tǒng)；
所述服務支撐層包括感知系統(tǒng)、連接管理系統(tǒng)、Web服務、報表服務、GIS服務、文件服務、統(tǒng)一的系統(tǒng)管理、門戶展示、應用服務、工作流引擎、三維服務、運行監(jiān)控模塊；
所述基礎設施層包含塊數(shù)據(jù)平臺、IoT平臺、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)交換平臺、4G和/或有線互聯(lián)網、工控機、交換機、網絡存儲設備；
所述感知層包括底泥監(jiān)測設備、視頻監(jiān)控設備、水體水質監(jiān)測設備、液位監(jiān)控設備、氣象環(huán)境監(jiān)測設備、智慧工地監(jiān)測設備、水位流量監(jiān)測、底泥處理工藝設備；
所述感知層、基礎設施層、服務支撐層、業(yè)務應用層依次進行數(shù)據(jù)交互。


2.根據(jù)權利要求1所述的基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)，其特征在于：所述生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)預留CIM平臺、物聯(lián)網統(tǒng)一開放平臺接口。


3.一種如權利要求2所述的基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)的方法，其特征在于：包括如下步驟：
對底泥、水質、生物三個項目進行全過程生命周期監(jiān)控；
通過GIS構建底泥三維分布模型，對區(qū)域水體污染底泥的空間和屬性信息顯示、查詢、分析和計算，為污染底泥疏浚工程土方量的估算和方案比較提供數(shù)據(jù)支撐。


4.根據(jù)權利要求3所述基于CIM和GIS的生態(tài)清淤智慧管控系統(tǒng)的方法，其特征在于，在清淤前進行對底泥、水質、生物進行本底調查；清淤中在生態(tài)疏浚船工作時實現(xiàn)對底泥、水質進行監(jiān)控；清淤后，采集底泥、水質、生物樣品進行分析，與清淤前本底調查數(shù)據(jù)進行比對，建立清淤工程數(shù)據(jù)庫，與地理信息系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)對點位各類參數(shù)的查詢，進行污染物的比較，以及污染物、生物量空間分布...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉暢，胡克剛，李連全，唐海霞，
申請(專利權)人：河北省水利水電勘測設計研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：天津;12