一种基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统及方法，业务应用层包括底泥监测系统、水体水质监测系统、工程运维系统、清淤过程中智慧管控系统、视频监控系统、生物监测系统、综合评价系统；所述服务支撑层包括感知系统、连接管理系统、Web服务、报表服务、GIS服务、文件服务、统一的系统管理、门户展示、应用服务、工作流引擎、三维服务、运行监控模块；基础设施层包含块数据平台、IoT平台、数据存储、数据交换平台、互联网、工控机、交换机、网络存储设备；感知层包括底泥监测设备、视频监控设备、水体水质监测设备、液位监控设备、气象环境监测设备、智慧工地监测设备、水位流量监测、底泥处理工艺设备。

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

【技术实现步骤摘要】
一种基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统及方法
本专利技术属于生态清淤
，具体涉及一种基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统及方法。
技术介绍
城市河湖是城市社会发展不可缺少的部分，是城市水系的载体。我国对湖泊环境的管理主要集中在水质，但对于一些处于富营养化状态的湖泊，如果仅外源污染得到有效控制，水体会因沉积物中污染物质的释放而在长时期内维持富营养或水质恶化状态。因此，湖泊沉积物的质量状况是影响这类湖泊水质改善的重要因素。为了控制污染的底泥对水体的影响，生态清淤是保护水源、治理湖泊、缓解富营养化的最直接、最有效、最环保的措施。随着行业标准完善、技术不断进步、国家政策扶持，国家物联网行业迅猛发展，在万物互联的大趋势下，关于生态清淤的物联网系统成为一个重要的新课题。至今，中国在生态清淤智慧管控中没有取得良好的效果。有如下原因：统筹规划和管理缺乏、基础设施建设不足、数据共享性机制不完善、顶层设计不到位等，诸如此类问题制约着生态清淤领域的稳定发展及快速进步。随着国家对水环境重视程度越来越高，提出了“以水系治理为基础，数字化管理为核心，通过治理与管理相结合，监测与反控相协调，实现城市水系治理的物联网运维”的新思路，综合考虑环境、生态、技术、经济等多重因素，对整体系统架构的构建以及运行能力的进行改进与提高，达到具体使用目的，为生态清淤提供科学的实施策略与合理的技术方法。地理信息系统(GeographicalInformationSystem，GIS)在计算机硬、软件系统的支持下，综合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，对整个或部分地球表层空间中有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。建立城市模型(CityInformationModeling,CIM)技术以城市信息数据为基础，建立起三维空间模型和城市信息的有机综合体，集成GIS数据+CIM数据，为智慧城市建设提供了基础数据。基于GIS平台将CIM模型与地理信息数据融合，能充分利用各类数据的优势。目前生态清淤智慧管控系统技术不够成熟，智慧程度低是主要问题，工作人员无法迅速定位清淤工程实施过程中的底泥扰动区域，并快速有效提供相应处理措施，以致影响清淤工程的管控。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种智慧化、立体化、可视化的基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统及方法，包括对底泥、水质、生物三个项目的全过程生命周期(包含清淤前、清淤中、清淤后)智慧管控。其具体内容包括底泥、水质、生物的布点设置、采样方法选择、监测因子和分析方法确定。本专利技术的第一专利技术目的是提供一种基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统，由感知层、基础设施层、服务支撑层、业务应用层构成，其中：所述业务应用层包括底泥监测系统、水体水质监测系统、工程运维系统、清淤过程中智慧管控系统、视频监控系统、生物监测系统、综合评价系统；所述服务支撑层包括感知系统、连接管理系统、Web服务、报表服务、GIS服务、文件服务、统一的系统管理、门户展示、应用服务、工作流引擎、三维服务、运行监控模块；所述基础设施层包含块数据平台、IoT平台、数据存储、数据交换平台、4G和/或有线互联网、工控机、交换机、网络存储设备；所述感知层包括底泥监测设备、视频监控设备、水体水质监测设备、液位监控设备、气象环境监测设备、智慧工地监测设备、水位流量监测、底泥处理工艺设备；所述感知层、基础设施层、服务支撑层、业务应用层依次进行数据交互。进一步：所述生态清淤智慧管控系统预留CIM平台、物联网统一开放平台接口。本专利技术的第一专利技术目的是提供一种基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统的方法，包括如下步骤：对底泥、水质、生物三个项目进行全过程生命周期监控；通过GIS构建底泥三维分布模型，对区域水体污染底泥的空间和属性信息显示、查询、分析和计算，为污染底泥疏浚工程土方量的估算和方案比较提供数据支撑；进一步，在清淤前进行对底泥、水质、生物进行本底调查；清淤中在生态疏浚船工作时实现对底泥、水质进行监控；清淤后，采集底泥、水质、生物样品进行分析，与清淤前本底调查数据进行比对，建立清淤工程数据库，与地理信息系统相结合，实现对点位各类参数的查询，进行污染物的比较，以及污染物、生物量空间分布的可视化；同时利用地理信息系统和数学软件两种方法对底泥和水量进行计算；分析研究底泥污染物的二维平面分布、垂直方向分布规律；分析研究底泥微生物、底栖藻类、底栖动物、浮游植物、浮游动物二维平面分布、垂直方向分布；根据底泥、水质、生物的调查分析结果，作出清淤前本底调查评估方案。进一步，所述污染物为：总磷、总氮、氨氮、COD、重金属、六六六、滴滴滴、抗生素中的一种或者多种。进一步，对作业区多个作业船的管控参数进行管控，所述管控参数包括环保刀头轨迹、清淤高程、施工区水质及视频。进一步，底泥调查监测因子包括pH、氧化还原点位、含水率、密度、比重、粒度、孔隙比、界限含水率、塌落度、内摩擦角、无侧限抗压强度、抗剪强度、渗透系数、比阻、阳离子交换量、有机碳、总氮、游离态氨、固定态氨、硝态氮、亚硝态氮、总磷、无机形态磷、总有机磷、总硫、总无机硫、总有机硫、镉、铅、锌、铜、镍、铬、汞、砷、重金属形态、六六六总量、滴滴涕总量、多环芳烃、多氯联苯、抗生素。进一步，水质调查监测因子包括pH、温度、溶解氧、悬浮物、高锰酸钾指数、COD、BOD5、NH3-N、TN、镉、铅、锌、铜、镍、铬、汞、砷、挥发酚、石油类、阴离子表面、活性剂、硫化物、六六六总量、滴滴涕总量、多环芳烃、多氯联苯、抗生素。进一步，生物调查监测因子包括浮游植物、浮游动物、底栖微生物、底栖动物、高等水生植物、鱼类。本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术运用地理信息系统对整理后的野外勘测、柱样资料、物理化学及生物特性参数进行综合，并将其存储在信息管理系统内，建立底泥柱样数据库；运用地理信息系统的空间分析功能--数字高程模型建立区域水体数字高程模型；建立了区域水体底泥三维空间分布特征查询系统。实现对单一点位各类参数的查询。利用这一系统用户还可以选择多个位点进行比较查询，实现对不同位点污染物的直观比较，以及污染物、生物量空间分布的可视化。实现对区域水体污染底泥的空间和属性信息显示、查询、分析和计算等功能，为污染底泥疏浚工程土方量的估算和方案比较提供有效的工具。实现底泥、水质、生物预警信息发布，并针对可能发生的污染等突发事件，编制应急响应预案，明确制定每一项具体实施程序，形成完整的文件体系(总预案、程序文件、指导说明书、记录)，通过会商研判，建立应急调度系统，完成预案—预备—响应—恢复；本专利技术由感知层采集、检测各类数据通过通信网络传至数据交换平台，将数据传输至云平台进行数据汇总、存储，以此建立数据库并进行数据分析，在服务支撑层建立各类服务系统，对业务应用层的各类监测业务提供服务。附图说明图1为本专利技术优选实施例的总体架构示意图；图2为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统，其特征在于：由感知层、基础设施层、服务支撑层、业务应用层构成，其中：/n所述业务应用层包括底泥监测系统、水体水质监测系统、工程运维系统、清淤过程中智慧管控系统、视频监控系统、生物监测系统、综合评价系统；/n所述服务支撑层包括感知系统、连接管理系统、Web服务、报表服务、GIS服务、文件服务、统一的系统管理、门户展示、应用服务、工作流引擎、三维服务、运行监控模块；/n所述基础设施层包含块数据平台、IoT平台、数据存储、数据交换平台、4G和/或有线互联网、工控机、交换机、网络存储设备；/n所述感知层包括底泥监测设备、视频监控设备、水体水质监测设备、液位监控设备、气象环境监测设备、智慧工地监测设备、水位流量监测、底泥处理工艺设备；/n所述感知层、基础设施层、服务支撑层、业务应用层依次进行数据交互。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统，其特征在于：由感知层、基础设施层、服务支撑层、业务应用层构成，其中：
所述业务应用层包括底泥监测系统、水体水质监测系统、工程运维系统、清淤过程中智慧管控系统、视频监控系统、生物监测系统、综合评价系统；
所述服务支撑层包括感知系统、连接管理系统、Web服务、报表服务、GIS服务、文件服务、统一的系统管理、门户展示、应用服务、工作流引擎、三维服务、运行监控模块；
所述基础设施层包含块数据平台、IoT平台、数据存储、数据交换平台、4G和/或有线互联网、工控机、交换机、网络存储设备；
所述感知层包括底泥监测设备、视频监控设备、水体水质监测设备、液位监控设备、气象环境监测设备、智慧工地监测设备、水位流量监测、底泥处理工艺设备；
所述感知层、基础设施层、服务支撑层、业务应用层依次进行数据交互。


2.根据权利要求1所述的基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统，其特征在于：所述生态清淤智慧管控系统预留CIM平台、物联网统一开放平台接口。


3.一种如权利要求2所述的基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统的方法，其特征在于：包括如下步骤：
对底泥、水质、生物三个项目进行全过程生命周期监控；
通过GIS构建底泥三维分布模型，对区域水体污染底泥的空间和属性信息显示、查询、分析和计算，为污染底泥疏浚工程土方量的估算和方案比较提供数据支撑。


4.根据权利要求3所述基于CIM和GIS的生态清淤智慧管控系统的方法，其特征在于，在清淤前进行对底泥、水质、生物进行本底调查；清淤中在生态疏浚船工作时实现对底泥、水质进行监控；清淤后，采集底泥、水质、生物样品进行分析，与清淤前本底调查数据进行比对，建立清淤工程数据库，与地理信息系统相结合，实现对点位各类参数的查询，进行污染物的比较，以及污染物、生物量空间分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，胡克刚，李连全，唐海霞，
申请(专利权)人：河北省水利水电勘测设计研究院，
类型：发明
国别省市：天津;12