《智慧水環(huán)境理論與應用》以松花江流域哈爾濱市城區(qū)段為研究區(qū)，分別介紹地理信息系統(tǒng)、遙感技術、空間定位技術、物聯(lián)網技術、大數(shù)據(jù)、云計算、機器學習和知識發(fā)現(xiàn)等技術在水環(huán)境監(jiān)測與管理中的應用現(xiàn)狀與技術特征。從水環(huán)境監(jiān)測與感知、水質預測與評價、水體污染物總量控制、水質遙感、水污染突發(fā)事件處理等領域具體闡述了智慧水環(huán)境的技術體系與應用成效。
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目錄
前言
第1章 智慧水環(huán)境概述 1
1.1 智慧水環(huán)境概念的提出 3
1.2 智慧水環(huán)境的內容 3
1.2.1 構建智慧水環(huán)境物聯(lián)網 4
1.2.2 構建智慧水環(huán)境大數(shù)據(jù)云平臺 6
1.2.3 構建智慧水環(huán)境智能分析模型 7
1.2.4 構建智慧水環(huán)境綜合應用平臺 8
1.3 智慧水環(huán)境的框架結構和技術組成 10
1.3.1 大數(shù)據(jù)相關技術 10
1.3.2 物聯(lián)網技術 12
1.4 智慧水環(huán)境的應用趨勢 13
1.5 建設智慧水環(huán)境的意義 13
第2章 基于物聯(lián)網的智慧水環(huán)境技術設施體系 14
2.1 基于IOT技術的智慧水環(huán)境環(huán)保監(jiān)測體系 14
2.1.1 環(huán)保物聯(lián)網的總體體系結構 14
2.1.2 環(huán)保物聯(lián)網的軟件系統(tǒng) 14
2.1.3 環(huán)保物聯(lián)網的硬件系統(tǒng) 15
2.2 固定式水環(huán)境自動監(jiān)測設備 15
2.3 可移動式水環(huán)境監(jiān)測體系 29
2.3.1 浮標式水質監(jiān)測站 29
2.3.2 浮船式水質監(jiān)測站 31
2.3.3 水質移動監(jiān)測車 35
2.4 無人機監(jiān)察技術 40
2.4.1 無人機及無人機系統(tǒng) 41
2.4.2 無人機飛行平臺 41
2.4.3 任務載荷 42
2.4.4 無人機監(jiān)察技術在智慧水環(huán)境中的應用 45
第3章 基于云計算的智慧水環(huán)境綜合服務平臺 47
3.1 云計算 47
3.1.1 云計算技術框架概述 47
3.1.2 云計算的服務模式 51
3.2 云平臺數(shù)據(jù)響應服務 52
3.2.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)收集響應服務 53
3.2.2 空間數(shù)據(jù)關聯(lián)存儲響應服務 56
3.2.3 專題數(shù)據(jù)編輯制作響應服務 57
3.3 云平臺數(shù)據(jù)與服務發(fā)布機制 59
3.3.1 水質環(huán)保數(shù)據(jù)發(fā)布 61
3.3.2 地理信息空間數(shù)據(jù)發(fā)布 62
3.3.3 水環(huán)境專題數(shù)據(jù)發(fā)布 64
3.3.4 水環(huán)境應用基礎功能模塊發(fā)布 65
第4章 水環(huán)境在線監(jiān)測深度感知系統(tǒng)研究 67
4.1 系統(tǒng)研究概況 67
4.1.1 控制單元概況 68
4.1.2 水環(huán)境在線監(jiān)測深度感知系統(tǒng)設計 68
4.1.3 研究方法 68
4.2 在線監(jiān)測分發(fā)數(shù)據(jù)庫設計 69
4.2.1 水環(huán)境在線監(jiān)測現(xiàn)狀 69
4.2.2 在線監(jiān)測分發(fā)數(shù)據(jù)庫構建 71
4.3 水污染物追溯響應算法研究 74
4.3.1 圖論中的網絡模型 74
4.3.2 GIS網絡模型 74
4.3.3 水環(huán)境網絡數(shù)據(jù)模型構建 75
4.3.4 構建污染物空間追溯響應關系模型 76
4.3.5 構建三級響應管理模型 78
4.4 水環(huán)境在線監(jiān)測深度感知系統(tǒng)設計與實現(xiàn) 80
4.4.1 系統(tǒng)需求分析 80
4.4.2 系統(tǒng)建設思路 81
4.4.3 系統(tǒng)總體設計 82
4.4.4 系統(tǒng)功能設計 84
4.4.5 系統(tǒng)展示 87
第5章 基于Skyline的河流水污染突發(fā)事件模擬 89
5.1 研究區(qū)概況 89
5.1.1 研究區(qū)地理位置概況 89
5.1.2 研究區(qū)流域水文特征 89
5.1.3 水環(huán)境風險源 91
5.2 基于Skyline平臺建立流域三維水環(huán)境 91
5.2.1 地形的三維表達 91
5.2.2 河流數(shù)據(jù)的表達 92
5.2.3 多源三維模型數(shù)據(jù) 92
5.3 水質模型與Skyline平臺的耦合 94
5.3.1 水質模型 94
5.3.2 水質模型與Skyline平臺的耦合 96
5.4 河流水污染突發(fā)事件模擬系統(tǒng)的設計 98
5.4.1 系統(tǒng)需求分析 98
5.4.2 系統(tǒng)設計原則 98
5.4.3 系統(tǒng)總體設計 99
5.4.4 數(shù)據(jù)庫設計 100
5.4.5 系統(tǒng)功能設計 106
5.4.6 水質模擬功能 107
5.5 情景模擬 109
5.5.1 事故模擬 109
5.5.2 事故風險分析 110
第6章 基于WebGIS的松花江哈爾濱段水質監(jiān)測與評價系統(tǒng) 113
6.1 概述 113
6.2 系統(tǒng)技術 113
6.2.1 WebGIS技術 113
6.2.2 水質評價方法 114
6.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 114
6.4 系統(tǒng)構建 115
6.4.1 系統(tǒng)功能需求 115
6.4.2 系統(tǒng)設計 116
6.4.3 系統(tǒng)服務與導航 117
6.4.4 水質監(jiān)測 117
6.4.5 水質評價 118
6.5 小結 119
第7章 水環(huán)境污染物總量優(yōu)化分配方法及業(yè)務化應用研究 120
7.1 概況 120
7.1.1 研究區(qū)自然環(huán)境概況 120
7.1.2 研究區(qū)水質概況 121
7.2 污染物總量優(yōu)化分配方法研究 122
7.2.1 水環(huán)境容量的計算 122
7.2.2 污染物核算 128
7.2.3 污染物總量分配原則及可選方法 139
7.2.4 松花江哈爾濱段水環(huán)境污染物總量分配 140
7. 3 污染物總量優(yōu)化分配業(yè)務化系統(tǒng)實現(xiàn) 148
7.3.1 系統(tǒng)需求分析 148
7.3.2 系統(tǒng)架構及數(shù)據(jù)庫設計 149
7.3.3 技術路線 152
7.3.4 系統(tǒng)關鍵技術 153
7.3.5 系統(tǒng)功能實現(xiàn) 154
7. 4 結論與展望 157
7.4.1 結論 157
7.4.2 展望 159
第8章 基于多源遙感的哈爾濱松花江水質反演 160
8.1 基于多光譜遙感的松花江水質反演 160
8.1.1 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來源及預處理 160
8.1.2 遙感影像處理成果 161
8.1.3 基于多光譜遙感水質模型構建 161
8.2 基于機器學習PSO-SVR對水質反演模型的建立 164
8.2.1 基于PSO-SVR對高錳酸鹽指數(shù)反演 164
8.2.2 基于PSO-SVR對化學需氧量反演 166
8.2.3 基于PSO-SVR對氨氮反演 167
8.2.4 基于PSO-SVR對總磷反演 169
8.3 小結與討論 170
第9章 基于CBR與RBR的突發(fā)水環(huán)境污染處理專家系統(tǒng)研究 172
9.1 知識庫的建立 173
9.1.1 知識的概念 173
9.1.2 知識與知識庫 173
9.1.3 知識獲取 174
9.1.4 水污染與事件處理知識 174
9.1.5 專家知識獲取方法 175
9.1.6 突發(fā)水環(huán)境污染知識庫建立 176
9.2 CBR方法 181
9.2.1 案例相似度計算 181
9.2.2 CBR法 183
9.2.3 CBR架構分析 184
9.3 RBR方法 186
9.3.1 規(guī)則推理方法 186
9.3.2 決策樹算法 187
9.3.3 三種算法性能評價 189
9.3.4 CBR和RBR結合分析 192
9.4 CBR和RBR突發(fā)水環(huán)境污染算法實現(xiàn) 193
9.4.1 CBR算法實現(xiàn) 193
9.4.2 RBR算法實現(xiàn) 194
第10章 基于移動端的水環(huán)境管理云平臺 196
10.1 國內外移動電子政務的發(fā)展現(xiàn)狀分析 196
10.1.1 國內移動電子政務發(fā)展現(xiàn)狀 196
10.1.2 國外移動電子政務發(fā)展現(xiàn)狀 197
10.1.3 水環(huán)境智能APP應用現(xiàn)狀 197
10.2 移動端平臺特點 198
10.3 需求分析 199
10.3.1 用戶層次需求分析 199
10.3.2 功能需求分析 199
10.3.3 平臺運維分析 201
10.3.4 支撐環(huán)境建設 202
10.3.5 平臺部署 203
10.3.6 平臺測試 203
10.4 水環(huán)境移動端平臺設計 204
10.4.1 概述 204
10.4.2 建設原則 204
10.4.3 項目實施重點及難點 205
10.4.4 技術路線與關鍵技術 205
10.4.5 平臺框架設計 210
10.4.6 水環(huán)境大數(shù)據(jù)中心 212
10.4.7 云端服務方案 214
10.5 平臺應用 217
10.5.1 平臺管理端 218
10.5.2 移動端功能設計 223
10.6 平臺應達到的技術指標 226
10.7 結束語 227
參考文獻 228
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