[发明专利]一种突发性水质污染事故模拟仿真及可视化服务系统

说明书

技术领域

本发明属于环境水力学、地理信息技术与计算机数字仿真学的交叉领域，涉及一种突发性水质污染事故的模拟仿真及可视化服务系统的构建方法，特别是指通过结合WebGIS技术和水力学仿真技术构建网络服务系统，提供对突发性水质污染事故的动态模拟仿真服务，及可视化展示服务。该系统能为水环境监测、水质安全保障工作提供有效的支撑和服务。

背景技术

饮用水安全问题关系到广大人民群众的健康、生命安全和社会的和谐稳定。近年来，水体污染事件的频频发生引起了公众的高度关注。城市对突发性水体污染事故的反应速度和决策处理能力成为了城市居民饮用水安全保证的关键因素之一，也成为衡量水环境管理决策现代化的重要标志。

要控制和减少突发性水质污染事件造成的危害，一个有效的方法是利用水质模拟仿真技术对水质污染事件进行分析评估，以采取有效的应急措施和整治方案。通过利用水力水质数学模型，对突发性水质污染事故进行模拟仿真，获得水体水质和特征污染物的扩散趋势信息，可为事故下游区域对突发性水质污染事故进行应急处置提供辅助决策信息，目前已在越来越多的水环境监测预警系统中得到应用。

目前，国内外实现水质仿真的主流软件大多由数据处理、科学计算、仿真模拟、和数据可视化功能模拟各种水质组分，并通过输入和输出文件与其他模型联合运行。软件主要用于河流的水力学、水质和泥沙传输的模拟，在水资源水量水质管理、水利工程规划设计方面应用广泛，并取得了较好的模拟效果。

但是，上述水质模拟仿真软件由于其局限性，在应用到突发性水质污染事故中时往往遇到很多问题：

（1）多数仿真软件体积庞大，单机运行速度缓慢，仿真效率低下，影响突发性水质污染事故的快速处理和应对；

（2）软件功能繁多、使用复杂、难以全面掌握，要求用户具备较高的水力学基础知识和数学仿真专业知识，而突发性水质污染事故的分析工作一般只用到软件的小部分功能；

（3）软件应用局限于单机，即其软件操作、模型构建、结果展示都只能在本地进行，无法实现网络化的应用；

（4）在软件的维护和升级方面需要专业人员进行维护。

针对以上问题，本发明通过构建一种可提供远程仿真服务的突发性水质污染事故模拟仿真及可视化服务系统，改变水质模拟仿真本地运行的传统模式，建立不受地域限制、自助式的突发性水质污染事故远程仿真服务模式，实现系统用户的计算资源优化配置、仿真计算效率提高和仿真结果共享的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有水质模拟仿真软件只限于本地运行、无法提供网络化服务的不足，提供一种支持远程操作的突发性水质污染事故模拟仿真及可视化服务系统，利用该系统可建立不受地域限制、自助式的突发性水质污染事故远程仿真服务，用户在浏览器端输入事故信息、污染物信息、仿真模型参数等，服务器端根据用户的配置，自动运行模拟仿真计算，计算结果返回至用户浏览器端，结合空间信息，以地图形式提供可视化展示。该发明可为各类水质监测预警系统提供支持多任务的突发性水质污染事故模拟仿真计算服务，可显著提高现有水质监测预警系统的自动化水平和智能化水平。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：系统采用B/S(浏览器/服务器)三层网络结构构建，包括数据服务层、应用服务层和用户层（图1）。其中：

（1）数据服务层负责突发性水质污染事故相关的空间数据和属性数据的存储、共享和管理，包括：

a.基础数据库:包括水质数据表、水文数据表、突发事件信息表、用户信息表等；

b.仿真数据库: 包括仿真任务信息表、仿真模板信息表、仿真结果信息表、污染物排放信息表、地图服务信息表、仿真模型文件表；

c. 地图数据库: 对突发水质事故相关空间数据进行组织，包括基础地形矢量数据、栅格影像数据、污染事件数据。

（2）应用服务层是用户层（Web 客户端）与数据服务层之间的逻辑层，负责主要业务逻辑的实现，包括：

a. Web服务器: 用于根据用户浏览器端的请求，向数据服务层查询获取需要的数据后发送给用户层进行展示；

b. 仿真服务器: 用于根据用户浏览器端的仿真计算请求，实现对突发性水污染事故的仿真模拟计算，获得污染物扩散预测的浓度时间序列，作为仿真结果数据存储至仿真数据库；

c. GIS服务器: 采用ArcGIS Server实现地图服务，并将这些服务提供给用户层使用。