基于云平台的远程水质风险预警系统的制作方法

1.本发明涉及水质管理技术领域，特别涉及一种基于云平台的远程水质风险预警系统。


背景技术：

2.近年来，随着城市化和工业化进程的不断发展，水污染的问题越来越严重，依据各自职责，水利、环保、应急、城市管理等部门相继建起水质监测系统，传统的水质监测多采用巡检技术，需要依赖大量的人力、物力进行采集与分析，这种人工采集方式对精确度和时效性都有较大影响，目前多采用水质在线监测设施进行监测，并基于实时水质监测数据与国家规范的标准值比对，进行水质达标评价，但是由于水质监测设施点多面广，同时面临多行业监管与多主体运营，导致水质监测数据孤岛问题突出，系统整合与数据分享难度极高。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于云平台的远程水质风险预警系统，能够对跨行业、跨单位的零散孤立数据进行集中风险预警，有利于实现多站点水质风险管理。
4.第一方面，本发明实施例提供一种远程水质风险预警方法，应用于远程水质风险预警系统，所述远程水质风险预警系统包括信息抓取装置、风险评估云平台和预警装置，所述方法包括：
5.所述信息抓取装置抓取多个监测站点的水质监测数据并上传至所述风险评估云平台；
6.所述风险评估云平台获取所述水质监测数据；
7.所述风险评估云平台对所述水质监测数据进行风险评估得到风险预报信息，并将所述风险预报信息发送至所述预警装置；
8.所述预警装置根据所述风险预报信息输出风险预警信息。
9.根据本发明实施例提供的远程水质风险预警方法，至少具有如下有益效果：通过信息抓取装置抓取现有的多个监测站点的水质监测数据，并将水质监测进行缓存，再上传至风险评估云平台，风险评估云平台获取水质监测数据后，可以对水质监测数据进行风险评估，从而计算得出风险预报信息，有利于整合多站点的水质监测数据，便于实现数据分享，风险评估云平台将风险预报信息发送至预警装置，预警装置可以根据风险预报信息输出风险预警信息，能够实现水质风险的自动预警，通过实时获取多个监测站点的水质监测数据并进行风险评估，能够对跨行业、跨单位的零散孤立数据进行集中风险预警，有利于实现多站点水质风险管理。
10.在上述的远程水质风险预警方法中，所述获取所述水质监测数据之后，还包括：
11.对所述水质监测数据进行清洗处理以筛选出合格数据；
12.将所述合格数据进行存储。
13.在本实施例的远程水质风险预警方法中，风险评估云平台获取水质监测数据之后，先对水质监测数据进行清洗处理，筛选出合格数据，并将筛选后的合格数据进行存储，保证水质监测数据的有效性，有利于提高风险评估的准确性。
14.在上述的远程水质风险预警方法中，还包括：
15.所述风险评估云平台获取多个监测站点的位置信息；
16.所述风险评估云平台根据不同的监测站点设置多个数据表，所述数据表存储有与所述监测站点对应的所述水质监测数据和所述位置信息。
17.在本实施例的远程水质风险预警方法中，风险评估云平台获取多个监测站点的位置信息，并根据不同的监测站点分为不同的数据表，每个监测站点的数据表存储有水质监测数据和位置信息，便于水质管理部门可以快速定位水质出现风险的监测站点的位置。
18.在上述的远程水质风险预警方法中，所述对所述水质监测数据进行风险评估得到风险预报信息，包括：
19.根据所述水质监测数据计算得到超标概率信息；
20.根据所述超标概率信息得到风险预报信息，所述风险预报信息用于表示所述水质监测数据的水质风险程度。
21.在本实施例的远程水质风险预警方法中，根据水质监测数据计算得到超标概率信息，超标概率信息用于表示未来一段时间的水质“超限”概率，根据超标概率信息得到风险预报信息，可以表示水质监测数据的水质风险程度，便于实现水质自动预警。
22.在上述的远程水质风险预警方法中，所述根据所述水质监测数据计算得到超标概率信息之前，还包括:根据历史水质监测数据构建出水质劣化速率的概率计算模型；
23.所述根据所述超标概率信息得到风险预报信息，包括：
24.比较所述超标概率信息和预设概率阈值；
25.根据所述超标概率信息所处的阈值区间得到风险预报信息，所述风险预报信息包括第一风险等级、第二风险等级、第三风险等级、第四风险等级。
26.在本实施例的远程水质风险预警方法中，利用历史水质监测数据构建出水质劣化速率的概率计算模型，并基于此计算模型，输入水质测量数据计算得到超标概率信息，通过将超标概率信息与预设概率阈值进行比较，可以根据超标概率信息所在的阈值区间判定水质风险等级，风险预报信息包括四个不同的风险等级，可以反映水质监测数据的水质超标程度，便于进行针对性的风险预警。
27.在上述的远程水质风险预警方法中，所述根据所述风险预报信息输出风险预警信息，包括以下至少之一：
28.根据所述风险预报信息输出灯光警示信号；
29.根据所述风险预报信息输出声音警示信号；
30.根据所述风险预报信息向水质管理人员发送远程警示信息；
31.所述方法还包括：所述预警装置调用所述水质监测数据和所述风险预报信息。
32.在本实施例的远程水质风险预警方法中，根据风险预报信息输出风险预警信息，可以通过在现场发出灯光警示信号或声音警示信号，还可以根据风险管理预案，向水质管理人员发送远程警示信息，将监测站点的水质相关情况及时反馈给水质管理人员，例如可以向水质管理人员的手机发送风险预报信息，或通过邮件方式将风险预报信息发送给水质
管理人员，另外，预警装置通过调用水质监测数据和风险预报信息，可以了解监测站点的水质情况，能够实现对多个监测站点的远程监控管理，有利于实现多站点水质风险管理。
33.在上述的远程水质风险预警方法中，所述根据历史水质监测数据构建出水质劣化速率的概率计算模型，包括：
34.获取输入的历史水质监测数据；
35.获取多个水质指标，根据所述历史水质监测数据计算得到多个所述水质指标的历史水质劣化速率；
36.采用优化适线法对所述历史水质劣化速率进行拟合与分布函数的参数优化，得到水质劣化速率的概率计算模型；
37.所述根据所述水质监测数据计算得到超标概率信息，包括：
38.基于水质劣化速率临界值计算模型，根据所述水质监测数据和预设的水质标准限值得到水质劣化速率临界值；
39.基于所述概率计算模型，根据所述水质劣化速率临界值得到超标概率信息。
40.在本实施例的远程水质风险预警方法中，采用基于经验频率点据的优化适线法，输入各个监测站点的历史水质监测数据，通过获取多个水质指标，计算出各个水质指标的历史水质劣化速率，即基于水质劣化的时序样本按劣化速率大小排频，并基于这些经验频率点据绘制理论频率曲线，从而得到水质劣化速率的概率计算模型；当把待评估的在线水质监测数据输入至水质劣化速率临界值计算模型，根据水质实时监测数据和预设的水质标准限值，就可以计算得到水质“超限”的劣化速率临界值，水质标准限值包括多个水质指标的标准限值；通过水质劣化速率临界值，能够在概率计算模型中求出水质监测数据可能出现“超限”的概率，即得到超标概率信息，从而能够判断其水质劣化的风险等级。
41.第二方面，本发明实施例提供一种基于云平台的远程水质风险预警系统，包括信息抓取装置、风险评估云平台和预警装置，所述信息抓取装置用于抓取多个监测站点的水质监测数据并上传至所述风险评估云平台；所述风险评估云平台用于对所述水质监测数据进行风险评估以得到风险预报信息；所述预警装置用于接收所述风险预报信息并根据所述风险预报信息输出风险预警信息。
42.根据本发明实施例提供的基于云平台的远程水质风险预警系统，至少具有如下有益效果：
43.风险评估云平台分别与信息抓取装置、预警装置通信连接，通过信息抓取装置抓取现有的多个监测站点的水质监测数据，并将水质监测进行缓存，再上传至风险评估云平台，风险评估云平台获取水质监测数据后，可以对水质监测数据进行风险评估，从而计算得出风险预报信息，有利于整合多站点的水质监测数据，便于实现数据分享，风险评估云平台将风险预报信息发送至预警装置，预警装置可以根据风险预报信息输出风险预警信息，能够实现水质风险的自动预警，通过实时获取多个监测站点的水质监测数据并进行风险评估，能够对跨行业、跨单位的零散孤立数据进行集中风险预警，有利于实现多站点水质风险管理。
44.第三方面，本发明实施例提供一种运行控制装置，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制
处理器能够执行如上第一方面所述的远程水质风险预警方法。
45.根据本发明实施例提供的运行控制装置，至少具有如下有益效果：通过信息抓取装置抓取现有的多个监测站点的水质监测数据，并将水质监测进行缓存，再上传至风险评估云平台，风险评估云平台获取水质监测数据后，可以对水质监测数据进行风险评估，从而计算得出风险预报信息，有利于整合多站点的水质监测数据，便于实现数据分享，风险评估云平台将风险预报信息发送至预警装置，预警装置可以根据风险预报信息输出风险预警信息，能够实现水质风险的自动预警，通过实时获取多个监测站点的水质监测数据并进行风险评估，能够对跨行业、跨单位的零散孤立数据进行集中风险预警，有利于实现多站点水质风险管理。
46.第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上第一方面所述的远程水质风险预警方法。
47.根据本发明实施例提供的计算机可读存储介质，至少具有如下有益效果：通过信息抓取装置抓取现有的多个监测站点的水质监测数据，并将水质监测进行缓存，再上传至风险评估云平台，风险评估云平台获取水质监测数据后，可以对水质监测数据进行风险评估，从而计算得出风险预报信息，有利于整合多站点的水质监测数据，便于实现数据分享，风险评估云平台将风险预报信息发送至预警装置，预警装置可以根据风险预报信息输出风险预警信息，能够实现水质风险的自动预警，通过实时获取多个监测站点的水质监测数据并进行风险评估，能够对跨行业、跨单位的零散孤立数据进行集中风险预警，有利于实现多站点水质风险管理。
48.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
49.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
50.下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
51.图1是本发明实施例提供的远程水质风险预警方法的流程图；
52.图2是本发明另一实施例提供的远程水质风险预警系统的结构示意图；
53.图3是本发明另一实施例提供的远程水质风险预警方法的流程图；
54.图4是本发明另一实施例提供的远程水质风险预警方法的流程图；
55.图5是本发明另一实施例提供的远程水质风险预警方法的流程图；
56.图6是本发明另一实施例提供的远程水质风险预警方法的流程图；
57.图7是本发明另一实施例提供的远程水质风险预警方法的流程图；
58.图8是本发明另一实施例提供的远程水质风险预警方法的流程图；
59.图9是本发明另一实施例提供的运行控制装置的结构示意图。
具体实施方式
60.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
61.应了解，在本发明实施例的描述中，如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。“至少之一”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。
62.此外，除非另有明确的规定和限定，术语“连接/相连”应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
63.在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式中以合适的方式结合。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
64.下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
65.参照图1和图2，本发明第一方面实施例提供一种远程水质风险预警方法，应用于远程水质风险预警系统，远程水质风险预警系统包括信息抓取装置100、风险评估云平台200和预警装置300，远程水质风险预警方法包括但不限于步骤s110、步骤s120、步骤s130和步骤s140：
66.步骤s110：信息抓取装置抓取多个监测站点的水质监测数据并上传至风险评估云平台；
67.需要说明的是，信息抓取装置100抓取到多个监测站点的水质监测数据后，通过nb
‑
iot通信模块传输至风险评估云平台200，信息抓取装置100与在线监测设施连接，可进行串口通信，基于已有的在线监测设施进行数据抓取，不需专门设置新的水质监测传感器，便于收集多个监测站点的水质监测数据，水质监测数据经信息抓取装置100分析后，由nb
‑
iot通信模块通过mqtt、lwm2m等通讯协议传输至风险评估云平台200。具体地，选用的nb
‑
iot通信模块能够实现广覆盖、高安全、低功耗的数据传输，随着nb
‑
iot技术的不断发展，其在国内的通信基站覆盖率将越来越广，本发明实施例的远程水质风险预警方法能够更好地适用于偏远郊区。
68.步骤s120：风险评估云平台获取水质监测数据；
69.步骤s130：风险评估云平台对水质监测数据进行风险评估得到风险预报信息，并将风险预报信息发送至预警装置；
70.步骤s140：预警装置根据风险预报信息输出风险预警信息。
71.需要说明的是，风险评估云平台200通过无线通信模块将风险预报信息发送至预警装置300，预警装置300通过无线通信模块从风险评估云平台200获取相关的数据与信息，从而实现对多个监测站点的监控。具体地，无线通信模块为wifi通信模块，可以实现远程获取数据，方便进行水质远程监控管理，除此之外，还可以选用蓝牙通信模块、lora通信模块、
4g
‑
dtu通信模块等无线通信模块以实现远程通信，本发明实施例不作具体限制。预警装置300获取到风险预报信息后，进行分析处理输出风险预警信息，能够实现水质风险的自动预警。
72.需要说明的是，信息抓取装置100为感知层，通过c语言编写控制程序，实现数据缓存和nb
‑
iot模块的通信传输，风险评估云平台200为网络层，使用java语言编写控制程序，实现一种独立于现有监测体系的水质风险监控与预警方案，预警装置300为应用层，使用c语言编写控制程序，实现风险预报信息等信息的接收，显示与预警，本发明实施例的远程水质风险预警方法应用于基于云平台的远程水质风险预警系统，能够实现步骤s110、步骤s120、步骤s130和步骤s140，能够对跨行业、跨单位的零散孤立数据进行集中风险预警，有利于实现多站点水质风险管理。
73.具体地，通过在信息抓取装置100设置显示模块，将抓取的水质监测数据实时显示出来，可以对现场水质情况进行监控，便于水质管理人员及时了解监测站点的水质情况，显示模块为oled显示屏，具有良好的抗震性能，低温特性好，适用于多种不同的环境，发光效率高，有利于降低能耗，除此之外，还可以选择led显示屏显示水质监测数据。
74.通过信息抓取装置100抓取现有的多个监测站点的水质监测数据，并将水质监测进行缓存，再上传至风险评估云平台200，风险评估云平台200获取水质监测数据后，可以对水质监测数据进行风险评估，从而计算得出风险预报信息，有利于整合多站点的水质监测数据，便于实现数据分享，风险评估云平台200将风险预报信息发送至预警装置300，预警装置300可以根据风险预报信息输出风险预警信息，能够实现水质风险的自动预警，通过实时获取多个监测站点的水质监测数据并进行风险评估，能够对跨行业、跨单位的零散孤立数据进行集中风险预警，有利于实现多站点水质风险管理。
75.如图3所示，在上述的远程水质风险预警方法中，步骤s120中获取水质监测数据之后，还包括步骤s210和步骤s220：
76.步骤s210：对水质监测数据进行清洗处理以筛选出合格数据；
77.步骤s220：将合格数据进行存储。
78.在本实施例的远程水质风险预警方法中，风险评估云平台200获取水质监测数据之后，先对水质监测数据进行清洗处理，筛选出合格数据，并将筛选后的合格数据进行存储，保证水质监测数据的有效性，有利于提高风险评估的准确性。
79.如图4所示，在上述的远程水质风险预警方法中，还包括步骤s310和步骤s320：
80.步骤s310：风险评估云平台获取多个监测站点的位置信息；
81.步骤s320：风险评估云平台根据不同的监测站点设置多个数据表，数据表存储有与监测站点对应的水质监测数据和位置信息。
82.在本实施例的远程水质风险预警方法中，风险评估云平台200获取多个监测站点的位置信息，并根据不同的监测站点分为不同的数据表，每个监测站点的数据表存储有水质监测数据和位置信息，便于水质管理部门可以快速定位水质出现风险的监测站点的位置。
83.如图5所示，在上述的远程水质风险预警方法中，步骤s130中对水质监测数据进行风险评估得到风险预报信息，包括步骤s410和步骤s420：
84.步骤s410：根据水质监测数据计算得到超标概率信息；
85.步骤s420：根据超标概率信息得到风险预报信息，风险预报信息用于表示水质监测数据的水质风险程度。
86.在本实施例的远程水质风险预警方法中，根据水质监测数据计算得到超标概率信息，超标概率信息用于表示未来一段时间的水质“超限”概率，根据超标概率信息得到风险预报信息，可以表示水质监测数据的水质风险程度，便于实现水质自动预警。
87.在上述的远程水质风险预警方法中，步骤s410中根据水质监测数据计算得到超标概率信息之前，还包括步骤s400:根据历史水质监测数据构建出水质劣化速率的概率计算模型；
88.如图6所示，步骤s420中根据超标概率信息得到风险预报信息，包括步骤s510和步骤s520：
89.步骤s510：比较超标概率信息和预设概率阈值；
90.步骤s520：根据超标概率信息所处的阈值区间得到风险预报信息，风险预报信息包括第一风险等级、第二风险等级、第三风险等级、第四风险等级。
91.在本实施例的远程水质风险预警方法中，利用历史水质监测数据构建出水质劣化速率的概率计算模型，并基于此计算模型，输入水质测量数据计算得到超标概率信息，通过将超标概率信息与预设概率阈值进行比较，可以根据超标概率信息所在的阈值区间判定水质风险等级，风险预报信息包括四个不同的风险等级，可以反映水质监测数据的水质超标程度，便于进行针对性的风险预警。需要说明的是，上述所提及的水质劣化速率的概率计算模型采用优化适线法对水质劣化速率样本进行拟合，得出概率分布函数的最优参数，通过优化适线法应用于水质分析中，有利于提高参数优化的准确性，本领域技术人员可根据实际情况其它有参数优化方法，本发明实施例不作具体限制。
92.本发明实施例的远程水质风险预警方法首先将现有多个监测站点的水质监测数据收集信息抓取装置100进行缓存，然后启动nb
‑
iot通信模块连接到通信网络，将数据上传到风险评估云平台200，基于风险评估云平台200对水质监测数据进行风险评估，计算出水质监测数据在未来某一时间段的超标概率与风险等级，从而得出风险预报信息，通过无线通信模块传输风险预报信息，以使得预警装置300可以实现水质风险自动预警，能够实现跨行业、跨单位的零散、孤立数据的集中存储、风险分析、自动预警与成果分享,有利于实现多站点水质风险管理。
93.需要说明的是，风险评估云平台200基于onenet云平台进行开发以实现对水质监测数据的风险评估，各监测站点的水质监测数据上传到风险评估云平台200后，先进行数据清洗，筛选出合格的数据，并将其进行存储在数据库，实现常规的数据获取、存储、查询等功能，风险评估云平台200对数据库中的数据进行调用进行风险评估，并将相关的水质信息传送到预警装置300。此外，风险评估云平台200可通过图表的形式向用户展示水质数据，更加直观。
94.在上述的远程水质风险预警方法中，步骤s140中根据风险预报信息输出风险预警信息，包括以下至少之一：
95.根据风险预报信息输出灯光警示信号；
96.根据风险预报信息输出声音警示信号；
97.根据风险预报信息向水质管理人员发送远程警示信息；
98.远程水质风险预警方法还包括：预警装置调用水质监测数据和风险预报信息。
99.在本实施例的远程水质风险预警方法中，根据风险预报信息输出风险预警信息，可以通过在现场发出灯光警示信号或声音警示信号，还可以根据风险管理预案，向水质管理人员发送远程警示信息，将监测站点的水质相关情况及时反馈给水质管理人员，例如可以向水质管理人员的手机发送风险预报信息，或通过邮件方式将风险预报信息发送给水质管理人员，另外，预警装置通过调用水质监测数据和风险预报信息，可以了解监测站点的水质情况，能够实现对多个监测站点的远程监控管理，有利于实现多站点水质风险管理。
100.需要说明的是，预警装置300可以通过设置显示模块发出灯光警示信号，显示模块可以为led显示屏或oled显示屏，还可以设置蜂鸣器发出声音警示信号，还可以通过无线通信模块向水质管理人员发送远程警示信息，提醒水质管理人员及时对监测站点进行监管。
101.具体地，风险预报信息包括第一风险等级、第二风险等级、第三风险等级和第四风险等级，第一风险等级表示监测断面的水质处在高风险，第二风险等级表示监测断面的水质处在中风险，第三风险等级表示监测断面的水质处在低风险，第四风险等级表示监测断面的水质无风险，预警装置300根据不同的风险等级输出不同的风险预警，例如，当风险预报信息为第一风险等级即高风险时，预警装置300现场发出声音和红色灯光报警，当风险预报信息为第二风险等级即中风险时，预警装置300现场发出黄色灯光报警，当风险预报信息为第三风险等级即低风险时，预警装置300现场发出蓝色灯光报警，根据不同的报警形式可以直观地反馈不同的水质风险等级，另外，可以根据风险管理预案和预测的风险等级向不同层级的水质管理人员远程发布风险预报信息。
102.在上述的远程水质风险预警方法中，还包括：
103.预警装置调用水质监测数据和风险预报信息。
104.如图7所示，在本实施例的远程水质风险预警方法中，步骤s400中根据历史水质监测数据构建出水质劣化速率的概率计算模型，包括步骤s610、步骤s620和步骤s630：
105.步骤s610：获取输入的历史水质监测数据；
106.步骤s620：获取多个水质指标，根据历史水质监测数据计算得到多个水质指标的历史水质劣化速率；
107.步骤s630：采用优化适线法对历史水质劣化速率进行拟合与分布函数的参数优化，得到水质劣化速率的概率计算模型；
108.如图8所示，步骤s410中根据水质监测数据计算得到超标概率信息，包括：
109.步骤s710:基于水质劣化速率临界值计算模型，根据水质监测数据和预设的水质标准限值得到水质劣化速率临界值；
110.步骤s720:基于概率计算模型，根据水质劣化速率临界值得到超标概率信息。
111.在本实施例的远程水质风险预警方法中，采用基于经验频率点据的优化适线法，输入各个监测站点的历史水质监测数据，通过获取多个水质指标，计算出各个水质指标的历史水质劣化速率，即基于水质劣化的时序样本按劣化速率大小排频，并基于这些经验频率点据绘制理论频率曲线，从而得到水质劣化速率的概率计算模型；当把待评估的在线水质监测数据输入至水质劣化速率临界值计算模型，根据水质实时监测值和预设的水质标准限值，即可计算得到水质劣化速率临界值，水质标准限值包括多个水质指标的标准限值；通过水质劣化速率临界值，能够在概率计算模型中求出水质监测数据可能“超限”的概率，即
得到超标概率信息，从而能够判断其水质劣化的风险等级。
112.预警装置300为应用层，实现对风险评估云平台200水质监测数据和风险预报信息的调用，预警装置300可以为已有的监控平台，或移动监控终端，可以从风险评估云平台200获取所关注的监测站点的位置信息、水质监测数据、超标概率信息及风险预报信息，实现水质风险的自动预警。
113.下面将以具体实施案例对本发明提供的远程水质风险预警方法的实践应用进行详细说明。
114.本发明从水质变化具有随机性的方向考虑，以南水北调中线干渠水质数据为基础，基于样本研究有害事件(水质劣化超过限值)发生的概率，并根据实时的水质监测数据，用概率来描述未来水质劣化超过限值的可能性。
115.基于水质劣化的时序样本按劣化速率大小排频，并基于这些经验频率点据绘制理论频率曲线，从而得出不同劣化速率出现的概率；继而根据水质实时监测数据得到水质劣化速率临界值，进而得到超标概率信息。
116.以下将介绍水质劣化速率的计算方法。
117.首先需要计算和确定出各水质指标的劣化速率及变化特征，选取南水北调陶岔站的八个指标的监测数据进行水质劣化时序分析，即获取多个水质指标，需要说明的是，所选的八个水质指标可分为三种不同的指标类型：中立型指标、正向型指标、逆向型指标，能够从多个方面反映水质情况。
118.中立型指标：指标越接近8，水质越优良；水质指标为ph值。其指标的水质劣化速率可表示为：
[0119][0120]
其中，i
phi
表示第i次监测值，下同。
[0121]
正向型指标：指标越大，水质越优良；水质指标为溶解氧。其指标的水质劣化速率可表示为：
[0122][0123]
逆向型指标：指标越小，水质越优良；水质指标有高锰酸盐指数、五日生化需氧量(bod5)、氨氮(nh3‑
n)、氟化物(以f
‑
计)、粪大肠菌群(个/l)、硫酸盐(以so
42
‑
计)等六项。其指标的水质劣化速率(以bod5为例)可表示为：
[0124][0125]
以下将介绍水质劣化速率临界值的计算方法。
[0126]
根据“南水北调”中线工程沿线水厂的取水情况，中线干渠主要作为沿线集中式生活饮用水厂的二级保护区，水质最低控制标准为ⅲ类水。由上文可知水质指标主要分成三种不同的指标类型，分别为中立型指标、正向型指标和逆向型指标，分别得到对应的水质劣
化速率临界值。
[0127]
中立型指标的水质劣化速率临界值为：
[0128][0129]
其中，v
de
‑
ph
‑0为某一时刻监测站点(断面)的ph值，8为标准限值，下同。
[0130]
正向型指标(以溶解氧为例)的水质劣化速率临界值为：
[0131][0132]
其中，v
de
‑
do
‑
s
为标准限值，下同。
[0133]
逆向型指标(以五日生化需氧量为例)的水质劣化速率临界值为：
[0134][0135]
需要说明的是，某个水质指标的水质劣化速率临界值代表下一个月可能出现“超限”的月际水质劣化速率，水质劣化速率临界值的出现概率即为该水质指标在下个月可能超出标准限值的最大概率p(超限概率)，可以理解的是，根据水质劣化速率临界值能够得到超标概率信息，超限概率可以通过以下公式得到：
[0136][0137]
其中，t＝β
i
(x
‑
a
0i
)；t
pi
＝β(v
de
‑
i
‑
max
‑
a
0i
)。
[0138]
具体地，由于水质指标的超限概率计算需要以频率曲线参数估计为基础，本发明提出了基于优化适线法的“超限”概率计算方法，将断面的历史水质劣化速率作为“超限“概率计算的样本，经验频率由数学期望公式计算得到，数学期望公式如下所示：
[0139][0140]
需要说明的是，由于皮尔逊ⅲ曲线拟合效果较佳，选择皮尔逊ⅲ分布线型对历史水质劣化速率样本进行拟合，基于最小二乘法原理，采用常规矩法对皮尔逊ⅲ曲线的三个参数进行参数估计，并通过编程，实现皮尔逊ⅲ曲线的自动优化适线，寻求最优适线结果；通过待评断面的水质实时监测数据计算出水质“超限”的劣化速率临界值；并在概率计算模型中求出该临界值的出现概率；从而计算断面水质指标超限概率并判断风险等级。
[0141]
具体地，根据《国标》选取相应水域功能类别，进行单因子评价，本实施例基于计算得到的八个水质指标的超限概率，选择最大的超限概率所对应的水质指标作为该断面水质风险的“控制性指标”，即该断面根据以下公式得到的超限概率进行风险等级的评价：
[0142]
p＝maxp
i
＝maxp
i
(x>v
de
‑
i
‑
max
)
[0143]
其中，i表示不同的水质指标。
[0144]
一般情况下，城市公共设施与居民用水的供水保证率一般控制在95％以上。因此，设置断面水质风险的最高等级阈值为5％；即，当“控制性指标”的超限概率超过5％时，可设定该断面进入高水质风险区，即该断面处于第一风险等级。
[0145]
根据正态分布的“3σ”原则，基本上可以把区间(μ
‑
3σ，μ 3σ)看作是随机变量x实际可能的取值区间，根据以下公式可得到第四风险等级的判断标准：
[0146]
∵p{|x
‑
μ|＜3σ}＝2φ(3)
‑
1＝0.9974
[0147][0148]
因此，设置断面水质风险的最低等级阈值为0.135％；即当“控制性指标”的超限概率小于0.135％时，可认为该断面无水质风险，即该断面处于第四风险等级。
[0149]
同理，可将(μ 2σ)作为量化随机变量x计算中水质风险区的临界值，根据以下公式可得到第二风险等级和第三风险等级的判断标准：
[0150]
∵p{|x
‑
μ|＜2σ}＝2φ(2)
‑
1＝0.9544
[0151][0152]
因此，设置断面水质风险的中间等级阈值为2.28％；即当“控制性指标”的超限概率大于2.28％且小于5％时，认为该断面面临中水质风险，即该断面处于第二风险等级；当“控制性指标”的超限概率大于0.135％且小于2.28％时，可认为该断面面临低水质风险，该断面处于第三风险等级。
[0153]
综上，断面“控制性指标”的超限概率阈值分布如下表1所示：
[0154]
表1基于水质指标劣化速率的断面水质风险阈值一览表
[0155]
风险等级高中低无控制性指标超过标准限值的概率5％以上2.28％
‑
5％0.135％
‑
2.28％0.135％以下
[0156]
具体地，根据上述相关计算得到陶岔站的水质超限概率及风险等级如下表2所示：
[0157]
表2陶岔站基于实时监测值水质超限概率及风险等级一览表
[0158][0159]
如上表2可以看出对水质影响最大的水质指标为ph值，陶岔站处在高风险区。
[0160]
如图2所示，本发明第二方面实施例提供一种基于云平台的远程水质风险预警系统，包括信息抓取装置100、风险评估云平台200和预警装置300，信息抓取装置100用于抓取多个监测站点的水质监测数据并上传至风险评估云平台200；风险评估云平台200用于对水质监测数据进行风险评估以得到风险预报信息；预警装置300用于接收风险预报信息并根据风险预报信息输出风险预警信息。
[0161]
风险评估云平台200分别与信息抓取装置100、预警装置300通信连接，通过信息抓取装置100抓取现有的多个监测站点的水质监测数据，并将水质监测进行缓存，再上传至风险评估云平台200，风险评估云平台200获取水质监测数据后，可以对水质监测数据进行风险评估，从而计算得出风险预报信息，有利于整合多站点的水质监测数据，便于实现数据分享，风险评估云平台200将风险预报信息发送至预警装置300，预警装置300可以根据风险预
报信息输出风险预警信息，能够实现水质风险的自动预警，通过实时获取多个监测站点的水质监测数据并进行风险评估，能够对跨行业、跨单位的零散孤立数据进行集中风险预警，有利于实现多站点水质风险管理。
[0162]
区别于单站点在线水质数据实时监测的方案，本发明实施例的基于云平台的远程水质风险预警系统，可以实现多站点水质监测数据的获取、清洗、储存等常规功能，解决现有的水质监测数据孤岛问题，通过专门开发的风险评估云平台200，能够对水质监测数据进行风险评估，
[0163]
基于历史水质监测数据构建各监测指标的水质超标概率计算模型，并根据水质监测数据计算出未来某一时间段的超标概率与风险等级，实现水质风险管理，区别于其他相似的研究，本发明实施例的远程水质风险预警系统不专门设置新的水质监测传感器，而是直接获取目标监测站点的水质监测数据。
[0164]
如图9所示，本发明第三方面实施例提供一种运行控制装置900，包括至少一个控制处理器920和用于与至少一个控制处理器通信连接的存储器910；存储器910存储有可被至少一个控制处理器920执行的指令，指令被至少一个控制处理器920执行，以使至少一个控制处理器920能够执行如上第一方面的远程水质风险预警方法。
[0165]
通过信息抓取装置100抓取现有的多个监测站点的水质监测数据，并将水质监测进行缓存，再上传至风险评估云平台200，风险评估云平台200获取水质监测数据后，可以对水质监测数据进行风险评估，从而计算得出风险预报信息，有利于整合多站点的水质监测数据，便于实现数据分享，风险评估云平台200将风险预报信息发送至预警装置300，预警装置300可以根据风险预报信息输出风险预警信息，能够实现水质风险的自动预警，通过实时获取多个监测站点的水质监测数据并进行风险评估，能够对跨行业、跨单位的零散孤立数据进行集中风险预警，有利于实现多站点水质风险管理。
[0166]
本发明第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如上第一方面的远程水质风险预警方法。通过信息抓取装置100抓取现有的多个监测站点的水质监测数据，并将水质监测进行缓存，再上传至风险评估云平台200，风险评估云平台200获取水质监测数据后，可以对水质监测数据进行风险评估，从而计算得出风险预报信息，有利于整合多站点的水质监测数据，便于实现数据分享，风险评估云平台200将风险预报信息发送至预警装置300，预警装置300可以根据风险预报信息输出风险预警信息，能够实现水质风险的自动预警，通过实时获取多个监测站点的水质监测数据并进行风险评估，能够对跨行业、跨单位的零散孤立数据进行集中风险预警，有利于实现多站点水质风险管理。
[0167]
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质或非暂时性介质和通信介质或暂时性介质。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd
‑
rom、数字多功能盘dvd或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
[0168]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。