基于3S技术的江河流域水污染事故自动预防和应急处理系统的研发与应用探讨
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摘要：本文通过电子信息产业发展基金重点招议标项目“基于3S技术的江河流域水污染事故的自动化预防和应急处理系统的研发与应用”，收集长江、辽河、鸭绿江、大连沿海诸河四个流域典型示范区域各类卫星遥感及相关资料，进行综合分析研究，借助GIS系统和GPS定位数据和传输系统，对江河流域水污染进行监控。实现水质自动化监测站与自主式流动监测站能够自主定位、自动测量、自动数据传输等功能；建立从分析仪表的输出到全国流域监测总站通畅的流域水质信息通道；实现江河流域水质监测设备的监控和网络化管理；通过示范应用，初步建立有推广前景的产品化的自动化监测系统。
关键词：3S技术 水污染 自动监测 应急处理
1引言
近年来，随着各种传感器的上天，许多国家十分重视水体的卫星遥感监测技术研究。采用计算机技术、通信网络技术、微电子技术、计算机辅助设计技术和3S（GIS、GPS、RS）等一系列高新技术对水环境综合管理的技术手段，建立水环境和部分重点污染源的在线监测系统，结合环境保护管理信息系统，并运用污染源解析的科学成果，对水环境和污染源实施有效监控。荷兰采用TM卫星数据、SPOT卫星数据以及多种水体监测数据、机载多光谱扫描数据，对水质进行了综合遥感研究；以色列通过分析100多个水体污染的SPOT卫星数据，实现了对水体污染的识别。
本项目采用3S信息技术手段，建立以远程控制及自动化技术为依托对水流域内的重点污染源进行自动监控系统，对水污染事故问题进行模拟预测分析；可以定性和定量分析在水源区域内工业开发对区域环境，尤其是对区域内的饮用水源地敏感目标的环境影响和潜在风险，并识别出区域环境风险的主导因子。同时采用环境监测、环境预测、计算机软件集成和远程通讯等技术研究开发环境风险监控预警体系，建立可视化管理信息系统。通过3S技术可以实现对水污染的全方位监测。
2污染水体遥感监测研究
2.1采用的研究方法
2.1.1对比分析法
收集长江、辽河、鸭绿江、大连沿海诸河四个流域典型示范区域，已有各类卫星遥感及相关资料，进行综合分析研究，确立环境与水污染遥感解译标志，与已有遥感资料进行对比、分析，推断国产卫星的解译力、可行程度及精度，与其它卫星数据图像进行对比，分析国产卫星的优势及差距。
2.1.2同步或准同步监测
为实现天地一体化动态模拟试验，必须开展星地同步或准同步监测。在统一监测规范和分析方法基础上，对各模拟试验进行星、地高光谱特性测量和分析实验同步或准同步监测，并求得规律特性，找出相关关系，确定适用范围。
2.1.3天地一体化模拟试验
卫星有效载荷天地一体化模拟试验是本项目的重要步骤。要确定CCD相机的不同监测对像辐射能量范围、动态范围；提出红外多光谱不同分辨率对地面的响应系数、最佳响应波段或组合波段，确定监测方法。
2.2采用的技术路线
3．构建基于GIS/GPS/RS技术的江河流域水污染事故应急处理决策支持系统
3.1系统构成与运行流程
依照运行的过程，系统主要包括数据层、模型层、评价层和用户层四个层面，各层次构成及系统运行流程见图。
3.2水污染事故模型库设计
模型库设计与开发分为三个层次，即指标管理模型、评价对象模型和评价方法模型。
3.2.1指标管理模型
系统针对一系列评价对象给出默认的、经过优化的评价指标体系，包括指标的组成、结构与权重向量等，但由于评价指标对于评价对象的影响程度在不同地区和不同时间均会有所差异。因此，评价指标体系是动态的，指标管理模型就是针对指标的这一特性进行动态管理。
3.2.2评价对象模型
评价对象模型是针对具体评价内容涉及的评价模型。按照评价内容分为江河污染现状评价、水体污染严重性评价、影响区域评价、事故灾害损失评价和污染灾害预警预报等5个方面。按照评价的深度和层次可以分为但因素评价和多因素评价两种。单因素评价主要是对单一点源污染扩散速度的现势和趋势性的评价等。多因素评价主要针对一些复杂的评价对象，利用多种指标综合反映其总体特征，挖掘隐藏与诸多数据之后的重要信息。
3.2.3水污染事故报警系统
采用航天卫星、低空遥感及地面监测相结合的技术手段，及时发现水污染事故隐患，实时提供事故污染动态变化。当发现事故时，一般通过无线对讲机或附近的有线电话向污染防治管理部门汇报，对事故发生位置的描述可采用“手持巡查报警系统”，它集成了GPS技术和GSM无线通讯技术，能够快速地将发生事故的地点和事故类别发送到指挥中心的监控系统，及时作出反应。事故报警系统采用GPS定位技术，可以精确地定位事故发生的地点（误差不超过10M），系统持有者只需轻轻一个按键，系统就会通过GSM短信息将报警信息和位置信息发送到指挥中心，同时系统还具备通话功能，可以实现现场和指挥中心的自由对话，方便进一步沟通。在事故发生一小时之内，事故应急流动监测站，监测车（船）、微航低空遥感监测均要赶赴现场，及时开展监测摄影。及时掌握水体动态变化状况，及时发布事故变化信息。
4 结论
该项目利用3S信息技术，实现了江河流域水污染自动预防和应急处理决策系统的研发与应用，其采用自主研发和二次开发的事故应急监视、监测系统，及时掌握水体动态变化状况，及时发布事故动态变化信息，及时采取应急处理措施；采用卫星遥感与江河流域水质准同步监测技术，实现天地一体化模拟实验。科学地求得卫星遥感数据与污染水体的相关关系，快速、准确的确定污染范围和污染程度，建立水质污染扩散模型，确定卫星遥感数据在水质自动监测中的适用范围；在国产软件MAPGIS平台支持下，采用GPRS无线传输技术，创建了基于3S技术的江河流域的水质自动在线实时监控系统，实现跨流域江河水质污染自动监测数据的实时传输；实现了对江河流域污染事故的应急预警。对污染事故的及时发现，提供辅助决策依据；提供了水污染事故应急处理决策支持的通用的、跨流域的计算机仿真系统，建立水污染事故、污染物输移扩散模型，为突发事件预测、预警提供快捷的技术支持，提高事故的应急处理水平，有力的辅助污染事故的监测管理。
利用3S技术建立江河流域水污染自动预防和应急处理决策系统现已应用在长江、辽河、鸭绿江、大连沿海诸河等流域，当前七大水系、南水北调工程、沿海经济发达地区水域污染问题急待解决，相信今后在此领域，其推广应用前景广阔。
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