本發(fā)明涉及水資源管理，特別是涉及一種基于時空數(shù)據(jù)的水資源實時監(jiān)測與調(diào)度管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、水資源是人類生存和社會經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)。然而，隨著全球氣候變化和人類活動的加劇，水資源短缺和分布不均的問題日益突出。傳統(tǒng)的水資源管理方法通常依賴于歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗決策，缺乏對實時動態(tài)變化的響應(yīng)能力，難以滿足現(xiàn)代化水資源管理的需求。

2、近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)(gis)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展，基于時空數(shù)據(jù)的水資源監(jiān)測與管理成為可能。通過實時采集水文、氣象、用水需求等多源數(shù)據(jù)，并結(jié)合時空分析模型，可以實現(xiàn)對水資源的動態(tài)監(jiān)測和科學調(diào)度。然而，目前的技術(shù)方案在數(shù)據(jù)整合、實時性和調(diào)度優(yōu)化方面仍存在不足，亟需一種高效、智能的水資源實時監(jiān)測與調(diào)度管理系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于時空數(shù)據(jù)的水資源實時監(jiān)測與調(diào)度管理系統(tǒng)，能夠顯著提升水資源利用效率，緩解水資源時空分布不均的問題，并實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益的綜合優(yōu)化。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種基于時空數(shù)據(jù)的水資源實時監(jiān)測與調(diào)度管理系統(tǒng)，包括：

4、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于通過紅外遙感技術(shù)和雷達遙感技術(shù)獲取目標區(qū)域的地表水和地下水的時空分布數(shù)據(jù)；所述時空分布數(shù)據(jù)包括淺層補給區(qū)和深層儲存區(qū)的水資源分布圖像；

5、供需水量獲取模塊，用于根據(jù)歷史水位數(shù)據(jù)庫構(gòu)建水位預測模型，并通過所述水位預測模型預測目標區(qū)域中的供需水量信息；

6、圖像模型構(gòu)建模塊，用于建立目標區(qū)域的時空坐標系，并基于所述水資源分布圖像構(gòu)建淺層補給區(qū)和深層儲存區(qū)的三維圖像模型；

7、映射模塊，用于將所述淺層補給區(qū)和所述深層儲存區(qū)的三維圖像模型映射于所述時空坐標系上，以獲得淺層補給區(qū)的補水潛力和深層儲存區(qū)的儲水能力；

8、監(jiān)測優(yōu)化模塊，用于獲取實時監(jiān)測水位信息，并根據(jù)所述實時監(jiān)測水位信息、所述供需水量信息構(gòu)建優(yōu)化目標函數(shù)，以所述補水潛力和所述儲水能力作為約束條件進行求解，得到優(yōu)化結(jié)果；

9、調(diào)度管理模塊，用于根據(jù)所述優(yōu)化結(jié)果對所述目標區(qū)域的水資源進行調(diào)度，以實現(xiàn)基于最優(yōu)的空間均衡優(yōu)化和時間均衡優(yōu)化的管理。

10、優(yōu)選地，所述水位預測模型為基于pso-svr-lstm的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

11、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)獲取模塊包括：

12、圖像獲取子模塊，用于在所述目標區(qū)域內(nèi)建立無人機循環(huán)飛行路線，在無人機上安裝紅外遙感裝置以及雷達遙感裝置，設(shè)置若干個無人機按照無人機循環(huán)飛行路線進行飛行，通過紅外遙感裝置掃描所述目標區(qū)域，獲得對應(yīng)無人機循環(huán)飛行路線覆蓋的紅外圖像數(shù)據(jù)；

13、圖像去噪子模塊，用于對所述紅外圖像數(shù)據(jù)進行去噪；

14、圖像拼接子模塊，用于將所述紅外圖像數(shù)據(jù)按照在所述目標區(qū)域?qū)?yīng)的地理位置進行重疊拼接，得到拼接圖像數(shù)據(jù)；

15、區(qū)域劃分子模塊，用于設(shè)置溫度區(qū)間閾值，將所述拼接圖像數(shù)據(jù)中溫度不在溫度區(qū)間閾值內(nèi)的區(qū)域標注為地表水分布區(qū)域，將所述拼接圖像數(shù)據(jù)中溫度在溫度區(qū)間閾值內(nèi)的區(qū)域標注為地下水分布區(qū)域；

16、數(shù)據(jù)確定子模塊，用于根據(jù)所述地表水區(qū)域和所述地下水分布區(qū)域確定對應(yīng)的時空分布數(shù)據(jù)。

17、優(yōu)選地，所述圖像去噪子模塊包括：

18、噪聲監(jiān)測單元，用于使用濾波窗口檢測所述紅外圖像數(shù)據(jù)上的噪聲點得到噪聲均值；

19、去噪單元，當所述濾波窗口內(nèi)噪聲均值大于預設(shè)閾值時，對相應(yīng)濾波窗口內(nèi)的紅外圖像數(shù)據(jù)進行去噪；

20、窗口滑動單元，用于滑動所述濾波窗口，直到遍歷完成整個紅外圖像數(shù)據(jù)。

21、優(yōu)選地，所述噪聲監(jiān)測單元包括：

22、檢測模型構(gòu)建子單元，用于根據(jù)濾波窗口內(nèi)各個圖像點的均值和中值構(gòu)建噪聲點檢測模型；所述噪聲點檢測模型為：其中，f(x)表示像素點x的相似噪聲值，u(x)表示像素點x的灰度值，umean(x)表示以像素點x為中心的濾波窗口內(nèi)所有像素點的灰度均值，▽u(x)表示像素點x的梯度均值，▽umean(x)為以像素點x為中心的濾波窗口內(nèi)所有像素點的灰度中值，▽x(x)表示像素點x在水平方向的梯度值，▽y(x)表示像素點x在垂直方向的梯度值；

23、檢測子單元，用于利用所述噪聲點檢測模型對濾波窗口內(nèi)各個圖像點進行檢測得到每個圖像點的相似噪聲值；

24、噪聲確定子單元，用于將大于相似噪聲值的相應(yīng)圖像點作為噪點；

25、均值確定子單元，根據(jù)噪點個數(shù)和濾波窗口內(nèi)各個圖像點的個數(shù)得到噪聲均值。

26、優(yōu)選地，所述去噪單元包括：

27、方差計算子單元，用于根據(jù)濾波窗口內(nèi)所有像素點的灰度中值計算偽像素方差；其中，所述偽像素方差的計算公式為：其中，表示像素點(a，b)在濾波窗口的大小為(2n+1)×(2n+1)的區(qū)域內(nèi)的偽像素方差，mean(a,b)表示像素點(a，b)在濾波窗口的灰度中值，x(k,l)表示在(k，l)位置像素點的灰度值；

28、去噪模型構(gòu)建子單元，用于利用所述偽像素方差構(gòu)建窗口去噪模型；所述窗口去噪模型的計算公式為：其中，f(a,b)表示像素點(a，b)在去噪后的灰度值，d為可調(diào)系數(shù)，x(a,b)表示像素點(a，b)在濾波窗口內(nèi)的灰度值。

29、優(yōu)選地，所述優(yōu)化目標函數(shù)的公式為：

30、

31、其中，z為優(yōu)化目標值，表示供需平衡偏差，時間均衡偏差以及經(jīng)濟和生態(tài)成本的綜合優(yōu)化目標；si為第i個區(qū)域的供水量，包括地表水和地下水；di為第i個區(qū)域的需水量，包括農(nóng)業(yè)，工業(yè)，生活，生態(tài)需水，δwt為時間t內(nèi)的水位波動量，即水位變化的絕對值；ceco為區(qū)域經(jīng)濟成本；cenv為區(qū)域生態(tài)成本；ω1,ω2,ω3,ω4均為權(quán)重系數(shù)，用于平衡供需偏差，時間均衡，經(jīng)濟成本和生態(tài)成本的重要性；n為目標區(qū)域內(nèi)的空間節(jié)點總數(shù)；t為優(yōu)化時間周期的總步數(shù)；

32、所述約束條件包括：水資源供需平衡約束、水資源總量約束和補水潛力約束；所述水資源供需平衡約束的表達式為：si≥di,所述水資源總量約束的表達式為：其中，wtotal為目標區(qū)域內(nèi)的總可用水資源量，包括地表水和地下水；所述補水潛力約束的表達式為：其中，為第i個區(qū)域的淺層補給區(qū)供水量；為第i個區(qū)域的深層儲存區(qū)供水量；為第i個區(qū)域的淺層補給區(qū)補水潛力；為第i個區(qū)域的深層儲存區(qū)儲水能力。

33、優(yōu)選地，對所述優(yōu)化目標函數(shù)進行求解的優(yōu)化算法為粒子群算法。

34、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

35、本發(fā)明提供了一種基于時空數(shù)據(jù)的水資源實時監(jiān)測與調(diào)度管理系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)獲取模塊，用于通過紅外遙感技術(shù)和雷達遙感技術(shù)獲取目標區(qū)域的地表水和地下水的時空分布數(shù)據(jù)；所述時空分布數(shù)據(jù)包括淺層補給區(qū)和深層儲存區(qū)的水資源分布圖像；供需水量獲取模塊，用于根據(jù)歷史水位數(shù)據(jù)庫構(gòu)建水位預測模型，并通過所述水位預測模型預測目標區(qū)域中的供需水量信息；圖像模型構(gòu)建模塊，用于建立目標區(qū)域的時空坐標系，并基于所述水資源分布圖像構(gòu)建淺層補給區(qū)和深層儲存區(qū)的三維圖像模型；映射模塊，用于將所述淺層補給區(qū)和所述深層儲存區(qū)的三維圖像模型映射于所述時空坐標系上，以獲得淺層補給區(qū)的補水潛力和深層儲存區(qū)的儲水能力；監(jiān)測優(yōu)化模塊，用于獲取實時監(jiān)測水位信息，并根據(jù)所述實時監(jiān)測水位信息、所述供需水量信息構(gòu)建優(yōu)化目標函數(shù)，以所述補水潛力和所述儲水能力作為約束條件進行求解，得到優(yōu)化結(jié)果；調(diào)度管理模塊，用于根據(jù)所述優(yōu)化結(jié)果對所述目標區(qū)域的水資源進行調(diào)度，以實現(xiàn)基于最優(yōu)的空間均衡優(yōu)化和時間均衡優(yōu)化的管理。本發(fā)明通過結(jié)合遙感技術(shù)、時空數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化模型，提供了一種高效、科學、智能化的水資源實時監(jiān)測與調(diào)度管理系統(tǒng)，能夠顯著提升水資源利用效率，緩解水資源時空分布不均的問題，并實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益的綜合優(yōu)化。