一种建立区域养殖废弃物处理工程的评估系统的制作方法

1.本发明属于有机废弃物资源化评估领域，具体涉及一种建立区域养殖废弃物处理工程的评估系统及评估方法。


背景技术：

2.目前针对养殖废弃物的无害化和资源化利用主要采用厌氧发酵技术。过去农户自建的小型沼气池由于存在沼气产量低，质量差，难于规模化应用等缺点，逐渐被淘汰。在某一区域内建立大型沼气工程处理全域的养殖废弃物是目前被大力推广的模式。沼气厂收集全域范围内的养殖废弃物并进行集中处理，发酵生产沼气和有机肥。沼气厂的原料为农牧业废弃物，具有很强的随意性和不确定性。废弃物的数量和质量稳定性受上游市场影响较大，养殖规模、价格波动和畜禽流行疾病均会影响可收集到的废弃物数量和质量。沼气工程作为固定资产进行投资，一旦工程建成，发酵构筑物和设备对原料的需求就以固定。沼气厂利用厌氧微生物对废弃物进行处理，厌氧微生物需要一定有机物条件才能进行正常的生长代谢，原料不足将严重影响厌氧微生物的正常活动，导致产气效率下降，废弃物处理效果下降，严重影响沼气厂的正常运转。
3.我国沼气工程空置率较高的主要原因是，沼气项目的立项和设计时没有考虑原料的不确定性，为获取补贴盲目扩大建设规模，导致实际可收集的废弃物远远达不到设计规模，最终导致沼气厂无法正常运行。
4.为应对沼气工程的原料不确定问题，本实用新型提供了一种建立区域养殖废弃物处理工程的评估系统及评估方法，帮助沼气工程项目确定合理的设计规模和并对项目的选址提供参考。在沼气工程运行过程中，并能够持续对上游市场进行监控，帮助沼气工程应对原料波动。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是帮助沼气工程项目应对原料不确定性的风险，提出一种建立区域养殖废弃物处理工程的评估系统及评估方法。
6.一种建立区域养殖废弃物处理工程的评估系统，其特征在于，包括养殖业数据收集平台(1)、数据库(2)、定量计算模块(3)、空间分布模块(4)、结果导出模块a(5)、结果导出模块b(6)；
7.其中：包括养殖业数据收集平台(1)与数据库(2)链接，数据库(2)与定量计算模块(3)链接，数据库(2)与空间分布模块(4)链接，数据库(2) 还与结果导出模块a(5)链接，空间分布模块(4)与空间分布模块(4)结果导出模块b(6)连接。
8.进一步：
9.养殖业数据收集平台(1)用于收集不同养殖企业的原始数据信息，包括养殖场的名称、行政区属、养殖种类、存栏量、出栏量、动物生长阶段、养殖方式、养殖期限、清粪方式、垫料、经纬度、企业负责人及联系方式等；从当地政府或养殖企业收集养殖原始数据；
10.数据库(2)为关系型数据库，部署于本地服务器，用于存储、组织和管理该评估系统运行过程中产生的所有数据；数据库(2)至少包括三个模块：存储原始数据的raw模块、存储定量计算所需计算公式名和参数的parameter模块、存储计算所得排污量的result模块；raw模块与养殖业数据收集平台(1)连接用于存储养殖业数据收集平台(1)的信息；存储定量计算所需公式和参数的 parameter模块、存储计算所得排污量的result模块分别与定量计算模块(3) 链接；
11.本系统和方法所采用的所有公式和参数均参考《第一次全国污染源普查畜禽养殖业源产排污系数手册》。
12.定量计算模块(3)用于执行计算，该模块使用python代码执行，包含两个python文件，一个文件“execute.py”和另一个文件“function.py”，
13.其中文件“execute.py”负责数据交换和执行计算，文件“function.py”负责保存计算公式；通过执行“execute.py”文件，启动定量计算程序，“execute.py”首先从raw_模块中调取数据，获取养殖业所处环境、养殖种类，清粪方式等信息，将这些信息在parameter模块中使用sql语句查询比对，获取适用的公式名和计算参数，根据获取的公式名，从“function.py”文件中导入相应公式，从数据库中raw模块中调用存栏量或出栏量数据，与从数据库 parameter模块中获取的参数共同代入公式，进行计算；计算结果保存于数据库 result模块中。
14.空间分布模块(4)含有地理信息系统(gis)和运算功能；空间分布模块 (4)和数据库(2)中的raw模块以及result模块连接，用于分析和处理地理相关的数据，计算对于待选某点一定半径范围内排污信息包括排污量、养殖业分布情况等。
15.结果导出模块a(5)为结果显示模块，与数据库(2)中的result模块链接，用于显示计算的结果，以表格或图的形式进行显示，所述的图选自柱状图、折线图、扇形图等；
16.结果导出模块b(6)为结果显示模块，与空间分布模块(4)链接，用于显示计算的结果，以地图的形式进行显示，在地图上显示选择的几个点一定半径范围内某点一定半径范围内排污信息包括排污量，养殖业分布情况、各养殖业信息等，还可以包括企业具体信息的表格。
17.上述所述的半径可根据需要选择，如15km
‑
40km均可。
18.所述的养殖业数据收集平台(1)采用网站的形式；网站部署于本地服务器，与部署于服务器上的养殖业数据库进行通信。
19.常见的养殖种类包括：蛋鸡、肉鸡、奶牛、肉牛、猪、羊等。
20.常见的清粪方式包括：干清粪、水洗粪。
21.常见的垫床种类包括：稻草垫床、沙垫床等。
22.常见的动物生长阶段包括：产仔、产蛋、育肥、保育、妊娠、产奶等。
23.存储原始数据的raw模块采用表”raw_data”存储信息、parameter模块采用表“parameter_data”存储信息、result模块采用数据表“result_data”存储信息。
24.采用上述系统进行建立区域养殖废弃物处理工程的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
25.(1)通过养殖业数据采集平台收集原始数据，该平台采用网站的形式，在网站上填报的信息保存于污数据库中；政府相关部门或者养殖企业负责人通过手机或者电脑浏览器
登入该养殖业数据采集平台，根据该企业养殖实际情况填报营业信息，为保证数据传输和使用的一致性，经纬度坐标统一采用wgs
‑
84坐标系，采用其它坐标系的坐标需要转换为wgs
‑
84坐标系；目前推荐使用的获取经纬度的方法为：通过google地图查找特点位置的经纬度和通过手机“指南针”app获取当前位置的经纬度；
26.(2)数据处理和运行，由于该评估系统处理的数据量较大，为保证该评估系统正常运行，引入了数据库技术辅助数据处理，使用mysql进行数据库管理，用于存储、组织和管理该评估系统运行过程中产生的所有数据；具体包括如下：
27.a、原始数据存储于raw模块，raw模块中的字段与养殖业数据收集模块收集的信息项目一一对应，包括养殖场的名称、行政区属、养殖规模、养殖种类、清粪时间、经纬度坐标等等，数据收集完毕后需要对原始数据进行清洗，包括一致性检查、无效值和缺失值处理、重复数据处理，筛选出来的脏数据需要进行核实，转化为符合质量要求的数据后进行二次存储；
28.b、数据的运行计算和保存，由于养殖场所养殖动物的品种和生长阶段不同，养殖场所处位置和环境不同，养殖方式、养殖期限和清粪方式不同等，由文件“execute.py”判断在不同情况下需要采用不同的公式和参数进行计算，其中所有的公式名和参数保存parameter模块中，公式名和对应的公式在文件“function.py”中，根据判断的结果调取文件“function.py”中的公式和 parameter模块的参数，参数为具体数值；进行计算，计算的结果和过程信息保存在result模块；定量计算模块(3)与数据库(2)中链接，负责数据交换和执行计算对应各企业的排污量；
29.计算结果和计算过程信息的存储；定量计算模块得出的排污量存储于result模块中为便于后期对计算结果的可靠性进行评估和研究，该表还保存了该排污量的计算过程信息，主要为选用的公式和计算参数；
30.其中养殖业废弃物定量计算模块；该模块负责养殖场废弃物排污量计算，通过该养殖场填报的信息计算该养殖场的排污量。该定量计算模块(3)使用python 代码执行，包含两个python文件，其中文件“execute.py”负责数据交换和执行计算，文件“function.py”负责保存计算公式。通过执行“execute.py”文件，启动定量计算程序，“execute.py”首先从raw模块中调取数据，获取养殖业所处环境、养殖种类，清粪方式等信息，将这些信息在parameter模块中使用sql语句查询比对，获取适用的公式名和计算参数，根据获取的公式名，从“function.py”文件中导入相应公式；从数据库中raw模块中调用存栏量或出栏量数据，与从parameter模块中获取的参数共同代入公式和进行计算。计算结果保存于result模块；
31.c、对养殖业废弃物企业进行空间分布，采用含有地理信息系统(gis)和运算功能的空间分布模块(4)，该模块基于目前公开使用的地理信息系统(gis)，用于增加地理相关的数据；数据库数据需导出为csv文件，再导入该模块进行分析；主要包括如下：
32.(c1)区域养殖行业分布分析，侧重于该区域的养殖行业分析，主要关注养殖场分布、养殖规模和养殖种类，按照养殖场养殖种类为养殖场标注不同的图标；通过调用养殖业排污数据库中的raw模块中的养殖场名称，养殖种类，存栏量、出栏量、经纬度数据，在地图上对该养殖企业的所在位置进行标注；标注在地图上的养殖场位置为点数据，该点数据属性包括相应养殖场的名称、养殖种类、存栏量、出栏量；为更直观展现各养殖厂的养殖种类，
将点数据的图标设置成相应动物形状；
33.(c2)区域养殖排污量分布分析，侧重于该区域排污量和排污分布，主要关注养殖场排污分布，而不再关注养殖场养殖种类；通过调用养殖业排污数据库中raw 模块中的养殖场名称、经纬度数据，调用result模块中排污量数据，在地图上对该养殖企业的所在位置进行标注；标注在地图上的养殖场位置为点数据，该点数据属性包括相应养殖场的名称、排污量；标注图标大小与该养殖企业排污量成正比，同时为避免图标过大或过小影响阅读，为图标的大小设置最大值和最小值；
34.(c3)特定范围排污量汇总计算；沼气厂一般采用公路运输的方式收集各个养殖场产生的废弃物，其经济收集范围为半径15
‑
40km，确切的经济收集半径根据当地能源价格和道路情况确定，因此统计经济收集半径范围内的养殖场排污量之和对于沼气厂选址和确定设计规模更有指导价值。为实现该功能，需要在gis中创建相应收集半径圆形面要素，将该圆移动至养殖密集区域，使用gis系统“范围内汇总”工具，对该圆形覆盖面下的所有养殖场排污量进行加和计算，得到经济收集半径范围内养殖场排污量。
35.(4)结果导出模块a(5)与数据库(2)链接，用于显示数据库(2)计算的结果，以表格或图表的形式进行显示；
36.结果导出模块b(6)为结果显示模块，与空间分布模块(4)链接，用于显示空间分布模块(4)计算的结果，在地图上显示选择的几个点一定半径范围内某点一定半径范围内排污信息包括排污量，养殖业分布情况、各养殖业信息等，还可以包括企业具体信息的表格
37.为应对沼气工程原料的不确定性，本实用新型具有以下有益效果：
38.1.提供了具体准确的原始数据收集方式，改变过去项目设计完全依赖统计数据的局面，提高数据的时效性和准确性。
39.2.提供了科学系统的废弃物定量计算方法，改变过去仅仅依赖工程经验确定设计规模的不合理方法，为沼气工程规模的确定提供合理参考。
40.3.将gis技术应用于沼气工程的设计和运营，对当地养殖废弃物分布进行研究，为项目的选址提供参考。
附图说明
41.图1为区域养殖废弃物评估系统原理图；
具体实施方式
42.下面结合具体实例对本系统进行进一步说明，但本实用新型并不限于以下实施例。
43.实施例1
44.采用本实用新型的评估系统和评估方法进行实际评估。
45.西北某市地处河套平原，其畜牧业极为发达，但当地畜牧业产生的废弃物只经过简单堆放处理后就作为肥料进入农田，对当地的土壤、地下水和湖泊造成严重污染。为改善当地环境污染问题，计划在全市范围内建设多个沼气工程，解决养殖业污染问题。为确定沼气厂建设规模、数量和位置，利用本实用新型所述的系统对当地养殖业废弃物进行了评估。
46.1.养殖业原始数据采集。利用养殖业数据采集模块，收集该市养殖业信息。养殖企
业自行通过浏览器登录该模块填报其养殖情况，填报内容包括养殖场名称、行政区属、养殖种类、存栏量、出栏量、动物生长阶段、养殖方式、养殖期限、清粪方式、垫料、经纬度、企业负责人及联系方式等信息。采集的信息通过数据接口保存至养殖业排污数据库中的raw模块中。
47.2.数据清洗、核实和二次存储。数据清洗包含一致性检查、无效值和缺失值处理、重复数据处理等。有问题的数据经核实后进行二次存储。部分养殖场填报的存栏量存在单位错误，部分养殖场填报的经纬度存在明显错误，通过电话回访的方式对错误数据进行核实后进行二次存储。
48.3.排污量定量分析。配置“execute.py”文件，确定计算范围。执行“execute.py”文件，如前文所述，程序运行后，“execute.py”首先从数据库raw模块中调取数据，获取养殖业所处环境、养殖种类，清粪方式等信息，将这些信息在 parameter模块中使用sql语句查询比对，获取适用的公式名和计算参数。根据获取的公式名，从“function.py”文件中调用相应公式。从数据库raw模块中调用存栏量或出栏量数据，与从数据库parameter模块中获取的参数共同代入公式和进行计算。计算结果保存于result模块。
49.4.养殖业废弃物空间分布分析。本实用新型所述的污染物空间分布模型基于gis 实现，gis中新建项目，命名为“某市养殖业废弃物分布”。向该工程添加中国县级行政边界底图，通过定义查询功能，将其它区域隐去，只保留评估区域，即该市范围。
50.(1)区域养殖行业分布分析，侧重于对该区域的养殖行业分析，主要关注养殖场分布、养殖规模和养殖种类，按照养殖种类为养殖场标注不同的图标。将养殖业排污数据库的数据转换为csv文件导出，导出数据的属性包括养殖业名称、养殖类型、存栏量、出栏量、经度、纬度。将该csv文件作为点数据导入gis，其中经度属性和纬度属性作为点数据的x字段和y字段，该点要素层命名为“point_class”。将“point_class”要素层按照养殖类型导出要素，对猪、奶牛、羊、鸡等分别新建要素层，分别命名为“point_pig”,“point_cow”，“point_sheep”，“point_chicken”，为分类后要素层分配相应图标。
51.(2)区域养殖排污量分布分析，侧重于该区域排污量和排污分布，主要关注养殖场排污分布，而不再关注养殖场养殖种类。通过sql语言查询养殖业排污数据库中raw模块中的养殖场名称，经纬度数据，查询result模块中排污量数据，将数据拼接后导出csv文件。将该csv文件作为点数据导入gis项目，其中经度属性和纬度属性作为点数据的x字段和y字段，该点要素层命名为“point_pollution”。标注在地图上的养殖场位置为点数据，该点数据属性包括相应养殖场的名称、排污量。标注图标大小与该养殖企业排污量成正比，同时为更直观展现养殖场排污分布，可对图标的大小，颜色，透明度、形状等做出调整。
52.(3)特定范围排污量汇总计算。沼气厂一般采用公路运输的方式收集各个养殖场产生的废弃物，当地经济收集范围为半径20km。因此统计半径20km范围内的养殖场排污量之和对于沼气厂选址和确定设计规模更有指导价值。在gis系统中画出圆形面要素，该圆半径为20km，该圆形面要素命名为“shape”。将圆移动至排污密集区域，该圆圆心为假定沼气厂选址位置。配置“范围内汇总”工具，其中，输入面为“shape”，输入汇总要素“point_pollution”，输出要素类“pollution_20km”，字段为“排污量”，统计数据为“求和”，运行该工具即可获得20km圆覆盖范围内的排污量总和，即在当前假定沼气厂选址位置经济收集范围内可收集的废弃物数量。