基于韦伯-费希纳定律的工业园区恶臭污染评价与管控系统的制作方法

本发明涉及污染物管控，具体涉及一种基于韦伯-费希纳定律的工业园区恶臭污染评价与管控系统。

背景技术：

1、随着我国社会经济的快速发展，公众对生态环境的要求越来越高。工业园区作为重要的产业集群和工业载体，在支撑经济快速发展的同时，也面临着诸多环境问题。

2、恶臭污染作为居民投诉最为强烈的环境问题之一，投诉数量在环境投诉中占比约为30％，甚至在部分工业园区超过80％，已成为制约园区高质量发展的重要因素。

3、恶臭污染具有来源复杂、主观性强、不易评价等特点，污染的识别、评估与管控已成为当前管理的难点。

4、目前我国恶臭污染评价以依靠人工现场排查与监测为主，局限性较大，易受人工主管状态的影响，滞后性较强，无法进行准确监测评估，不利于园区及时开展管控

5、现有大气污染物在线监测系统通常测定特征污染物浓度，但是考虑到到恶臭是感官性指标，无法以污染物绝对浓度判定恶臭污染程度，存在低浓度但强臭味的情况，以污染物浓度为评价指标无法准确评价恶臭污染，因此需要构建一套动态识别并预警恶臭污染的评估与管控技术。

6、韦伯-费希纳定律是定量描述人类感觉强度与外界环境刺激强度关系的心理物理学公式，已在环境评价领域中有所应用。例如，公开号为cn112557585a的专利说明书公开了一种基于韦伯-费希纳拓广定律的学习环境质量评估系统和方法，该方法包括：收集环境信息，所述环境信息包括指示环境中与学习效率相关联的多种参数的测量值，其中，所述多种参数包括：光照、噪声、温度、空气相对湿度(rh)、细颗粒物(pm2.5)、甲醛、二氧化碳(co2)和总挥发性有机物(tvoc)；通过学习环境质量评估模型对所述环境信息进行评估，确定所述环境适宜学习的等级，其中，所述学习环境质量评估模型包括所述多种参数中每一种参数的影响指数模型、影响权重系数模型和加权指数，并且其中，所述影响指数模型基于韦伯-费希纳拓广定律建立；以及在图形用户界面显示所述多种参数的所述测量值以及所述等级。

7、不同于其他大气污染物，恶臭作为感官性指标，可以利用韦伯-费希纳定律定量表征污染物浓度与恶臭强度关系，但目前多以单一污染物指标表征为主，缺少对多污染物耦合影响的评估与应用，不利于应对工业园区下的复杂环境，对恶臭污染的评估与监管未实现动态更新与实时应用，可视化监管手段有限。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于韦伯-费希纳定律的工业园区恶臭污染评价与管控系统，通过信息管理与数据收集，通过筛选指标评分模型得到相应恶臭因子，并基于韦伯-费希纳定律建立恶臭强度计算模型，动态分析各污染源恶臭强度特征与确定多级预警阈值，系统显示污染源以及相应恶臭影响分布情况，从而能够自动评估工业园区恶臭污染程度以及发生的主要区域与因素，实现快速预警与处置，提高园区管理部门恶臭污染监管水平。

2、一种基于韦伯-费希纳定律的工业园区恶臭污染评价与管控系统，包括：

3、污染源信息管理模块，用于建立工业园区污染源信息数据库；

4、污染因子信息管理模块，与污染源信息管理模块连接，用于建立工业园区污染因子信息数据库；

5、恶臭因子成分谱管理模块，与污染源信息管理模块、污染因子信息管理模块连接，用于接收污染源信息管理模块的污染源信息与污染因子信息管理模块的污染因子信息，实现污染因子浓度获取、恶臭因子筛选、恶臭因子成分谱构建功能；

6、恶臭强度分布评价模块，与恶臭因子成分谱管理模块连接，用于接收恶臭因子成分谱信息，确定不同恶臭感官的标准等级，实现恶臭强度评估、恶臭污染预警、恶臭区域分析功能，产生的恶臭预警次数信息返回至污染源信息管理模块。

7、在污染源信息管理模块中，一个污染源对应一个子数据库，集成污染源类型(有组织/无组织)、位置(经纬度、高度)、所属企业、排放方式(连续/间歇)、排放时间，支持新增与修改污染源子数据库。

8、污染因子信息数据库内包含每个污染源的潜在污染因子名称与对应的cas号、嗅阈值、饱和蒸汽压、周围环境目标值(ameg)信息。

9、恶臭因子成分谱管理模块包括：

10、污染因子浓度获取单元，与污染源信息管理模块、污染因子信息管理模块连接，接收污染源与污染因子信息，实现各污染源中污染因子质量浓度信息获取，支持自动导入与手动导入，将不同污染源采集的数据导入后再进行分析整理，按照浓度大小从高到低对污染因子进行排序显示，计算各污染因子质量浓度占比xi1，并自动关联污染因子对应的cas号、嗅阈值xi2、饱和蒸汽压xi3、周围环境目标值xi4，统计各污染因子在所有污染源出现的频次xi5；

11、恶臭因子筛选单元，与污染因子浓度获取单元连接，接收各污染源污染因子质量浓度占比xi1、嗅阈值xi2、饱和蒸汽压xi3、周围环境目标值xi4和检出频次xi5信息，内嵌筛选指标评分模型，选择质量浓度占比xi1、嗅阈值xi2、饱和蒸汽压xi3、周围环境目标值xi4和检出频次xi5，进行恶臭因子筛选，其中质量浓度占比代表污染因子含量，是造成恶臭污染的重要指标，为正向指标；嗅阈值代表污染因子引起嗅觉的最小浓度值，数值越小越易引起恶臭污染，为负向指标；饱和蒸气压代表污染因子挥发性，数值越大越易气化于环境中造成恶臭污染，为正向指标；周围环境目标值代表污染因子在环境中可以容许的最大浓度值，数值越小表明毒性越大，为负向指标；检出频次代表污染因子在各污染源中出现的次数，数值越高表明存在得越广泛，为正向指标；

12、恶臭因子成分谱构建单元，与污染因子浓度获取单元、恶臭因子筛选单元连接，接收恶臭因子与对应质量浓度信息，根据韦伯-费希纳定律，内嵌恶臭强度计算模型，计算各恶臭因子的恶臭强度值并进行归一化处理，得到各恶臭因子的物质种类及其相对贡献，形成动态恶臭因子成分谱。

13、所述筛选指标评分模型通过以下方法进行恶臭因子的筛选：

14、1)构建原始数据矩阵x，其中有5个评价指标，质量浓度占比xi1、嗅阈值xi2、饱和蒸汽压xi3、周围环境目标值xi4和检出频次xi5，共m个污染因子，i为1,2,3,…,m：

15、

16、2)采用极差法进行标准化，其中正向指标公式为：

17、j为1、3或5

18、负向指标公式为：

19、j为2或4

20、得到标准化分析矩阵z：

21、

22、3)通过主成分分析法进行综合得分，利用最大方差法得到标准化分析矩阵z的协方差矩阵，并计算得到特征值λj及相应的方差贡献率wj，计算公式为：

23、

24、4)按照wj从大到小排序，选择累计方差贡献率大于85％且特征值大于1的特征值数量作为主成分个数p，p≤5，得到载荷系数矩阵a，根据载荷系数矩阵a计算得到线性组合系数矩阵b，计算公式为：

25、

26、

27、aij为载荷系数矩阵a中的元素，bij为线性组合系数矩阵b中的元素；

28、5)根据线性组合系数矩阵b计算第i个污染因子综合得分系数wi，计算公式为：

29、

30、综合得分系数由大到小排列，筛选出综合得分系数排名前n名(n可以为10)的污染因子作为恶臭因子进入恶臭因子数据库。

31、第i种恶臭因子的恶臭强度值ii计算公式如下：

32、ii＝ki×lg(c'i+1)

33、其中：

34、c'i+1使数值大于0，满足计算要求；c'i为第i种恶臭因子的恶臭浓度标准化值，通过质量浓度实测值ci标准化处理后得到：

35、c'i＝ci/si

36、其中si为第i种恶臭因子的基准值，即嗅阈值，通过调用嗅阈值数据库得到；

37、ki为第i种恶臭因子在筛选得到的所有恶臭因子中的权重：

38、

39、其中n为筛选得到的恶臭因子数量；

40、对计算得到的恶臭强度值ii进行归一化处理，得到各恶臭因子的物质种类及其相对贡献，形成动态恶臭因子成分谱。

41、恶臭强度分布评价模块包括：

42、恶臭强度评估单元，与恶臭因子成分谱构建单元连接，计算各污染源综合恶臭强度i，计算公式为：

43、n为筛选得到的恶臭因子数量

44、恶臭感官标准计算单元，设定六级恶臭感官标准，为0级、i级、ii级、iii级别、iv级和v级，分别代表无臭、清洁、较清洁、轻度污染、中度污染和重度污染，第i种恶臭因子在各级恶臭感官标准的质量浓度阈值分别为mi0、mi1、mi2、mi3、mi4和mi5，进行标准化处理后得到标准阈值m’i0、m’i1、m’i2、m’i3、m’i4和m’i5，计算公式如下：

45、mij'＝mij/si j为0、1、2、3、4或5，表示恶臭感官标准级别

46、其中si为第i种恶臭因子的基准值，即嗅阈值；

47、第i种恶臭因子在各级恶臭感官标准的恶臭强度阈值计算公示如下：

48、

49、其中：

50、kij为第i种恶臭因子在筛选得到的所有恶臭因子中的权重，j为0、1、2、3、4或5，表示恶臭感官标准级别：

51、

52、其中n为筛选得到的恶臭因子数量；

53、对各恶臭因子的恶臭强度阈值进行加和得到相应恶臭感官标准级别下综合恶臭强度标准阈值，计算公式如下：

54、

55、其中n为筛选得到的恶臭因子数量；

56、恶臭污染预警单元，与恶臭强度评估单元、恶臭感官标准计算单元连接，为各污染源设置针对性预警条件，对综合恶臭强度超过综合恶臭强度标准阈值的，即生成预警信息，按照既定流程通知到相关联系人，产生的预警次数信息返回至污染源信息管理模块；

57、恶臭区域分析单元，与污染源信息管理模块、恶臭强度评估单元连接，获取各污染源位置与综合恶臭强度数据，将研究区域划分为若干个正方形网格，各污染源落入相应网格内，利用克里金插值算法，计算每个网格对应的综合臭气强度。

58、所述的基于韦伯-费希纳定律的工业园区恶臭污染评价与管控系统还包括园区地图展示模块；

59、园区地图展示模块与污染源信息管理模块、污染因子信息管理模块、恶臭因子成分谱管理模块、恶臭强度分布评价模块连接，用于接收各模块计算产生的各污染源位置、恶臭因子与恶臭强度信息，并分别以图层的方式在gis地图中显示，输出不同颜色表征不同区域恶臭影响程度。

60、本发明与现有技术相比，有益效果有：

61、本发明针对恶臭污染阵发性和主观性特点，基于韦伯-费希纳定律，提供了一种恶臭污染实时评估与管控数字化系统，适用于工业园区恶臭污染的日常预警与处置。