(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210854312.3 (22)申请日 2022.07.20 (71)申请人 中山大学 地址 510275 广东省广州市新港西路13 5号 申请人 广州丰泽源水利科技有限公司 (72)发明人 陈晓宏　周铭枝　郑炎辉　康丽　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 沈闯 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 基于元胞自动机的河口地区盐度预测方法、 系统及设备 (57)摘要 本发明涉及水环 境监测技术领域， 公开了基 于元胞自动机的河口地区盐度预测方法、 系统及 设备。 本发 明根据目标河口地区的遥感图像及水 域分布定义元胞大小及空间分布， 根据该地区的 盐度遥感反演结果设置各元胞的初始盐度， 根据 径流数据设置各元胞的各项属性， 并基于水动力 转换机制、 盐度移流机制、 盐度扩散机制及水位 变化规律形成元胞自动机模型的演化规则； 根据 演化规则对模型中所有元胞的各项属性进行迭 代计算， 根据得到的盐度变化数据与对应的实测 盐度变化数据的比对结果进行模型各项参数的 率定， 得到相应的盐度预测模型， 进而根据该预 测模型预测目标河口地区盐度。 本发 明能够有效 实现河口区盐度的模拟预测， 解决了盐度的时间 连续性预测问题。 权利要求书3页 说明书15页 附图4页 CN 115081740 A 2022.09.20 CN 115081740 A 1.一种基于元 胞自动机的河口地区盐度预测方法， 其特 征在于， 包括： 根据目标河口地 区的遥感图像及水域分布数据， 设置元胞自动机模型的元胞大小及邻 居结构， 并设置元 胞空间的墙界、 流入边界和流出边界； 获取目标河口地 区的盐度遥感反演结果， 以所述盐度遥感反演结果作为元胞自动机模 型的盐度初始分布数据， 根据所述盐度初始分布数据对各所述元胞的盐度进行赋值， 根据 所述目标河口地区的径流数据设置各所述元胞的各项属性， 所述各项属性包括水位、 水深、 河底高程及含盐总量； 构建关于元胞间水流流向变化和转移水量变化的水动力转换机制， 根据 所述水动力转 换机制构建盐度移流机制， 根据费克第一定律构建盐度扩散机制， 根据实测潮位数据和降 雨数据采用线性插值法得到潮汐与降雨导致的水位变化规律， 将所述水位变化规律嵌入到 所述水动力转换机制中， 并基于得到的水动力转换机制、 所述盐度移流机制和所述盐度扩 散机制形成所述元 胞自动机模型的演化 规则； 根据所述演化规则对所述元胞自动机模型中的所有元胞的各项属性进行迭代计算， 将 得到的盐度变化数据与对应的实测盐度变化数据进行比对， 根据得到的比对结果进行所述 元胞自动机模型 各项参数的率定， 得到相应的河口地区盐度预测模型； 根据所述河口地区盐度预测模型 预测目标河口地区盐度。 2.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的河口地 区盐度预测方法， 其特征在于， 所述 根据目标河口地区的遥感图像及水域分布数据， 设置元胞自动机模型的元胞大小及邻居 结 构， 包括： 设置元胞的大小与目标河口地 区的遥感图像的像元大小一致， 并根据 所述目标河口地 区的水域大小设置元 胞空间的大小； 根据各元胞所处位置对应的水域实 际位置， 将各元胞分为水体元胞和非水体元胞， 其 中所述水体元 胞对应水流能经 过的区域， 所述非水体元 胞对应水流 不能够流经的区域； 设置中心元 胞的邻居元 胞为其周围的八个元 胞。 3.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的河口地 区盐度预测方法， 其特征在于， 所述 构建关于元胞间水流 流向变化和转移水量变化的水动力转换机制， 包括： 以由最大 水位坡度决定水流 流向为原则建立元 胞间水流 流向计算 规则； 以由元胞间的水位差和水流 流速决定转移水量 为原则建立元 胞间转移水量计算 规则； 根据所述元胞间水流流向计算规则和所述元胞间转移水量计算规则构建水动力转换 机制。 4.根据权利要求3所述的基于元胞自动机的河口地 区盐度预测方法， 其特征在于， 所述 以由最大 水位坡度决定水流 流向为原则建立元 胞间水流 流向计算 规则， 包括： 建立遵循以下计算 步骤的元 胞间水流 流向计算 规则： S311， 判断中心元 胞是否为水体元 胞； S312， 若是， 确定所述中心元胞的邻居元胞集合， 将所述邻居元胞集合中的非水体元胞 剔除， 得到邻域水体元 胞集合； S313， 对中心元 胞及其当前的邻域水体元 胞集合的水位 求取平均值， 得到平均水位； S314， 从当前的邻域水体元胞集合中， 剔除所有水位大于当前计算的平均水位的邻居 元胞；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115081740 A 2S315， 若有邻居元胞被剔除， 重复步骤S313 ‑S314， 直至当前的邻域水体元胞集合中所 有邻居元胞的水位均不大于 当前计算的平均水位， 将此时的邻域水体元胞集合作为水流流 向元胞集合； S316， 将所述水流流向元胞集合中的各邻居元胞与中心元胞的连线作为中心元胞的水 流流向。 5.根据权利要求4所述的基于元胞自动机的河口地 区盐度预测方法， 其特征在于， 所述 以由元胞间的水位差和水流流速决定转移水量为原则建立元胞间转移水量计算规则， 包 括： 建立遵循以下计算 步骤的元 胞间转移水量计算 规则： 对中心元胞及其水流流向元胞集合的水位求取平均值， 将邻居元胞与求得的平均值的 差值作为相应邻居元 胞所能获得的最大 水量； 计算中心元 胞与邻居元 胞间的水流 流速； 将中心元胞与邻居元胞的距离除以两者之间的水流流速所得到的值作为相应邻居元 胞从中心元 胞处获得最大 水量所需的时间； 将邻居元胞从中心元胞处获得最大水量所需的时间与 预置的计算间隔时间进行比较， 根据得到的比较结果和所述邻居 元胞所能获得的最大水量， 确定各邻居 元胞在计算间隔时 间内从中心元 胞处获得的水量； 计算中心元胞的损 失水量， 若计算得到的损 失水量大于中心元胞的原有水量， 以所述 原有水量与所述损失水量的比值作为折算系数， 根据所述折算系数对各邻居 元胞在计算间 隔时间内从中心元 胞处获得的水量进行修 正。 6.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的河口地 区盐度预测方法， 其特征在于， 所述 根据所述水动力转换机制构建盐度移流机制， 包括： 以所述水动力转换机制为基础， 假定每个中心元胞仅与与其发生水量输送的邻居元胞 存在盐度移流， 设置元 胞间关于盐分移流作用的盐度变化 规律为： 式中， Sal(i,j,t1)为t1时刻中心元胞(i,j)的含盐总量， Sal(i,j,t0)为t0时刻中心元 胞(i,j)的含盐总量， t1为t0的下一时刻， f0为t0时刻中心元胞(i,j)损失的水量， R(i,j, t0)为t0时刻中心元胞(i,j)的盐度， Rk为t0时刻第k个邻 居元胞的盐度， fk′为t0时刻第k个 邻居元胞流 向中心元胞(i,j)的水流量， n为与中心元胞(i,j)发生水量输送的邻居元胞的 数量， depth(i,j,t0)为t0时刻中心元 胞(i,j)的水深； 假定在每一 次迭代计算中， 中心元胞从其他邻居元胞处获得的不同盐度的水团能够在 预置的计算间隔时间内混合均匀， 设置下一时刻中心元 胞的盐度满足： 式中， R(i,j,t1)为t1时刻中心元胞(i,j)的盐度， depth(i,j,t1)为t1时刻中心元胞 (i,j)的水深。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115081740 A 3