本技術涉及水質重金屬監測,具體涉及一種基于數據分析的生態環境數據監測方法及系統。
背景技術:
1、近年來,隨著工業化和城鎮化的快速發展,針對生態環境狀況的監測顯得尤為重要。在眾多生態環境監測的內容中,水質監測是重要的監測內容之一。一些未經處理的工業污水直接排放到了河水中,導致水域中的重金屬含量超標,而河流的流域廣,影響范圍大,對水資源的安全性產生了直接的影響,因此為了更好地保護水資源,通常會對流域內的重金屬含量進行實時監測。
2、通常情況下,對于一個流域的水資源重金屬含量檢測會采用多點位監測的方法,即在流域中設置多個數據采樣點對水資源重金屬含量進行采集。然而由于流域通常較為復雜,且水域具有一定的自我修復能力,水域中重金屬含量會隨著時間遞減,在這種情況下測量的重金屬含量降低為正常的數據變化情況,而重金屬含量也會因為水域的環境因素(如下雨、支流匯入導致的水位增長等)隨著時間短暫遞減,在這種情況下測量的重金屬含量并不能表明水域的實際重金屬含量情況,導致檢測出的重金屬含量存在一定的誤差,降低了監測數據的準確性和可靠性。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題,本技術的目的在于提供一種基于數據分析的生態環境數據監測方法及系統,所采用的技術方案具體如下:
2、第一方面,本技術實施例提供了一種基于數據分析的生態環境數據監測方法,該方法包括以下步驟:
3、在預設總采集時長內,獲取待監測河流上每個預設采樣點中任一類重金屬在所有時刻的含量,并將總采集時長劃分為各時段;
4、基于各時段內每個采樣點與其余各采樣點之間任一類重金屬含量的分布情況的差異,以及對應同類重金屬含量的變化趨勢之間的差異,確定各時段內每個采樣點中任一類重金屬的含量變化近似度;
5、在各時段內,基于每個采樣點中任一類重金屬含量的變化趨勢,結合閾值分割算法獲取每個采樣點中任一類重金屬的所有平穩區間和所有遞減區間;
6、基于每個采樣點中任一類重金屬含量在各遞減區間中的變化率,結合所有時段的所述含量變化近似度,確定每個采樣點中任一類重金屬的含量可信度;
7、基于每個采樣點與相鄰各下游采樣點中任一類重金屬含量在不同遞減區間的數值差異和長度差異,確定每個采樣點中任一類重金屬的第一受擾相似度;
8、基于每個采樣點中任一類重金屬含量在各遞減區間的相鄰兩平穩區間中分布情況的差異,以及同類重金屬的各遞減區間的長度,確定每個采樣點中任一類重金屬的第二受擾相似度,并結合所述第一受擾相似度及所述含量可信度,確定每個采樣點中任一類重金屬的監測可用性,對待監測河流中任一類重金屬含量進行監測。
9、優選的,所述各時段內每個采樣點中任一類重金屬的含量變化近似度的表達式為:;式中,表示時段k內第p個采樣點中第s類重金屬的含量變化近似度;、分別表示第p、q個采樣點中第s類重金屬在時段k內所有含量的均值;、分別表示第p、q個采樣點中第s類重金屬在時段k內所有含量的變化趨勢;q表示所有采樣點的數量;表示大于0的預設常數。
10、優選的,所述每個采樣點中任一類重金屬的所有平穩區間和所有遞減區間的獲取方法為:
11、將每個采樣點中任一類重金屬在各時段內的所有含量作為時間序列分解算法的輸入,得到每個采樣點中任一類重金屬各時段的趨勢強度;
12、將每個采樣點中任一類重金屬的所有趨勢強度作為閾值分割算法的輸入,得到第一分割閾值;
13、針對每個采樣點中任一類重金屬,將趨勢強度小于第一分割閾值對應的時段,記為平穩區間,將趨勢強度大于或等于第一分割閾值對應的時段,記為遞變區間,并將遞變區間的首末時刻含量之間的差值大于0對應的遞變區間,記為遞減區間。
14、優選的,所述每個采樣點中任一類重金屬的含量可信度的確定方法為:
15、基于每個采樣點中任一類重金屬含量在各遞減區間中的變化率,確定每個采樣點中任一類重金屬的水位干擾度;
16、每個采樣點中任一類重金屬的含量可信度的表達式為:;式中,表示第p個采樣點中第s類重金屬的含量可信度;表示第p個采樣點中第s類重金屬的水位干擾度;k表示總采集時長內所有時段的數量。
17、優選的,所述每個采樣點中任一類重金屬的水位干擾度的確定方法為:
18、分析每個采樣點中任一類重金屬在各遞減區間首末時刻的含量的變化率;
19、每個采樣點中任一類重金屬的水位干擾度為每個采樣點中任一類重金屬在所有遞減區間的變化率的均值。
20、優選的,所述每個采樣點中任一類重金屬的第一受擾相似度的確定方法為:
21、將第p個采樣點中第s類重金屬的第j個遞減區間的結束時刻作為第p+1個采樣點中第s類重金屬的第j個起始時刻;
22、分析第p個采樣點中第s類重金屬在第j個遞減區間的所有含量,與第p+1個采樣點中第s類重金屬在第j個起始時刻后第一個遞減區間的所有含量的差異,記為第p個采樣點中第s類重金屬的第j個第一差異;
23、分析第p個采樣點中第s類重金屬的所有第一差異的均值,記為第p個采樣點中第s類重金屬的第一均值;
24、確定第p個采樣點中第s類重金屬的第j個遞減區間的結束時刻,與第p+1個采樣點中第s類重金屬的第j個起始時刻后第一個遞減區間的結束時刻之間的時間間隔;
25、分析第p個采樣點中第s類重金屬的所有時間間隔的離散程度;
26、所述第一均值及所述離散程度均與每個采樣點中任一類重金屬的第一受擾相似度成負相關關系。
27、優選的,所述每個采樣點中任一類重金屬的第二受擾相似度的確定方法為:
28、分析每個采樣點中任一類重金屬在各遞減區間的相鄰前一平穩區間中所有含量的均值與相鄰后一平穩區間中所有含量均值的差異,記為每個采樣點中任一類重金屬在各遞減區間的第二差異;
29、分析每個采樣點中任一類重金屬的所有遞減區間的第二差異的均值,記為每個采樣點中任一類重金屬的第二均值;
30、分析每個采樣點中任一類重金屬所有遞減區間長度的均值,記為每個采樣點中任一類重金屬的第三均值;
31、所述第二均值及所述第三均值均與每個采樣點中任一類重金屬的第二受擾相似度成負相關關系。
32、優選的,所述每個采樣點中任一類重金屬的監測可用性的表達式為:;式中,表示第p個采樣點中第s類重金屬的監測可用性;表示第p個采樣點中第s類重金屬的第一受擾相似度;表示第p個采樣點中第s類重金屬的第二受擾相似度。
33、優選的,所述對待監測河流中任一類重金屬含量進行監測,包括:
34、將所有采樣點中任一類重金屬的監測可用性的歸一化值作為閾值分割算法的輸入,得到第二分割閾值,將監測可用性大于或等于第二分割閾值的采樣點,記為待監測點;
35、在總采集時長中,將每個待監測點中任一類重金屬的含量作為異常檢測算法的輸入,輸出每個待監測點中任一類重金屬所有含量各自的異常得分值,將每個待監測點中任一類重金屬所有含量的異常得分值的均值,記為每個待監測點中任一重金屬含量的異常均值;
36、若任一類重金屬在所有監測點的異常均值的平均值大于或等于預設數值時,待監測河流中該類重金屬含量超標,反之,則未超標。
37、第二方面,本技術實施例還提供了一種基于數據分析的生態環境數據監測系統,包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并在所述處理器上運行的計算機程序,所述處理器執行所述計算機程序時實現上述任意一項所述一種基于數據分析的生態環境數據監測方法的步驟。
38、本技術至少具有如下有益效果:
39、本技術通過對生態環境監測數據中的水域重金屬含量進行分析,基于各時段內每個采樣點與其余各采樣點之間任一類重金屬含量的分布情況的差異,以及對應同類重金屬含量的變化趨勢之間的差異,確定各時段內每個采樣點中任一類重金屬的含量變化近似度,其有益效果在于有利于更準確地分析環境因素對于重金屬含量的影響情況;
40、本技術通過分析每個采樣點中任一類重金屬含量在各遞減區間中的變化率,結合所有時段的所述含量變化近似度,確定每個采樣點中任一類重金屬的含量可信度,其有益效果在于可以反映所采集到的數據的真實性;基于每個采樣點與相鄰各下游采樣點中任一類重金屬含量在不同遞減區間之間的差異,以及對應同類重金屬的不同遞減區間的長度差異,確定每個采樣點中任一類重金屬的第一受擾相似度,其有益效果在于可以更準確地分析局部降水導致水位上升對重金屬含量的影響;
41、本技術通過分析每個采樣點中任一類重金屬含量在各遞減區間的相鄰兩平穩區間中分布情況的差異,以及同類重金屬的各遞減區間的長度,確定每個采樣點中任一類重金屬的第二受擾相似度,并結合所述第一受擾相似度及所述含量可信度,確定每個采樣點中任一類重金屬的監測可用性,對待監測河流中任一類重金屬含量進行監測,其有益效果在于可以提高監測數據的準確性和可靠性。本技術通過綜合分析重金屬含量的變化模式和重金屬含量的真實性,提高了監測數據的準確性和可靠性。