一种对多源水环境监测数据进行融合的方法及系统

文档序号:20847 发布日期:2021-09-21 浏览:46次 >En<

阅读说明:本技术 一种对多源水环境监测数据进行融合的方法及系统 (Method and system for fusing multi-source water environment monitoring data ) 是由 嵇晓燕 肖建军 杨凯 李文攀 白雪 刘允 许秀艳 姚志鹏 孙宗光 李亚男 王正 于 2021-08-24 设计创作,主要内容包括:本申请涉及水环境数据处理领域,尤其涉及一种对多源水环境监测数据进行融合的方法及系统,包括:在评价周期内的每一天均进行自动监测,以获得自动水环境数据,并且计算每一天的自动水环境数据的日均值;在评价周期内的一天进行手动监测,以获得手动水环境数据;分别计算自动监测的每一天与手动监测的一天之间相距的天数,以计算每条日均值的权重;依据日均值的权重、日均值、手动水环境数据、预先获得的自动水环境数据的融合权重和预先获得的手动水环境数据的融合权重,得到自动水环境数据和手动水环境数据的融合数据。本申请可以提高水环境监测的准确性,并且同时提高水环境的监测频率,从而全面的反映监测断面的整体状况。(The application relates to the field of water environment data processing, in particular to a method and a system for fusing multi-source water environment monitoring data, wherein the method comprises the following steps: automatically monitoring every day in the evaluation period to obtain automatic water environment data, and calculating the daily average value of the automatic water environment data of each day; manually monitoring the water environment in one day of an evaluation period to obtain manual water environment data; respectively calculating the number of days between each day of automatic monitoring and the day of manual monitoring to calculate the weight of each daily average; and obtaining the fusion data of the automatic water environment data and the manual water environment data according to the weight of the daily average value, the manual water environment data, the fusion weight of the pre-obtained automatic water environment data and the fusion weight of the pre-obtained manual water environment data. The method and the device can improve the accuracy of water environment monitoring and improve the monitoring frequency of the water environment, so that the overall situation of the monitoring section is comprehensively reflected.)

一种对多源水环境监测数据进行融合的方法及系统

技术领域

本申请涉及水环境数据处理领域,尤其涉及一种对多源水环境监测数据进行融合的方法及系统。

背景技术

目前,进行水环境监测主要包括手工监测和自动监测两种方式。其中,自动监测的监测频率较高,但是监测数据的准确性会受到环境、设备型号等因素的影响。而手工监测的准确性虽然可以较大程度得到保证,但是由于手工监测的监测频率较低,监测数据只能说明采样时刻的断面的水质,不能全面反映当前断面的一个整体状况,并且手工监测耗费的成本较大,因此不能全面的满足水环境管理的需要。

因此,如何提高水环境监测的准确性,并且同时提高水环境的监测频率,以全面的反映监测断面的整体状况,是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种对多源水环境监测数据进行融合的方法及系统,以提高水环境监测的准确性,并且同时提高水环境的监测频率,从而全面的反映监测断面的整体状况。

为解决上述技术问题,本申请提供如下技术方案:

一种对多源水环境监测数据进行融合的方法,包括如下步骤:步骤S110、在评价周期内的每一天均进行自动监测,以获得自动水环境数据,并且计算每一天的自动水环境数据的日均值步骤S120、在评价周期内的一天进行手动监测,以获得手动水环境数据;步骤S130、分别计算自动监测的每一天与手动监测的一天之间相距的天数,以计算每条日均值的权重;步骤S140、依据日均值的权重、日均值、手动水环境数据、预先获得的自动水环境数据的融合权重和预先获得的手动水环境数据的融合权重,得到自动水环境数据和手动水环境数据的融合数据。

如上所述的对多源水环境监测数据进行融合的方法,其中,优选的是,日均值,其中,为在第天自动监测获得的自动水环境数据,为一个评价周期的天数,为每一天自动监测的自动水环境数据的数量。

如上所述的对多源水环境监测数据进行融合的方法,其中,优选的是,每条日均值的权重为进行自动监测的第天与进行手动监测的第天之间的距离天数。

如上所述的对多源水环境监测数据进行融合的方法,其中,优选的是,预先获得自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重,包括如下步骤:步骤S210、在水质的同一断面分别自动、手动监测水环境数据,形成自动站水环境数据集和手动站水环境数据集;步骤S220、依据自动站水环境数据集、手动站水环境数据集以及相应的真实水环境数据集,获得自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重。

如上所述的对多源水环境监测数据进行融合的方法,其中,优选的是,将自动站水环境数据集中的每个自动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间的自动误差集成自动误差集,并且自动误差集为正态分布,其均值为0,方差为;将手动站水环境数据集中的每个手动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间的手动误差集成手动误差集,并且手动误差集为态分布,其均值为0,方差为;利用蚁群算法计算方差方差,并使得方差方差的值最小,以得到最小的自动误差和最小的手动误差;依据最小的自动误差和最小的手动误差得到最小的误差项;在误差项最小的情况下,依据,得到自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重,真实水环境数据集

一种对多源水环境监测数据进行融合的系统,包括:自动监测模块、计算模块和数据输入模块;自动监测模块在评价周期内的每一天均进行自动监测,以获得自动水环境数据,并且计算模块计算每一天的自动水环境数据的日均值;通过数据输入模块将在评价周期内的一天进行手动监测获得的手动水环境数据输入至计算模块;计算模块分别计算自动监测的每一天与手动监测的一天之间相距的天数,以计算每条日均值的权重;计算模块依据日均值的权重、日均值、手动水环境数据、预先获得的自动水环境数据的融合权重和预先获得的手动水环境数据的融合权重,得到自动水环境数据和手动水环境数据的融合数据。

如上所述的对多源水环境监测数据进行融合的系统,其中,优选的是,日均值,其中,为在第天自动监测获得的自动水环境数据,为一个评价周期的天数,为每一天自动监测的自动水环境数据的数量。

如上所述的对多源水环境监测数据进行融合的系统,其中,优选的是,每条日均值的权重为进行自动监测的第天与进行手动监测的第天之间的距离天数。

如上所述的对多源水环境监测数据进行融合的系统,其中,优选的是,还包括:数据集形成模块和权重获得模块;在水质的同一断面分别自动、手动监测水环境数据,数据集形成模块形成自动站水环境数据集和手动站水环境数据集;权重获得模块依据自动站水环境数据集、手动站水环境数据集以及相应的真实水环境数据集,获得自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重。

如上所述的对多源水环境监测数据进行融合的系统,其中,优选的是,将自动站水环境数据集中的每个自动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间的自动误差集成自动误差集,并且自动误差集为正态分布,其均值为0,方差为;将手动站水环境数据集中的每个手动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间的手动误差集成手动误差集,并且手动误差集为态分布,其均值为0,方差为;利用蚁群算法计算方差方差,并使得方差方差的值最小,以得到最小的自动误差和最小的手动误差;依据最小的自动误差和最小的手动误差得到最小的误差项;在误差项最小的情况下,依据,得到自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重,真实水环境数据集

为解决上述技术问题,本申请提供的对多源水环境监测数据进行融合的方法及系统,通过将评价周期内监测的自动水环境数据和手动水环境数据进行融合,从而使得融合数据具有手动水环境数据较高的准确性,并且融合数据考虑了一个评价周期内的自动水环境数据,还使得融合数据具有自动水环境数据较高的监测频率,并且通过融合数据可更客观的实现对水环境的评价,为水环境的评价提供精准的基础数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的对多源水环境监测数据进行融合的方法的流程图;

图2是本申请实施例提供的获得融合权重和融合权重的流程图;

图3是本申请实施例提供的对多源水环境监测数据进行融合的系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。

实施例一

如图1所示,本申请提供了一种对多源水环境监测数据进行融合的方法,包括如下步骤:

步骤S110、在评价周期内的每一天均进行自动监测,以获得自动水环境数据,并且计算每一天的自动水环境数据的日均值;

具体的,在一个评价周期(天)内,按照预定的自动监测频率在水质的一个断面处进行自动监测,获得每一天的自动水环境数据。例如:在第1天自动监测获得的自动水环境数据为在第天自动监测获得的自动水环境数据为在第天自动监测获得的自动水环境数据为,其中为每一天自动监测的自动水环境数据的数量,

通过每一天的自动水环境数据计算每一天的自动水环境数据的日均值,具体的,日均值

步骤S120、在评价周期内的一天进行手动监测,以获得手动水环境数据;

在该评价周期(天)内的第天,在水质的同一个断面处进行手动监测,获得手动水环境数据,其中,

步骤S130、分别计算自动监测的每一天与手动监测的一天之间相距的天数,以计算每条日均值的权重;

具体的,计算进行自动监测的第天与进行手动监测的第天之间的距离天数,在此基础上,得到每条日均值的权重

步骤S140、依据日均值的权重、日均值、手动水环境数据、预先获得的自动水环境数据的融合权重和预先获得的手动水环境数据的融合权重,得到自动水环境数据和手动水环境数据的融合数据;

具体的,在评价周期(天)内的自动水环境数据和手动水环境数据的融合数据,其中,为自动水环境数据的融合权重,为手动水环境数据的融合权重。

在上述基础上,预先获得自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重,如图2所示,包括如下步骤:

步骤S210、在水质的同一断面分别自动、手动监测水环境数据,形成自动站水环境数据集和手动站水环境数据集;

在水质的断面通过自动监测,获得不同时刻的自动水环境数据,具体的,自动监测的频率可以为4小时一次,那么间隔4小时获得相应的自动水环境数据。将获得的不同时刻的自动水环境数据集成自动站水环境数据集,其中,为不同时刻监测获得的自动水环境数据,为不同的自动监测时刻。

在水质的断面通过手动监测,获得不同时刻的手动水环境数据,具体的,手动监测的频率可以为1个月一次,那么间隔1个月获得相应的手动水环境数据。将获得的不同时刻的手动水环境数据集成手动站水环境数据集,其中,为不同时刻监测获得的手动水环境数据,为不同的手动监测时刻。

另外,自动站水环境数据集中的自动水环境数据均具有对应的真实水环境数据, 手动站水环境数据集中的手动水环境数据均具有对应的真实水环境数据,真实的水环境数据可以是技术人员根据经验获得的数据。将真实的水环境数据集合形成真实水环境数据集

步骤S220、依据自动站水环境数据集、手动站水环境数据集以及相应的真实水环境数据集,获得自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重;

自动站水环境数据集中的每个自动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间具有自动误差,手动站水环境数据集中的每个手动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间也具有手动误差,自动误差和手动误差均为随机误差。

在此基础上,将自动站水环境数据集中的每个自动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间具有的自动误差集成自动误差集,并且自动误差集为正态分布,其均值为0,方差为。将手动站水环境数据集中的每个手动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间具有的手动误差集成手动误差集,并且手动误差集为态分布,其均值为0,方差为。具体的,,其中,的补数;,其中,的补数。

另外,由于真实水环境数据为自动水环境数据和手动水环境数据的函数,因此得到,其中,为自动水环境数据的融合权重,为手动水环境数据的融合权重,为存在的误差项,具体的

利用蚁群算法计算方差方差,并使得方差方差的值最小,从而得到最小的自动误差和最小的手动误差,进而得到最小的误差项,在误差项最小的情况下,得到自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重

将预先得到的自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重应用于接下来的数据融合中。

实施例二

如图3所示,本申请还提供了一种对多源水环境监测数据进行融合的系统300,包括:自动监测模块310、计算模块320和数据输入模块330。

自动监测模块310在评价周期内的每一天均进行自动监测,以获得自动水环境数据,并且计算模块320计算每一天的自动水环境数据的日均值。

具体的,在一个评价周期(天)内,按照预定的自动监测频率在水质的一个断面处自动监测模块310进行自动监测,获得每一天的自动水环境数据。例如:在第1天自动监测获得的自动水环境数据为在第天自动监测获得的自动水环境数据为,在第天自动监测获得的自动水环境数据为,其中为每一天自动监测的自动水环境数据的数量,。在上述基础上,自动监测模块310可以是各种水质监测传感器。

计算模块320通过每一天的自动水环境数据计算每一天的自动水环境数据的日均值,具体的,日均值

通过数据输入模块330将在评价周期内的一天进行手动监测获得的手动水环境数据输入至计算模块320;

在该评价周期(天)内的第天,在水质的同一个断面处进行手动监测,获得手动水环境数据,其中,,通过数据输入模块330将在评价周期内的一天进行手动监测获得手动水环境数据输入至计算模块320。

计算模块320分别计算自动监测的每一天与手动监测的一天之间相距的天数,以计算每条日均值的权重。

具体的,计算模块320计算进行自动监测的第天与进行手动监测的第天之间的距离天数,在此基础上,得到每条日均值的权重

计算模块320依据日均值的权重、日均值、手动水环境数据、预先获得的自动水环境数据的融合权重和预先获得的手动水环境数据的融合权重,得到自动水环境数据和手动水环境数据的融合数据.

具体的,计算模块320在评价周期(天)内的自动水环境数据和手动水环境数据的融合数据,其中,为自动水环境数据的融合权重,为手动水环境数据的融合权重。

在上述基础上,本申请提供的一种对多源水环境监测数据进行融合的系统300,还包括:数据集形成模块340和权重获得模块350。

在水质的同一断面分别自动、手动监测水环境数据,数据集形成模块340形成自动站水环境数据集和手动站水环境数据集。

在水质的断面通过自动监测模块310自动监测,获得不同时刻的自动水环境数据,具体的,自动监测的频率可以为4小时一次,那么间隔4小时获得相应的自动水环境数据。数据集形成模块340将获得的不同时刻的自动水环境数据集成自动站水环境数据集,其中,为不同时刻监测获得的自动水环境数据,为不同的自动监测时刻。

在水质的断面通过手动监测,获得不同时刻的手动水环境数据,具体的,手动监测的频率可以为1个月一次,那么间隔1个月获得相应的手动水环境数据,通过数据输入模块330将手动监测获得手动水环境数据输入至计算模块320,以使数据集形成模块340将获得的不同时刻的手动水环境数据集成手动站水环境数据集,其中,为不同时刻监测获得的手动水环境数据,为不同的手动监测时刻。

另外,自动站水环境数据集中的自动水环境数据均具有对应的真实水环境数据, 手动站水环境数据集中的手动水环境数据均具有对应的真实水环境数据,真实的水环境数据可以是技术人员根据经验获得的数据。将真实的水环境数据集合形成真实水环境数据集

权重获得模块350依据自动站水环境数据集、手动站水环境数据集以及相应的真实水环境数据集,获得自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重。

自动站水环境数据集中的每个自动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间具有自动误差,手动站水环境数据集中的每个手动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间也具有手动误差,自动误差和手动误差均为随机误差。

在此基础上,将自动站水环境数据集中的每个自动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间具有的自动误差集成自动误差集,并且自动误差集为正态分布,其均值为0,方差为。将手动站水环境数据集中的每个手动水环境数据和与其同一时刻的真实水环境数据之间具有的手动误差集成手动误差集,并且手动误差集为态分布,其均值为0,方差为。具体的,,其中,的补数;,其中,的补数。

另外,由于真实水环境数据为自动水环境数据和手动水环境数据的函数,因此得到,其中,为自动水环境数据的融合权重,为手动水环境数据的融合权重,为存在的误差项,具体的

利用蚁群算法计算方差方差,并使得方差方差的值最小,从而得到最小的自动误差和最小的手动误差,进而得到最小的误差项,在误差项最小的情况下,得到自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重

将预先得到的自动水环境数据的融合权重和手动水环境数据的融合权重应用于接下来的数据融合中。

本申请通过将评价周期内监测的自动水环境数据和手动水环境数据进行融合,从而使得融合数据具有手动水环境数据较高的准确性,并且融合数据考虑了一个评价周期内的自动水环境数据,还使得融合数据具有自动水环境数据较高的监测频率,并且通过融合数据可更客观的实现对水环境的评价,为水环境的评价提供精准的基础数据。

对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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