[發(fā)明專利]一種淺水湖泊水華風(fēng)險(xiǎn)分析預(yù)警系統(tǒng)及其分析預(yù)警方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710211751.1
• 申請(qǐng)日: 2017-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN106990216B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛勁喬;胡騰飛;戴會(huì)超;陳韋鈺;吳先明;田明明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/18
• 分類號(hào): G01N33/18;G01D21/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 唐紅

1.一種淺水湖泊水華風(fēng)險(xiǎn)分析預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)匯集模塊(1)和數(shù)據(jù)挖掘模塊(2)；

所述數(shù)據(jù)匯集模塊(1)包括常規(guī)監(jiān)測(cè)裝置(11)、聲學(xué)遙測(cè)裝置(12)和輔助裝置(13)；所述常規(guī)監(jiān)測(cè)裝置(11)包括浮式站點(diǎn)和樁式站點(diǎn)，共同實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)淺水湖泊與藻類生長和水華暴發(fā)有關(guān)的物理和生化信息，該浮式站點(diǎn)為布置在淺水湖泊內(nèi)等間距方形陣列頂點(diǎn)的浮標(biāo)，浮標(biāo)底部裝配有多參數(shù)水質(zhì)傳感器，樁式站點(diǎn)是指布置在淺水湖泊內(nèi)2倍浮式站點(diǎn)間距的方形陣列頂點(diǎn)并固定于湖床上的樁體，樁體水下部分裝配有多參數(shù)水質(zhì)傳感器和葉綠素a傳感器，且樁體水上部分裝配有多參數(shù)氣象傳感器、光合有效輻射傳感器；所述聲學(xué)遙測(cè)裝置(12)包括聲學(xué)標(biāo)簽載體、聲學(xué)標(biāo)簽和水聽器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)聲學(xué)標(biāo)簽所處位置與藻類生長和水華暴發(fā)有關(guān)的多重水體物理參數(shù)，聲學(xué)標(biāo)簽載體為淺水湖泊魚類，聲學(xué)標(biāo)簽配置水質(zhì)傳感器并使用尼龍?jiān)鷰Ч潭ㄓ诼晫W(xué)標(biāo)簽載體的背鰭上，聲學(xué)標(biāo)簽使用超聲波周期性地將其身份識(shí)別信息和物理參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送至周圍水體，水聽器布置于各個(gè)浮式站點(diǎn)和樁式站點(diǎn)處，水聽器方向朝下并沒入水中，實(shí)時(shí)接收周圍聲學(xué)標(biāo)簽所發(fā)送的信息；所述輔助裝置(13)包括存儲(chǔ)設(shè)備和通訊設(shè)備，均布置于各個(gè)浮式站點(diǎn)和樁式站點(diǎn)處，存儲(chǔ)設(shè)備保存常規(guī)監(jiān)測(cè)裝置(11)和聲學(xué)遙測(cè)裝置(12)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通訊設(shè)備實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備和數(shù)據(jù)挖掘模塊(2)之間的數(shù)據(jù)傳輸；

所述數(shù)據(jù)挖掘模塊(2)由驅(qū)動(dòng)因子識(shí)別單元(21)、驅(qū)動(dòng)因子適宜區(qū)間確定單元(22)、驅(qū)動(dòng)因子獨(dú)立效應(yīng)量化單元(23)、環(huán)境驅(qū)動(dòng)模式分析比較單元(24)和水華風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估單元(25)組成；所述驅(qū)動(dòng)因子識(shí)別單元(21)根據(jù)淺水湖泊環(huán)境因子歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，篩選出與葉綠素a濃度顯著關(guān)聯(lián)且驅(qū)動(dòng)水華發(fā)生的部分環(huán)境因子作為驅(qū)動(dòng)因子；所述驅(qū)動(dòng)因子適宜區(qū)間確定單元(22)確定促使葉綠素a濃度處于高位的各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的變化范圍作為各自的適宜區(qū)間；所述驅(qū)動(dòng)因子獨(dú)立效應(yīng)量化單元(23)在其他驅(qū)動(dòng)因子限定于各自適宜區(qū)間的情況下，量化葉綠素a濃度對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)因子變化的獨(dú)立響應(yīng)；所述環(huán)境驅(qū)動(dòng)模式分析比較單元(24)分別率定考慮驅(qū)動(dòng)因子對(duì)水華發(fā)生累加影響、累乘影響或綜合影響的三種水華風(fēng)險(xiǎn)模型及各自的臨界風(fēng)險(xiǎn)值，比較后給出最優(yōu)的水華風(fēng)險(xiǎn)模型及其臨界風(fēng)險(xiǎn)值；所述水華風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估單元(25)結(jié)合驅(qū)動(dòng)因子實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息和最優(yōu)水華風(fēng)險(xiǎn)模型得出淺水湖泊當(dāng)前環(huán)境下水華發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)分布，在水華發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)大于臨界風(fēng)險(xiǎn)值的情況下向湖泊管理部門進(jìn)行水華預(yù)警。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的淺水湖泊水華風(fēng)險(xiǎn)分析預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于：所述聲學(xué)遙測(cè)裝置(12)中的聲學(xué)標(biāo)簽采用長基線測(cè)位法進(jìn)行定位。

3.一種基于權(quán)利要求1至2任意一項(xiàng)所述的淺水湖泊水華風(fēng)險(xiǎn)分析預(yù)警系統(tǒng)的分析預(yù)警方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

(一)數(shù)據(jù)匯集模塊(1)的常規(guī)監(jiān)測(cè)裝置(11)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)淺水湖泊與藻類生長和水華暴發(fā)有關(guān)的物理和生化信息；聲學(xué)遙測(cè)裝置(12)對(duì)分散在淺水湖泊內(nèi)的各個(gè)聲學(xué)標(biāo)簽進(jìn)行實(shí)時(shí)定位并接收聲學(xué)標(biāo)簽監(jiān)測(cè)的多重水體物理參數(shù)；輔助裝置(13)將常規(guī)監(jiān)測(cè)裝置(11)和聲學(xué)遙測(cè)裝置(12)所獲取的監(jiān)測(cè)信息保存至存儲(chǔ)設(shè)備；

(二)數(shù)據(jù)挖掘模塊(2)調(diào)用淺水湖泊環(huán)境因子歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建淺水湖泊水華風(fēng)險(xiǎn)模型，按如下步驟執(zhí)行：

(a)驅(qū)動(dòng)因子識(shí)別單元(21)從數(shù)據(jù)匯集模塊(1)的存儲(chǔ)設(shè)備調(diào)取樁式站點(diǎn)處所有環(huán)境因子歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

(b)驅(qū)動(dòng)因子識(shí)別單元(21)基于歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用偏互信息方法篩選出與葉綠素a濃度顯著關(guān)聯(lián)且驅(qū)動(dòng)水華發(fā)生的部分環(huán)境因子作為驅(qū)動(dòng)因子；

(c)驅(qū)動(dòng)因子適宜區(qū)間確定單元(22)使用正交表設(shè)計(jì)從歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中挑選出滿足正交性的驅(qū)動(dòng)因子水平組合，利用極差分析得出葉綠素a濃度隨單個(gè)驅(qū)動(dòng)因子水平變化規(guī)律，進(jìn)而確定促使葉綠素a濃度處于高位的各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的變化范圍作為各自的適宜區(qū)間；

(d)驅(qū)動(dòng)因子獨(dú)立效應(yīng)量化單元(23)在其他驅(qū)動(dòng)因子限定于各自適宜區(qū)間的情況下，量化葉綠素a濃度對(duì)各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子變化的獨(dú)立響應(yīng)；

(e)環(huán)境驅(qū)動(dòng)模式分析比較單元(24)在驅(qū)動(dòng)因子獨(dú)立效應(yīng)量化單元(23)所提供信息的基礎(chǔ)上，采用進(jìn)化算法分別率定考慮驅(qū)動(dòng)因子對(duì)水華發(fā)生累加影響、累乘影響或綜合影響的三種水華風(fēng)險(xiǎn)模型及各自的臨界風(fēng)險(xiǎn)值，然后比較后給出最優(yōu)的水華風(fēng)險(xiǎn)模型及其臨界風(fēng)險(xiǎn)值；

(三)數(shù)據(jù)挖掘模塊(2)的水華風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估單元(25)調(diào)用淺水湖泊驅(qū)動(dòng)因子實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，進(jìn)行淺水湖泊水華風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)警，按如下步驟執(zhí)行：

(A)從數(shù)據(jù)匯集模塊(1)的存儲(chǔ)設(shè)備調(diào)取常規(guī)監(jiān)測(cè)裝置(11)和聲學(xué)遙測(cè)裝置(12)的驅(qū)動(dòng)因子實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

(B)使用克里金插值算法將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)空間插值到整個(gè)湖泊范圍；

(C)基于環(huán)境驅(qū)動(dòng)模式分析比較單元(24)給出的最優(yōu)水華風(fēng)險(xiǎn)模型計(jì)算獲得淺水湖泊當(dāng)前環(huán)境下水華發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)分布，將水華發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)大于臨界風(fēng)險(xiǎn)值的區(qū)域識(shí)別為預(yù)測(cè)發(fā)生水華區(qū)域；

(D)若當(dāng)前預(yù)測(cè)發(fā)生水華區(qū)域存在，將淺水湖泊水華發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)分布以及預(yù)測(cè)發(fā)生水華區(qū)域向湖泊管理部門發(fā)布。