[發(fā)明專利]一種水質(zhì)污染預(yù)警方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110232689.0
• 申請(qǐng)日: 2021-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN112861770A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉書明;吳雪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06K9/62;G01N33/18
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供了一種水質(zhì)污染預(yù)警方法及裝置，該水質(zhì)污染預(yù)警方法包括：采集水質(zhì)參數(shù)歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建水質(zhì)污染預(yù)警特征庫；采集待檢測時(shí)刻的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建待檢測時(shí)刻水質(zhì)特征向量，并將該待檢測時(shí)刻水質(zhì)特征向量與所述水質(zhì)污染預(yù)警特征庫共同構(gòu)成待檢測樣本集；采用孤立森林算法對(duì)該待檢測樣本集中水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常識(shí)別與預(yù)警。利用本公開，水質(zhì)特征向量的提取能夠充分利用多水質(zhì)參數(shù)對(duì)污染事件的協(xié)同反饋現(xiàn)象，同時(shí)又保留了監(jiān)測數(shù)據(jù)的原始信息；孤立森林算法是純無監(jiān)督方法，無需大量數(shù)據(jù)積累，特別是不要求有各類不同污染類別的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)分布無要求，其實(shí)更符合檢測未知污染事件這種場景。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及水質(zhì)污染預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種供水管網(wǎng)突發(fā)污染的水質(zhì)污染預(yù)警方法及裝置。

背景技術(shù)

管網(wǎng)突發(fā)性水質(zhì)污染事故具有隱蔽性、突發(fā)性、非連續(xù)性和不確定性，一旦發(fā)生，極易造成經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境危害。當(dāng)發(fā)生水質(zhì)污染事故時(shí)，事故及時(shí)排查和污染源追溯已成為當(dāng)前環(huán)境應(yīng)急工作的瓶頸，直接影響污染的源頭控制和消除策略的制定和實(shí)施。

目前，我國大部分供水管網(wǎng)已安裝水質(zhì)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測供水管網(wǎng)水質(zhì)變化，為快速發(fā)現(xiàn)突發(fā)污染提供了可能。但是由于供水企業(yè)運(yùn)行管理或是技術(shù)條件限制，這些水質(zhì)傳感器未能有效發(fā)揮監(jiān)測預(yù)警功能。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本公開的主要目的在于提供一種水質(zhì)污染預(yù)警方法及裝置，以至少部分解決以上所提出的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種水質(zhì)污染預(yù)警方法，包括：采集水質(zhì)參數(shù)歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建水質(zhì)污染預(yù)警特征庫；采集待檢測時(shí)刻的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建待檢測時(shí)刻水質(zhì)特征向量，并將該待檢測時(shí)刻水質(zhì)特征向量與所述水質(zhì)污染預(yù)警特征庫共同構(gòu)成待檢測樣本集；采用孤立森林算法對(duì)該待檢測樣本集中水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常識(shí)別與預(yù)警。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述采集水質(zhì)參數(shù)歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建水質(zhì)污染預(yù)警特征庫，包括：

步驟A1：采集t時(shí)刻及其前k個(gè)時(shí)刻的所有水質(zhì)參數(shù)歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算t時(shí)刻n個(gè)水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)間的相關(guān)系數(shù)、n個(gè)水質(zhì)參數(shù)歷史數(shù)據(jù)從t-k時(shí)刻到t時(shí)刻共k+1個(gè)數(shù)據(jù)的均值，構(gòu)建t時(shí)刻的水質(zhì)特征向量，記為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)特征的提取和特征向量的構(gòu)建；

步驟A2：按照步驟A1將包含m個(gè)時(shí)刻的水質(zhì)參數(shù)歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建為包含m-k個(gè)水質(zhì)特征向量的水質(zhì)污染預(yù)警特征庫。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，步驟A1中所述相關(guān)系數(shù)為皮爾遜相關(guān)系數(shù)、斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)、肯德爾相關(guān)系數(shù)或協(xié)方差中任意一個(gè)。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述相關(guān)系數(shù)為皮爾遜相關(guān)系數(shù)，則皮爾遜相關(guān)系數(shù)r采用如下公式計(jì)算：

式中，x_i和y_i分別代表不同天相同時(shí)刻的數(shù)據(jù)，和分別代表不同天相同時(shí)段內(nèi)數(shù)據(jù)的均值，n為某時(shí)段內(nèi)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；r的取值范圍為[-1，1]，r大于或小于零，均表明兩個(gè)水質(zhì)參數(shù)具有一定的協(xié)同反饋現(xiàn)象，且r的絕對(duì)值越大，協(xié)同反饋現(xiàn)象越明顯。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述采集待檢測時(shí)刻的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建待檢測時(shí)刻水質(zhì)特征向量，并將該待檢測時(shí)刻水質(zhì)特征向量與所述水質(zhì)污染預(yù)警特征庫共同構(gòu)成待檢測樣本集的步驟中，按照步驟A1構(gòu)建待檢測時(shí)刻水質(zhì)特征向量，該待檢測時(shí)刻水質(zhì)特征向量為待檢測樣本，將該待檢測樣本與所述水質(zhì)污染預(yù)警特征庫共同構(gòu)成待檢測樣本集。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述采用孤立森林算法對(duì)該待檢測樣本集中水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常識(shí)別與預(yù)警，包括：

步驟1：有放回地從n_s個(gè)檢測樣本集中抽取ψ個(gè)樣本，構(gòu)建數(shù)據(jù)子集，其中n_s＝m-k+1；