[發明專利]一種流域徑流溯源解析的方法及系統

在審

• 申請號: 202111170955.8
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113901393A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 呂玉娟;高磊;張毅敏;高月香;潘慧婷
• 申請（專利權）人: 生態環境部南京環境科學研究所
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16;G06F17/18
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務所 32346
• 代理人: 王琳琳;白曉宇

1.一種流域徑流溯源解析的方法，其特征在于，包括：

獲取待解析流域徑流及其各潛在端元水體的示蹤劑數據；

根據所述獲取的數據構建徑流水體示蹤劑數據矩陣；

根據所述示蹤劑數據矩陣，初步確定潛在的端元數量，并選取出適用于該流域徑流溯源的保守性示蹤劑；

根據對保守性示蹤劑的數據進行診斷分析，確定該流域徑流主要端元，并計算各主要端元的貢獻比例；

根據各主要端元的貢獻比例以及實測的各主要端元的保守性示蹤劑濃度，反演流域徑流的保守性示蹤劑濃度。

2.根據權利要求1所述的流域徑流溯源解析的方法，其特征在于，根據所述徑流水體示蹤劑數據矩陣，初步確定潛在的端元數量，并選取出適用于該流域徑流溯源的保守性示蹤劑包括：

對示蹤劑數據矩陣進行主成分分析，得到特征向量、特征值和累計貢獻率；

根據所述特征值和累計貢獻率，確定潛在的端元數量；

根據所述特征向量，選取出適用于該流域徑流溯源的保守性示蹤劑。

3.根據權利要求2所述的流域徑流溯源解析的方法，其特征在于，根據所述特征值和累計貢獻率，確定潛在的端元數量包括：

根據累計貢獻率越接近1越好的法則，若原變量有n個，則新變量必須至少解釋1/n方差，從而確定需保留的主成分個數，若需保留m個主成分，則可確定有m+1個端元。

4.根據權利要求2所述的流域徑流溯源解析的方法，其特征在于，根據所述特征向量，選取出適用于該流域徑流溯源的保守性示蹤劑包括：

對流域徑流水體中各示蹤劑的實測值進行映射，所述映射公式為：其中，X^*代表流域徑流各示蹤劑數據標準化后的矩陣，V₁表示前m個特征向量組成的相關矩陣；

計算映射值與實測值的殘差值，并根據殘差分布進行線性擬合；

根據擬合的回歸系數和擬合相關系數，判定示蹤劑是否具備保守性。

5.根據權利要求4所述的流域徑流溯源解析的方法，其特征在于，根據擬合的回歸系數和擬合相關系數，判定示蹤劑是否具備保守性包括：

若回歸系數P0.05且擬合相關系數R²0.2時認為示蹤劑具有保守性，反之則不具備。

6.根據權利要求5所述的流域徑流溯源解析的方法，其特征在于，所述根據流域徑流保守性示蹤劑的取樣數據進行診斷分析，確定流域徑流主要端元包括：

應用主成分分析從保守性示蹤劑組成的相關矩陣中提取特征向量；

根據所提取特征向量進行正交投影，得到徑流和潛在端元在二維空間上的映射值，確定分布特征；

根據流域徑流和潛在端元在二維空間的映射值分布特征，確定流域徑流主要端元。

7.根據權利要求6所述的流域徑流溯源解析的方法，其特征在于，根據流域徑流和潛在端元在二維空間的映射值分布特征，確定流域徑流主要端元包括：通過所提取特征向量正交投影的距離評估確定主要端元的合理性，且各主要端元投影點所組成的多邊形中應盡可能多的包含流域徑流投影點。

8.根據權利要求1-7任一項所述的流域徑流溯源解析的方法，其特征在于，計算各主要端元的貢獻比例包括：

根據徑流和主要端元的保守性示蹤劑數據的映射值，基于質量平衡定律，計算各主要端元的貢獻比例。

9.根據權利要求8所述的流域徑流溯源解析的方法，其特征在于，根據各主要端元的貢獻比例以及實測的各主要端元的保守性示蹤劑濃度，反演流域徑流的保守性示蹤劑濃度包括：

利用各主要端元的貢獻比例以及實測的各主要端元的保守性示蹤劑濃度進行基于質量守恒的計算，反演流域徑流的保守性示蹤劑濃度。

10.一種流域徑流溯源解析的系統，用于實現權利要求1-9任一項所述的流域徑流溯源解析的方法，其特征在于，包括：

數據獲取單元，用于獲取待解析流域徑流及其各潛在端元水體的示蹤劑數據；

矩陣構建單元，用于根據所述獲取的數據構建徑流水體示蹤劑數據矩陣；

初選單元，用于根據所述示蹤劑數據矩陣，初步確定潛在的端元數量，并選取出適用于該流域徑流溯源的保守性示蹤劑；

第一計算單元，用于根據對保守性示蹤劑的數據進行診斷分析，確定該流域徑流主要端元，并計算各主要端元的貢獻比例；

第二計算單元，用于根據各主要端元的貢獻比例以及實測的各主要端元的保守性示蹤劑濃度，反演流域徑流的保守性示蹤劑濃度。