[發明專利]一種基于卡爾曼濾波的土壤污染物監測方法

在審

• 申請號: 202111573320.2
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114252582A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 石巖;趙威凱;楊麗曼;許少峰;王一軒;王娜;孫治博;牛燕霞;蔡茂林
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G06F17/11;G06K9/62
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

本發明公開了一種基于卡爾曼濾波的土壤污染物監測方法，包括：獲取待修復土壤的可測量數據；將所述待修復土壤的可測量數據輸入土壤污染物監測模型，進行實時估計，得到所述待修復土壤的污染物濃度；所述土壤污染物監測模型以輸出土壤污染物濃度為目標與以可測量數據為輸入數據，并基于卡爾曼濾波算法構建。本發明與現有技術相比較，通過卡爾曼濾波算法，對土壤污染物濃度進行實時迭代更新，使得在修復過程中，便于根據更新后的污染物濃度，調整土壤修復的進程；同時對土壤污染物濃度的實時監測，有助于提高土壤修復效率。

技術領域

本發明屬于環境治理領域，涉及一種基于卡爾曼濾波的土壤污染物監測方法。

背景技術

土壤原位修復過程中，土壤污染程度的不同，處理的程度也不同。比如熱脫附修復中，不同濃度，不同類型的污染物，加熱所需的溫度和加熱時間都不相同。此外，隨著修復的進行，土壤中所含污染物逐漸減少，在這個過程中，為了確定土壤被修復的程度，需要對土壤污染物進行實時監測。

傳統監測手段往往是對土壤進行間斷監測，即每修復一段時間，進行一次檢測，檢測頻率較高。這大大影響了土壤修復效率，同時也加大了能源損耗。因此，土壤污染物的實時監測成為土壤原位修復技術中亟需解決的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于卡爾曼濾波的土壤污染物監測方法，至少部分解決上述技術問題。

本發明實施例提供了一種基于卡爾曼濾波的土壤污染物監測方法，包括：

獲取待修復土壤的可測量數據；

將所述待修復土壤的可測量數據輸入土壤污染物監測模型，進行實時估計，得到所述待修復土壤的污染物濃度；所述土壤污染物監測模型以輸出土壤污染物濃度為目標與以可測量數據為輸入數據，并基于卡爾曼濾波算法構建。

進一步地，所述土壤污染物監測模型的構建過程，包括：

獲取已修復土壤樣本的歷史數據；所述已修復土壤樣本與所述待修復土壤具有相同或者相似的污染源；所述歷史數據包括土壤不同污染物濃度數據和所述可測量數據；

對所述已修復土壤樣本的歷史數據進行主成分分析，建立土壤污染物濃度與可測量的數據相關性方程；

將所述數據相關性方程轉換為狀態觀測方程；

將所述狀態觀測方程的輸出數據作為卡爾曼濾波算法的參數，構建所述土壤污染物監測模型。

進一步地，對所述已修復土壤樣本的歷史數據進行主成分分析，建立土壤污染物濃度與可測量的數據相關性方程，包括：

對所述已修復土壤樣本的歷史數據進行主成分分析，得到不相關主成分數據；

利用Pearson相關系數對所述不相關主成分數據進行相關性強弱衡量，得到相關性強弱數據；

根據所述相關性強弱數據，建立土壤污染物濃度與可測量的數據相關性方程。

進一步地，所述數據相關性方程的計算表達式，包括：假設土壤污染物濃度與可測量的數據之間的關系是線性的，設所述數據相關性方程為線性回歸方程；

c＝a₁x₁+b₁

c＝a₂x₂+b₂

式中，c為某種污染物濃度；a₁和a₂為不同相關系數；x₁和x₂為土壤不同可測量數據；b₁和b₂為所述不同可測量數據下某種污染物濃度的初始濃度。