基于水系编译器与机器学习处理的水污染溯源方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于水系编译器与机器学习处理的水污染溯源方法及系统，其中，方法，包括：实时监测水系中每个水系节点的污染情况，获取节点污染信息；使用节点污染信息，判断是否存在水系节点满足污染事件触发条件；若存在水系节点满足污染事件触发条件，则确定水系节点为污染触发节点，根据水系的拓扑结构，以污染触发节点为起点构建污染相关节点群；根据污染相关节点群中各水系节点在污染持续时间内的污染负荷，计算污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度；使用污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度，锁定得到水系的污染源。本发明专利技术的技术方案能解决现有技术中污染溯源方案其应用条件受限，需要大量的水文数据和条件参数，不具有普适性的问题。不具有普适性的问题。不具有普适性的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于水系编译器与机器学习处理的水污染溯源方法及系统


[0001]本专利技术涉及水环境监测
，尤其涉及一种基于水系编译器与机器学习处理的水污染溯源方法及系统。

技术介绍

[0002]水环境保护、水污染的预防及精准化治理已成为现代社会最关注的问题之一。近年来，随着对水环境治理力度的不断提高，各环保单位在污染排放点、河道断面等增设了监测点甚至视频监控，积累了大量的监测数据，但是，面向自然水体、河道、各排污单位、污水处理厂以及在复杂的废水收集管网中的污染物排放通常是较隐秘和繁杂的，通过在线监测数据的监控也很难对各排污单位或排放口进行监管，很难对污染事件进行有依据的界定，因此，水环境治理及污染防治的核心就是找准污染源头、厘清污染贡献，实现水污染溯源，辅助靶向治理决策。
[0003]现有水污染溯源方法绝大部分仍是依靠传统手段人工排查来进行实现的，该传统方法响应时间较长，无法保证时效性。为了解决人工排查带来的缺陷，水污染预警溯源仪和基于机理模型的溯源也是近年来研究的热点技术，但在实际应用的过程中也略有不足：
[0004]水污染预警溯源仪：水污染预警溯源仪的本质是基于三维荧光光谱分析的水质分析仪器，其溯源的原理是通过将现场水样指纹与已积累水指纹库水纹进行比对，以此来锁定污染源。因此，该方法是在依托强大水指纹库的基础上实现的，若水指纹库中无相关特征污染物的荧光光谱，则无法实现溯源目的；此外，水指纹预警溯源仪成本较高，很难实现水环境的精细化监管。
[0005]基于机理模型的溯源技术：基于机理模型的水污染溯源目前已有相对成熟的模型软件基础，诸如WASP、EFDC、AQUATOX等模型。该类方法在对成因关系明确、污染源特征信息已知较多、各因素变化掌握全面时，可实现对水污染事件进行追踪溯源。但受理论知识、模型结构特点和监测条件等局限存在一定的缺陷。例如，模型对相关限制条件(参数和边界条件等)的依赖性较大，诸如纵向离散系数、横向扩散系数、垂向扩散系数和污染物综合降解系数等对模型拟合效果有着决定性作用，但在实际应用时这些参数往往较难获取且区域间差异较大，不具有普适性。
[0006]因此，现有的水系污染溯源方案，大都需要大量的水文数据和条件参数进行污染源的溯源，不具有大规模应用的普适性。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种基于水系编译器与机器学习处理的水污染溯源方法及系统，旨在解决现有技术中污染溯源方案，其应用条件受限，实际应用时参数获取难度大，且差异性较大不具有普适性的问题。
[0008]为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种基于水系编译器与机器学习处理的水污染溯源方法，包括：
[0009]实时监测水系中每个水系节点的污染情况，获取节点污染信息；
[0010]使用节点污染信息，判断是否存在水系节点满足污染事件触发条件；
[0011]若存在水系节点满足污染事件触发条件，则确定水系节点为污染触发节点，根据水系的拓扑结构，以污染触发节点为起点构建污染相关节点群；
[0012]根据污染相关节点群中各水系节点在污染持续时间内的污染负荷，计算污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度；
[0013]使用污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度，锁定得到水系的污染源。
[0014]优选的，作为一种可实施方式，上述污染溯源方法，在实时监测水系中每个水系节点的污染情况的步骤之前，还包括：
[0015]概化水系中具有连通关系的污染风险区域，得到水系节点；
[0016]使用水系中所有水系节点以及连通关系，构建得到包含拓扑结构的水系编译器。
[0017]优选的，作为一种可实施方式，上述污染溯源方法中，根据水系的拓扑结构，以污染触发节点为起点构建污染相关节点群的步骤包括：
[0018]从水系的拓扑结构中筛选与污染触发节点存在连通关系的所有上游水系节点，得到上游节点群；
[0019]使用上游节点群中最远水系节点与污染触发节点的间距，以及节点污染信息对应的监测时间步长，计算得到动态滑动时间窗口；
[0020]针对上游节点群中每个水系节点，分别计算动态滑动时间窗口内水系节点的比较向量；
[0021]分别判断上游节点群中每个水系节点的比较向量是否满足污染事件触发条件；
[0022]使用上游节点群中、满足污染事件触发条件的所有水系节点，构建得到污染相关节点群。
[0023]优选的，作为一种可实施方式，上述污染溯源方法，根据污染相关节点群中各水系节点在污染持续时间内的污染负荷，计算污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度的步骤包括：
[0024]计算得到污染持续时间内污染触发节点的污染负荷；
[0025]计算得到污染持续时间内污染相关节点群的污染负荷；
[0026]使用一维稳态数学模型，根据污染相关节点群的污染负荷，计算得到污染相关节点群的负荷比较矩阵；
[0027]使用负荷比较矩阵与污染触发节点的污染负荷，计算得到污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度。
[0028]优选的，作为一种可实施方式，上述污染溯源方法中，使用污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度，锁定得到水系的污染源的步骤包括：
[0029]使用污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度，计算得到污染相关节点群的贡献度矩阵；
[0030]使用贡献度矩阵，从污染相关节点群中筛选得到污染贡献度大于或等于预设贡献度的水系节点，作为潜在污染源；
[0031]使用与本次污染事件具有强相关性的历史污染数据对潜在污染源进行参考比较，锁定水系的污染源。
[0032]优选的，作为一种可实施方式，上述污染溯源方法中，使用与本次污染事件具有强相关性的历史污染数据对潜在污染源进行参考比较的步骤包括：
[0033]从历史污染事件库中筛选得到与本次污染事件相关性最高的历史污染事件；
[0034]使用历史污染事件包含的溯源结果与潜在污染源进行验证，确定本次污染事件对应的污染源和参考治理措施；
[0035]记录本次污染事件，将本次污染事件添加至历史污染事件库。
[0036]优选的，作为一种可实施方式，上述污染溯源方法中，使用节点污染信息，判断是否存在水系节点满足污染事件触发条件的步骤包括：
[0037]按照预设污染标准构建水系污染条件集合，水系污染条件集合包括多条污染事件触发条件；
[0038]使用节点污染信息，判断水系节点是否满足水系污染条件集合中任一污染事件触发条件；
[0039]若判定水系节点满足任一污染事件触发条件，则确定水系节点为污染触发节点。
[0040]优选的，作为一种可实施方式，上述污染溯源方法，在判断是否存在水系节点满足污染事件触发条件的步骤之后还包括：
[0041]使用污染触发节点对应的污染事件触发条件，从历史污染事件库中筛选历史污染事件；
[0042]使用污染相关节点群中各水系节点在污染持续时间内的污染负荷，对历史污本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水系编译器与机器学习处理的水污染溯源方法，其特征在于，包括：实时监测水系中每个水系节点的污染情况，获取节点污染信息；使用所述节点污染信息，判断是否存在水系节点满足污染事件触发条件；若存在水系节点满足所述污染事件触发条件，则确定所述水系节点为污染触发节点，根据所述水系的拓扑结构，以所述污染触发节点为起点构建污染相关节点群；根据所述污染相关节点群中各水系节点在污染持续时间内的污染负荷，计算所述污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度；使用所述污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度，锁定得到所述水系的污染源。2.根据权利要求1所述的污染溯源方法，其特征在于，在所述实时监测水系中每个水系节点的污染情况的步骤之前，所述方法还包括：概化所述水系中具有连通关系的污染风险区域，得到水系节点；使用所述水系中所有水系节点以及所述连通关系，构建得到包含所述拓扑结构的水系编译器。3.根据权利要求2所述的污染溯源方法，其特征在于，所述根据水系的拓扑结构，以所述污染触发节点为起点构建污染相关节点群的步骤，包括：从所述水系的拓扑结构中筛选与所述污染触发节点存在连通关系的所有上游水系节点，得到上游节点群；使用所述上游节点群中最远水系节点与所述污染触发节点的间距，以及所述节点污染信息对应的监测时间步长，计算得到动态滑动时间窗口；针对所述上游节点群中每个水系节点，分别计算所述动态滑动时间窗口内所述水系节点的比较向量；分别判断所述上游节点群中每个水系节点的比较向量是否满足所述污染事件触发条件；使用所述上游节点群中、满足所述污染事件触发条件的所有水系节点，构建得到所述污染相关节点群。4.根据权利要求1所述的污染溯源方法，其特征在于，所述根据污染相关节点群中各水系节点在污染持续时间内的污染负荷，计算所述污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度的步骤，包括：计算得到所述污染持续时间内所述污染触发节点的污染负荷；计算得到所述污染持续时间内所述污染相关节点群的污染负荷；使用一维稳态数学模型，根据所述污染相关节点群的污染负荷，计算得到所述污染相关节点群的负荷比较矩阵；使用所述负荷比较矩阵与所述污染触发节点的污染负荷，计算得到所述污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度。5.根据权利要求1所述的污染溯源方法，其特征在于，所述使用污染相关节点群中每个水系节点的污染贡献度，锁定得到所述水系的污染源的步骤，包括：使用所述污染相关节点群中每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张吉臣，李丽芬，高超，胡宽焘，
申请(专利权)人：北京万维盈创科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：