一种近岸海域水质采样点优化装置及优化方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种近岸海域水质采样点优化装置及优化方法。该优化装置包括：近岸海域水质数据采集系统，用于采集进行近岸海域水质数据；近岸海域水质抽样分析系统，用于基于距离的聚类分析方法对采样点的水质数据进行聚类；对聚类结果进行分析，以确定最终采样点。本发明专利技术能够提高采样点的代表性，因而能够保证监测效率、减少监测成本。本发明专利技术能够尽可能合理地布局采样点，可在有限的监测成本条件下，最大限度地代表研究区域的水质状况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋环境保护和水质监测
，尤其涉及一种近岸海域 水质采样点优化装置及优化方法。
技术介绍
近岸海域是人类居住的陆地环境与海洋环境的交接地带。近岸海域蕴藏 着丰富的矿产、海水养殖、旅游景观、港口以及岸线等资源，是人类海洋活 动十分频繁的地区，也是海洋生产力最为发达的地区。近年来，来自陆域、 大气沉降以及海水养殖等的污染物排放量急剧增加，导致我国近岸海域的环 境质量严重恶化。根据海洋环境质量公报，2007年我国近岸海域局部水质略有好转，但污 染形势依然严峻；近海绝大部分区域水质达清洁和较清洁标准；远海海域水 质继续保持良好。全海域未达到清洁海域水质标准的面积约14.5万平方公 里。较清洁海域、轻度污染海域、中度污染海域和严重污染海域面积分别约 为5. 1、 4.8、 1.7和2.9万平方公里。严重污染海域主要分布在辽东湾、渤 海湾、黄河口、莱州湾、长江口、杭州湾、珠江口和部分大中城市近岸局部 水域。加强近岸海域的保护是我国环境保护的重要内容。水质监测是掌握近岸 海域环境质量状况和演变趋势、制定环境管理方案的重要依据。采样点、监 测指标和采样频率是环境水质监测的三要素，其中采样点的选取决定着采样 数据能否有效地反映研究区域的环境质量状况，因此是近岸海域水质监测十 分重要的一环。理论上，采样点越多越能代表目标海域的水质特征。但事实上，受人力、 物力和财力的约束，所能够进行水质分析的采样点是十分有限的，并且采样 点采集的水样可能存在相似的情况，会减少有效的采样点。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，提供了一种近岸海域水质采样点优化装置及 优化方法，其目的在于，优化近岸海域水质采样点，以便获取更有代表性的 采样数据。本专利技术提供了一种近岸海域水质采样点优化装置，包括 近岸海域水质数据采集系统，用于采集进行近岸海域水质数据； 近岸海域水质抽样分析系统，用于基于距离的聚类分析方法对采样点的水质数据进行聚类；对聚类结果进行分析，以确定最终采样点。近岸海域水质数据采集系统采用现场实测或数值仿真方法进行近岸海域水质数据采集。还包括近岸海域水质采样点空间抽样数据库系统，用于存储近岸海域水 质抽样分析系统所需的数据。还包括近岸海域水质插值分析系统，用于采用空间插值技术对近岸海域 水质数据进行插值，以全面反映近岸海域的水质特征。采样点之间的距离定义为 Vh ，其中采样点i的水质浓度为^="，。2，'''，。'，)， W为水质指标的权重，i、 j、 k均为自然数；近岸海域水质抽样分析系统在对采样点的水质数据进行聚类时对单个 采样点之间的距离，直接采用采样点之间的距离；对单个采样点和已经聚为 一类的水质采样点之间的距离，采用该单个采样点和该类中每一个采样点的 最小距离表征它们之间的距离；对已经聚类的两个采样点集之间的距离，采 用分别属于两个采样点集的任意两个采样点之间距离的最小值。还包括近岸海域水质空间抽样专家人机交互系统，用于实时地更新分析 结果，反映专家的意图。还包括近岸海域水质空间抽样评估系统，用于依据设定的评估指标，对 空间抽样分析结果进行评估。还包括近岸海域水质抽样分析显示系统，用于基于GIS的空间分析技术 对水质抽样分析的过程和结果进行动态显示。本专利技术提供了一种近岸海域水质采样点优化方法，包括步骤l，采集进行近岸海域水质数据；6步骤2，基于距离的聚类分析方法对采样点的水质数据进行聚类；对聚类结果进行分析，以确定最终采样点。步骤l中，采用现场实测或数值仿真方法进行近岸海域水质数据采集。 在步骤1和步骤2之间还包括存储近岸海域水质抽样分析系统所需的数据。步骤2后还包括步骤21，采用空间插值技术对近岸海域水质数据进行 插值，以全面反映近岸海域的水质特征。步骤2中，采样点之间的距离定义为 V'=' ，其中采样点i的水质浓度为C'"c"，e'2'…，c'")， ^为水质指标的权重，i、 j、 k均为自然 数；在对采样点的水质数据进行聚类时对单个采样点之间的距离，直接采 用采样点之间的距离；对单个采样点和已经聚为一类的水质采样点之间的距 离，采用该单个采样点和该类中每一个采样点的最小距离表征它们之间的距 离；对己经聚类的两个采样点集之间的距离，采用分别属于两个采样点集的 任意两个采样点之间距离的最小值。步骤2后还包括步骤22，近岸海域水质空间抽样专家人机交互系统实 时地更新分析结果，反映专家的意图。步骤2后还包括步骤23，依据设定的评估指标，对空间抽样分析结果 进行评估。步骤2后还包括步骤24，基于GIS的空间分析技术对水质抽样分析的过程和结果进行动态显示。本专利技术能够提高采样点的代表性，因而能够保证监测效率、减少监测成 本。本专利技术能够尽可能合理地布局采样点，可在有限的监测成本条件下，最 大限度地代表研究区域的水质状况。附图说明图1是本专利技术提供的近岸海域水质采样点优化装置原理示意图;图2是本专利技术提供的近岸海域水质采样点优化方法示意图。 具体实施例方式本专利技术的目的是在现场实测或数值仿真数据的基础上，采用空间抽样分 析技术，对近岸海域水质采样点的选取进行优化，以提高采样点的代表性， 减少监测成本，尽可能真实地反映近岸海域的水质状况。现场实测方法是预 先布置大量的采样点并进行水质监测，根据水质监测的结果分析近岸海域的 水质变化。数值仿真方法是根据近岸海域的流场和水质变化特点，分析近岸 海域的污染物迁移、扩散和衰减的规律，分析近岸海域的水质污染分布特征。 在上述方法所采集到的数据基础上，采用空间抽样分析技术，对近岸海域的 水质特征进行分析，确定最终的采样点。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案1、 采集近岸海域水质数据。采用现场实测或数值仿真方法，进行近岸海 域水质数据采集。现场实测方法和数值仿真方法的选取，取决于监测成本和 监测目标。2、 进行空间抽样分析。采用空间抽样的方法，对获取的实测数据或仿真 数据的代表性进行分析。可供选取的空间抽样技术有模糊聚类方法、物元分 析法、神经网络法、密切值法、动态贴近度法和逼近理想解技术法等。其中 模糊聚类方法由于其概念清晰、计算简洁、信息遗失较少，是优选的方法。 聚类分析方法采用数理统计方法，将具有相似特点的水质采样点聚为一类， 从而突出水质采样点的差异性，避免相似水质采样点重复釆样。3、 采用特征指标体系对抽样分析结果进行评估。本专利技术拟采取的评价指 标体系有(1)平均值反映近岸海域水质平均状况，该平均值既可以是算 术平均，也可以是面积加权平均；(2)最大值和最小值反映近岸海域极端 水质状况；(3)达标率反映环境监管要求的水质达标率指标；(4)重点海 域和重点污染物水质指标以评价重点海域和重点污染物的水质状况；(5) 平均水质变化率如果有分期采样数据，应有反映水质演变趋势的特征指标。 由于具有多个评估指标，因此采用基于加权的方法建立综合评估指数。具体 的评估指数为/ = |>,/,，式中，w,为各项指标的权重，/,为各项指标权重 的评分，/,(x;-x,)/i:，其中x;为抽样后的数据集所得到的指标值，；c,.为抽样前数据集的指标值。4、 根据对抽样结果的评估，选取近岸海域的水质采样点。为加强人机交 互，使专家智能参与到采样点的决策过程中，可提供多种水质采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近岸海域水质采样点优化装置，其特征在于，包括：　近岸海域水质数据采集系统，用于采集进行近岸海域水质数据；　近岸海域水质抽样分析系统，用于基于距离的聚类分析方法对采样点的水质数据进行聚类；对聚类结果进行分析，以确定最终采样点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟伟，邓义祥，
申请(专利权)人：孟伟，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]