[发明专利]基于时间序列关联与聚类分析的水质污染物变化监测系统

说明书

本发明涉及一种基于时间序列关联与聚类分析的水质污染物变化监测系统，包括：实时河道水质检测装置，用于采集多维度的实时河道水质数据；数据预处理装置，用于对所述实时河道水质数据进行预处理；历史时间序列获取装置，用于保存经预处理的实时河道水质数据，形成每一测量对象的历史时间序列，并获取每一测量对象的动态合理阈值；污染物变化测量装置，用于根据多个检测站点的所述历史时间序列，聚类获得主要污染变化情况。与现有技术相比，本发明具有自动化程度高、实时性好、效率高等优点。

技术领域

本发明涉及河道水质监测技术领域，尤其是涉及一种基于时间序列关联与聚类分析的水质污染物变化监测系统及方法。

背景技术

随着在我国地表水资源短缺等问题日益突出的今天，“河长制”成为促进水资源可持续利用和推动社会经济发展与水环境承载能力相协调的有力制度。河道水质检测是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。在河道水质检测体系中，在不同流域、不同河段的检测数据则成为了河长制管理体系的重要信息来源和决策支撑，然而当前的河道水质检测原始数据具有项目多、专业度高、难关联等特点，需要对数据进行进一步的挖掘和关联分析，得到更加方便河长制管理和决策的分析结果。

特别的，在河长制的河道水质检测与污染情况分析中，河道的主要污染物的测定、变化跟踪是一个非常重要的参考指标，然而传统的水质检测方法，对于主要污染物的分析非常复杂且耗时较多，难以全自动、实时、实地的进行获取。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于时间序列关联与聚类分析的水质污染物变化监测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于时间序列关联与聚类分析的水质污染物变化监测系统，包括：

实时河道水质检测装置，用于采集多维度的实时河道水质数据；

数据预处理装置，用于对所述实时河道水质数据进行预处理；

历史时间序列获取装置，用于保存经预处理的实时河道水质数据，形成每一测量对象的历史时间序列，并获取每一测量对象的动态合理阈值；

污染物变化测量装置，用于根据多个检测站点的所述历史时间序列，聚类获得主要污染变化情况。

进一步地，所述实时河道水质数据包括化学需氧量、磷、氨氮、氧化还原电位、溶氧量、电导率和/或浊度。

进一步地，所述数据预处理装置包括：

缺失值检查单元，用于对接收的数据进行漏传缺项检测并补全；

异常值处理单元，用于剔除数据中超出所述动态合理阈值范围的错误数据；

数据合并单元，用于将所有数据进行合并处理。

进一步地，所述历史时间序列获取装置包括：

序列统计模块，用于对历史时间序列中单一测量对象的时间序列进行平稳性和周期性统计。

进一步地，所述污染物变化测量装置包括：

污染物类型识别模块，用于根据所述历史时间序列利用KMeans聚类算法获取不同时间的污染类型。

进一步地，利用KMeans聚类算法获取污染类型的具体过程包括以下步骤：

1)获取聚类类别及数量；

2)对数据进聚类，并对离群点进行判定和清除；

3)根据少量样本数据特征均值调整各类别的聚类中心；

4)计算全样本数据与步骤3)获得的各聚类中心的距离，将其划分至最近类别中；