[发明专利]基于套合模型的湖库水质各向异性插值方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于套合模型的湖库水质各向异性插值方法和装置，属于水环境污染监测领域。该方法取湖库水质指标监测样本点数据、流向数据和各流向流速数据，根据流向划分区域并使用多种插值模型对每个流向范围内的样本点进行模拟和验证，选择残差平方根最小的模型作为该方向的插值模型；将各方向的插值模型进行套合，形成套合模型并计算该套合函数模型权重系数；最后使用该套合模型进行空间插值。本发明综合考虑湖库水体流速流向等水文信息进行各向异性插值，并兼顾各方向的局部空间结构特点和湖库整体结构特性构建套合模型，大大提高了插值的精度，可以更合理的反映湖泊水质变化趋势。

技术领域

本发明涉及水环境污染监测领域，特别是指一种基于套合模型的湖库水质各向异性插值方法和装置。

背景技术

对湖泊、水库(简称湖库)的水环境容量、总体富营养状况和水质空间变化趋势的总体分析等往往需要获取湖库全域水面的水质状况。但是，限于监测成本、时效性和可行性等条件，现实中往往是在湖库中设置有限个数的站点进行监测，然后将监测到的数据通过空间插值方法来实现从点到面的转换。

由于湖库水体固有的流动性，加上水流、地形等因素的影响，水域中各水质参数具有空间变异性。但是，当前的空间插值方法多是从宏观角度进行插值，依赖数据本身的空间自相关性，所获取到的插值结果往往会或多或少遗漏掉对水质的空间变化特征。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于套合模型的湖库水质各向异性插值方法和装置，本发明综合考虑湖库水体流速流向等水文信息进行各向异性插值，并兼顾各方向的局部空间结构特点和湖库整体结构特性构建套合模型，大大提高了插值的精度，可以更合理的反映湖泊水质变化趋势。

本发明提供技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种基于套合模型的湖库水质各向异性插值方法，所述方法包括：

S1：获取湖库的水质指标监测样本点数据、流向数据以及各个流向的流速数据；

S2：根据湖库的流向数据，以一定的角度容差将湖库全域水面划分为多个流向区域，每个流向区域内包括若干个水质指标监测样本点；

S3：根据每个流向区域内各个水质指标监测样本点的距离以及每个流向区域内的流速数据计算该流向区域的插值步长；

S4：对每个流向区域，分别通过待选择的各个插值模型对该流向区域的水质指标监测样本点数据进行插值并计算插值误差，最小的插值误差对应的插值模型即为该流向区域的插值模型；其中，进行插值时，各个插值模型的插值步长为该流向区域的插值步长；

S5：将各个流向区域的插值模型按照权重系数加权，得到湖库全域水面插值模型；

其中，各个流向区域的权重系数W_i的取值W_i^*使得湖库全域水面插值模型的残差平方和S(P(h))最小；S(P(h))＝||WR-P(h)||²，W＝(W₁,W₂,…,W_n)，R＝(R₁(h),R₂(h),…,R_n(h))，W_i为第i个流向区域的权重系数，R_i(h)为第i个流向区域的插值模型，i＝1,2,…,n，n为流向区域的数量；所述湖库全域水面插值模型为W₁^*R₁(h)+W₂^*R₂(h)+……+W_n^*R_n(h)，W^*＝(R^TR)^-1R^TP(h)。

进一步的，所述S4包括：