[发明专利]一种考虑地形和风向的环境空气质量监测异常值检测方法

权利要求书

1.一种基于考虑地形和风向的环境空气质量监测异常值检测方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：

准备步骤：准备目标区域的矢量及DEM数据、目标区域对应的含有气象的NetCDF数据、目标区域内每个监测点位的空气质量监测数据。在此基础上，根据实际情况，选择相应的空气质量指标用于异常值检测；

A、利用MATLAB软件读取NetCDF数据并绘制风向图，添加目标区域的轮廓图作为辅助判断，确定风向方向和风力大小；

B、根据风向，自上而下提取其路径上的空气质量指标数据(空气质量检测所涉及到的六项空气质量指标)，并按照月份将其分成若干份；

C、剔除与填补数据：(1)剔除有效监测天数过少的月份数据；(2)剔除步骤B中未选择的空气质量指标；(3)剔除负值或空缺值较多的数据块(将同一月份同一空气质量指标的某一区域上所有监测站点数据简称为一个数据块)。

D、判断目标区域是复杂地形还是简单地形，若是简单地形跳过步骤E～F，进入步骤G～H；若是复杂地形进入步骤E～H；

E、根据复杂地形下的空气流动规律，将选中的空气质量指标的监测值排序依次进行统计，分别计算上风向和下风向在空气质量监测站点附近的空气质量监测值的平均值，记为I上和I下；

F、比较I上和I下的大小，若每一项I上均小于或约等于I下，则复杂地形的空气质量检测按照简单地形进行，重复步骤A～E；若有任意一项I上远大于I下，则从该空气质量监测站开始将上风向监测站点与下风向监测站点分成两部分分别按照简单地形进行检测，进入步骤G～H；

G、针对每一个数据块，利用最小二乘法进行线性拟合，确定拟合直线L。若某一天的监测数据明显偏离L，则该数据判定为疑似异常数据；

H、针对步骤G中明显偏离拟合直线L的数据，计算数据块中每一个数据的方差以及均方根误差，通过比较每一个数据的方差和均方根误差的大小关系并设置合适的阈值确定数据块中的点异常值；

I、依次计算选中的空气质量指标的监测值，确定每一种空气质量指标的异常值。

2.如权利要求1所述的一种考虑地形和风向的环境空气质量监测异常值检测方法，其特征在于，所述准备步骤中选择合适的空气质量指标一般为检测污染常用的六项空气污染物，包括二氧化氮(NO₂)、二氧化硫(SO₂)、一氧化碳(CO)、臭氧(O₃)、颗粒物(PM_2.5和PM₁₀)。

3.如权利要求1所述的考虑地形和风向的环境空气质量监测异常值检测方法，其特征在于，所述步骤B中提取风向，并沿着风向自上风向向下风向提取监测站点的空气质量指标数据，为步骤G中判断数据中是否存在点异常与集合异常值做了铺垫；步骤B中将空气质量指标数据分成多少份取决于数据中包含的年份数以及月份数。

4.如权利要求1所述的考虑地形和风向的环境空气质量监测异常值检测方法，其特征在于，所述步骤C中，一般认为数据块中负值或空缺值大于等于3个则为负值或空缺值较多的数据块。

5.如权利要求1所述的考虑地形和风向的环境空气质量监测异常值检测方法，其特征在于，所述步骤E中所认为的空气流动规律为理想状态下，不涉及新的污染物排放，比较上风向和下风向的空气质量指数对比。

6.如权利要求1所述的考虑地形和风向的环境空气质量监测异常值检测方法，其特征在于，根据《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》，所述步骤F中I上小于或约等于I下指的是I上所处的空气质量指数级别低于或等于I下所处的空气质量分指数级别；I上远大于I下指的是I上所处的空气质量指数级别高于I下所处的空气质量分指数级别。