【摘要】：三峽工程是迄今世界上最大的水利水電樞紐工程,現(xiàn)已從工程建設(shè)期轉(zhuǎn)入運(yùn)行管理期。為了三峽工程后續(xù)工作的全面開展,有必要建立三峽庫(kù)區(qū)水生態(tài)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),為庫(kù)區(qū)水生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供信息感知、輔助決策、應(yīng)急預(yù)警等服務(wù)。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,人類已經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代,高效準(zhǔn)確的大數(shù)據(jù)處理能力已經(jīng)成為許多信息系統(tǒng)需要解決的重要問(wèn)題。主成分分析是一種掌握事物主要矛盾的統(tǒng)計(jì)分析方法,它可以從多元事物中解析出主要影響因素,簡(jiǎn)化復(fù)雜問(wèn)題的求解,進(jìn)而揭示事物的本質(zhì)。如何將主成分分析方法與其它智能分析技術(shù)相結(jié)合,從海量數(shù)據(jù)中快速獲得有價(jià)值的知識(shí),已經(jīng)成為數(shù)據(jù)挖掘研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。目前,在三峽庫(kù)區(qū)水生態(tài)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)中,面臨一些數(shù)據(jù)分析處理的問(wèn)題,具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:對(duì)水生態(tài)在線監(jiān)測(cè)的多變量時(shí)間序列數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)精度不高;缺乏多粒度層面的水質(zhì)變化分析方法;缺乏在不完備信息數(shù)據(jù)條件下的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法;缺乏對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)與水質(zhì)狀態(tài)之間關(guān)聯(lián)性進(jìn)行準(zhǔn)確分析的方法,等等。本文結(jié)合三峽庫(kù)區(qū)水生態(tài)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制任務(wù),圍繞上述四個(gè)問(wèn)題,基于主成分分析(PCA)思想進(jìn)行了以下數(shù)據(jù)智能分析與應(yīng)用方面的研究:(1)提出了一種基于卡爾曼濾波和時(shí)間序列分析的融合云模型。針對(duì)目前三峽庫(kù)區(qū)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的多變量時(shí)間序列數(shù)據(jù)在分析過(guò)程中變量關(guān)系難以清晰衡量、預(yù)測(cè)精度有待提高等問(wèn)題,結(jié)合卡爾曼濾波、時(shí)間序列分析模型,以及云模型,提出了一種基于卡爾曼濾波和時(shí)間序列分析的融合云模型,提高了水質(zhì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)分析能力,為三峽庫(kù)區(qū)水生態(tài)狀況的預(yù)測(cè)分析提供了有力的工具,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該模型的有效性。(2)提出了一種基于模糊時(shí)間序列和PCA的多粒度分析模型。針對(duì)目前三峽庫(kù)區(qū)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)中的隨機(jī)性、模糊性等不確定性問(wèn)題,基于模糊時(shí)間序列、PCA和粒計(jì)算,構(gòu)建了由屬性層、主成分層、整體評(píng)價(jià)層組成的多粒度預(yù)測(cè)分析模型,在每一層實(shí)現(xiàn)模糊時(shí)間序列和上一層變量的聯(lián)合計(jì)算,通過(guò)多粒度層次的選擇及其聯(lián)合計(jì)算,該模型能夠降低模糊時(shí)間序列的噪聲影響,提高其預(yù)測(cè)精度和魯棒性,從而實(shí)現(xiàn)高效智能地分析各個(gè)層次的水質(zhì)變化。通過(guò)對(duì)香港西北部深水灣水域平原河GR2監(jiān)測(cè)站和三峽庫(kù)區(qū)相關(guān)水域監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行的對(duì)比實(shí)驗(yàn),表明了該模型的有效性和適用性。(3)提出了一種融合鄰域粗糙集和PCA的水質(zhì)評(píng)價(jià)模型。針對(duì)目前水質(zhì)監(jiān)測(cè)和信息管理中指標(biāo)種類較多、數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生、水質(zhì)評(píng)價(jià)分析準(zhǔn)確度有待提高等問(wèn)題,結(jié)合粗糙集和PCA各自在水質(zhì)評(píng)價(jià)上的優(yōu)點(diǎn),提出了一種基于鄰域粗糙集、PCA和D-S證據(jù)理論的水質(zhì)評(píng)價(jià)模型。該模型既能夠在不完備信息數(shù)據(jù)情況下合理地進(jìn)行水質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià),又能夠進(jìn)行水質(zhì)優(yōu)劣的定量分析,滿足了對(duì)水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行不同粒度水質(zhì)評(píng)價(jià)分析的需求。通過(guò)對(duì)UCI數(shù)據(jù)集和三峽庫(kù)區(qū)相關(guān)水域監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行的對(duì)比實(shí)驗(yàn),表明該模型能實(shí)現(xiàn)不完備信息條件下的水質(zhì)評(píng)價(jià)分析,能有效減少數(shù)據(jù)分析的計(jì)算量,并具有良好的分類精度。(4)提出了分析一個(gè)因素與一個(gè)事物和分析不同事物之間關(guān)聯(lián)性的方法。復(fù)雜系統(tǒng)中,事物之間往往存在各種內(nèi)在關(guān)聯(lián),而且其關(guān)聯(lián)規(guī)律隱含較深,分析外部因素與事物的關(guān)聯(lián)性是關(guān)聯(lián)分析研究的重要問(wèn)題�；谥鞒煞址治鏊枷�,提出了分析一個(gè)因素與一個(gè)事物的關(guān)聯(lián)性以及分析不同事物之間關(guān)聯(lián)性的方法,從而為探索大數(shù)據(jù)中事物之間的關(guān)聯(lián)性提供了參考。對(duì)UCI數(shù)據(jù)集和三峽庫(kù)區(qū)相關(guān)水域監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行的對(duì)比實(shí)驗(yàn),表明了該方法的有效性,并從中發(fā)現(xiàn)了相關(guān)區(qū)域水質(zhì)的季度變化規(guī)律以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)與富營(yíng)養(yǎng)化之間的關(guān)聯(lián)性。
【圖文】：

常規(guī)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的結(jié)合不僅可以提高水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的準(zhǔn)確性和完整逡逑性，還可以降低監(jiān)測(cè)站點(diǎn)建設(shè)所投入的費(fèi)用。逡逑如圖１－１所示，水生態(tài)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Ｏｎｌｉｎｅ邋Ｗａｔｅｒ邋Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ逡逑Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ邋Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ邋Ｓｙｓｔｅｍ，ＯＷＥＥＭＳ）由基礎(chǔ)的三大子系統(tǒng)組成，即數(shù)據(jù)逡逑采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，再輔以數(shù)據(jù)冗災(zāi)、數(shù)據(jù)容錯(cuò)、安全運(yùn)逡逑行等保障系統(tǒng)。數(shù)據(jù)懫集系統(tǒng)由分布在水域監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的各種傳感器設(shè)備組成，，由逡逑它們負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集水環(huán)境的數(shù)據(jù)并完成對(duì)采集數(shù)據(jù)的初步處理、顯示和存儲(chǔ)后，逡逑通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到具有固定ＥＰ地址或者預(yù)先設(shè)定域名的數(shù)據(jù)管理逡逑７逡逑

候條件、水生生態(tài)系統(tǒng)和污染特性，對(duì)容易引起富營(yíng)養(yǎng)化所需的總磷、總氮、一逡逑些營(yíng)養(yǎng)鹽等主要因素在水庫(kù)中的分布狀況和變化特征進(jìn)行分析，并建立富營(yíng)養(yǎng)化逡逑的不同等級(jí)評(píng)價(jià)模型，如圖１－４所示。逡逑三岐水生態(tài)奸堍邋買時(shí)在線Ｊ６sュ迥穡薄貺″逋環(huán)⑹擄殄逑嘸萍癹ⅲ族逯訓(xùn)褶芄膊蒎澹友蠹把饗擼保喲體義希叔遒忮澹族

本文編號(hào)：2696003