一种纠错能力可控的水质监测数据可靠性提升方法

摘要

本发明公开了一种纠错能力可控的水质监测数据可靠性提升方法，首先对被测水域进行网格划分，设置测点矩阵，采集数据，当测点阵列均正常运行时，同一水层以及同一垂方向上，所有测点应该满足一定的相互关系，判断矩阵元素小于2，则直接输出数据；当不满足相互关系时，判断矩阵元素等于2，判断该测点的数据不可靠，采用同一水层其他测点的平均值进行纠正，纠正后，将测点数据输出，本发明可以对监测数据进行纠错，提高水质监测数据的可靠性；同时，其纠错行为可人为控制，当参数取最小值时系统的纠错功能不运作，而当参数取最大值时系统对测点数据发生的任意偏移均认为发生故障，强制纠错。

主权项

一种纠错能力可控的水质监测数据可靠性提升方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤[1]将目标水域在垂直方向上划分为近表层、中层、近底层，每层分别布置n测点，所述近表层、中层、近底层中的测点数据分别记作[X₁,X₂,... X_i...,X_n]，[Y₁,Y₂,... Y_i...,Y_n]和[Z₁,Z₂,... Z_i...,Z_n]，其中X_i，Y_i，Z_i分别是所述近表层、中层、近底层中的第i个测点数据，i＝1，2，...，n；设目标水域界面面积为A，每个测点的覆盖面积为S，则有n·S≥A；步骤[2]利用多组正常状态下近表层、中层、近底层中的测点采集的历史数据作为训练样本，采用支持向量回归方法分别建立近表层、中层、近底层同一水层测点间的内在关系式：X_n＝w_X1×X₁+w_X2×X₂+…+w_Xj×X_j+…+w_Xn‑1×X_n‑1‑b_X         (1)Y_n＝w_Y1×Y₁+w_Y2×Y₂+…+w_Yj×Y_j+…+w_Yn‑1×Y_n‑1‑b_Y         (2)Z_n＝w_Z1×Z₁+w_Z2×Z₂+…+w_Zj×Z_j+…+w_Zn‑1×Z_n‑1‑b_Z         (3)其中，w_Xj，w_Yj，w_Zj分别为近表层、中层、近底层中测点X_j，Y_j，Z_j的权重系数，j＝1,2，…，n‑1；b_X、b_Y、b_Z为近表层、中层、近底层内在关系式的偏置量；同理，采用支持向量回归方法分别建立近表层、中层、近底层在同一垂直方向上的三层测点间的内在关系式：X_i＝w'_yi×Y_i+w'_zi×Z_i‑b_Gi              (4)其中，w'_yi，w'_zi分别为第i个垂面方向上的测点Y_i，Z_i的权重系数，b_Gi为第i个垂直方向上的三层测点间内在关系式的偏置量；步骤[3]给定指标函数f₁(X,ρ)、f₂(Y,ρ)、f₃(Z,ρ)用于评价近表层、中层、近底层中同一水层测点运行的可靠性，ρ参数用于调节评价的严格程度，0≤ρ≤m m为常数变量；$f_1(X,\rho )=\left|\underset{j=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}{w}_{Xj}.X_j-b_X-X_n\right|-R_X\left(\rho \right)---\left(9\right)$$f_2(Y,\rho )=\left|\underset{j=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}{w}_{Yj}.Y_j-b_Y-Y_n\right|-R_Y\left(\rho \right)---\left(10\right)$$f_3(Z,\rho )=\left|\underset{j=1}{\overset{n-1}{\Sigma }}{w}_{Zj}.Z_j-b_Z-Z_n\right|-R_Z\left(\rho \right)$$R_X\left(\rho \right)=\frac{(m-\rho )X_n}{m}$$R_Y\left(\rho \right)=\frac{(m-\rho )Y_n}{m}$$R_Z\left(\rho \right)=\frac{(m-\rho )Z_n}{m}$其中，是利用支持向量回归方法计算的预测值，对应地，X_n、Y_n、Z_n是实测值；给定指标函数G_i(X_i，Y_i，Z_i，ρ)用于评价第i个垂面方向的三个测点运行的可靠性：G_i(X_i，Y_i，Z_i，ρ)＝|w′_yi×Y_i+w′_zi×Z_i‑b_Gi‑X_i|‑R_Gi(ρ)$R_{Gi}\left(\rho \right)=\frac{(m-\rho )X_i}{m}$其中，w'_yi×Y_i+w'_zi×Z_i‑b_Gi是采用支持向量回归方法计算的预测值，对应地，X_i是实测值；步骤[4]设立判断矩阵D为：$D=\left[\begin{array}{cccccc}{D}_{X1}& D_{X2}& ...& D_{Xi}& ...& D_{Xn}\\ D_{Y1}& D_{Y2}& ...& D_{Yi}& ...& D_{Yn}\\ D_{Z1}& D_{Z2}& ...& D_{Zi}& ...& D_{Zn}\end{array}\right]$其中,D_Xi，D_Yi,D_Zi，分别为用于判断近表层、中层、近底层第i个测点采集的测点数据可靠性的元素；步骤[5]设定参数ρ，所述近表层、中层、近底层中的测点实时采集测点数据，将[X₁,X₂,... X_i...,X_n]代入f₁(X,ρ)，若f₁(X,ρ)小于或者等于0，则判断矩阵D中第1行元素均为0；若f₁(X,ρ)大于0，则判断矩阵D中第1行元素均为1；将[Y₁,Y₂,... Y_i...,Y_n]代入f₂(Y,ρ)，若f₂(Y,ρ)小于或者等于0，则判断矩阵D中第2行元素均为0；若f₂(Y,ρ)大于0，则判断矩阵D中第2行元素均为1；将[Z₁,Z₂,... Z_i...,Z_n]代入f₃(Z,ρ)，若f₃(Z,ρ)小于或者等于0，则判断矩阵D中第3行元素均为0，若f₃(Z,ρ)大于0，则判断矩阵D中第3行元素均为1；将目标水域同一垂直方向上的三层测点采集的测点数据X_i、Y_i和Z_i代入G_i(X_i,Y_i,Z_i,ρ)，若G_i(X_i,Y_i,Z_i,ρ)小于或者等于0，则判断矩阵D中[D_Xi,D_Yi,D_Zi]整列元素加0；反之，则判断矩阵D中[D_Xi,D_Yi,D_Zi]整列元素加1；步骤[6]当判断矩阵D中D_Xi、D_Yi或者D_Zi等于2时，则判定与判断矩阵D中等于2的元素相对应的测点采集的测点数据不可靠，定位故障测点位置，发出报警信号，采用故障测点所在水层其他测点采集的测点数据的平均值代替不可靠的测点采集的测点数据，纠正后，输出近表层、中层、近底层测点采集的测点数据；当判断矩阵中D_Xi、D_Yi和D_Zi均小于2时，则判定测点采集的测点数据可靠，输出近表层、中层、近底层测点采集的数据。