錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生重金屬分布預(yù)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種錳礦區(qū)土水界面污染流中錳（Mn）及伴生重金屬（Cu、Ni、Zn、Pb、Cd、）分布預(yù)測(cè)方法，以錳礦區(qū)土?水界面采樣點(diǎn)的徑流水樣實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、沉積物中重金屬含量沿河分布情況為基礎(chǔ)，利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，結(jié)合GIS技術(shù)，引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建基于GIS技術(shù)支撐下的錳礦區(qū)土?水界面重金屬污染流中錳及伴生重金屬分布的BP預(yù)測(cè)模型，使預(yù)測(cè)模型具有良好的容錯(cuò)能力和非線性逼近映射能力，使得預(yù)測(cè)的錳礦區(qū)土?水界面重金屬污染流中錳及伴生重金屬含量和空間分布更加客觀準(zhǔn)確。
【專利說(shuō)明】
錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生重金屬分布預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境污染評(píng)價(jià)領(lǐng)域，尤其涉及一種錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生 重金屬分布預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 土-水界面污染流是受污染土壤在降雨或融雪徑流作用下產(chǎn)生的復(fù)合污染流體， 其中污染物包含了各種重金屬、持久性有機(jī)物和氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素等，也是非點(diǎn)源污染的一 種特殊表現(xiàn)形式。重金屬（如Pb、Cd、Cr、Cu、Zn等）是全球性環(huán)境污染物，均對(duì)人體及生物具 有慢性毒性及致癌性。錳礦區(qū)金屬錳的開(kāi)采與選冶，錳(Mn)及大量伴生的重金屬（Cu、Ni、 Zn、Pb、Cd)進(jìn)入礦區(qū)土壤，在降雨或融雪徑流作用下，形成錳礦區(qū)土-水界面重金屬污染流， 造成錳礦區(qū)及其周邊區(qū)域水環(huán)境重金屬?gòu)?fù)合型污染問(wèn)題且日益突出。錳礦區(qū)開(kāi)采和選冶過(guò) 程中產(chǎn)生的固廢(礦石、廢礦石、尾礦砂、廢渣等)和生產(chǎn)污水等通過(guò)不同途徑進(jìn)入礦區(qū)土壤 并導(dǎo)致土壤重金屬污染。受到降雨或融雪徑流的剪切、撞擊、沖刷、淋溶、浸泡等共同作用， 土壤中的各種重金屬污染物在土壤-徑流界面之間發(fā)生擴(kuò)散、彌散、解吸、解離等多種物理 化學(xué)反應(yīng)，最終，不同的重金屬元素呈現(xiàn)出不同的空間分布特征。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于降雨或融 雪徑流作用下土-水界面污染流分布特征的研究主要集中在農(nóng)田土壤、城市及城郊和公路 等特殊下墊面區(qū)域。農(nóng)田土壤土 -水界面污染流主要以化肥、農(nóng)藥等引起的有機(jī)污染物特 征為主，城市及城郊土-水界面污染流主要以工業(yè)生產(chǎn)的重金屬污染物、持久性有機(jī)污染 物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素在內(nèi)的多種污染物特征為主，公路方面土-水界面污染流主要以徑流 沖刷、汽車(chē)等產(chǎn)生的懸浮固體物(SS)、部分重金屬、油類污染物特征為主。在土-水界面重金 屬污染物的空間分布預(yù)測(cè)方面，經(jīng)大量文獻(xiàn)查閱發(fā)現(xiàn)：目前眾多學(xué)者主要對(duì)土-水界面污染 流中單一介質(zhì)重金屬污染物的空間分布和空間變異規(guī)律進(jìn)行了研究，且將地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法與 多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合應(yīng)用于土壤重金屬空間分布和變異性研究。在地統(tǒng)計(jì)學(xué)中，可以利 用半變異函數(shù)描述土壤屬性的空間模式，并以此為基礎(chǔ)通過(guò)Kriging插值法預(yù)測(cè)未采樣地 點(diǎn)的屬性值，揭示區(qū)域化變量的空間特征，采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法有助于了解未采樣地點(diǎn)的土 壤重金屬含量，獲取土壤重金屬的空間結(jié)構(gòu)與分布特征等諸多信息。20世紀(jì)90年代以后，隨 著衛(wèi)星和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)與非點(diǎn)源污染模型 相結(jié)合用于非點(diǎn)源的污染預(yù)測(cè)和污染影響評(píng)價(jià)，提高了模型的空間分析能力，模型開(kāi)始向 自動(dòng)化、可視化方向發(fā)展，隨著計(jì)算技術(shù)發(fā)展，研究者們結(jié)合GIS技術(shù)來(lái)對(duì)土壤中重金屬污 染物的空間相關(guān)性及其空間分布進(jìn)行研究，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的空間插值方法確定土壤中 重金屬污染物的空間分布，并在此基礎(chǔ)上確定研究區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染狀況。由于土-水 界面并非一個(gè)均勻質(zhì)體，而是一個(gè)具有固液界面的空間變異體，具有高度的空間異質(zhì)性，除 了自然狀態(tài)下的空間變化外，還存在其他活動(dòng)所導(dǎo)致的空間變化，這些變化均能使土-水界 面重金屬污染流中各重金屬污染物的空間動(dòng)態(tài)變得極為復(fù)雜化。另外，由于錳礦區(qū)地形、地 質(zhì)及降雨或融雪徑流條件復(fù)雜、固廢(礦石、廢礦石、尾礦砂、廢渣)及生產(chǎn)污水多且分布范 圍廣、地表破壞嚴(yán)重等實(shí)際情況，造成錳礦區(qū)土-水界面重金屬污染流中錳及伴生重金屬的 分布預(yù)測(cè)的困難，因而增加了錳礦區(qū)非點(diǎn)源污染中錳及伴生重金屬污染評(píng)價(jià)與控制的難 度。
[0003] 現(xiàn)有錳礦區(qū)土 -水界面重金屬污染流中錳及伴生重金屬的分布預(yù)測(cè)困難、準(zhǔn)確性 差

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生重金屬分布預(yù)測(cè) 方法，旨在解決錳礦區(qū)土 -水界面重金屬污染流中錳及伴生重金屬的分布預(yù)測(cè)困難、準(zhǔn)確性 差的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生重金屬分布預(yù)測(cè)方 法，所述的錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生重金屬分布預(yù)測(cè)方法包括：
[0006] 步驟一、采用系統(tǒng)隨機(jī)布點(diǎn)法進(jìn)行徑流水樣采集，根據(jù)錳礦區(qū)采樣點(diǎn)均勻分布在 采樣區(qū)域內(nèi)并采用GPS進(jìn)行樣點(diǎn)定位，記錄采樣點(diǎn)經(jīng)煒度；
[0007] 步驟二、在錳礦區(qū)采樣點(diǎn)，篩選測(cè)試植物，并取植物附近的沉積物，測(cè)試植物地上 部分莖的重金屬含量和沉積物中重金屬含量，分別獲得各重金屬元素的擬插值子樣本，對(duì) 擬插值子樣本進(jìn)行探索性空間數(shù)據(jù)分析處理，獲得采樣點(diǎn)測(cè)試植物樣本的各向異性參數(shù)、 步長(zhǎng)和步數(shù)，確定植物體內(nèi)重金屬含量與沉積物中重金屬此、〇1、附、211、？13工(1含量間關(guān)系 模型；
[0008] 步驟三，對(duì)錳礦區(qū)徑流水樣中重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，重金屬M(fèi)n、Pb、Zn、Cu采用硝 酸-高氯酸消煮，Cd、Ni采用王水-高氯酸消煮;Mn、Pb、Zn、Cu采用原子熒光分光光度法測(cè) 定，Cd、Ni采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定；
[0009] 步驟四、采用Grubbs法對(duì)所測(cè)徑流水樣原始數(shù)據(jù)中特異值進(jìn)行檢驗(yàn)和剔除；采用 SPSS19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的正態(tài)分布檢驗(yàn);采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件GS+7.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分 析、半變異函數(shù)和參數(shù)的計(jì)算，并利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出半變異函數(shù)的擬合曲線；
[0010] 步驟五、采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行沉積物中具有良好相關(guān)關(guān)系的重金屬間的擬 合，選擇重金屬間相關(guān)系數(shù)大的重金屬進(jìn)行擬合，確定沉積物中重金屬M(fèi)n、Cu、Ni、Zn、Pb、Cd 間含量關(guān)系的模型；
[0011] 步驟六、采用移動(dòng)平均法確定沉積物中錳及伴生重金屬含量沿河分布的擬合模 型；
[0012] 步驟七、結(jié)合將徑流水樣采樣數(shù)據(jù)和沉積物中錳及伴生重金屬含量沿河分布數(shù) 據(jù)，在GIS信息系統(tǒng)中建立該礦區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0013] 步驟八、以步驟七建立的區(qū)域GIS數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，基于GIS技術(shù)和RS技術(shù)，選擇林玉 環(huán)汞一維迀移模型，并對(duì)該模型進(jìn)行差異修正因子和分配系數(shù)的改進(jìn)，得到重金屬的迀移 轉(zhuǎn)化模型；
[0014] 步驟九、以步驟七建立的區(qū)域GIS數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建錳礦區(qū)土水界面流中錳及伴 生重金屬分布的BP預(yù)測(cè)模型；利用該模型對(duì)錳礦區(qū)土水界面流中錳及伴生重金屬分布含 量、空間變異性及分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，并利用ArcGIS軟件完成錳礦區(qū)土水界面流中錳及伴生重 金屬空間分布圖形的繪制；
[0015] 在自然降雨且降雨強(qiáng)度大于下滲強(qiáng)度產(chǎn)生徑流時(shí)，在每個(gè)采樣點(diǎn)采集地表坡面 徑流水樣1.5L，放入聚乙烯瓶并用黑色塑料袋包裝，將所采徑流水樣震蕩混勻，離心分離后 用玻璃纖維濾膜過(guò)濾，所得徑流水樣冷藏保存貼好標(biāo)簽，做好采樣記錄；
[0016]測(cè)定過(guò)程中以測(cè)量準(zhǔn)確度和測(cè)量不確定度為控制指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制；
[0017] 通過(guò)所述半變異函數(shù)描述區(qū)域化變量的結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性，分析研究區(qū)土水界面重 金屬污染流中錳及伴生重金屬污染物的空間變異規(guī)律，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)采樣點(diǎn)的空 間位置與該采樣點(diǎn)各重金屬含量之間映射關(guān)系的分析，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與半變異函數(shù)相結(jié) 合構(gòu)建錳礦區(qū)土水界面中錳及伴生重金屬分布的BP預(yù)測(cè)模型；
[0018] 對(duì)采樣點(diǎn)測(cè)試植物樣本重金屬元素含量數(shù)值進(jìn)行函數(shù)擬合，獲得適用于重金屬元 素含量插值的理論半方差函數(shù)模型，利用包括局域離群值的采樣點(diǎn)進(jìn)行空間變異預(yù)測(cè)結(jié)果 分布圖的繪制；
[0019] 步驟二所述對(duì)擬插值子樣本進(jìn)行探索性空間數(shù)據(jù)分析處理的具體步驟為：
[0020] 第一步、通過(guò)重金屬元素含量數(shù)值的偏峰度計(jì)算及檢驗(yàn)，考察其是否符合標(biāo)準(zhǔn)正 態(tài)分布條件妒，若符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件Ho，則進(jìn)行步驟三;否則，執(zhí)行第二步；
[0021] 第二步、計(jì)算樣本均值y、標(biāo)準(zhǔn)差0,去除區(qū)間（y-1.96〇，ii+l .96〇)以外的值后再次 執(zhí)行第一步；
[0022]第三步、對(duì)采樣點(diǎn)土壤樣本的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，再次執(zhí)行第二步，重新計(jì)算變 換后樣本的y和〇,若符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件H〇則對(duì)擬插值子樣本進(jìn)行探索性空間數(shù)據(jù)分析 處理，獲得采樣點(diǎn)土壤樣本的各向異性參數(shù)、步長(zhǎng)和步數(shù)，否則執(zhí)行第四步；
[0023]第四步、反復(fù)執(zhí)行第三步三，若符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件Ho則對(duì)擬插值子樣本進(jìn)行 探索性空間數(shù)據(jù)分析處理，獲得采樣點(diǎn)土壤樣本的各向異性參數(shù)、步長(zhǎng)和步，否則采用Box-Cox變換后再執(zhí)行第二步，若不符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件Ho，則停止計(jì)算，重新進(jìn)行測(cè)試植物 米樣。
[0024]進(jìn)一步，所述空間數(shù)據(jù)分析處理采用分布式3D動(dòng)態(tài)空間數(shù)據(jù)分析方法，將三維空 間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，以指定的時(shí)間間隔存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)3D數(shù)據(jù)，收集動(dòng)態(tài)體的空 間數(shù)據(jù)，以指定的時(shí)間間隔存儲(chǔ)某一時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息構(gòu)成一種新型的3D云數(shù)據(jù)系統(tǒng)，用 于動(dòng)態(tài)體的行為分析、行為判斷，具體步驟如下：
[0025] (1)利用模型三維空間及基本的3D柵格結(jié)構(gòu)和八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)建立數(shù)據(jù)模型，3D柵格 結(jié)構(gòu)是一個(gè)緊密排列充滿3D空間的陣列，這個(gè)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)沒(méi)有任何壓縮，八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)適 合表示體對(duì)象，是一個(gè)非原始的表示方法，可近似表示復(fù)雜形狀的對(duì)象，對(duì)于運(yùn)動(dòng)體，記錄 時(shí)間點(diǎn)上的空間數(shù)據(jù)，以3D柵格結(jié)構(gòu)和八叉樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，將設(shè)計(jì)好分布式數(shù)據(jù)庫(kù)表 結(jié)構(gòu)，首先將運(yùn)動(dòng)體分割成一系列細(xì)分的點(diǎn)集，將點(diǎn)集作為Hbase表的row_key，將預(yù)估能容 納活動(dòng)體活動(dòng)范圍的空間，分割為細(xì)分的點(diǎn)集，將點(diǎn)集作為Hbase表的列族，列族中包括3D 柵格結(jié)構(gòu)和八叉樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所有信息，將活動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)完全映射到空間的點(diǎn)集中；
[0026] (2)當(dāng)統(tǒng)計(jì)運(yùn)動(dòng)體3D空間信息時(shí)，以一定的時(shí)間間隔記錄數(shù)據(jù)，利用分布式數(shù)據(jù) 庫(kù)的實(shí)時(shí)存取性能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的隨機(jī)讀寫(xiě)，讀寫(xiě)之后，用于數(shù)據(jù)分析，以三維空間點(diǎn)的形式 分析運(yùn)動(dòng)體的行為特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，最終根據(jù)3D空間劃分點(diǎn)的坐標(biāo)繪制曲線圖，使運(yùn)動(dòng)體的 行為可視化。
[0027] 進(jìn)一步，所述GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的增量更新方法包括：
[0028] 用于將第一計(jì)算機(jī)中對(duì)第一 GIS數(shù)據(jù)的更新，通過(guò)第二計(jì)算機(jī)更新到第二GIS數(shù)據(jù) 中，所述第一計(jì)算機(jī)對(duì)第一GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作具體包括:對(duì)所述第一GIS數(shù)據(jù)中的要素 進(jìn)行新增、刪除和/或修改，和/或?qū)λ龅谝?GIS數(shù)據(jù)中的要素的屬性進(jìn)行新增、刪除和/或 修改，包括：
[0029] 第一步，按照操作的先后順序，同步記錄第一計(jì)算機(jī)對(duì)第一GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作 時(shí)的操作過(guò)程數(shù)據(jù)，將所述操作過(guò)程數(shù)據(jù)保存起來(lái)作為偽增量文件；
[0030] 第二步，將所述偽增量文件存儲(chǔ)到第二計(jì)算機(jī)中，當(dāng)所述第二計(jì)算機(jī)的顯示屏的 尺寸或分辨率與所述第一計(jì)算機(jī)的顯示屏的尺寸或分辨率不相同時(shí)，對(duì)所述偽增量文件中 的位置信息進(jìn)行適應(yīng)性修改；
[0031] 第三步，根據(jù)所述第二計(jì)算機(jī)中的偽增量文件，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)所述第二計(jì)算機(jī)對(duì)所述 第二GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作;所述進(jìn)行更新操作的同時(shí)，自動(dòng)記錄所述更新操作產(chǎn)生的增量 fg息。
[0032] 本發(fā)明提供的基于GIS技術(shù)支撐下的錳礦區(qū)土-水界面重金屬污染流中錳及伴生 重金屬分布的BP預(yù)測(cè)模型，以GIS為基礎(chǔ)，采用經(jīng)典的地統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，最大限度的利用了采 樣點(diǎn)所提供的各種信息，并且引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使預(yù)測(cè)模型具有良好的容錯(cuò)能力和非線性 逼近映射能力，使得預(yù)測(cè)的錳礦區(qū)土-水界面重金屬污染流中錳及伴生重金屬含量和空間 分布更加客觀準(zhǔn)確。本發(fā)明為錳礦區(qū)重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、控制、治理與修復(fù)等提供 理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)礦區(qū)及礦業(yè)城市的和諧發(fā)展，具有重大的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)效益。 本發(fā)明將三維空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，以指定的時(shí)間間隔存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)3D數(shù)據(jù)， 構(gòu)成一種新型的3D云數(shù)據(jù)系統(tǒng)?；舅枷胧窃谀骋粫r(shí)間段，收集動(dòng)態(tài)體的空間數(shù)據(jù)，以指定 的時(shí)間間隔存儲(chǔ)某一時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，可用于動(dòng)態(tài)體的行為分析、行為判斷等方面。本發(fā) 明針對(duì)目前對(duì)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)增量更新存在的技術(shù)缺陷，從另外一種視角，充分利用WINDOWS的 事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，利用鉤子技術(shù)，在外業(yè)更新操作的同時(shí)，自動(dòng)記錄計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)及鍵盤(pán)的動(dòng)作 類型、屏幕X、Y坐標(biāo)及操作時(shí)間等信息，而不是記錄地理要素真實(shí)的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)及屬性信 息，這樣產(chǎn)生的增量數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量小、不包含任何保密信息的特點(diǎn)，很好地解決了 GIS數(shù) 據(jù)庫(kù)增量更新及其高效、安全傳遞問(wèn)題?；谶@種更新方法，只需利用通用的GIS軟件，經(jīng)過(guò) 簡(jiǎn)單編程即可實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)增量更新。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生重金屬分布預(yù)測(cè)方 法流程圖。
[0034] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的錳礦區(qū)土-水界面重金屬污染流中錳及伴生重金屬的 頻數(shù)分布圖。
[0035] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的錳礦區(qū)土-水界面重金屬污染流中錳及伴生重金屬的 半變異函數(shù)擬合曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖 詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0037]本實(shí)施例以湖南省某錳礦山為實(shí)驗(yàn)區(qū)，對(duì)該錳礦區(qū)土-水界面污染流中錳及伴生 重金屬分布預(yù)測(cè)方法進(jìn)行實(shí)施驗(yàn)證。
[0038] 請(qǐng)參閱圖1至圖3:
[0039] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生重金屬分布預(yù)測(cè) 方法，包括：
[0040] S101、采用系統(tǒng)隨機(jī)布點(diǎn)法進(jìn)行徑流水樣采集，根據(jù)錳礦區(qū)采礦、洗選、冶煉等工 業(yè)布局以及礦區(qū)土地利用現(xiàn)狀和地形條件，采樣點(diǎn)均勻分布在采樣區(qū)域內(nèi)并采用GPS進(jìn)行 樣點(diǎn)定位，記錄采樣點(diǎn)經(jīng)煒度;本實(shí)施例共采集到204個(gè)樣品；
[0041] S102、在錳礦區(qū)采樣點(diǎn)，篩選測(cè)試植物，并取植物附近的沉積物，測(cè)試植物地上部 分莖的重金屬含量和沉積物中重金屬含量，分別獲得各重金屬元素的擬插值子樣本，對(duì)擬 插值子樣本進(jìn)行探索性空間數(shù)據(jù)分析處理，獲得采樣點(diǎn)測(cè)試植物樣本的各向異性參數(shù)、步 長(zhǎng)和步數(shù)，確定植物體內(nèi)重金屬含量與沉積物中重金屬含量間關(guān)系模型；
[0042] S103、對(duì)錳礦區(qū)徑流水樣中重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，重金屬M(fèi)n、Pb、Zn、Cu采用硝酸- 高氯酸消煮，Cd、Ni采用王水-高氯酸消煮;Mn、Pb、Zn、Cu采用原子熒光分光光度法測(cè)定，Cd、 Ni采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定；
[0043] S104、采用Grubbs法對(duì)所測(cè)徑流水樣原始數(shù)據(jù)中特異值進(jìn)行檢驗(yàn)和剔除；采用 SPSS19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的正態(tài)分布檢驗(yàn);采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件GS+7.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分 析、半變異函數(shù)和參數(shù)的計(jì)算，并利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出半變異函數(shù)的擬合曲線；
[0044]采用Grubbs法對(duì)原始數(shù)據(jù)中特異值進(jìn)行檢驗(yàn)和剔除;采用SPSS19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的正 態(tài)分布檢驗(yàn);研究區(qū)土-水界面中錳及伴生重金屬元素的統(tǒng)計(jì)特征值見(jiàn)表1。
[0045] 表1錳礦區(qū)土水界面流中Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的統(tǒng)計(jì)特征值
[0047] S105、采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行沉積物中具有良好相關(guān)關(guān)系的重金屬間的擬 合，選擇重金屬間相關(guān)系數(shù)大的重金屬進(jìn)行擬合，確定沉積物中重金屬間含量關(guān)系的模型；
[0048] 所述確定沉積物中重金屬間含量關(guān)系的模型，包括以下步驟：
[0049] 經(jīng)過(guò)試算選用含有1個(gè)隱層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。隱層內(nèi)含有10個(gè)神經(jīng)元，輸入與 隱層之間采用非線性激勵(lì)函數(shù)，隱層與輸出層之間采用線性激勵(lì)函數(shù)。參數(shù)為：
[0050] 學(xué)習(xí)速率:0.01期望誤差:0.01訓(xùn)練周期：1000 [0051 ] 訓(xùn)練函數(shù):trainrp隱層數(shù)：1輸入單元：1輸出單元：1 [0052] 激勵(lì)函數(shù):sigmoid-非線性函數(shù)：
[0054] 選擇重金屬間相關(guān)系數(shù)較大的重金屬，包括Cd與Pb、As與Pb、Cu與Pb，Zn與Pb，Mn與 Pb使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重金屬間模擬擬合。
[0055] S106、采用移動(dòng)平均法確定沉積物中重金屬含量沿河分布的擬合模型；
[0056] S107、建立GIS數(shù)據(jù)庫(kù):根據(jù)大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)污染區(qū)污染歷史及區(qū)域資料 調(diào)查與分析，結(jié)合背景調(diào)查分析和研究所需資料分析，結(jié)合將徑流水樣采樣數(shù)據(jù)和沉積物 中重金屬含量沿河分布數(shù)據(jù)，在GIS信息系統(tǒng)中建立該礦區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0057] S108、以步驟S107建立的區(qū)域GIS數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，基于GIS技術(shù)和RS技術(shù)，選擇林玉 環(huán)汞一維迀移模型，并對(duì)該模型進(jìn)行差異修正因子和分配系數(shù)的改進(jìn)，得到重金屬的迀移 轉(zhuǎn)化模型；
[0058] S109、以步驟S107建立的區(qū)域GIS數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，基于GIS技術(shù)，采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù) 與經(jīng)典數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)相結(jié)合的方法，構(gòu)建錳礦區(qū)土水界面流中錳及伴生重金屬分布的BP預(yù) 測(cè)模型；利用該模型對(duì)錳礦區(qū)土水界面流中錳及伴生重金屬分布含量、空間變異性及分布 進(jìn)行預(yù)測(cè)，并利用ArcGIS軟件完成錳礦區(qū)土水界面流中錳及伴生重金屬空間分布圖形的 繪制。
[0059] 進(jìn)一步，在自然降雨且降雨強(qiáng)度大于下滲強(qiáng)度產(chǎn)生徑流時(shí)，在每個(gè)采樣點(diǎn)采集地 表坡面徑流水樣1.5L，放入聚乙烯瓶并用黑色塑料袋包裝，將所采徑流水樣震蕩混勻，離心 分離后用玻璃纖維濾膜過(guò)濾，所得徑流水樣冷藏保存貼好標(biāo)簽，做好采樣記錄。
[0060] 進(jìn)一步，測(cè)定過(guò)程中以測(cè)量準(zhǔn)確度和測(cè)量不確定度為控制指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì) 量控制。
[0061] 進(jìn)一步，通過(guò)所述半變異函數(shù)描述區(qū)域化變量的結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性，分析研究區(qū)土 水界面重金屬污染流中各重金屬污染物的空間變異規(guī)律，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)采樣點(diǎn)的 空間位置與該采樣點(diǎn)各重金屬含量之間映射關(guān)系的分析，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與半變異函數(shù)相 結(jié)合構(gòu)建錳礦區(qū)土水界面中錳及伴生重金屬分布的BP預(yù)測(cè)模型。
[0062]以區(qū)域GIS數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，基于GIS技術(shù)支撐，采用以區(qū)域化變化理論為基礎(chǔ)、以半 變異函數(shù)為基本工具的地統(tǒng)計(jì)技術(shù)與經(jīng)典數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)相結(jié)合的方法，通過(guò)半變異函數(shù)來(lái) 描述區(qū)域化變量的結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性，分析研究區(qū)土-水界面中錳及伴生重金屬污染物的空 間變異規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)一一BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，基 于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)采樣點(diǎn)的空間位置與該點(diǎn)各重金屬含量之間映射關(guān)系的智能分析，通 過(guò)訓(xùn)練集的訓(xùn)練后形成一個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用該模型進(jìn)行半變異函數(shù)的擬合，得到錳 礦區(qū)土-水界面重金屬污染流中錳及伴生重金屬的半變異函數(shù)擬合曲線，其理論擬合模型 的擬合曲線如圖2所示；最后，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與半變異函數(shù)相結(jié)合形成的理論擬合曲線 進(jìn)行空間插值，得出錳礦區(qū)土-水界面重金屬污染流中錳及伴生重金屬含量空間分布，并用 ArcGIS軟件完成土-水界面重金屬空間分布圖形的繪制，如圖3所示。
[0063] 進(jìn)一步，對(duì)采樣點(diǎn)測(cè)試植物樣本重金屬元素含量數(shù)值進(jìn)行函數(shù)擬合，獲得適用于 重金屬元素含量插值的理論半方差函數(shù)模型，利用包括局域離群值的采樣點(diǎn)進(jìn)行空間變異 預(yù)測(cè)結(jié)果分布圖的繪制。
[0064] 進(jìn)一步，步驟二所述對(duì)擬插值子樣本進(jìn)行探索性空間數(shù)據(jù)分析處理的具體步驟 為：
[0065] 步驟一、通過(guò)重金屬元素含量數(shù)值的偏峰度計(jì)算及檢驗(yàn)，考察其是否符合標(biāo)準(zhǔn)正 態(tài)分布條件，若符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件Ho，則進(jìn)行步驟三;否則，執(zhí)行步驟二；
[0066] 步驟二、計(jì)算樣本均值y、標(biāo)準(zhǔn)差〇,去除區(qū)間（y-1.96〇，ii+l .96〇)以外的值后再次 執(zhí)行步驟一；
[0067]步驟三、對(duì)采樣點(diǎn)土壤樣本的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，再次執(zhí)行步驟二，重新計(jì)算變換 后樣本的y和〇,若符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件ro則對(duì)擬插值子樣本進(jìn)行探索性空間數(shù)據(jù)分析處 理，獲得采樣點(diǎn)土壤樣本的各向異性參數(shù)、步長(zhǎng)和步數(shù)，否則執(zhí)行步驟四；
[0068]步驟四、反復(fù)執(zhí)行步驟三，若符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件H0則對(duì)擬插值子樣本進(jìn)行探 索性空間數(shù)據(jù)分析處理，獲得采樣點(diǎn)土壤樣本的各向異性參數(shù)、步長(zhǎng)和步，否則采用Box-Cox變換后再執(zhí)行步驟二，若不符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件HO，則停止計(jì)算，重新進(jìn)行測(cè)試植物 米樣。
[0069]進(jìn)一步，所述空間數(shù)據(jù)分析處理采用分布式3D動(dòng)態(tài)空間數(shù)據(jù)分析方法，將三維空 間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，以指定的時(shí)間間隔存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)3D數(shù)據(jù)，收集動(dòng)態(tài)體的空 間數(shù)據(jù)，以指定的時(shí)間間隔存儲(chǔ)某一時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息構(gòu)成一種新型的3D云數(shù)據(jù)系統(tǒng)，用 于動(dòng)態(tài)體的行為分析、行為判斷，具體步驟如下：
[0070] (1)利用模型三維空間及基本的3D柵格結(jié)構(gòu)和八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)建立數(shù)據(jù)模型，3D柵格 結(jié)構(gòu)是一個(gè)緊密排列充滿3D空間的陣列，這個(gè)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)沒(méi)有任何壓縮，八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)適 合表示體對(duì)象，是一個(gè)非原始的表示方法，可近似表示復(fù)雜形狀的對(duì)象，對(duì)于運(yùn)動(dòng)體，記錄 時(shí)間點(diǎn)上的空間數(shù)據(jù)，以3D柵格結(jié)構(gòu)和八叉樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，將設(shè)計(jì)好分布式數(shù)據(jù)庫(kù)表 結(jié)構(gòu)，首先將運(yùn)動(dòng)體分割成一系列細(xì)分的點(diǎn)集，將點(diǎn)集作為Hbase表的row_key，將預(yù)估能容 納活動(dòng)體活動(dòng)范圍的空間，分割為細(xì)分的點(diǎn)集，將點(diǎn)集作為Hbase表的列族，列族中包括3D 柵格結(jié)構(gòu)和八叉樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所有信息，將活動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)完全映射到空間的點(diǎn)集中；
[0071] (2)當(dāng)統(tǒng)計(jì)運(yùn)動(dòng)體3D空間信息時(shí)，以一定的時(shí)間間隔記錄數(shù)據(jù)，利用分布式數(shù)據(jù)庫(kù) 的實(shí)時(shí)存取性能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的隨機(jī)讀寫(xiě)，讀寫(xiě)之后，用于數(shù)據(jù)分析，以三維空間點(diǎn)的形式分 析運(yùn)動(dòng)體的行為特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，最終根據(jù)3D空間劃分點(diǎn)的坐標(biāo)繪制曲線圖，使運(yùn)動(dòng)體的行 為可視化。
[0072]進(jìn)一步，所述GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的增量更新方法包括：
[0073] 用于將第一計(jì)算機(jī)中對(duì)第一GIS數(shù)據(jù)的更新，通過(guò)第二計(jì)算機(jī)更新到第二GIS數(shù) 據(jù)中，所述第一計(jì)算機(jī)對(duì)第一GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作具體包括:對(duì)所述第一GIS數(shù)據(jù)中的要 素進(jìn)行新增、刪除和/或修改，和/或?qū)λ龅谝?GIS數(shù)據(jù)中的要素的屬性進(jìn)行新增、刪除和/ 或修改，包括：
[0074] 第一步，按照操作的先后順序，同步記錄第一計(jì)算機(jī)對(duì)第一GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作 時(shí)的操作過(guò)程數(shù)據(jù)，將所述操作過(guò)程數(shù)據(jù)保存起來(lái)作為偽增量文件；
[0075] 第二步，將所述偽增量文件存儲(chǔ)到第二計(jì)算機(jī)中，當(dāng)所述第二計(jì)算機(jī)的顯示屏的 尺寸或分辨率與所述第一計(jì)算機(jī)的顯示屏的尺寸或分辨率不相同時(shí)，對(duì)所述偽增量文件中 的位置信息進(jìn)行適應(yīng)性修改；
[0076] 第三步，根據(jù)所述第二計(jì)算機(jī)中的偽增量文件，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)所述第二計(jì)算機(jī)對(duì)所述 第二GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作;所述進(jìn)行更新操作的同時(shí)，自動(dòng)記錄所述更新操作產(chǎn)生的增量 fg息。
[0077] 通過(guò)監(jiān)測(cè)該區(qū)域植物體內(nèi)重金屬的含量擬合該位置沉積物中重金屬含量。使用神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法模擬可以用非線性函數(shù)擬合重金屬含量，而又避免了確定是何種非線性函數(shù)， 從而避免了計(jì)算各種參數(shù)，為實(shí)際工作提供了便利條件，可極大的節(jié)省取樣和檢測(cè)的時(shí)間、 人力及費(fèi)用，使河道沉積物重金屬的定期檢測(cè)成為可能;基于GIS技術(shù)支撐下的錳礦區(qū)土-水界面重金屬污染流中錳及伴生重金屬分布的BP預(yù)測(cè)模型，以GIS為基礎(chǔ)，采用經(jīng)典的地統(tǒng) 計(jì)學(xué)理論，最大限度的利用了采樣點(diǎn)所提供的各種信息，并且引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使預(yù)測(cè)模型 具有良好的容錯(cuò)能力和非線性逼近映射能力，使得預(yù)測(cè)的錳礦區(qū)土-水界面重金屬污染流 中錳及伴生重金屬含量和空間分布更加客觀準(zhǔn)確。本發(fā)明能為錳礦區(qū)重金屬污染的生態(tài) 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、控制、治理與修復(fù)等提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)礦區(qū)及礦業(yè)城市的和諧發(fā) 展，具有重大的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)效益。
[0078]以上所述僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制， 凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與修飾，均屬于 本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生重金屬分布預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述的 錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生重金屬分布預(yù)測(cè)方法包括： 步驟一、采用系統(tǒng)隨機(jī)布點(diǎn)法進(jìn)行徑流水樣采集，根據(jù)錳礦區(qū)采樣點(diǎn)均勻分布在采樣 區(qū)域內(nèi)并采用GPS進(jìn)行樣點(diǎn)定位，記錄采樣點(diǎn)經(jīng)煒度； 步驟二、在錳礦區(qū)采樣點(diǎn)，篩選測(cè)試植物，并取植物附近的沉積物，測(cè)試植物地上部分 莖的重金屬含量和沉積物中重金屬含量，分別獲得各重金屬元素的擬插值子樣本，對(duì)擬插 值子樣本進(jìn)行探索性空間數(shù)據(jù)分析處理，獲得采樣點(diǎn)測(cè)試植物樣本的各向異性參數(shù)、步長(zhǎng) 和步數(shù)，確定植物體內(nèi)重金屬含量與沉積物中重金屬M(fèi)n、Cu、Ni、Zn、Pb、Cd含量間關(guān)系模 型； 步驟三，對(duì)猛礦區(qū)徑流水樣中重金屬含量進(jìn)行測(cè)定，重金屬M(fèi)n、Pb、Zn、Cu采用硝酸-高 氯酸消煮，Cd、Ni采用王水-高氯酸消煮;Mn、Pb、Zn、Cu采用原子熒光分光光度法測(cè)定，Cd、 Ni采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定； 步驟四、采用Grubbs法對(duì)所測(cè)徑流水樣原始數(shù)據(jù)中特異值進(jìn)行檢驗(yàn)和剔除；采用 SPSS19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的正態(tài)分布檢驗(yàn);采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件GS+ 7.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分 析、半變異函數(shù)和參數(shù)的計(jì)算，并利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型得出半變異函數(shù)的擬合曲線； 步驟五、采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行沉積物中具有良好相關(guān)關(guān)系的重金屬間的擬合， 選擇重金屬間相關(guān)系數(shù)大的重金屬進(jìn)行擬合，確定沉積物中重金屬M(fèi)n、Cu、Ni、Zn、Pb、Cd 間含量關(guān)系的模型； 步驟六、采用移動(dòng)平均法確定沉積物中錳及伴生重金屬含量沿河分布的擬合模型； 步驟七、結(jié)合將徑流水樣采樣數(shù)據(jù)和沉積物中錳及伴生重金屬含量沿河分布數(shù)據(jù)，在 GIS信息系統(tǒng)中建立該礦區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)； 步驟八、以步驟七建立的區(qū)域GIS數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，基于GIS技術(shù)和RS技術(shù)，選擇林玉 環(huán)汞一維迀移模型，并對(duì)該模型進(jìn)行差異修正因子和分配系數(shù)的改進(jìn)，得到重金屬的迀移 轉(zhuǎn)化模型； 步驟九、以步驟七建立的區(qū)域GIS數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建錳礦區(qū)土水界面流中錳及伴生重 金屬分布的BP預(yù)測(cè)模型；利用該模型對(duì)錳礦區(qū)土水界面流中錳及伴生重金屬分布含量、空 間變異性及分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，并利用ArcGIS軟件完成錳礦區(qū)土水界面流中錳及伴生重金屬空 間分布圖形的繪制； 在自然降雨且降雨強(qiáng)度大于下滲強(qiáng)度產(chǎn)生徑流時(shí)，在每個(gè)采樣點(diǎn)采集地表坡面徑流水 樣1.5L，放入聚乙烯瓶并用黑色塑料袋包裝，將所采徑流水樣震蕩混勻，離心分離后用玻璃 纖維濾膜過(guò)濾，所得徑流水樣冷藏保存貼好標(biāo)簽，做好采樣記錄； 測(cè)定過(guò)程中以測(cè)量準(zhǔn)確度和測(cè)量不確定度為控制指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制； 通過(guò)所述半變異函數(shù)描述區(qū)域化變量的結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性，分析研究區(qū)土水界面重金屬 污染流中錳及伴生重金屬污染物的空間變異規(guī)律，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)采樣點(diǎn)的空間位 置與該采樣點(diǎn)各重金屬含量之間映射關(guān)系的分析，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與半變異函數(shù)相結(jié)合構(gòu) 建錳礦區(qū)土水界面中錳及伴生重金屬分布的BP預(yù)測(cè)模型； 對(duì)采樣點(diǎn)測(cè)試植物樣本重金屬元素含量數(shù)值進(jìn)行函數(shù)擬合，獲得適用于重金屬元素含 量插值的理論半方差函數(shù)模型，利用包括局域離群值的采樣點(diǎn)進(jìn)行空間變異預(yù)測(cè)結(jié)果分布 圖的繪制； 步驟二所述對(duì)擬插值子樣本進(jìn)行探索性空間數(shù)據(jù)分析處理的具體步驟為： 第一步、通過(guò)重金屬元素含量數(shù)值的偏峰度計(jì)算及檢驗(yàn)，考察其是否符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分 布條件Ht3，若符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件Ho，則進(jìn)行步驟三；否則，執(zhí)行第二步； 第二步、計(jì)算樣本均值μ、標(biāo)準(zhǔn)差〇,去除區(qū)間(μ-1.96σ，μ+1.96〇)以外的值后再次執(zhí)行 第一步； 第三步、對(duì)采樣點(diǎn)土壤樣本的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，再次執(zhí)行第二步，重新計(jì)算變換后樣 本的μ和〇，若符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件Ho則對(duì)擬插值子樣本進(jìn)行探索性空間數(shù)據(jù)分析處理， 獲得采樣點(diǎn)土壤樣本的各向異性參數(shù)、步長(zhǎng)和步數(shù)，否則執(zhí)行第四步； 第四步、反復(fù)執(zhí)行第三步三，若符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件Ho則對(duì)擬插值子樣本進(jìn)行探索 性空間數(shù)據(jù)分析處理，獲得采樣點(diǎn)土壤樣本的各向異性參數(shù)、步長(zhǎng)和步，否則采用Box-Cox 變換后再執(zhí)行第二步，若不符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布條件Ho，則停止計(jì)算，重新進(jìn)行測(cè)試植物采 樣。2. 如權(quán)利要求1所述的錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生重金屬分布預(yù)測(cè)方法，其特 征在于，所述空間數(shù)據(jù)分析處理采用分布式3D動(dòng)態(tài)空間數(shù)據(jù)分析方法，將三維空間數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，以指定的時(shí)間間隔存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)3D數(shù)據(jù)，收集動(dòng)態(tài)體的空間數(shù)據(jù)，以 指定的時(shí)間間隔存儲(chǔ)某一時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息構(gòu)成一種新型的3D云數(shù)據(jù)系統(tǒng)，用于動(dòng)態(tài)體的 行為分析、行為判斷，具體步驟如下： (1) 利用模型三維空間及基本的3D柵格結(jié)構(gòu)和八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)建立數(shù)據(jù)模型，3D柵格結(jié)構(gòu) 是一個(gè)緊密排列充滿3D空間的陣列，這個(gè)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)沒(méi)有任何壓縮，八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)適合表 示體對(duì)象，是一個(gè)非原始的表示方法，可近似表示復(fù)雜形狀的對(duì)象，對(duì)于運(yùn)動(dòng)體，記錄時(shí)間 點(diǎn)上的空間數(shù)據(jù)，以3D柵格結(jié)構(gòu)和八叉樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，將設(shè)計(jì)好分布式數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)， 首先將運(yùn)動(dòng)體分割成一系列細(xì)分的點(diǎn)集，將點(diǎn)集作為Hbase表的row_key，將預(yù)估能容納活 動(dòng)體活動(dòng)范圍的空間，分割為細(xì)分的點(diǎn)集，將點(diǎn)集作為Hbase表的列族，列族中包括3D柵格 結(jié)構(gòu)和八叉樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所有信息，將活動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)完全映射到空間的點(diǎn)集中； (2) 當(dāng)統(tǒng)計(jì)運(yùn)動(dòng)體3D空間信息時(shí)，以一定的時(shí)間間隔記錄數(shù)據(jù)，利用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí) 時(shí)存取性能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的隨機(jī)讀寫(xiě)，讀寫(xiě)之后，用于數(shù)據(jù)分析，以三維空間點(diǎn)的形式分析運(yùn) 動(dòng)體的行為特點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，最終根據(jù)3D空間劃分點(diǎn)的坐標(biāo)繪制曲線圖，使運(yùn)動(dòng)體的行為可 視化。3. 如權(quán)利要求1所述的錳礦區(qū)土水界面污染流中錳及伴生重金屬分布預(yù)測(cè)方法，其特 征在于，所述GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的增量更新方法包括： 用于將第一計(jì)算機(jī)中對(duì)第一 GIS數(shù)據(jù)的更新，通過(guò)第二計(jì)算機(jī)更新到第二GIS數(shù)據(jù)中， 所述第一計(jì)算機(jī)對(duì)第一 GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作具體包括:對(duì)所述第一 GIS數(shù)據(jù)中的要素進(jìn)行 新增、刪除和/或修改，和/或?qū)λ龅谝籊IS數(shù)據(jù)中的要素的屬性進(jìn)行新增、刪除和/或修 改，包括： 第一步，按照操作的先后順序，同步記錄第一計(jì)算機(jī)對(duì)第一GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作時(shí)的 操作過(guò)程數(shù)據(jù)，將所述操作過(guò)程數(shù)據(jù)保存起來(lái)作為偽增量文件； 第二步，將所述偽增量文件存儲(chǔ)到第二計(jì)算機(jī)中，當(dāng)所述第二計(jì)算機(jī)的顯示屏的尺寸 或分辨率與所述第一計(jì)算機(jī)的顯示屏的尺寸或分辨率不相同時(shí)，對(duì)所述偽增量文件中的位 置信息進(jìn)行適應(yīng)性修改； 第三步，根據(jù)所述第二計(jì)算機(jī)中的偽增量文件，自動(dòng)驅(qū)動(dòng)所述第二計(jì)算機(jī)對(duì)所述第二 GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行更新操作；所述進(jìn)行更新操作的同時(shí)，自動(dòng)記錄所述更新操作產(chǎn)生的增量信 息。
【文檔編號(hào)】G06N3/02GK105911037SQ201610244549
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月19日
【發(fā)明人】任伯幟, 鄧仁建, 鄭偕
【申請(qǐng)人】湖南科技大學(xué)