本發(fā)明涉及污染遷移分析，尤其涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的海洋抗生素污染遷移分析方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、抗生素通過(guò)廢水、農(nóng)業(yè)徑流等途徑進(jìn)入水體，并在河流、湖泊和海洋中擴(kuò)散，產(chǎn)生一系列環(huán)境問(wèn)題。抗生素在海洋環(huán)境中不僅可能引發(fā)抗生素耐藥菌的傳播，還會(huì)對(duì)海洋生物的生長(zhǎng)、繁殖和生態(tài)系統(tǒng)健康造成影響。

2、目前的研究方法主要依賴(lài)于傳統(tǒng)的水文和水動(dòng)力學(xué)模型，這些模型雖然能夠描述污染物的宏觀擴(kuò)散和遷移路徑，但在處理多維度和復(fù)雜非線(xiàn)性數(shù)據(jù)方面存在局限性。海洋環(huán)境的污染遷移過(guò)程受到多種因素的影響，如海流、風(fēng)場(chǎng)、潮汐、水溫等，這些因素相互作用，使得污染物的遷移呈現(xiàn)高度非線(xiàn)性的時(shí)空變化特征。傳統(tǒng)模型難以處理這些復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化，尤其是在長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)和細(xì)微變化捕捉方面表現(xiàn)不佳。因此，亟需一種能夠整合多源數(shù)據(jù)、處理復(fù)雜非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)的抗生素污染遷移分析方法，提高對(duì)污染物遷移的預(yù)測(cè)精度，為環(huán)境管理和污染防治提供科學(xué)依據(jù)，幫助制定有效的治理策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種基于深度學(xué)習(xí)的海洋抗生素污染遷移分析方法及系統(tǒng)，其重要目的在于提高對(duì)污染物遷移的預(yù)測(cè)精度，為環(huán)境管理和污染防治提供科學(xué)依據(jù)，幫助制定有效的治理策略。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明第一方面提供了一種基于深度學(xué)習(xí)的海洋抗生素污染遷移分析方法，包括：

3、獲取歷史遙感監(jiān)測(cè)圖像信息并進(jìn)行圖像預(yù)處理，提取目標(biāo)海洋區(qū)域水體圖像并進(jìn)行時(shí)序處理構(gòu)成第一數(shù)據(jù)集；

4、根據(jù)所述第一數(shù)據(jù)集獲取目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)特征構(gòu)建水體流動(dòng)特征圖，對(duì)水體流動(dòng)特征圖進(jìn)行柵格化并進(jìn)行插值處理，利用sarima模型分析目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)規(guī)律，得到水體流動(dòng)規(guī)律分析信息；

5、獲取影響海洋水體流動(dòng)變化的驅(qū)動(dòng)因素，利用logistic回歸模型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析，根據(jù)驅(qū)動(dòng)力分析結(jié)果計(jì)算各驅(qū)動(dòng)因素的影響權(quán)重生成水體流動(dòng)狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則，并構(gòu)建污染遷移預(yù)測(cè)模型；

6、獲取各采樣點(diǎn)的水質(zhì)污染檢測(cè)信息，基于所述水體流動(dòng)規(guī)律分析信息利用有限元分析法進(jìn)行污染擴(kuò)散仿真獲取污染擴(kuò)散系數(shù)，利用污染遷移預(yù)測(cè)模型進(jìn)行污染遷移預(yù)測(cè)，得到污染遷移預(yù)測(cè)信息；

7、根據(jù)所述污染遷移預(yù)測(cè)信息分析目標(biāo)海洋區(qū)域的抗生素污染狀況，分析需要進(jìn)行抗生素污染治理的區(qū)域并生成抗生素污染治理方案。

8、本方案中，所述獲取歷史遙感監(jiān)測(cè)圖像信息并進(jìn)行圖像預(yù)處理，提取目標(biāo)海洋區(qū)域水體圖像并進(jìn)行時(shí)序處理構(gòu)成第一數(shù)據(jù)集，具體包括：

9、基于大數(shù)據(jù)檢索收集目標(biāo)海洋區(qū)域的歷史遙感監(jiān)測(cè)圖像信息，對(duì)所述歷史遙感監(jiān)測(cè)圖像信息進(jìn)行圖像預(yù)處理，包括輻射校正、大氣校正和幾何校正，得到預(yù)處理圖像信息；

10、根據(jù)所述預(yù)處理圖像信息計(jì)算目標(biāo)海洋區(qū)域的ndwi指數(shù)，根據(jù)計(jì)算得到的ndwi指數(shù)進(jìn)行水體特征提取，獲取目標(biāo)海洋區(qū)域水體圖像；

11、預(yù)設(shè)時(shí)間戳，基于目標(biāo)海洋區(qū)域水體圖像對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)時(shí)間特征，根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間戳對(duì)目標(biāo)海洋區(qū)域水體圖像進(jìn)行多時(shí)相圖像組合，構(gòu)建第一數(shù)據(jù)集。

12、本方案中，所述根據(jù)所述第一數(shù)據(jù)集獲取目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)特征構(gòu)建水體流動(dòng)特征圖，對(duì)水體流動(dòng)特征圖進(jìn)行柵格化并進(jìn)行插值處理，利用sarima模型分析目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)規(guī)律，得到水體流動(dòng)規(guī)律分析信息，具體包括：

13、獲取第一數(shù)據(jù)集，根據(jù)所述第一數(shù)據(jù)集提取目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)特征，基于提取的水體流動(dòng)特征生成目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)特征圖；

14、預(yù)設(shè)柵格單元大小，對(duì)所述目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)特征圖進(jìn)行柵格化獲取水體流動(dòng)特征柵格圖，采用樣條函數(shù)插值法對(duì)未知特征柵格進(jìn)行插值；

15、據(jù)未知柵格單元的坐標(biāo)獲取鄰居?xùn)鸥駟卧乃w流動(dòng)特征，構(gòu)成未知柵格單元的插值區(qū)間，建立插值區(qū)間的樣條方程并進(jìn)行求解獲取樣條系數(shù)；

16、根據(jù)插值區(qū)間的樣條系數(shù)對(duì)未知特征柵格進(jìn)行插值，生成插值后的水體流動(dòng)特征柵格圖，預(yù)設(shè)時(shí)間周期，結(jié)合所述插值后的水體流動(dòng)特征柵格圖構(gòu)成水體流動(dòng)特征時(shí)間序列；

17、將構(gòu)成的水體流動(dòng)特征時(shí)間序列作為模型輸入，利用sarima模型分析目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)規(guī)律，得到水體流動(dòng)規(guī)律分析信息。

18、本方案中，所述獲取影響海洋水體流動(dòng)變化的驅(qū)動(dòng)因素，利用logistic回歸模型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析，根據(jù)驅(qū)動(dòng)力分析結(jié)果計(jì)算各驅(qū)動(dòng)因素的影響權(quán)重生成水體流動(dòng)狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則，并構(gòu)建污染遷移預(yù)測(cè)模型，具體包括：

19、基于數(shù)據(jù)檢索獲取區(qū)域海洋水體流動(dòng)變化的驅(qū)動(dòng)因素，計(jì)算各驅(qū)動(dòng)因素與水體流動(dòng)變化之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行判斷，篩選與水體流動(dòng)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)因素；

20、根據(jù)篩選后的驅(qū)動(dòng)因素獲取驅(qū)動(dòng)因素對(duì)應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)，將水體流動(dòng)變化作為因變量，驅(qū)動(dòng)因素作為自變量，利用logistic回歸模型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析，得到驅(qū)動(dòng)力分析信息；

21、獲取水體流動(dòng)規(guī)律分析信息，基于馬爾可夫算法結(jié)合所述水體流動(dòng)規(guī)律分析信息構(gòu)成目標(biāo)海洋區(qū)域水體流動(dòng)狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，構(gòu)成初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則；

22、根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)力分析信息計(jì)算各驅(qū)動(dòng)因素的影響權(quán)重，通過(guò)計(jì)算得到的各驅(qū)動(dòng)因素的影響權(quán)重對(duì)所述初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則進(jìn)行校正，得到校正后狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則；

23、基于lstm構(gòu)建污染遷移預(yù)測(cè)模型，利用所述校正后狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則定義污染遷移預(yù)測(cè)規(guī)則，并構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)所述污染遷移預(yù)測(cè)模型進(jìn)行訓(xùn)練。

24、本方案中，所述獲取各采樣點(diǎn)的水質(zhì)污染檢測(cè)信息，基于所述水體流動(dòng)規(guī)律分析信息利用有限元分析法進(jìn)行污染擴(kuò)散仿真獲取污染擴(kuò)散系數(shù)，利用污染遷移預(yù)測(cè)模型進(jìn)行污染遷移預(yù)測(cè)，得到污染遷移預(yù)測(cè)信息，具體包括：

25、對(duì)目標(biāo)海洋區(qū)域進(jìn)行水質(zhì)污染檢測(cè)獲取各采樣點(diǎn)的水質(zhì)污染檢測(cè)信息，將水質(zhì)污染檢測(cè)信息與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行判斷，評(píng)價(jià)各采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)區(qū)域的抗生素污染狀況，得到抗生素污染狀況信息；

26、獲取水體流動(dòng)規(guī)律分析信息，基于所述水體流動(dòng)規(guī)律分析信息利用有限元分析法對(duì)目標(biāo)海洋區(qū)域進(jìn)行建模，構(gòu)成區(qū)域水體流動(dòng)仿真模型；

27、對(duì)所述區(qū)域水體流動(dòng)仿真模型進(jìn)行網(wǎng)格化，基于所述抗生素污染狀況信息定義初始污染區(qū)域，根據(jù)校正后狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則設(shè)定區(qū)域水體流動(dòng)規(guī)則和邊界條件；

28、獲取實(shí)時(shí)氣象信息并輸入至初始化后的區(qū)域水體流動(dòng)仿真模型中進(jìn)行污染擴(kuò)散仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果計(jì)算污染擴(kuò)散系數(shù)；

29、獲取目標(biāo)海洋區(qū)域的人文活動(dòng)數(shù)據(jù)并結(jié)合所述實(shí)時(shí)氣象信息設(shè)定污染遷移驅(qū)動(dòng)權(quán)重，利用所述污染擴(kuò)散系數(shù)定義污染遷移變化速率結(jié)合所述抗生素污染狀況信息輸入至污染遷移預(yù)測(cè)模型中進(jìn)行污染遷移預(yù)測(cè)，得到污染遷移預(yù)測(cè)信息。

30、本方案中，所述根據(jù)所述污染遷移預(yù)測(cè)信息分析目標(biāo)海洋區(qū)域的抗生素污染狀況，分析需要進(jìn)行抗生素污染治理的區(qū)域并生成抗生素污染治理方案，具體包括：

31、根據(jù)所述污染遷移預(yù)測(cè)信息生成目標(biāo)海洋區(qū)域的污染遷移路徑圖，基于污染遷移路徑圖結(jié)合污染擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算目標(biāo)海洋區(qū)域抗生素污染的遷移污染濃度和遷移污染時(shí)間，得到第一分析信息；

32、根據(jù)所述第一分析信息以污染濃度對(duì)目標(biāo)海洋區(qū)域進(jìn)行劃分，構(gòu)成目標(biāo)海洋區(qū)域未來(lái)時(shí)間段內(nèi)的抗生素污染變化圖，并提取不同濃度區(qū)域的污染濃度特征和區(qū)域位置特征；

33、基于各污染濃度的區(qū)域位置特征獲取對(duì)應(yīng)區(qū)域的生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)和水文數(shù)據(jù)，結(jié)合抗生素污染狀況信息評(píng)估當(dāng)前時(shí)刻各區(qū)域的環(huán)境承載力，得到第二分析信息；

34、將所述第二分析信息與提取的不同濃度區(qū)域的污染濃度特征進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果定義需要治理的海洋區(qū)域，得待治理區(qū)域信息；

35、基于第一分析信息計(jì)算待治理區(qū)域的抗生素污染超出環(huán)境承載力的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)各待治理區(qū)域進(jìn)行排序，根據(jù)排序結(jié)果設(shè)定各待治理區(qū)域的治理優(yōu)先級(jí)，得到第三分析信息；

36、根據(jù)所述第三分析信息進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索獲取抗生素污染治理方案進(jìn)行抗生素污染治理建議。

37、本發(fā)明第二方面提供了一種基于深度學(xué)習(xí)的海洋抗生素污染遷移分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：存儲(chǔ)器、處理器，所述存儲(chǔ)器中包含基于深度學(xué)習(xí)的海洋抗生素污染遷移分析方法程序，所述基于深度學(xué)習(xí)的海洋抗生素污染遷移分析方法程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如下步驟：

38、獲取歷史遙感監(jiān)測(cè)圖像信息并進(jìn)行圖像預(yù)處理，提取目標(biāo)海洋區(qū)域水體圖像并進(jìn)行時(shí)序處理構(gòu)成第一數(shù)據(jù)集；

39、根據(jù)所述第一數(shù)據(jù)集獲取目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)特征構(gòu)建水體流動(dòng)特征圖，對(duì)水體流動(dòng)特征圖進(jìn)行柵格化并進(jìn)行插值處理，利用sarima模型分析目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)規(guī)律，得到水體流動(dòng)規(guī)律分析信息；

40、獲取影響海洋水體流動(dòng)變化的驅(qū)動(dòng)因素，利用logistic回歸模型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析，根據(jù)驅(qū)動(dòng)力分析結(jié)果計(jì)算各驅(qū)動(dòng)因素的影響權(quán)重生成水體流動(dòng)狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則，并構(gòu)建污染遷移預(yù)測(cè)模型；

41、獲取各采樣點(diǎn)的水質(zhì)污染檢測(cè)信息，基于所述水體流動(dòng)規(guī)律分析信息利用有限元分析法進(jìn)行污染擴(kuò)散仿真獲取污染擴(kuò)散系數(shù)，利用污染遷移預(yù)測(cè)模型進(jìn)行污染遷移預(yù)測(cè)，得到污染遷移預(yù)測(cè)信息；

42、根據(jù)所述污染遷移預(yù)測(cè)信息分析目標(biāo)海洋區(qū)域的抗生素污染狀況，分析需要進(jìn)行抗生素污染治理的區(qū)域并生成抗生素污染治理方案。

43、本發(fā)明公開(kāi)了一種基于深度學(xué)習(xí)的海洋抗生素污染遷移分析方法及系統(tǒng)，包括：獲取目標(biāo)海洋區(qū)域水體圖像構(gòu)成第一數(shù)據(jù)集；根據(jù)第一數(shù)據(jù)集獲取目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)特征，利用sarima模型分析目標(biāo)海洋區(qū)域的水體流動(dòng)規(guī)律；獲取影響海洋水體流動(dòng)變化的驅(qū)動(dòng)因素，利用logistic回歸模型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析，構(gòu)建水體流動(dòng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則并構(gòu)建污染遷移預(yù)測(cè)模型；獲取各采樣點(diǎn)的水質(zhì)污染檢測(cè)信息，基于水體流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行污染擴(kuò)散仿真獲取污染擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)行污染遷移預(yù)測(cè)，得到污染遷移預(yù)測(cè)信息；根據(jù)污染遷移預(yù)測(cè)信息分析目標(biāo)海洋區(qū)域的抗生素污染狀況，分析需要進(jìn)行抗生素污染治理的區(qū)域并生成抗生素污染治理方案。提高對(duì)污染物遷移的預(yù)測(cè)精度為污染防治提供科學(xué)依據(jù)。