基于聚類的河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)優(yōu)選方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及基于聚類的河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)優(yōu)選方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生態(tài)系統(tǒng)是地球生命支持系統(tǒng)的基本組成單元，維持并不斷增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能是全人類在新世紀(jì)所面臨的共同挑戰(zhàn)。但是自工業(yè)革命以來，由于人口劇增以及過快的工業(yè)化進(jìn)程使得生態(tài)系統(tǒng)提供產(chǎn)品和服務(wù)的功能受到了極大的損害。
[0003]目前水生態(tài)被破壞的表象表征:河水黑臭、富營養(yǎng)化嚴(yán)重、生物鏈嚴(yán)重殘缺、腐敗群占主導(dǎo)地位，甚至受到了核污染。
[0004]河流作為生態(tài)系統(tǒng)的一部分對人類有著至關(guān)重要的作用，因此，必須采取一系列措施來對河流進(jìn)行優(yōu)化，而我國地域遼闊，無法對大量的河流進(jìn)行全面的檢測，那么如何對河流水生態(tài)系統(tǒng)合理選擇采樣點(diǎn)是面臨的重要問題。
[0005]現(xiàn)有方法的采樣點(diǎn)不能全面準(zhǔn)確的反映河流的水質(zhì)情況，因此，河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)的優(yōu)選成為現(xiàn)在主要研究的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法的采樣點(diǎn)不能全面準(zhǔn)確的反映河流的水質(zhì)情況，而提出了基于聚類的河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)優(yōu)選方法。
[0007]基于聚類的河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)優(yōu)選方法，它按以下步驟實現(xiàn):
[0008]—、對原始采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0009](I)對河流水質(zhì)采樣斷面與取樣點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置；
[0010](2)候選能直接反映河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果的指標(biāo)；
[0011](3)在SPSS軟件中對步驟(2)中的指標(biāo)進(jìn)行篩選，篩選原則為:
[0012](a)計算指標(biāo)對河流水生態(tài)系統(tǒng)特征貢獻(xiàn)率；
[0013](b)對指標(biāo)的獨(dú)立性進(jìn)行分析:首先對指標(biāo)進(jìn)行正太分布檢驗，然后對符合正太分布的指標(biāo)采用Pearson相關(guān)分析，不符合正太分布的指標(biāo)采用Spearman秩相關(guān)分析；
[0014](c)最后根據(jù)顯著性水平確定各指標(biāo)間信息重疊程度，選取其中相對獨(dú)立和重要的指標(biāo)作為評價指標(biāo)；
[0015]二、對河流水生態(tài)系統(tǒng)的采樣點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行模糊C均值聚類；
[0016](I)將每個指標(biāo)作為一類，選擇距離公式并計算各類指標(biāo)之間的距離，；
[0017](2)找出距離最近的兩類指標(biāo)，將其合并，并為新的一類指標(biāo)重新定義新類與原類之間的距離；
[0018](3)反復(fù)步驟(2)使類與類之間不斷合并，最后全部樣本歸為一類，則聚類過程結(jié)束；
[0019](4)計算各指標(biāo)權(quán)重，并進(jìn)行從大到小的排序，同時結(jié)合點(diǎn)位優(yōu)化原則進(jìn)行監(jiān)測斷面的優(yōu)化；
[0020]三、結(jié)合步驟一的指標(biāo)與監(jiān)測斷面與步驟二中的聚類結(jié)果選擇權(quán)重系數(shù)大的指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。
[0021]發(fā)明效果:
[0022]本發(fā)明通過進(jìn)行對河流水質(zhì)采樣斷面與取樣點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置可以對龐大的河流水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行初步的優(yōu)化，然后通過對指標(biāo)進(jìn)行聚類優(yōu)化，可以將相似的指標(biāo)歸為一類，以免重復(fù)選取，尤其是計算權(quán)重來確定各類指標(biāo)的影響，進(jìn)而對河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)選。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明流程圖。
【具體實施方式】
[0024]【具體實施方式】一:本實施方式的基于聚類的河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)優(yōu)選方法，它
[0025]按以下步驟實現(xiàn):
[0026]二、對原始采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0027](3)對河流水質(zhì)采樣斷面與取樣點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置；
[0028](4)候選能直接反映河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果的指標(biāo)；
[0029](3)在SPSS軟件中對步驟(2)中的指標(biāo)進(jìn)行篩選，篩選原則為:
[0030](a)計算指標(biāo)對河流水生態(tài)系統(tǒng)特征貢獻(xiàn)率；
[0031](b)對指標(biāo)的獨(dú)立性進(jìn)行分析:首先對指標(biāo)進(jìn)行正太分布檢驗，然后對符合正太分布的指標(biāo)采用Pearson相關(guān)分析，不符合正太分布的指標(biāo)采用Spearman秩相關(guān)分析；
[0032](c)最后根據(jù)顯著性水平確定各指標(biāo)間信息重疊程度，選取其中相對獨(dú)立和重要的指標(biāo)作為評價指標(biāo)；
[0033]二、對河流水生態(tài)系統(tǒng)的采樣點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行模糊C均值聚類；
[0034](I)將每個指標(biāo)作為一類，選擇距離公式并計算各類指標(biāo)之間的距離，；
[0035](2)找出距離最近的兩類指標(biāo)，將其合并，并為新的一類指標(biāo)重新定義新類與原類之間的距離；
[0036](3)反復(fù)步驟(2)使類與類之間不斷合并，最后全部樣本歸為一類，則聚類過程結(jié)束；
[0037](4)計算各指標(biāo)權(quán)重，并進(jìn)行從大到小的排序，同時結(jié)合點(diǎn)位優(yōu)化原則進(jìn)行監(jiān)測斷面的優(yōu)化；
[0038]三、結(jié)合步驟一的指標(biāo)與監(jiān)測斷面與步驟二中的聚類結(jié)果選擇權(quán)重系數(shù)大的指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。
[0039]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中的對河流水質(zhì)采樣斷面與取樣點(diǎn)設(shè)置為:
[0040](— )一般情況下應(yīng)布設(shè)對照、控制、消減三種類型的斷面，取樣斷面的布設(shè)主要遵循以下原則
[0041](I)在調(diào)查范圍的兩端應(yīng)布設(shè)取樣斷面；
[0042](2)調(diào)查范圍內(nèi)重點(diǎn)保護(hù)對象附近水域應(yīng)布設(shè)取樣斷面；
[0043](3)水文特征突然化處;水質(zhì)急劇變化處;重點(diǎn)水工構(gòu)筑物;附近應(yīng)布設(shè)取樣斷面；
[0044](4)水文站附近等應(yīng)布設(shè)采樣斷面，并適當(dāng)考慮水質(zhì)預(yù)測關(guān)心點(diǎn)；
[0045](5)在擬建成排污口上游500m處應(yīng)設(shè)置一個取樣斷面；
[0046](二)取樣斷面上水質(zhì)取樣垂線設(shè)置的原則
[0047]每個斷面處按照河寬布設(shè)水質(zhì)取樣垂線；
[0048]當(dāng)河流斷面形狀為矩形或相近于矩形時，可按下列原則布設(shè)
[0049]小河:在取樣斷面的主流線上設(shè)一條取樣垂線；
[0050]大和中河:河寬小于45m者，共設(shè)兩條取樣垂線，在取樣斷面上各距岸邊1/4水面寬處各設(shè)一條取樣垂線；河寬大于45m者，共設(shè)三條取樣垂線，在主流線上及距兩岸不少于0.45m,并有明顯水流的地方各設(shè)一條取樣垂線；
[0051](三)垂線上水質(zhì)取樣點(diǎn)設(shè)置的原則
[0052]每根垂線上按照水深布設(shè)水質(zhì)取樣點(diǎn)；
[0053]在一條垂線上，水深大于5m時，在水面下0.5m水深處及在距河底0.5m處，各取樣一個;水深為I?5m時，只在水面下0.5m處取一個樣;在水深不足Im時，取樣點(diǎn)距水面不應(yīng)小于0.3m,距河底也不應(yīng)小于0.3m ；
[0054]對于三級評價的小河，不論河水深淺，只在一條垂線上取一個樣，一般情況下取樣點(diǎn)應(yīng)在水面下0.5m處，距河底不應(yīng)小于0.3m。
[0055]其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
【主權(quán)項】
1.基于聚類的河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)優(yōu)選方法，其特征在于它按以下步驟實現(xiàn): 一、對原始采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理； (1)對河流水質(zhì)采樣斷面與取樣點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置； (2)候選能直接反映河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果的指標(biāo)； (3)在SPSS軟件中對步驟(2)中的指標(biāo)進(jìn)行篩選，篩選原則為: (a)計算指標(biāo)對河流水生態(tài)系統(tǒng)特征貢獻(xiàn)率； (b)對指標(biāo)的獨(dú)立性進(jìn)行分析:首先對指標(biāo)進(jìn)行正太分布檢驗，然后對符合正太分布的指標(biāo)采用Pearson相關(guān)分析，不符合正太分布的指標(biāo)采用Spearman秩相關(guān)分析； (c)最后根據(jù)顯著性水平確定各指標(biāo)間信息重疊程度，選取其中相對獨(dú)立和重要的指標(biāo)作為評價指標(biāo)； 二、對河流水生態(tài)系統(tǒng)的采樣點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行模糊C均值聚類； (1)將每個指標(biāo)作為一類，選擇距離公式并計算各類指標(biāo)之間的距離，； (2)找出距離最近的兩類指標(biāo)，將其合并，并為新的一類指標(biāo)新定義新類與原類之間的距離； (3)反復(fù)步驟(2)使類與類之間不斷合并，最后全部樣本歸為一類，則聚類過程結(jié)束； (4)計算各指標(biāo)權(quán)重，并進(jìn)行從大到小的排序，同時結(jié)合點(diǎn)位優(yōu)化原則進(jìn)行檢測斷面的優(yōu)化； 三、結(jié)合步驟一的指標(biāo)與檢測斷面與步驟二中的聚類結(jié)果選擇權(quán)重系數(shù)大的指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚類的河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)優(yōu)選方法，其特征在于步驟一中的對河流水質(zhì)采樣斷面與取樣點(diǎn)設(shè)置為: (一)一般情況下應(yīng)布設(shè)對照、控制、消減三種類型的斷面，取樣斷面的布設(shè)主要遵循以下原則: (1)在調(diào)查范圍的兩端應(yīng)布設(shè)取樣斷面； (2)調(diào)查范圍內(nèi)重點(diǎn)保護(hù)對象附近水域應(yīng)布設(shè)取樣斷面； (3)水文特征突然化處;水質(zhì)急劇變化處;重點(diǎn)水工構(gòu)筑物;附近應(yīng)布設(shè)取樣斷面； (4)水文站附近等應(yīng)布設(shè)采樣斷面，并適當(dāng)考慮水質(zhì)預(yù)測關(guān)心點(diǎn)； (5)在擬建成排污口上游500m處應(yīng)設(shè)置一個取樣斷面； (二)取樣斷面上水質(zhì)取樣垂線設(shè)置的原則 每個斷面處按照河寬布設(shè)水質(zhì)取樣垂線； 當(dāng)河流斷面形狀為矩形或相近于矩形時，可按下列原則布設(shè): 小河:在取樣斷面的主流線上設(shè)一條取樣垂線； 大和中河:河寬小于45m者，共設(shè)兩條取樣垂線，在取樣斷面上各距岸邊1/4水面寬處各設(shè)一條取樣垂線；河寬大于45m者，共設(shè)三條取樣垂線，在主流線上及距兩岸不少于0.45m，并有明顯水流的地方各設(shè)一條取樣垂線； (三)垂線上水質(zhì)取樣點(diǎn)設(shè)置的原則 每根垂線上按照水深布設(shè)水質(zhì)取樣點(diǎn)； 在一條垂線上，水深大于5m時，在水面下0.5m水深處及在距河底0.5m處，各取樣一個；水深為I?5m時，只在水面下0.5m處取一個樣；在水深不足Im時，取樣點(diǎn)距水面不應(yīng)小于.0.3m,距河底也不應(yīng)小于0.3m ； 對于三級評價的小河，不論河水深淺，只在一條垂線上取一個樣，一般情況下取樣點(diǎn)應(yīng)在水面下0.5m處，距河底不應(yīng)小于0.3m。
【專利摘要】基于聚類的河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)優(yōu)選方法，本發(fā)明涉及基于聚類的河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)優(yōu)選方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法的采樣點(diǎn)不能全面準(zhǔn)確地反映河流水的水質(zhì)情況，而提出了基于聚類的河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測采樣點(diǎn)優(yōu)選方法。一、對原始采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；二、對河流水生態(tài)系統(tǒng)的采樣點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行模糊C均值聚類；三、結(jié)合步驟一的指標(biāo)與檢測斷面與步驟二中的聚類結(jié)果對采樣點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明應(yīng)用于河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測領(lǐng)域。
【IPC分類】G06F19/00, G06K9/62
【公開號】CN105678056
【申請?zhí)枴緾N201511023704
【發(fā)明人】張豫, 何衍海, 楊敬鋒, 張金團(tuán), 李茂 , 蘇方偉
【申請人】張豫
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2015年12月29日