一種糾錯(cuò)能力可控的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性提升方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種糾錯(cuò)能力可控的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性提升方法，首先對(duì)被測(cè)水域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置測(cè)點(diǎn)矩陣，采集數(shù)據(jù)，當(dāng)測(cè)點(diǎn)陣列均正常運(yùn)行時(shí)，同一水層以及同一垂方向上，所有測(cè)點(diǎn)應(yīng)該滿足一定的相互關(guān)系，判斷矩陣元素小于2，則直接輸出數(shù)據(jù)；當(dāng)不滿足相互關(guān)系時(shí)，判斷矩陣元素等于2，判斷該測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)不可靠，采用同一水層其他測(cè)點(diǎn)的平均值進(jìn)行糾正，糾正后，將測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)輸出，本發(fā)明可以對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)，提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性；同時(shí)，其糾錯(cuò)行為可人為控制，當(dāng)參數(shù)取最小值時(shí)系統(tǒng)的糾錯(cuò)功能不運(yùn)作，而當(dāng)參數(shù)取最大值時(shí)系統(tǒng)對(duì)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)生的任意偏移均認(rèn)為發(fā)生故障，強(qiáng)制糾錯(cuò)。
【專利說(shuō)明】
一種糾錯(cuò)能力可控的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性提升方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種水質(zhì)的測(cè)試方法，尤其是一種糾錯(cuò)能力可控的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠 性提升方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和環(huán)保行業(yè)中，存在大量工程需要對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如污水處理、水 產(chǎn)養(yǎng)殖等。這些水質(zhì)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)是通過(guò)多個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)的。比如用PH傳感器實(shí)現(xiàn)PH值的測(cè) 量，用溶解氧傳感器實(shí)現(xiàn)水中含氧量的測(cè)量。
[0003] 這些測(cè)量數(shù)據(jù)為后繼的決策提供了依據(jù)。以水產(chǎn)養(yǎng)殖為例，需要對(duì)水中的融氧量 進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，一旦水中氧氣過(guò)少，需及時(shí)用氣栗進(jìn)行加氧。而如果傳感器發(fā)生故障，測(cè) 量數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)差距較大的話，可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重后果。比如，水中氧氣量很小，而傳感數(shù) 據(jù)錯(cuò)誤，顯示認(rèn)為水中氧氣量足夠，那么就不會(huì)進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)氧，導(dǎo)致水產(chǎn)品因缺氧發(fā)生大 規(guī)模死亡。因此，如何確保傳感系統(tǒng)的可靠性具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]通常說(shuō)來(lái)，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性可以通過(guò)以下途徑實(shí)現(xiàn)。
[0005] 1)選用高質(zhì)量高可靠性的傳感器:可選用國(guó)外進(jìn)口的高檔傳感器，如美國(guó)哈希傳 感器、德國(guó)E+H傳感器等，以降低故障發(fā)生的概率。但需要指出該方法在實(shí)際運(yùn)用中存在較 多問題，如：（1)成本過(guò)高；（2)高檔傳感器總體質(zhì)量較好，發(fā)生故障的概率較小，但總體概率 不能代表個(gè)體實(shí)例，即使采用高檔傳感器也不能確保用戶所測(cè)數(shù)據(jù)可靠。
[0006] 2)采用硬件冗余:在某個(gè)測(cè)點(diǎn)采用多組完全一樣的傳感器同時(shí)對(duì)某個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)對(duì) 象進(jìn)行測(cè)量，對(duì)比所有傳感器的輸出值，判斷其實(shí)際數(shù)據(jù)值。該方法最為可靠，但其經(jīng)濟(jì)成 本需要在原有基礎(chǔ)上翻數(shù)倍，成本巨大。
[0007] 3)發(fā)明ZL201410396348.7(提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性的方法)采用不同測(cè)點(diǎn)間的 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相互的糾錯(cuò)，能在不顯著提高成本的條件下顯著提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何通過(guò)特定參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)明ZL201410396348.7 中水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)能力，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人員的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)的可靠性。
[0009] 為了解決技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種糾錯(cuò)能力可控的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)可靠性提升方法，包括如下步驟： 步驟[1]將目標(biāo)水域在垂直方向上劃分為近表層、中層、近底層，每層分別布置11測(cè)點(diǎn)， 所述近表層、中層、近底層中的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分別記作[Xl·%，.. .Xi...;]，出々，...Yi...， Yn]和[z^z^. . .Zi. . .，Zn]，其中Xi，Yi，Zi分別是所述近表層、中層、近底層中的第i個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù) 據(jù)，i = l，2,. . .，n;設(shè)目標(biāo)水域界面面積為A，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的覆蓋面積為S，則有η · S多A; 步驟[2]利用多組正常狀態(tài)下近表層、中層、近底層中的測(cè)點(diǎn)采集的歷史數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練 樣本，采用支持向量回歸方法分別建立近表層、中層、近底層同一水層測(cè)點(diǎn)間的內(nèi)在關(guān)系 式： Xn = WXl X Xl+WX2 X X2+...+WXj X Xj + H.+WXn-1 X Xn-l_bx Yn = WYl X Y1+WY2X Y2+-,,+WYj X Yj + '-'+WYn-l X Υη-1-bY Zn = WZl X Zl+WZ2 X Z2+· · .+WZj X Zj + · · .+WZn-1X Zn-l_bz 其中，Wij，WYj，WZj分別為近表層、中層、近底層中測(cè)點(diǎn)Xj，Yj，Zj的權(quán)重系數(shù)，j = 1，2，…， n-1 ;bx、bY、bz為近表層、中層、近底層內(nèi)在關(guān)系式的偏置量； 同理，采用支持向量回歸方法分別建立近表層、中層、近底層在同一垂直方向上的三層 測(cè)點(diǎn)間的內(nèi)在關(guān)系式： Xi=w' yi X Yi+w' zi X Zi-bci 其中，w'yi，w'zi分別為第i個(gè)垂面方向上的測(cè)點(diǎn)Yi，Zi的權(quán)重系數(shù)，bCi為第i個(gè)垂直方向 上的三層測(cè)點(diǎn)間內(nèi)在關(guān)系式的偏置量； 步驟[3]給定指標(biāo)函數(shù)心〇4)、5(￥4)43(24)用于評(píng)價(jià)近表層、中層、近底層中同一 水層測(cè)點(diǎn)運(yùn)行的可靠性，P參數(shù)用于調(diào)節(jié)評(píng)價(jià)的嚴(yán)格程度，〇<P<m m為常數(shù)變量；

是利用支持向量回歸方法計(jì)算的預(yù) 測(cè)值，與實(shí)測(cè)值Xn、Yn、Zr^比較； 給定指標(biāo)函數(shù)61(&，￥1，21，0)用于評(píng)價(jià)第丨個(gè)垂面方向的三個(gè)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行的可靠性： Gi(Xi, Yi, Zi, P) = | w' yi X Yi+w' zi X Zi-bci-Xi | -Rci (p)
其中，《%1乂￥1+?%1乂21七1是采用支持向量回歸方法計(jì)算的預(yù)測(cè)值，與實(shí)測(cè)值乂 1相比 較； 步驟[4]設(shè)立判斷矩陣D為：
其中，DXl，DYl，DZl，分別為用于判斷近表層、中層、近底層第i個(gè)測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)可 靠性的元素； 步驟[5]設(shè)定參數(shù)P，所述近表層、中層、近底層中的測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，將[Xi， X2,. . .Xl . .，Xn]代入fi(X，P)，若fi(X，P)小于或者等于0,則判斷矩陣D中第1行元素均為0; 若fKXj)大于0,則判斷矩陣D中第1行元素均為1;將[Yi%，. . .Yi. . .，Yn]代入f2(Y，P)，若 f2(Y，P)小于或者等于0,則判斷矩陣D中第2行元素均為0;gf2(Y，P)大于0,則判斷矩陣D中 第2行元素均為1;將[Z^Zs，. . .Zl . .，Zn]代入f3(Z，P)，若f3(Z，P)小于或者等于0,則判斷矩 陣D中第3行元素均為0,若f 3(Z，P)大于0,則判斷矩陣D中第3行元素均為1;將目標(biāo)水域同一 垂直方向上的三層測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)Xi、Yi和Zi代入 于或者等于〇,則判斷矩陣D中[DXl，DYl，DZl]整列元素加0;反之，則判斷矩陣D中[D Xl，DYl，DZl] 整列元素加1; 步驟[6]當(dāng)判斷矩陣D中DXl、DYl或者DZl等于2時(shí)，則判定與判斷矩陣D中等于2的元素相 對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)不可靠，定位故障測(cè)點(diǎn)位置，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，采用故障測(cè)點(diǎn)所在 水層其他測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值代替不可靠的測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，糾正后，輸出 近表層、中層、近底層測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)；當(dāng)判斷矩陣中D Xl、DYl和021均小于2時(shí)，則判定測(cè) 點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)可靠，輸出近表層、中層、近底層測(cè)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)。
[0010] 進(jìn)一步地，步驟[3]，m等于10，P取值[0:10] ^取值越大，則對(duì)故障的定義越嚴(yán)格， 對(duì)應(yīng)的糾錯(cuò)行為越多；當(dāng)P=m時(shí)，測(cè)點(diǎn)與模型存在任意大小的偏離均認(rèn)為發(fā)生故障，算法將 頻繁進(jìn)行糾錯(cuò);反之，當(dāng)P = 〇時(shí)，測(cè)點(diǎn)與模型存在任意大小的偏離均認(rèn)為沒有發(fā)生故障，算 法將不進(jìn)行糾錯(cuò)。系統(tǒng)的糾錯(cuò)能力可由參數(shù)P實(shí)現(xiàn)控制。
[0011] 本發(fā)明的有益效果為：1)首先對(duì)被測(cè)水域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)置測(cè)點(diǎn)矩陣，采集數(shù) 據(jù)，當(dāng)測(cè)點(diǎn)陣列均正常運(yùn)行時(shí)，同一水層以及同一垂方向上，所有測(cè)點(diǎn)應(yīng)該滿足一定的相互 關(guān)系，判斷矩陣元素小于2，則直接輸出數(shù)據(jù)；當(dāng)不滿足相互關(guān)系時(shí)，判斷矩陣元素等于2，判 斷該測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)不可靠，采用同一水層其他測(cè)點(diǎn)的平均值進(jìn)行糾正，糾正后，將測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)輸 出，本發(fā)明改進(jìn)在于，包括：（1)不同測(cè)點(diǎn)之間相互關(guān)系式求解方式；（2)測(cè)點(diǎn)故障判斷（即判 斷矩陣D生成環(huán)節(jié)），首先采用支持向量回歸（Support Vector Regression,SVR)方法替代 原發(fā)明中分別采用支持向量數(shù)據(jù)描述與多元線性回歸方法對(duì)兩類函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一擬合，避免 算法不統(tǒng)一對(duì)測(cè)點(diǎn)故障診斷靈敏度的影響，其次在判斷矩陣D的生成環(huán)節(jié)，引進(jìn)了參數(shù)pe [0:m]對(duì)過(guò)程進(jìn)行控制，P取值越大，則對(duì)故障的定義越嚴(yán)格，對(duì)應(yīng)的糾錯(cuò)行為越多；當(dāng)p=m 時(shí)，測(cè)點(diǎn)與模型存在任意大小的偏離均認(rèn)為發(fā)生故障，算法將頻繁進(jìn)行糾錯(cuò);反之，當(dāng)P = 〇 時(shí)，測(cè)點(diǎn)與模型存在任意大小的偏離均認(rèn)為沒有發(fā)生故障，算法將不進(jìn)行糾錯(cuò);本發(fā)明可以 對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)，提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性；同時(shí)，其糾錯(cuò)行為可人為控制，當(dāng)參數(shù) 取最小值時(shí)系統(tǒng)的糾錯(cuò)功能不運(yùn)作，而當(dāng)參數(shù)取最大值時(shí)系統(tǒng)對(duì)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)生的任意偏移 均認(rèn)為發(fā)生故障，強(qiáng)制糾錯(cuò)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1所示為本發(fā)明的方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0014] 如圖1所示，一種糾錯(cuò)能力可控的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性提升方法，包括如下步驟： 步驟[1]將目標(biāo)水域在垂直方向上劃分為近表層、中層、近底層，每層分別布置11測(cè)點(diǎn)， 所述近表層、中層、近底層中的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分別記作[Xi，X2, . . .Xi. . . ,Χη]，％*，. . .Yi...， Yn]和[Z^Z^ . . .Zi. . .，Zn]，其中Xi，Yi，Zi分別是所述近表層、中層、近底層中的第i個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù) 據(jù)，i = l，2,. . .，n;設(shè)目標(biāo)水域界面面積為A，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的覆蓋面積為S，則有η · S多A;所述 測(cè)點(diǎn)可以為ΡΗ傳感器或者溶解氧傳感器及其他傳感器，取決于實(shí)際的測(cè)試需求； 步驟[2]利用多組正常狀態(tài)下近表層、中層、近底層中的測(cè)點(diǎn)采集的歷史數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練 樣本，采用支持向量回歸方法分別建立近表層、中層、近底層同一水層測(cè)點(diǎn)間的內(nèi)在關(guān)系 式： Xn = WXl X Xl+WX2 X Χ2+· · -+WXj X Xj + · · -+WXn-l X Xn-l~bx ( 1 ) Yn = WYl X Y1+WY2X Y2+-,,+WYj X Yj + ---+WYn-l X Yn-1-by (2) Zn=wzi X Z1+WZ2 X Z2+· · .+wzj X Zj+· · .+wzn-1X Zn-i_bz (3) 其中，Wij，WYj，WZj分別為近表層、中層、近底層中測(cè)點(diǎn)Xj，Yj，Zj的權(quán)重系數(shù)，j = 1，2，…， n-1 ;bx、bY、bz為近表層、中層、近底層內(nèi)在關(guān)系式的偏置量； 同理，采用支持向量回歸方法分別建立近表層、中層、近底層在同一垂直方向上的三層 測(cè)點(diǎn)間的內(nèi)在關(guān)系式： Xi=w' yi X Yi+w' zi X Zi-bci (4) 其中，w'yi，w'zi分別為第i個(gè)垂面方向上的測(cè)點(diǎn)Yi，Zi的權(quán)重系數(shù)，bCi為第i個(gè)垂直方向 的三層測(cè)點(diǎn)間內(nèi)在關(guān)系式的偏置量； 所有的權(quán)重系數(shù)和偏置量均可以通過(guò)支持向量回歸方法計(jì)算而出； 當(dāng)所有測(cè)點(diǎn)正常運(yùn)行時(shí)有：
w'yiXYi+w'ziXZi-bci-Xi = 0,1 = 1,2,. . . ,η (8) 步驟[3]給定指標(biāo)函數(shù)心〇4)、5(￥4)43(24)用于評(píng)價(jià)近表層、中層、近底層中同一 水層測(cè)點(diǎn)運(yùn)行的可靠性，Ρ參數(shù)用于調(diào)節(jié)評(píng)價(jià)的嚴(yán)格程度，〇<P<m m為常數(shù)變量;m可以取 10,也可以取100,數(shù)值越大，越利于P的調(diào)節(jié)；


是利用支持向量回歸方法計(jì)算的預(yù) 測(cè)值，與實(shí)測(cè)值乂^^上：相比較沘如油于被測(cè)對(duì)象為實(shí)際物理對(duì)象洳水中溶氧率或者卩!！ 值等，SVR擬合所得函數(shù)
，與實(shí)測(cè)值Xn均大于等于0,又彼此接近，
為實(shí)際值與預(yù)測(cè)值之間的差距； 給定指標(biāo)函數(shù)61(&，￥1，21，0)用于評(píng)價(jià)第丨個(gè)垂面方向的三個(gè)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行的可靠性： Gi(Xi, Yi,Zi,Ρ) = | w'yi X Yi+w'zi X Zi-bci-Xi | -Rci(P) (15)
其中，《%1乂￥1+?%1乂21七1是采用支持向量回歸方法計(jì)算的預(yù)測(cè)值，與實(shí)測(cè)值乂 1相比 較； 步驟[4]設(shè)立判斷矩陣D為：
其中，DXl，DYl，DZl，分別為用于判斷近表層、中層、近底層第i個(gè)測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)可 靠性的元素； 步驟[5]設(shè)定參數(shù)P，所述近表層、中層、近底層中的測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，將[Xi， X2,. . .Xl . .，Xn]代入fi(X，P)，若fi(X，P)小于或者等于0,則判斷矩陣D中第1行元素均為0; 若fKXj)大于0,則判斷矩陣D中第1行元素均為1;將[Yi%，. . .Yi. . .，Yn]代入f2(Y，P)，若 f2(Y，P)小于或者等于0,則判斷矩陣D中第2行元素均為0;gf2(Y，P)大于0,則判斷矩陣D中 第2行元素均為1;將[Z^Zs，. . .Zl . .，Zn]代入f3(Z，P)，若f3(Z，P)小于或者等于0,則判斷矩 陣D中第3行元素均為0,若f 3(Z，P)大于0,則判斷矩陣D中第3行元素均為1;將目標(biāo)水域同一 垂直方向上的三層測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)Xi、Yi和Zi代入GiUiJ^ZijhSGiUiJhZijVJ、 于或者等于〇,則判斷矩陣D中[DXl，DYl，DZl]整列元素加0;反之，則判斷矩陣D中[D Xl，DYl，DZl] 整列元素加1; 步驟[6]當(dāng)判斷矩陣D中DXl、DYl或者DZl等于2時(shí)，則判定與判斷矩陣D中等于2的元素相 對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)不可靠，定位故障測(cè)點(diǎn)位置，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，采用故障測(cè)點(diǎn)所在 水層其他測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值代替不可靠的測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，糾正后，輸出 近表層、中層、近底層測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)；當(dāng)判斷矩陣中D Xl、DYl和021均小于2時(shí)，則判定測(cè) 點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)可靠，輸出近表層、中層、近底層測(cè)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)。 這里簡(jiǎn)單介紹現(xiàn)有技術(shù):支持向量回歸方法(Support Vector Regression,SVR)是一 種經(jīng)典的函數(shù)擬合方法，該方法以統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，擬合出給定 樣本滿足的分布函數(shù)。給定一組訓(xùn)練樣本{(^^^，...，（^^~^，該樣本集包含正常運(yùn)行 條件下的N個(gè)樣本數(shù)據(jù)，其中 Xl為系統(tǒng)的輸入，yi為輸出。支持向量回歸通過(guò)構(gòu)建如下 Lagrangian式擬合函數(shù)：
其中~，&>0為拉格朗日乘子，C、e及K( ·)為給定參數(shù)，為松弛因子。通過(guò)特定算法， 如Active set方法等，可對(duì)式（17)進(jìn)行求解，得到數(shù)據(jù)滿足的分布函數(shù)f(x)=w · x-b。面對(duì) 未知輸入數(shù)據(jù)時(shí)，可借助函數(shù)f(x)預(yù)測(cè)出其輸出。在本發(fā)明中，以近表層為例，可令輸入為 [XIX2,. . .，Xn-!]，輸出為Xn，通過(guò)SVR方法求解出相互關(guān)系式 Xn = WXl X Xl+WX2 X X2+...+WXi X Xi+H.+WXn-1 X Xn-l_bx。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種糾錯(cuò)能力可控的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性提升方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟[1]將目標(biāo)水域在垂直方向上劃分為近表層、中層、近底層，每層分別布置η測(cè)點(diǎn)， 所述近表層、中層、近底層中的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分別記作[Χ?，Χ2, . . . Xi. . .，Χη]，[Υ?，Υ2,... Yi. . .，Υη]和[Ζ?，Ζ2, . . . Zi. . .，Ζη]，其中Xi，Yi，Zi分別是所述近表層、中層、近底層中的第i 個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，i = l，2, . . .，n;設(shè)目標(biāo)水域界面面積為A，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的覆蓋面積為S，則有η · S >Α; 步驟[2]利用多組正常狀態(tài)下近表層、中層、近底層中的測(cè)點(diǎn)采集的歷史數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練 樣本，采用支持向量回歸方法分別建立近表層、中層、近底層同一水層測(cè)點(diǎn)間的內(nèi)在關(guān)系 式： Xn = WXl XXl+WX2 X 拉+...+WXj XXj + ...+WXn-l ΧΧη-廣 bx ( 1 ) Yn = WYl XYi+WY2 XY2+...+WYj XYj + ...+WYn-l X Yn-1-bv (2) Zn = WZl XZl+WZ2 XZ2+...+WZj XZj + ...+WZn-l XZn-廣bz (3) 其中，wxj，WYj，wzj分別為近表層、中層、近底層中測(cè)點(diǎn)Xj，Yj，Zj的權(quán)重系數(shù)，j = 1,2，…， n-1 ;bx、bY、bz為近表層、中層、近底層內(nèi)在關(guān)系式的偏置量； 同理，采用支持向量回歸方法分別建立近表層、中層、近底層在同一垂直方向上的Ξ層 測(cè)點(diǎn)間的內(nèi)在關(guān)系式： Xi=w'yi XYi+w'zi XZ 廣bci (4) 其中，W'yi，W'zi分別為第i個(gè)垂面方向上的測(cè)點(diǎn)Υι，Ζι的權(quán)重系數(shù)，為第i個(gè)垂直方向 上的Ξ層測(cè)點(diǎn)間內(nèi)在關(guān)系式的偏置量； 步驟[3]給定指標(biāo)函數(shù)fl(X，P)、f2(Y，P)、f3(Z，P)用于評(píng)價(jià)近表層、中層、近底層中同一 水層測(cè)點(diǎn)運(yùn)行的可靠性，P參數(shù)用于調(diào)節(jié)評(píng)價(jià)的嚴(yán)格程度，m為常數(shù)變量；其中，是利用支持向量回歸方法計(jì)算的預(yù) ii值，對(duì)應(yīng)地，Xn、Υη、Zn是實(shí)測(cè)值； 給定指標(biāo)函數(shù)61化，^，21，0)用于評(píng)價(jià)第1個(gè)垂面方向的；個(gè)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行的可靠性： Gi(Xi,Yi,Zi,P)二 W'yiXYi+W'ziXZi-bci-Xi -Rci(P)其中，W'ylXYl+W'zlXZl-bGl是采用支持向量回歸方法計(jì)算的預(yù)測(cè)值，對(duì)應(yīng)地，Xl是實(shí)測(cè) 值； 步驟[4]設(shè)立判斷矩陣D為：其中，0<1，0化此1，分別為用于判斷近表層、中層、近底層第1個(gè)測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)可 靠性的元素； 步驟[5]設(shè)定參數(shù)P，所述近表層、中層、近底層中的測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，將[XI， 拉，...Xi. . .，Xn]代入fi(X，P)，若fi(X，P)小于或者等于0,則判斷矩陣D中第1行元素均為0; 若fi(X，P)大于0,則判斷矩陣D中第1行元素均為1;將[Υ?，Υ2, . . . Yi. . .，Υη]代入f2(Y，P)，若 f2(Y，P)小于或者等于0,則判斷矩陣D中第2行元素均為0;若f2(Y，P)大于0,則判斷矩陣D中 第2行元素均為1;將[Zl，Z2, . . . Zi. . .，Zn]代入f3(Z，P)，若f3(Z，P)小于或者等于0,則判斷 矩陣D中第3行元素均為0,若f3(Z，P)大于0,則判斷矩陣D中第3行元素均為1;將目標(biāo)水域同 一垂直方向上的立層測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)Xi、Yi和Zi代入Gi(Xi，Yi，Zi，P)^Gi(Xi，Yi，Zi，P) 小于或者等于0,則判斷矩陣D中[Dxi，Dyi，Dzi]整列元素加0;反之，則判斷矩陣D中[Dxi，化1， Dzi]整列元素加1; 步驟[6巧判斷矩陣D中Dxi、Dyi或者Dzi等于2時(shí)，則判定與判斷矩陣D中等于2的元素相 對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)不可靠，定位故障測(cè)點(diǎn)位置，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，采用故障測(cè)點(diǎn)所在 水層其他測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值代替不可靠的測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，糾正后，輸出 近表層、中層、近底層測(cè)點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)；當(dāng)判斷矩陣中Dxi、Dyi和Dzi均小于2時(shí)，則判定測(cè) 點(diǎn)采集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)可靠，輸出近表層、中層、近底層測(cè)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)。2.如權(quán)利要求1所述的一種糾錯(cuò)能力可控的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠性提升方法，其特征在 于， 步驟[3]m等于10，P取值[0:10]。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106093329SQ201610476193
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】易輝, 劉宇芳, 姜斌
【申請(qǐng)人】南京工業(yè)大學(xué)