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专利号: 2023116814920
申请人: 天津市扬天环保科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-08-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种环境保护监测用水质监测系统,其特征在于:所述系统包括环境数据采集模块、数据预处理模块、智能采样决策模块、远程采样执行模块、样本预处理模块、数据融合分析模块、实时监控模块、智能预警与报告模块;

所述环境数据采集模块基于传感器网络,采用实时监测算法,收集环境参数并生成数据,建立环境参数数据集;

所述数据预处理模块基于环境参数数据集,采用数据清洗和归一化算法,进行预处理,生成预处理后的环境数据集;

所述智能采样决策模块基于预处理后的环境数据集,采用包括CNN和LSTM的深度学习进行采样点和时间的智能决策,生成智能采样计划;

所述远程采样执行模块根据智能采样计划,通过自动化无人船或无人机执行采样操作,生成水样采集集合;

所述样本预处理模块基于水样采集集合,使用微流控技术进行样本的即时化学分析和保存条件调节,生成预处理后的样本集;

所述数据融合分析模块基于预处理后的样本集和多源数据,采用数据融合算法,通过卡尔曼滤波器进行综合分析,生成融合分析报告;

所述实时监控模块基于融合分析报告,利用互动式地图和实时数据流展示进行环境监控,生成实时监控数据集;

所述智能预警与报告模块基于实时监控数据集,采用随机森林算法,生成智能预警和水质报告;

所述环境参数数据集包括温度、湿度、光照强度数据,所述预处理后的样本集具体为化学处理和保存条件调整后的样本,所述智能预警和水质报告具体为基于数据分析得出的预警信息和水质状况报告;

所述智能采样决策模块包括模式识别子模块、时间序列预测子模块、决策优化子模块;

所述模式识别子模块基于预处理后的环境数据集,采用卷积神经网络进行复杂环境模式的识别和分析,生成环境模式分析结果;

所述时间序列预测子模块基于环境模式分析结果,采用长短期记忆网络分析时间序列数据,预测未来时间段内环境变化,生成时间序列预测结果;

所述决策优化子模块基于时间序列预测结果,采用遗传算法,进行采样点和时间的最终决策,生成智能采样计划;

所述卷积神经网络算法具体为提取和学习数据中的空间特征,用于识别复杂环境模式,所述长短期记忆网络具体为处理和预测数据随时间变化的行为,优化采样时间决策,所述遗传算法具体为模拟自然选择过程,寻找最优采样点和时间的解决方案。

2.根据权利要求1所述的环境保护监测用水质监测系统,其特征在于:所述环境数据采集模块包括温度传感子模块、湿度传感子模块、光照强度传感子模块;

所述数据预处理模块包括数据清洗子模块、数据标准化子模块、数据校验子模块;

所述远程采样执行模块包括无人船控制子模块、无人机操作子模块、样本收集子模块;

所述样本预处理模块包括化学分析子模块、保存条件调节子模块、数据上传子模块;

所述数据融合分析模块包括数据整合子模块、模式分析子模块、空间分析子模块;

所述实时监控模块包括地图展示子模块、数据流处理子模块、用户交互子模块;

所述智能预警与报告模块包括预警分析子模块、报告生成子模块、数据备份子模块。

3.根据权利要求2所述的环境保护监测用水质监测系统,其特征在于:所述温度传感子模块基于传感器网络,采用热敏电阻或热电偶技术,实时监测水体温度,进行数据采集,生成水体温度数据;

所述湿度传感子模块基于水体温度数据,采用电容式或电阻式湿度传感器,测量空气湿度,生成空气湿度数据;

所述光照强度传感子模块基于空气湿度数据,采用光敏电阻或光电二极管传感器,监测日照强度,生成日照强度数据,整合预处理后的环境数据集。

4.根据权利要求2所述的环境保护监测用水质监测系统,其特征在于:所述数据清洗子模块基于预处理后的环境数据集,采用卷积神经网络进行复杂模式识别,识别关键采样区域,并归类关键采样区域识别结果;

所述数据标准化子模块基于关键采样区域识别结果,采用长短期记忆网络进行时间序列分析,生成最佳采样时间点预测结果;

所述数据校验子模块基于最佳采样时间点预测结果,采用优化算法参照包括环境、资源可用性、成本、时间约束、数据质量要求的多项参数,制定最终的采样计划,生成智能采样计划;

所述卷积神经网络具体为通过多层神经网络自动提取数据特征,所述长短期记忆网络具体指通过循环神经网络结构,学习和预测数据在时间序列上的变化趋势,所述优化算法具体为应用线性规划、遗传算法,参照成本、效率和准确性因素,获取最优采样决策。

5.根据权利要求2所述的环境保护监测用水质监测系统,其特征在于:所述无人船控制子模块基于智能采样计划,采用自动导航和控制算法,指导无人船进行采样操作,生成无人船采样数据;

所述无人机操作子模块基于无人船采样数据,采用飞行控制算法,指导无人机进行采样,生成无人机采样数据;

所述样本收集子模块基于无人机采样数据,采用自动化样本收集技术,进行水样的收集和保存,生成水样采集集合,整合远程采样执行模块的执行结果;

所述自动化样本收集技术具体为使用机械臂或容器系统自动收集和封存水样。

6.根据权利要求2所述的环境保护监测用水质监测系统,其特征在于:所述化学分析子模块基于水样采集集合,采用微流控芯片技术进行水样中的化学成分分析,生成化学分析结果;

所述保存条件调节子模块基于化学分析结果,采用自动化环境调节系统对样本进行pH调节和温度控制,生成环境调节后的样本;

所述数据上传子模块基于环境调节后的样本,采用云存储技术上传样本数据至云平台进行存储和备份,生成预处理后的样本集;

所述微流控芯片技术具体为利用微型化实验室技术,进行化学成分检测,所述云存储技术具体为将样本数据安全上传至云端。

7.根据权利要求2所述的环境保护监测用水质监测系统,其特征在于:所述数据整合子模块基于预处理后的样本集和多源数据,采用数据整合技术合并多类数据,生成整合后的数据集;

所述模式分析子模块基于整合后的数据集,采用具体为支持向量机的机器学习算法,识别水质变化模式,生成模式识别分析结果;

所述空间分析子模块基于模式识别分析结果,采用地理信息系统技术进行空间分布分析,生成融合分析报告;

所述机器学习算法具体为分析数据集中的模式,用于识别潜在水质问题,所述地理信息系统技术具体为分析水质数据在空间上的分布,识别关键影响区域。

8.根据权利要求2所述的环境保护监测用水质监测系统,其特征在于:所述地图展示子模块基于融合分析报告,采用地理信息系统和交互式地图技术,展示环境监测数据的空间分布,生成空间监控地图数据;

所述数据流处理子模块基于空间监控地图数据,采用实时数据处理技术,基于流数据处理框架,处理和更新监控数据流,生成实时更新的监控数据;

所述用户交互子模块基于实时更新的监控数据,采用用户交互设计,提供定制化的监控界面和反馈机制,生成实时监控数据集;

所述地理信息系统和交互式地图技术具体为将监测数据与地理位置结合,所述用户交互设计具体为创建易于操作和理解的用户界面,允许用户根据需求调整监控设置和查看目标数据。

9.根据权利要求2所述的环境保护监测用水质监测系统,其特征在于:所述预警分析子模块基于实时监控数据集,采用机器学习算法,基于随机森林分析潜在的环境风险和异常,生成环境风险分析结果;

所述报告生成子模块基于环境风险分析结果,采用报告生成工具,编制环境状态报告和预警通知,建立智能预警和水质报告;

所述数据备份子模块基于智能预警和水质报告,采用数据备份系统,对关键信息进行存储和备份,保障数据的长期安全和可访问性;

所述机器学习算法具体为通过分析历史和实时数据,预测环境异常和趋势,所述报告生成工具具体为自动化生成包括关键数据和分析结果的报告。