1.一种环境空气质量自动监测系统,其特征在于:包括数据收集模块、站点识别模块、数据关联模块和可信评估模块;
数据收集模块通过时间对齐和数据匹配,评估企业产出数据和监测数据的对应程度,所述产出数据是企业的生产数据,所述监测数据是企业内部的监测设备获得的环境监测数据,以发现可能的环境影响漏报或数据记录问题,并将发现可能的环境影响漏报或数据记录问题传递给站点识别模块;
数据收集模块包括以下内容:
使用统一的时间标准对数据源端时间进行同步,并对产出数据和监测数据的时间戳进行时间对齐;
具体如下:
对于每个时间点,计算产出数据和监测数据的时间差,即产出数据的时间戳减去监测数据的时间戳;
计算时间差的公式为:,其中,是时间漂移量,是产出数据的时间戳,是监测数据的时间戳;
对所有时间差进行统计分析,计算时间差的均值和标准差;
利用均值和标准差,确定异常时间差的阈值范围,确定时间差的阈值范围:将时间差的阈值范围设定为均值加减两倍标准差的时间差;
对于产出数据和监测数据中的每个时间点,检查其对应的时间差是否在异常时间差的范围内;
如果时间差超出异常时间差的范围,则将产出数据或监测数据的时间戳进行修正;
修正时间戳的公式为:,其中,是修正后的时间戳,是原始时间戳,是时间差的均值;
采用数据库查询进行匹配操作,根据时间戳,将产出数据和监测数据进行匹配,确保每个时间点对应正确的产出和监测数据;
使用SQL查询语言,在产出数据和监测数据所在的数据库中进行数据匹配;
在获得每个时间点对应产出和监测数据后,计算获得数据对应度,计算公式如下:;
其中,是数据对应度,是样本数量,是产出数据和监测数据的差异指标,即两者之间的欧氏距离;
将数据对应度和对应程度阈值进行比较,若数据对应度小于对应程度阈值,需要引起警惕,生成预警信号;反之,若数据对应度不小于对应程度阈值,生成可控信号;
站点识别模块利用GIS技术和空气扩散模型,定量评估外部监测站点对排放源的敏感程度,并根据排放影响范围的大小对外部监测站点进行排序,匹配外部监测站点,将排序情况发送至数据关联模块;
站点识别模块包括以下内容:
若未获得可控信号,从相关部门中获取排放源的详细信息;
获取外部监测站点的地理位置信息和监测数据;
使用GIS软件加载排放源和外部监测站点的地理信息数据,创建空间数据图层;运用GIS空间分析功能,计算排放源到外部监测站点的空间距离;
依据排放源为圆点,额定距离为半径,画圆获得覆盖园区,统计在园区内的外部监测站点,计算每个外部监测站点与排放源的关联程度,计算公式如下:;
其中,表示排放影响范围;
确定外部监测站点和排放源的地理位置,计算外部监测站点与排放源之间的方向角度,是风向角度;
获取环境质量标准,以及排放源附近的最大浓度;
根据方向角度和风向角度,计算风向调整因子;
使用空气扩散模型计算排放影响距离;
是水平方向上的标准差,表示排放物在水平方向上的扩散程度;是排放源附近的最大浓度,即在距离排放源最近处观测到的最高浓度值;是环境质量标准,也称为污染物浓度的阈值或限值;
按照排放影响范围程度,从大到小对外部监测站点进行排序,获取监测站点排序表;
数据关联模块将企业内部监测设备以及排序首位的外部监测站点的环境数据映射到高维特征空间,并比较两者的均值向量,揭示企业内部监测设备与外部监测站点之间环境数据分布的异同,反映潜在的异常情况,将环境数据分析数据发送至可信评估模块;
数据关联模块包括以下内容:
选取外部监测站点排序首位的外部监测站点,收集外部监测站点和企业内部监测设备的气体成分数据;
将外部监测站点和企业内部监测设备的各种环境监测数据按照时间对齐,构建多维特征向量,表示每个时间点上各种环境数据的组合;
对每个外部监测站点的多种环境数据分别进行特征映射,使用高斯核函数将数据映射到高维特征空间中,特征映射函数的计算公式为:;
其中,是环境数据向量,是高斯核的中心,是高斯核的带宽参数;
对于外部监测站点和企业内部监测设备,计算其多种环境数据在特征空间中的均值向量,将外部监测站点标记为,将企业内部监测设备标记为;计算外部监测站点的环境数据在特征空间中的均值向量,计算公式如下:;
其中,表示外部监测站点的环境数据在特征空间中的均值向量,是外部监测站点的环境数据样本数量,是外部监测站点的第个环境数据样本;
按照同样的方式,计算得出企业内部监测设备的环境数据在特征空间中的均值向量,得到;
使用均值计算结果,计算外部监测站点与企业内部监测设备之间的最大均值差异:;
其中,表示外部监测站点与企业内部监测设备之间的最大均值差异,表示在特征空间中的范数;
可信评估模块通过构建概率模型,识别外部监测站点和企业内部监测设备之间环境数据的普遍差异和整体监测差异,分析企业排放数据的可信情况。
2.根据权利要求1所述的一种环境空气质量自动监测系统,其特征在于:可信评估模块包括以下内容:
单位时间内获取额定次数的外部监测站点与企业内部监测设备之间的最大均值差异数据,构建差异数据集,设定差异阈值,用于将最大均值差异数据分为两类:大于或等于阈值的表示高差异,小于等于阈值的表示低差异;
基于差异数据的概率模型,将高差异和低差异的概率分布建模,获取高差异和低差异的概率之间的相对概率:得出每次最大均值差异数据落在高差异和低差异范围内的概率;
将所有次数的概率进行归一化处理,得到归一化的概率分布;
最终归一化概率分布之间的相对概率,作为普遍性指数。
3.根据权利要求2所述的一种环境空气质量自动监测系统,其特征在于:将普遍性指数和最大均值差异均值分别和对应的阈值进行比较,当普遍性指数和最大均值差异均值均大于对应阈值时,发出警报,需要对位于企业内部监测设备进行检查。