信息融合在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

沙 罡

貴州中佳檢測(cè)中心有限公司

信息融合在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

沙 罡

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隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，在帶來(lái)繁榮的同時(shí)也給環(huán)境造成了不小的破壞，環(huán)境問(wèn)題的日益突出，使得水環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題逐漸被人們重視，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究非常有必要。為了更好的確保水環(huán)境質(zhì)量，做好水環(huán)境監(jiān)測(cè)非常重要。就目前的情況來(lái)看，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各類監(jiān)測(cè)信息也越來(lái)越多，需要引入信息融合術(shù)，對(duì)更多的信息加以有效利用?；诖吮疚姆治隽诵畔⑷诤显谒h(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

信息融合；水環(huán)境監(jiān)測(cè)；應(yīng)用

1 、水環(huán)境監(jiān)測(cè)控制的內(nèi)容和目的

水環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制主要研究?jī)?nèi)容是通過(guò)五個(gè)過(guò)程來(lái)分別制定合理化的控制機(jī)制，嚴(yán)格規(guī)范結(jié)果精確度，控制水樣的采樣地，采樣方法，采樣過(guò)程。在樣品需要注意實(shí)驗(yàn)所用的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具備的條件，如合理通風(fēng)、溫度濕度、衛(wèi)生情況等。研究人員在制定水環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制措施時(shí)應(yīng)做到面面俱到，任何一個(gè)方面的遺漏都可能產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果，這是一個(gè)科研人員需要細(xì)心、耐心的需要引起高度重視的。除了技術(shù)方面的內(nèi)容，科研人員還應(yīng)考慮與實(shí)際生活的接軌，研究結(jié)果要與現(xiàn)實(shí)社會(huì)人們的需要相匹配，要與市場(chǎng)需求接軌，切不可盲目研究。水環(huán)境檢測(cè)質(zhì)量控制的目的是保證水環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性、精確性，其結(jié)果可以被企業(yè)合理利用，滿足社會(huì)大眾的使用。水是人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚慕M成，研究水環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制也是為了保護(hù)人民大眾的生命安全，推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。水環(huán)境監(jiān)測(cè)還可以使我們及時(shí)了解當(dāng)?shù)厮|(zhì)，以便及時(shí)做出維護(hù)或修復(fù)工作。

2 、水環(huán)境檢測(cè)信息融合方法

2.1 數(shù)據(jù)層信息融合算法

2.1.1 加權(quán)平均法。此種方法最容易、最易于觀察融合水環(huán)境檢測(cè)低層信息，其主要是將一組傳感器提供的冗余信息進(jìn)行平均化，并對(duì)其進(jìn)行折中，以這一數(shù)字作為預(yù)測(cè)未來(lái)期間該變量預(yù)測(cè)值的一種趨勢(shì)預(yù)測(cè)法。因此，此方法所得數(shù)據(jù)較為接近正確值。

2.1.2 卡爾曼濾波。此方法通過(guò)系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，從而得出計(jì)算結(jié)果。通常情況下，所測(cè)量的模型往往會(huì)有噪聲，此時(shí)利用卡爾曼濾波可以消除噪聲的影響，得到一個(gè)關(guān)于目標(biāo)的估計(jì)值。卡爾曼濾波具有良好的遞推特性，這種特性使其在進(jìn)行系統(tǒng)信息處理減少大量不必要的計(jì)算，后期采用的分散卡爾曼濾波，它實(shí)現(xiàn)了信息融合完全分散化。

2.2 特征層信息融合算法

僅僅是利用數(shù)據(jù)層的融合來(lái)取得信息，所得水環(huán)境檢測(cè)信息比較少，此時(shí)就需要根據(jù)檢測(cè)目標(biāo)的特征信息來(lái)進(jìn)行融合計(jì)算，特征信息可以增加其計(jì)算精度，因?yàn)樗h(huán)境的檢測(cè)信息量一直處于不斷增加的狀態(tài)，而遙感技術(shù)在不斷發(fā)展，監(jiān)測(cè)者對(duì)信息的需求正在從靜態(tài)非實(shí)時(shí)向動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化，因此，基于遙感信息實(shí)時(shí)處理的目標(biāo)監(jiān)測(cè)、變化監(jiān)測(cè)及目標(biāo)識(shí)別等應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越成為監(jiān)測(cè)者迫切的需求。

2.3 決策層信息融合算法

此種方法是在對(duì)采集到的數(shù)據(jù)初步完成特征提取的基礎(chǔ)上，模仿人的思維，然后借助一定的規(guī)則或特定的算法，得到目標(biāo)的最后身份，是一種高層次的融合，此方法最大的特點(diǎn)是用人類的思維來(lái)進(jìn)行計(jì)算，可以直接通過(guò)決策層融合的結(jié)果來(lái)推斷出決策要素相應(yīng)的行為，決策層融合方法通常分為兩類：基于辨識(shí)的決策融合方法和基于知識(shí)的決策融合方法。基于辨識(shí)的融合方法對(duì)信息設(shè)定一定的假設(shè)前提，然后建立目標(biāo)的概率模型來(lái)，典型的方法有：貝葉斯估計(jì)、統(tǒng)計(jì)決策理論、證據(jù)推理等。而基于知識(shí)的方法則使用邏輯模板和句法上下文知識(shí)來(lái)描述、融合信息，其具體方法有基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊集合理論等方法。

3 、信息融合在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)靈活化

系統(tǒng)在處理監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)時(shí)，具有非常好的靈活性，并能適應(yīng)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)內(nèi)容的不確定性與多變性等特點(diǎn)。在監(jiān)測(cè)過(guò)程管理、水質(zhì)評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)成果資料整理匯編等業(yè)務(wù)中，能夠根據(jù)需要選擇相關(guān)的監(jiān)測(cè)斷面和監(jiān)測(cè)因子，節(jié)省了大量人力物力，提高了工作效率。

3.2 水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和成果管理智能化

全省各市水環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中心可將各自得到的監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行審核后錄入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，定期將監(jiān)測(cè)成果發(fā)送到省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心；省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心接收并審核確認(rèn)后，匯總到中心數(shù)據(jù)庫(kù)。

系統(tǒng)的應(yīng)用使水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)管理由傳統(tǒng)的人工、封閉模式轉(zhuǎn)向了現(xiàn)代化的管理模式，實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化辦公。大量的水環(huán)境信息不僅能夠輕松使用、整編和入庫(kù)，而且可以隨時(shí)調(diào)用，極大地提高了水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心日常數(shù)據(jù)管理和信息管理的效率，推進(jìn)水環(huán)境信息的利用率大幅提高，實(shí)現(xiàn)了年度水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果資料自動(dòng)整理匯編功能，同時(shí)能自動(dòng)對(duì)省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心和各市分中心全年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行匯總、特征值分析、互相審核與修正以及相關(guān)的管理等，并將整編后的數(shù)據(jù)存入省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了成果管理智能化要求。

3.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)與管理自動(dòng)化

用數(shù)據(jù)庫(kù)中的監(jiān)測(cè)成果，根據(jù)不同的評(píng)價(jià)目的，采用單項(xiàng)因子評(píng)價(jià)法和綜合污染指數(shù)法兩種不同的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，選擇合適的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和斷面統(tǒng)計(jì)類型進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，通過(guò)次評(píng)價(jià)、月評(píng)價(jià)、年評(píng)價(jià)、汛期及非汛期評(píng)價(jià)等不同的統(tǒng)計(jì)時(shí)段，按照不同的流域、水系、功能區(qū)和采樣站點(diǎn)為日常監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行審核和管理。

具備對(duì)地表水評(píng)價(jià)、湖庫(kù)水體水質(zhì)評(píng)價(jià)、水功能區(qū)評(píng)價(jià)、飲用水評(píng)價(jià)、巖溶水評(píng)價(jià)、排污口水質(zhì)評(píng)價(jià)、地下水評(píng)價(jià)、天然水特征評(píng)價(jià)以及飲用天然礦泉水評(píng)價(jià)9種不同水體的評(píng)價(jià)功能。如任意選擇一個(gè)排污口，即可將排污口的廢污水污染物量、入河排污口現(xiàn)狀和入河排污口濃度全部用Excel表格列出，還可查閱到該排污口的其他詳細(xì)信息，同時(shí)在GIS專題地形圖上用不同顏色標(biāo)示該排污口的地理位置及污染程度，從而判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)，或是否超標(biāo)，達(dá)到了水質(zhì)評(píng)價(jià)自動(dòng)化。

總之，信息融合技術(shù)可以提高系統(tǒng)的測(cè)距精度和抗干擾能力，解決很多問(wèn)題，方便我們的工作，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究非常有必要。

[1]胡效珍.淺析信息管理系統(tǒng)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用[J].山西水利，2012，05：21-22.

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[3]王雷.水環(huán)境在線監(jiān)測(cè)深度感知系統(tǒng)研究[D].哈爾濱師范大學(xué)，2015.