[发明专利]一种面向湖泊蓝藻灾害的立体监控及数据挖掘系统和方法

说明书

本发明涉及一种面向湖泊蓝藻灾害的立体监控及数据挖掘系统和方法，通过遥感监测、自动监测和人工巡测三种途径获取与湖泊蓝藻灾害相关的监测指标数据，将获取的数据通过互联网传输至数据中心；数据中心对接收的数据进行数据备份和数据预处理，包括时间插值、空间插值和异常判定处理；数据经预处理后传输至数据库存储；根据数据库中存储的数据源进行湖泊的三维数值模型计算，根据数值模型模拟数据，进行待监测湖泊蓝藻灾害风险评估，并在公共平台上展示湖泊蓝藻灾害预测预警信息。本发明的方法和系统实现了对蓝藻灾害的实时立体监测，并充分挖掘采集的数据信息，进行了数据处理和模型模拟，实现了蓝藻灾害信息实时接收、快速精确的处理和及时发布。

技术领域

本发明属于环境监测评价和数据挖掘技术领域，特别是涉及面向湖泊蓝藻灾害的立体监控及数据挖掘系统和方法。

背景技术

湖泊富营养化引起的一个普遍现象是：在适宜的水文气象条件下，许多浮游植物，尤其是那些具有浮力或运动能力的藻类，会发生异常增殖，并聚集形成表面水华，进而引发一系列严重的生态环境问题，包括：水体透明度下降，溶解氧减少，水生动植物死亡，水体散发异味，生物多样性下降，通过食物链损害人类健康等。这种由富营养化和蓝藻异常增殖引起的生态灾害在全球范围内的持续扩张已经对许多著名的湖泊生态系统的生态健康和可持续发展构成了巨大的威胁，包括：美国伊利湖，加拿大温尼伯湖，欧洲的波罗的海，非洲维多利亚湖及日本的琵琶湖等。不过，尽管湖泊蓝藻灾害非常的严重，但是直到目前还没有办法彻底解决此问题。在此前提下，做好蓝藻灾害监测和预防工作是减轻此生态灾害，减少社会经济损失的关键。

目前，已经有不少有关蓝藻监测的技术方法研究报道。中国专利申请201410023795.8提出的“一种大型浅水湖泊蓝藻水华MODIS卫星高精度监测方法”是利用遥感技术来监测蓝藻水华。在没有云层覆盖影响下，这种方法最多只能提供每天一次数据。如果遇到云层覆盖，则不能提供有效数据。但是，研究已证明水华的形成和消失过程可以仅持续数个小时。而遥感技术的采样频率显然不能准确反映水华的快速的动态实时变化。相似地，中国专利申请201020219363.1提出的“用于蓝藻监测的浮标”实时监测虽然能够以高时间分辨率记录与蓝藻灾害相关的环境因子变化过程，但是该技术仅能提供设备所在点的水环境信息，这显然也不能有效记录呈现空间高度分异的蓝藻水华面状信息。杨宏伟等公开了一种“基于物联网技术的太湖蓝藻水华预警平台”，该平台基于多源数据，根据物联网的四层内涵设计，能够实现未来3天蓝藻水华预警区域的发生概率的预测，并通过Internet发布信息；但从其设计框架及文字说明来看，该技术存在主要问题为：(1)并未包括卫星接收天线，其获取的数据并非实时的卫星遥感数据，因此该平台不能实现自动实时获取卫星遥感数据的功能；(2)自动监测站仅详细描述了叶绿素传感器的设置，对其他仪器设备的监测指标、布置方式和参数设定并未提及，也没有介绍实时监控、供电和安全等功能；(3)该技术仅提及了蓝藻生物量模型，并不具有营养盐循环、沉积物侵蚀悬浮和溶解氧动态等与藻类生命过程密切相关的生态过程的模拟功能；(4)该技术还存在不能充分发掘监测产生的数据价值的缺点。遥感和自动监测均可以产生海量的有关蓝藻灾害的数据。但是现有技术并不能充分利用这部分数据为湖泊研究和管理服务，更不能为普通公众提供有价值的、可读性强的蓝藻灾害信息。因此，为了更加及时准确的获得蓝藻灾害信息，并充分提升这些信息的价值，既需要测控系统采集时空连续的与蓝藻相关数据，也需要具有高效的数据分析和处理技术和方法，包括数据统计分析、数据同化、模型预测、参数的实时校正、灾害评估和灾害信息发布等。只有建立蓝藻灾害立体监控和数据挖掘系统和方法，才能满足经济社会发展和生态环境保护对蓝藻灾害监测和预防工作的需求。

发明内容