基于聚类的河流水生态系统监测采样点优选方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及基于聚类的河流水生态系统监测采样点优选方法。
【背景技术】
[0002]生态系统是地球生命支持系统的基本组成单元，维持并不断增强生态系统的服务功能是全人类在新世纪所面临的共同挑战。但是自工业革命以来，由于人口剧增以及过快的工业化进程使得生态系统提供产品和服务的功能受到了极大的损害。
[0003]目前水生态被破坏的表象表征:河水黑臭、富营养化严重、生物链严重残缺、腐败群占主导地位，甚至受到了核污染。
[0004]河流作为生态系统的一部分对人类有着至关重要的作用，因此，必须采取一系列措施来对河流进行优化，而我国地域辽阔，无法对大量的河流进行全面的检测，那么如何对河流水生态系统合理选择采样点是面临的重要问题。
[0005]现有方法的采样点不能全面准确的反映河流的水质情况，因此，河流水生态系统监测采样点的优选成为现在主要研究的问题。
【发明内容】
[0006]本发明是要解决现有方法的采样点不能全面准确的反映河流的水质情况，而提出了基于聚类的河流水生态系统监测采样点优选方法。
[0007]基于聚类的河流水生态系统监测采样点优选方法，它按以下步骤实现:
[0008]—、对原始采样点数据进行预处理；
[0009](I)对河流水质采样断面与取样点进行设置；
[0010](2)候选能直接反映河流水生态系统监测结果的指标；
[0011](3)在SPSS软件中对步骤(2)中的指标进行筛选，筛选原则为:
[0012](a)计算指标对河流水生态系统特征贡献率；
[0013](b)对指标的独立性进行分析:首先对指标进行正太分布检验，然后对符合正太分布的指标采用Pearson相关分析，不符合正太分布的指标采用Spearman秩相关分析；
[0014](c)最后根据显著性水平确定各指标间信息重叠程度，选取其中相对独立和重要的指标作为评价指标；
[0015]二、对河流水生态系统的采样点指标进行模糊C均值聚类；
[0016](I)将每个指标作为一类，选择距离公式并计算各类指标之间的距离，；
[0017](2)找出距离最近的两类指标，将其合并，并为新的一类指标重新定义新类与原类之间的距离；
[0018](3)反复步骤(2)使类与类之间不断合并，最后全部样本归为一类，则聚类过程结束；
[0019](4)计算各指标权重，并进行从大到小的排序，同时结合点位优化原则进行监测断面的优化；
[0020]三、结合步骤一的指标与监测断面与步骤二中的聚类结果选择权重系数大的指标进行优化。
[0021]发明效果:
[0022]本发明通过进行对河流水质采样断面与取样点进行设置可以对庞大的河流水生态系统进行初步的优化，然后通过对指标进行聚类优化，可以将相似的指标归为一类，以免重复选取，尤其是计算权重来确定各类指标的影响，进而对河流水生态系统监测采样点进行优选。
【附图说明】
[0023]图1是本发明流程图。
【具体实施方式】
[0024]【具体实施方式】一:本实施方式的基于聚类的河流水生态系统监测采样点优选方法，它
[0025]按以下步骤实现:
[0026]二、对原始采样点数据进行预处理；
[0027](3)对河流水质采样断面与取样点进行设置；
[0028](4)候选能直接反映河流水生态系统监测结果的指标；
[0029](3)在SPSS软件中对步骤(2)中的指标进行筛选，筛选原则为:
[0030](a)计算指标对河流水生态系统特征贡献率；
[0031](b)对指标的独立性进行分析:首先对指标进行正太分布检验，然后对符合正太分布的指标采用Pearson相关分析，不符合正太分布的指标采用Spearman秩相关分析；
[0032](c)最后根据显著性水平确定各指标间信息重叠程度，选取其中相对独立和重要的指标作为评价指标；
[0033]二、对河流水生态系统的采样点指标进行模糊C均值聚类；
[0034](I)将每个指标作为一类，选择距离公式并计算各类指标之间的距离，；
[0035](2)找出距离最近的两类指标，将其合并，并为新的一类指标重新定义新类与原类之间的距离；
[0036](3)反复步骤(2)使类与类之间不断合并，最后全部样本归为一类，则聚类过程结束；
[0037](4)计算各指标权重，并进行从大到小的排序，同时结合点位优化原则进行监测断面的优化；
[0038]三、结合步骤一的指标与监测断面与步骤二中的聚类结果选择权重系数大的指标进行优化。
[0039]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中的对河流水质采样断面与取样点设置为:
[0040](— )一般情况下应布设对照、控制、消减三种类型的断面，取样断面的布设主要遵循以下原则
[0041](I)在调查范围的两端应布设取样断面；
[0042](2)调查范围内重点保护对象附近水域应布设取样断面；
[0043](3)水文特征突然化处;水质急剧变化处;重点水工构筑物;附近应布设取样断面；
[0044](4)水文站附近等应布设采样断面，并适当考虑水质预测关心点；
[0045](5)在拟建成排污口上游500m处应设置一个取样断面；
[0046](二)取样断面上水质取样垂线设置的原则
[0047]每个断面处按照河宽布设水质取样垂线；
[0048]当河流断面形状为矩形或相近于矩形时，可按下列原则布设
[0049]小河:在取样断面的主流线上设一条取样垂线；
[0050]大和中河:河宽小于45m者，共设两条取样垂线，在取样断面上各距岸边1/4水面宽处各设一条取样垂线；河宽大于45m者，共设三条取样垂线，在主流线上及距两岸不少于0.45m,并有明显水流的地方各设一条取样垂线；
[0051](三)垂线上水质取样点设置的原则
[0052]每根垂线上按照水深布设水质取样点；
[0053]在一条垂线上，水深大于5m时，在水面下0.5m水深处及在距河底0.5m处，各取样一个;水深为I?5m时，只在水面下0.5m处取一个样;在水深不足Im时，取样点距水面不应小于0.3m,距河底也不应小于0.3m ；
[0054]对于三级评价的小河，不论河水深浅，只在一条垂线上取一个样，一般情况下取样点应在水面下0.5m处，距河底不应小于0.3m。
[0055]其它步骤及参数与【具体实施方式】一相同。
【主权项】
1.基于聚类的河流水生态系统监测采样点优选方法，其特征在于它按以下步骤实现: 一、对原始采样点数据进行预处理； (1)对河流水质采样断面与取样点进行设置； (2)候选能直接反映河流水生态系统监测结果的指标； (3)在SPSS软件中对步骤(2)中的指标进行筛选，筛选原则为: (a)计算指标对河流水生态系统特征贡献率； (b)对指标的独立性进行分析:首先对指标进行正太分布检验，然后对符合正太分布的指标采用Pearson相关分析，不符合正太分布的指标采用Spearman秩相关分析； (c)最后根据显著性水平确定各指标间信息重叠程度，选取其中相对独立和重要的指标作为评价指标； 二、对河流水生态系统的采样点指标进行模糊C均值聚类； (1)将每个指标作为一类，选择距离公式并计算各类指标之间的距离，； (2)找出距离最近的两类指标，将其合并，并为新的一类指标新定义新类与原类之间的距离； (3)反复步骤(2)使类与类之间不断合并，最后全部样本归为一类，则聚类过程结束； (4)计算各指标权重，并进行从大到小的排序，同时结合点位优化原则进行检测断面的优化； 三、结合步骤一的指标与检测断面与步骤二中的聚类结果选择权重系数大的指标进行优化。2.根据权利要求1所述的聚类的河流水生态系统监测采样点优选方法，其特征在于步骤一中的对河流水质采样断面与取样点设置为: (一)一般情况下应布设对照、控制、消减三种类型的断面，取样断面的布设主要遵循以下原则: (1)在调查范围的两端应布设取样断面； (2)调查范围内重点保护对象附近水域应布设取样断面； (3)水文特征突然化处;水质急剧变化处;重点水工构筑物;附近应布设取样断面； (4)水文站附近等应布设采样断面，并适当考虑水质预测关心点； (5)在拟建成排污口上游500m处应设置一个取样断面； (二)取样断面上水质取样垂线设置的原则 每个断面处按照河宽布设水质取样垂线； 当河流断面形状为矩形或相近于矩形时，可按下列原则布设: 小河:在取样断面的主流线上设一条取样垂线； 大和中河:河宽小于45m者，共设两条取样垂线，在取样断面上各距岸边1/4水面宽处各设一条取样垂线；河宽大于45m者，共设三条取样垂线，在主流线上及距两岸不少于0.45m，并有明显水流的地方各设一条取样垂线； (三)垂线上水质取样点设置的原则 每根垂线上按照水深布设水质取样点； 在一条垂线上，水深大于5m时，在水面下0.5m水深处及在距河底0.5m处，各取样一个；水深为I?5m时，只在水面下0.5m处取一个样；在水深不足Im时，取样点距水面不应小于.0.3m,距河底也不应小于0.3m ； 对于三级评价的小河，不论河水深浅，只在一条垂线上取一个样，一般情况下取样点应在水面下0.5m处，距河底不应小于0.3m。
【专利摘要】基于聚类的河流水生态系统监测采样点优选方法，本发明涉及基于聚类的河流水生态系统监测采样点优选方法。本发明是要解决现有方法的采样点不能全面准确地反映河流水的水质情况，而提出了基于聚类的河流水生态系统监测采样点优选方法。一、对原始采样点数据进行预处理；二、对河流水生态系统的采样点指标进行模糊C均值聚类；三、结合步骤一的指标与检测断面与步骤二中的聚类结果对采样点进行优化。本发明应用于河流水生态系统监测领域。
【IPC分类】G06F19/00, G06K9/62
【公开号】CN105678056
【申请号】CN201511023704
【发明人】张豫, 何衍海, 杨敬锋, 张金团, 李茂 , 苏方伟
【申请人】张豫
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年12月29日