基于水质自动监测网实现水质污染定位、跟踪策略的研究

水质自动监测站实现水质实时、连续监测,对及时掌握主要河流断面水体水质情况,预警预报水质污染事故,解决跨行政区域的水污染事故纠纷等方面发挥了积极的作用。本文在现有水质自动监测网络基础上,设计了一种"病毒式感染"策略,实现对水质污染的定位、跟踪,解决人工排查水质污染难、响应时间长的问题。经仿真,该算法达到了良好的预期效果。

监测信息深度挖掘的供水管网污染源定位

为实现供水管网污染源及时准确地定位,针对配备在线水质监测设备的供水管网系统,提出一种充分挖掘水质传感器时序信息的贝叶斯方法,用于节点需水量随机波动条件下供水管网污染源定位。该方法采用蒙特卡洛模拟生成随机污染事件,构建各节点污染事件的观测信息概率分布,利用贝叶斯推断,根据传感器报警次序及时间观测信息,实时更新各候选污染节点的后验概率,并根据排序确定可疑污染源位置,同时对比不同传感器信息挖掘程度对定位结果的影响。结果表明,所提出的方法能在水质传感器报警信息累积时不断更新可疑候选节点的污染源后验概率,使候选节点个数降低,污染概率信息熵降低,能有效地识别出污染节点所在区域,且传感器信息挖掘程度越深,污染事件定位的准确率也越高。引入传感器首次报警时间作为辅助信息可以减少候选污染节点个数,降低候选节点污染源概率分布的不确定性,提高定位的准确性。

基于聚类分析的地下油罐泄漏区污染源定位方法

为了定位地下油罐泄漏区污染源,掌握泄漏情况,提出基于聚类分析的地下油罐泄漏区污染源定位方法。建立地下油罐区域水流动模型和污染物迁移计算模型,获取油罐泄漏后污染物的迁移计算结果;构建水域污染浓度模型,计算污染物浓度;采用粒子滤波计算所有污染源权重并完成筛选,通过循环迭代的处理方式,最终保留1个权重结果最高的污染源完成定位。测试结果显示:该方法能够获取准确浓度变化结果;DBI最高值为0.867,最小值为0.724,聚类效果良好;可精准获取各个泄漏点位置。

无线传感器网络下静态水体中的近岸污染源定位

排放于水库湖泊中的污染物的扩散易受到边界影响.本文首先对静态水体中的近岸污染源扩散进行理论分析,提出了一种分段浓度模型.然后,研究了静态水体中靠近不透水边界的污染源定位问题,指出该问题中的未知参数不仅有污染源位置,还包括质量流率和初始扩散时间,分别给出了通用模型法、近似函数法、基于无迹卡尔曼滤波的估计方法求解参数估计问题.通用模型法与近似函数法分别通过求解基于原始扩散模型和分段扩散模型的约束非线性最小二乘算法获取参数估计.通用模型法可快速获取目标源相关信息,近似函数法有更稳健的参数估计性能,但需要经历多个采样时刻后才可执行.基于无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter,UKF)的估计方法结合扩散过程,可有效权衡数值计算复杂度与估计性能.在仿真实验部分,对近岸污染源扩散过程进行了水文模拟,根据模拟数据对比了不同算法的实验性能,说明了各算法的优势和不足.

基于用户水质投诉信息的供水管网污染源追踪定位

突发性水污染事故事发突然,污染物扩散迅速,对供水管网水质安全危害巨大.在缺乏足够水质监测设备的城市,用户对管网的水质投诉信息可及时反映管网水质情况.根据用户水质投诉的位置信息,利用改进的污染矩阵法查找管网候选污染源节点,再通过概率理论分析各候选污染源节点中是污染源的可能性,最后采用波达法则和数据标准化法两种方法评价最具可能性污染源.该方法的可行性和有效性通过某市管网实例进行了验证.

基于用户水质投诉信息的供水管网污染源的追踪定位

用户对水质异常情况的投诉是反映供水管网整体水质状况的重要信息,但由于投诉信息具有滞后性、非量化等特征,目前尚未有基于这些信息的管网污染源识别方法.基于模式识别理论,提出了一种根据用户投诉信息追踪定位污染源的方法.该方法首先根据投诉节点的位置信息确定污染源候选节点集合,通过水质模拟确定候选节点发生污染后的用户水质投诉顺序,并以此为基础构建模式识别神经网络.考虑到用户投诉信息的特点,采用有噪声的样本对神经网络进行训练,并对不同类型噪声的样本进行测试.结果表明,训练后的神经网络可以有效地识别用户投诉信息模式,进而确定污染物注入位置.

基于无线传感器网络的河流中稳态扩散污染源定位研究

针对河流中污染源定位问题,首先分析了河流污染源扩散模型,给出了一种处理完全吸收边界,不完全反射边界以及完全反射边界的通用河流污染源稳态扩散模型。改进了在边界约束下以测量值与理论值之差的平方和为目标的非线性最小二乘算法,并提出了一种新的最小二乘污染源定位算法。该算法弥补了直接非线性最小二乘算法在数值计算过程中稳定性较差的缺点。最后,仿真研究了浓度测量噪声,节点漂移误差和反射系数误差对定位性能的影响。仿真结果表明:已知信息的误差越大,则定位均方根误差越大;传感器节点个数越多,估计精度越高,但当节点增加到一定数量时,继续增加节点对定位精度的影响会减小。另外,仿真结果验证了非线性最小二乘算法的优越性,说明了算法在河流污染源定位应用中的有效性。

基于浓度梯度-逆流搜索的污染源定位策略

在水质监测机器鱼平台的基础上,针对传统正六边形路径算法仅仅根据浓度梯度追踪化学源的不足,提出了应用于突发污染事故中的基于浓度梯度-逆流路径算法定位水下污染源,同时考虑浓度变化和水流作用的影响。并在较为真实的河流污染源二维移流扩散模型中进行了仿真,结果表明该算法能够以较少的步次更精确地跟踪、定位水下污染源,可以避免陷入局部极值点,收敛性好。

行为规划和浓度梯度法联合的河道污染源追踪定位方法

面向河道突发污染源追踪定位需求,提出一种联合使用行为规划法和浓度梯度法的河道污染源追踪定位方法.设计2个模拟实验方案进行追踪搜索效果的分析与验证.利用河道污染物二维扩散模型仿真计算某河道污染物扩散数据,模拟移动监测小船对不同污染源位置的追踪路径和定位情况,对比分析了单一方法和联合方法在障碍物约束条件追踪搜索步数、路程、污染源定位精度等方面的优缺点.借助自主研发的小型移动式水质监测平台,进行避障算法和污染源追踪实验,验证结果表明,相比已有方法,所提方法更适用于复杂条件,且搜索效率更高.

基于BP神经网络与用户投诉信息的供水管网污染源定位

在供水管网缺乏水质在线监测设备的城市,用户投诉信息可作为供水管网污染源定位的重要依据。研究利用BP神经网络模式识别原理,提出一种基于用户投诉的污染源定位方法。该方法通过水力水质延时模拟确定每个候选污染源对应的管网污染物扩散模式,然后考虑投诉的滞后性,在污染物到达时间的基础上附加随机滞后时间构造投诉样本。对于复杂环状供水管网,通过4个模拟污染事件表明,BP神经网络对水源污染和非水源污染均具有良好的污染源识别能力,它可利用实时用户投诉信息缩小污染源候选范围,提高城市对管网污染的应急响应能力。

基于社区网络的大气污染源定位算法

污染源定位是大气污染治理与预防中的重要环节。为了避免地表状况、温度和风向等环境条件对污染源定位的影响,提出一种基于社区网络分析的污染源定位算法。通过Granger因果检验方法分析各监测点的空气质量指数AQI的时间序列,得出任意两个监测点的AQI值之间的影响关系。以监测点作为节点,以影响关系作为监测点间的关联关系,构建污染网络。通过改进的标签传播算法(ILPA)将污染网络划分成多个污染区域,分析各子网络中节点的度中心度、出度和入度,得出污染源的位置。以273个监测点处的空气质量AQI作为数据进行实验,实验结果表明,该算法不仅能够发现污染区域,而且能够确定污染源的定位范围,并且在各污染区域内部准确定位污染源的位置。

基于智能优化算法的饮用水污染源定位方法研究综述

近年来,突发性饮用水污染事件频繁发生,严重危害居民生活健康,通过在饮用水供水管网中布置传感器对水质进行监测,能快速识别污染源的位置、质量、发生时间等特征,有利于有关部门采取措施控制污染扩散,饮用水污染源定位研究具有重要的实际意义.随着智能优化算法在工程问题中的广泛应用,运用模拟–优化方法求解污染源定位问题成为当前学者们研究的热门领域.本文首先给出污染源定位问题的模型和据此抽象出的数学模型,并对模拟–优化法求解该问题的一般方法进行了描述.通过对问题的深入分析,归纳出污染源定位问题具有多模性、昂贵性和不确定性,围绕这3个特性,重点综述智能优化算法在饮用水污染源定位问题中的代表性研究成果,最后指出有待于进一步研究的若干方向和内容.

建筑工程绿色施工扬尘污染监测方法研究

考虑到传统方法监测精度低的问题,提出了建筑工程绿色施工扬尘污染监测方法研究。先构建扬尘污染监测空间分布函数及污染源特征矩阵,结合三维重构技术,完成建筑工程绿色施工扬尘污染源的定位,然后通过构建扬尘污染因子排放模型,计算了扬尘污染排放因子的扩散系数,基于扬尘污染排放因子的吸附性,计算建筑工程绿色施工扬尘污染排放因子,最后结合建筑工程绿色施工扬尘污染监测算法设计,实现了建筑工程绿色施工扬尘污染监测。实验结果表明,文中方法在监测建筑工程绿色施工扬尘污染时受到扬尘强度的影响较小,可以提高监测精度。

基于颗粒物光量子雷达的颗粒物排放实时溯源及应用

在大气污染治理中,传统探测方式在局地大气颗粒物排放源的精准定位和实时溯源方面还有所不足。自主研发的1550 nm波长颗粒物光量子雷达,具备探测效率高、人眼安全等特点,360°水平扫描一周仅需8.5 min。基于该雷达水平扫描监测,结合迭代拼接法和新发展的颗粒物示踪系数及污染源定位方法,可准确识别并定位出当地的污染排放源位置。对于部分污染排放定位溯源案例,结合多图展现并分析了颗粒物排放、扩散、传输、消散过程中的烟羽变化,并结合卫星图像确认了相应工业生产和建筑扬尘等典型颗粒物排放源。地面监测数据分析了部分污染源对监测站点颗粒物浓度的影响。该雷达通过低仰角、可重复性的快速扫描,结合符合颗粒物扩散规律的分析过程,在颗粒物污染实时溯源定位方面展现了极高的准确性。

利用单传感器的三维密闭空间突发持续污染源辨识研究

诸如载人航天器、潜艇及地下涵洞等有限空间,由于空间小、密闭性强、人员活动频繁,应对突发污染能力差,当发生突发污染事故,直接影响密闭空间内人员的身体健康和生命安全,亟需发展一种可行的突发污染源辨识方法,提高上述密闭环境应对突发污染事故的能力。针对三维密闭空间内的持续污染源,提出一种基于多位置假设的突发污染源定位方法,利用单传感器的观测数据实现三维空间内突发持续污染源辨识;为了提高起始污染浓度感知速度和突发持续污染源定位精度,同时提出采用单边U检测方法进行污染感知;另外针对影响定位的主要因素进行仿真分析。本项研究能够为三维密闭空间内突发持续污染控制提供有效依据。

基于规划式扫地的智能空气净化器设计研究

针对现有空气净化器的净化范围有限、结构固定、需要匹配各种室内清洁设备(例如扫地机器人)以及空间和经济成本较高的问题,设计研发了一种一体式多功能空气净化器。在传统的扫地机器人通过单片机与空气净化部分实现串口通信的基础上,利用终端节点的各类传感器采集环境数据,协调器节点在对数据进行分析处理后,单片机对工作模式做出智能选择,增强了产品功能的延展性,创新的实现了对突发性污染源的定位追踪和净化;配合自主开发的APP交互端,完善了用户的体验;独特的出风口设计,有效解决了小型空气净化器的空气对流较弱的问题。

基于粒子源逆向追踪算法的管网污染源快速定位技术

水质安全是供水管理的重中之重。一旦发现管网水质异常,应立即启动相应的污染倒查程序,尽快清理污染源。建立了粒子源逆向追踪算法(PBA),可根据下游水质监控点的水质异常信息进行逆向溯源分析,查找可能的污染源位置。同时根据PBA算法开发了相应的程序,集成到已有的实时水力模型中,并应用到某地市新建管网浊度异常处理过程中,取得了良好的效果。

考虑批次的可追溯食品冷链中污染源定位与追踪

针对食品冷链污染频现、溯源困难的问题,基于贝叶斯推断模型,采用一种考虑批次的污染源定位方法,对食品冷链中污染源定位与追踪问题进行研究,并构建食品冷链回溯与追踪系统,利用欧盟食品和饲料快速预警系统的公开数据,展示可追溯食品冷链中污染源定位和追踪分析过程。结果表明:1)食品冷链的污染传播具有可隔离性、观察样本稀疏性、路径多样性和时间不确定性等特征,传统风险源识别与传播方法的适用性不强。2)考虑批次的可追溯食品冷链污染源定位模型,计算上更为高效,不仅可降低食品冷链污染溯源的复杂性,还能提高污染源定位的精准性。3)食品冷链中出现污染时,可追溯食品冷链回溯与追踪系统根据污染源定位算法,能直观地将污染源节点及其引发的风险传播路径标识出来。据此,建议加快推进追溯系统建设,提升食品冷链中污染源定位与追踪能力,以实现从源头上消除污染,快速阻断风险传播,切实保障冷链食品安全。

室内多参数监测机器人的研制

针对现有室内环境监测仪检测对象单一、自动化程度不高、无法实现污染源定位等问题,本文提出了一种可实现污染源定位的室内环境监测机器人。使用双核心技术完成了对SO2、CO2、CO、甲醛、甲烷、可吸入颗粒物、温度、相对湿度等8项参数的监测,并通过随机搜索和概率搜索相结合的方法实现了自动巡逻监测及污染源定位等功能。实验数据显示该机器人具有测量精度高、定位准确的优点,对于工业应用具有参考价值。

Evaluation of nitrate source in groundwater of southern part of North China Plain based on multi-isotope

Nitrate pollution in groundwater is a serious water quality problem that increases the risk of developing various cancers.Groundwater is the most important water resource and supports a population of 5 million in Anyang area of the southern part of the North China Plain. Determining the source of nitrate pollution is the challenge in hydrology area due to the complex processes of migration and transformation. A new method is presented to determine the source of nitrogen pollution by combining the composition characteristics of stable carbon isotope in dissolved organic carbon in groundwater. The source of groundwater nitrate is dominated by agricultural fertilizers, as well as manure and wastewater. Mineralization, nitrification and mixing processes occur in the groundwater recharge area, whereas the confined groundwater area is dominated by denitrification processes.