本發(fā)明涉及監(jiān)測(cè)分析，特別是一種基于大數(shù)據(jù)分析的土壤微塑料污染監(jiān)測(cè)分析方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，土壤微塑料污染問(wèn)題逐漸引起了全球?qū)W術(shù)界和社會(huì)的廣泛關(guān)注。微塑料是指直徑小于5毫米的塑料顆粒，廣泛存在于環(huán)境中，尤其是土壤、河流和海洋中。隨著塑料生產(chǎn)和消費(fèi)的不斷增加，微塑料的釋放和積累也日益嚴(yán)重，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的破壞和生物多樣性的減少。為應(yīng)對(duì)這一環(huán)境挑戰(zhàn)，各國(guó)科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)積極探索土壤微塑料的監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)主要依賴于傳統(tǒng)的取樣分析方法，如人工采樣和實(shí)驗(yàn)室分析，這些方法在微塑料的定量檢測(cè)與來(lái)源識(shí)別方面取得了一定進(jìn)展。

2、然而，這些傳統(tǒng)方法的局限性在于監(jiān)測(cè)過(guò)程耗時(shí)耗力，且難以實(shí)現(xiàn)大范圍、高頻率的數(shù)據(jù)采集。同時(shí)，受限于樣本代表性和空間覆蓋度，往往無(wú)法全面反映土壤微塑料的真實(shí)分布情況。且現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)方法在數(shù)據(jù)處理和分析上也較為滯后，缺乏基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的高效算法支持，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)微塑料污染動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述北背景中存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題在于如何利用污染源反向追蹤算法，結(jié)合時(shí)序與空間分析結(jié)果，高效的識(shí)別微塑料的污染源及其潛在影響。

3、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于大數(shù)據(jù)分析的土壤微塑料污染監(jiān)測(cè)分析方法，其包括，布設(shè)傳感器和采樣設(shè)備，并采集微塑料數(shù)據(jù)，結(jié)合遙感圖像或無(wú)人機(jī)拍攝數(shù)據(jù)，擴(kuò)展數(shù)據(jù)的空間覆蓋范圍；利用時(shí)間序列分析方法，研究土壤中的微塑料數(shù)據(jù)在不同時(shí)間段的遷移和擴(kuò)散規(guī)律，并結(jié)合氣象條件和地理?xiàng)l件，構(gòu)建微塑料的動(dòng)態(tài)遷移模型；通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的微塑料濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，識(shí)別微塑料污染的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，初步確定污染物的集聚區(qū)域和污染源；將污染源位置與歷史污染源記錄進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證污染源的準(zhǔn)確性，并生成潛在污染源的預(yù)警信息。

5、作為本發(fā)明所述基于大數(shù)據(jù)分析的土壤微塑料污染監(jiān)測(cè)分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述構(gòu)建微塑料的動(dòng)態(tài)遷移模型包括以下步驟：將微塑料濃度時(shí)序數(shù)據(jù)按照不同氣象條件進(jìn)行分組，分別生成多個(gè)時(shí)序序列，并基于地理?xiàng)l件將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為若干子區(qū)域；針對(duì)每個(gè)子區(qū)域的微塑料時(shí)序數(shù)據(jù)，采用累積偏差分析法，結(jié)合氣象因素，分析不同時(shí)段內(nèi)微塑料濃度變化的累積偏差情況；通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)的偏離程度，識(shí)別濃度波動(dòng)的趨勢(shì)和關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，結(jié)合動(dòng)態(tài)氣象條件，預(yù)測(cè)未來(lái)微塑料的濃度變化范圍；基于預(yù)測(cè)結(jié)果，分析微塑料濃度在時(shí)間維度上的波動(dòng)周期，識(shí)別出周期性遷移行為，并對(duì)比不同時(shí)段的擴(kuò)散模式，生成微塑料擴(kuò)散的時(shí)間特征曲線；根據(jù)生成的時(shí)間特征曲線，結(jié)合不同子區(qū)域的地理?xiàng)l件，構(gòu)建微塑料的動(dòng)態(tài)遷移模型。

6、作為本發(fā)明所述基于大數(shù)據(jù)分析的土壤微塑料污染監(jiān)測(cè)分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述分析不同時(shí)段內(nèi)微塑料濃度變化的累積偏差情況包括：計(jì)算每個(gè)子區(qū)域的微塑料濃度時(shí)序數(shù)據(jù)的均值作為該子區(qū)域微塑料濃度的基準(zhǔn)值；使用累積偏差分析法，通過(guò)將微塑料濃度時(shí)序數(shù)據(jù)與其均值的差逐步累積，生成累積偏差曲線，公式如下：

7、；

8、其中，為子區(qū)域內(nèi)微塑料濃度的均值，為子區(qū)域內(nèi)的微塑料濃度時(shí)序數(shù)據(jù)，t為時(shí)刻，為累積偏差；所述預(yù)測(cè)未來(lái)微塑料的濃度變化范圍包括：結(jié)合降雨量和風(fēng)速使用分段回歸對(duì)累積偏差曲線進(jìn)行分段分析，識(shí)別出氣象條件對(duì)微塑料濃度變化的影響；根據(jù)累積偏差曲線的變化趨勢(shì)，識(shí)別微塑料濃度的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)；對(duì)氣象因素與濃度波動(dòng)之間的關(guān)系進(jìn)行建模，擬合氣象條件對(duì)微塑料濃度的影響：

9、；

10、其中，和分別表示降雨量和風(fēng)速對(duì)微塑料濃度變化的影響系數(shù)，為降雨量，為風(fēng)速；獲取未來(lái)時(shí)間段的降雨量和風(fēng)速，預(yù)測(cè)微塑料濃度在未來(lái)時(shí)刻的變化：

11、；

12、；

13、其中，為未來(lái)時(shí)間段。

14、作為本發(fā)明所述基于大數(shù)據(jù)分析的土壤微塑料污染監(jiān)測(cè)分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述初步確定污染物的集聚區(qū)域和污染源包括以下步驟：將微塑料數(shù)據(jù)按照監(jiān)測(cè)區(qū)域的空間分布進(jìn)行網(wǎng)格化處理，構(gòu)建不同區(qū)域的空間數(shù)據(jù)集；對(duì)網(wǎng)格化后的微塑料數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值處理；結(jié)合氣象條件和地形信息，分析空間污染數(shù)據(jù)的分布趨勢(shì)，識(shí)別微塑料濃度的空間梯度變化；基于空間梯度分析結(jié)果，應(yīng)用熱點(diǎn)分析技術(shù)，識(shí)別出微塑料污染的集聚區(qū)域，并通過(guò)空間自相關(guān)方法確定污染物的集聚強(qiáng)度；對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化的空間分析，結(jié)合時(shí)序遷移模型，反推出污染物可能的源頭區(qū)域，通過(guò)空間污染濃度的反向推測(cè)，并結(jié)合地形和氣象條件，初步鎖定污染源的潛在位置。

15、作為本發(fā)明所述基于大數(shù)據(jù)分析的土壤微塑料污染監(jiān)測(cè)分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述識(shí)別微塑料濃度的空間梯度變化包括：微塑料濃度在空間上的梯度表示濃度變化的方向和幅度：

16、；

17、根據(jù)濃度梯度，污染物從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域擴(kuò)散，其擴(kuò)散路徑方向?yàn)樘荻鹊呢?fù)方向，即；所述通過(guò)空間自相關(guān)方法確定污染物的集聚強(qiáng)度包括：通過(guò)莫蘭指數(shù)確定污染物的集聚強(qiáng)度，即當(dāng)莫蘭指數(shù)大于1時(shí)表示空間正自相關(guān)，即濃度高的區(qū)域傾向于集聚，設(shè)為集聚區(qū)域；當(dāng)莫蘭指數(shù)小于1時(shí)表示空間負(fù)自相關(guān)，即濃度低的區(qū)域傾向于分散，設(shè)為分散區(qū)域；所述通過(guò)空間污染濃度的反向推測(cè)，并結(jié)合地形和氣象條件，初步鎖定污染源的潛在位置包括：若已知高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的濃度梯度，則源頭方向?yàn)闈舛忍荻鹊姆较?；結(jié)合所述動(dòng)態(tài)遷移模型通過(guò)反向追蹤微塑料的遷移路徑，進(jìn)一步定位潛在的源頭區(qū)域：

18、；

19、其中，為初步確定的微塑料污染源的初始地理坐標(biāo)。

20、作為本發(fā)明所述基于大數(shù)據(jù)分析的土壤微塑料污染監(jiān)測(cè)分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述將污染源位置與歷史污染源記錄進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證污染源的準(zhǔn)確性包括以下步驟：收集與污染源相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)；與初步確定的污染源位置進(jìn)行比對(duì)，判斷初步確定的污染源位置與歷史污染源的關(guān)系。

21、作為本發(fā)明所述基于大數(shù)據(jù)分析的土壤微塑料污染監(jiān)測(cè)分析方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述微塑料的動(dòng)態(tài)遷移模型使用對(duì)流-擴(kuò)散方程表示。

22、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的基于大數(shù)據(jù)分析的土壤微塑料污染監(jiān)測(cè)分析方法的步驟。

23、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中：所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的基于大數(shù)據(jù)分析的土壤微塑料污染監(jiān)測(cè)分析方法的步驟。

24、本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明通過(guò)分析微塑料濃度隨時(shí)間的變化，識(shí)別出其遷移的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，并結(jié)合氣象因素分析其對(duì)濃度波動(dòng)的影響，構(gòu)建有效的動(dòng)態(tài)遷移模型，揭示了微塑料在土壤中的擴(kuò)散路徑與沉積模式；結(jié)合氣象和地形因素，識(shí)別污染物擴(kuò)散的趨勢(shì)和路徑，使得污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的定位更加精準(zhǔn)，有助于在微塑料污染的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域開(kāi)展更為細(xì)致的環(huán)境監(jiān)測(cè)和治理工作，從而有效降低微塑料對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，保障土壤健康；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)微塑料污染的全面監(jiān)測(cè)和深入分析。