本技術(shù)涉及空間信息模擬，特別涉及一種基于hasm的地下水水位建模方法、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、地下水位的探測(cè)可以采用鉆探方式，即通過(guò)技術(shù)手段在地面進(jìn)行打井，向下探測(cè)地下水的水位以獲得該點(diǎn)位的采集信息，但是，鉆探需要耗費(fèi)大量的人力和物力，往往不能在較短時(shí)間內(nèi)完成某一地區(qū)的鉆探工作，不同位置處的地下水位探測(cè)的時(shí)間不同，尤其是當(dāng)研究區(qū)域較大的時(shí)候，多個(gè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)采集時(shí)間可能間隔較長(zhǎng)，而地下水位存在比較明顯的時(shí)間變化特征(例如隨月份的變化)，其次，考慮到成本的限制，鉆井的數(shù)量有限，可能無(wú)法覆蓋整個(gè)地下水系統(tǒng)；再者，受到地質(zhì)因素等作業(yè)條件的客觀影響，某些特殊地質(zhì)條件下鉆井可能會(huì)受到限制，進(jìn)而無(wú)法獲得該區(qū)域的地下水位信息。在面對(duì)較大研究區(qū)時(shí)，由于上述地下水位探測(cè)過(guò)程中時(shí)間與空間的錯(cuò)位問(wèn)題的存在，使得對(duì)整個(gè)研究區(qū)的地下水位變化研究變得困難，因此，如何對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)采集的鉆井信息進(jìn)行空間建模，以充分反映地下水位時(shí)空變化規(guī)律，是目前該領(lǐng)域一個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題。

2、因此，需要提供一種針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)不足的改進(jìn)技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于提供一種基于hasm的地下水水位建模方法、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)和電子設(shè)備，通過(guò)選用合適的方法，充分利用在不同觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)、不同位置采集的鉆井信息對(duì)地下水位進(jìn)行建模，以解決或緩解上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種基于hasm的地下水水位建模方法，包括：

4、獲取研究區(qū)多時(shí)相的地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)；在所述研究區(qū)內(nèi)，用于觀測(cè)地下水位的觀測(cè)站點(diǎn)有多個(gè)；

5、根據(jù)所述地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；其中，所述無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)指的是觀測(cè)數(shù)據(jù)缺失或者觀測(cè)數(shù)據(jù)異常，否則為有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；

6、依據(jù)所述有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與所述無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的空間位置關(guān)系和時(shí)間關(guān)系，對(duì)所述有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)值進(jìn)行處理，以獲得所述無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)相應(yīng)的虛擬觀測(cè)值；

7、針對(duì)多時(shí)相中的每一時(shí)相，利用所述有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)值與所述無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛擬觀測(cè)值構(gòu)建該時(shí)相的觀測(cè)向量，以獲得所有時(shí)相各自的觀測(cè)向量；

8、利用所述有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)值生成高精度曲面建模hasm方法的初始趨勢(shì)面，以各個(gè)時(shí)相對(duì)應(yīng)的所述觀測(cè)向量作為各個(gè)時(shí)相模擬時(shí)的優(yōu)化控制條件，對(duì)所述研究區(qū)的地下水位開(kāi)展多時(shí)相hasm模擬，得到各個(gè)時(shí)相對(duì)應(yīng)的模擬結(jié)果；對(duì)各個(gè)時(shí)相對(duì)應(yīng)的所述模擬結(jié)果進(jìn)行均值處理，得到多時(shí)相平均模擬結(jié)果。

9、上述方案中，對(duì)地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)中的異常值和缺失值進(jìn)行檢測(cè)，以確定有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，其中，對(duì)地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)的異常值進(jìn)行檢測(cè)，包括如下步驟：

10、對(duì)地下水位的任一觀測(cè)站點(diǎn)，用該觀測(cè)站點(diǎn)的所有有效觀測(cè)數(shù)據(jù)的最大值減去最小值，得到觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化范圍；

11、根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化范圍，確定有效觀測(cè)范圍；

12、將該觀測(cè)站點(diǎn)的所有觀測(cè)數(shù)據(jù)中不在所述有效觀測(cè)范圍的觀測(cè)值標(biāo)記為異常值。

13、上述方案中，依據(jù)所述有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與所述無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的空間位置關(guān)系和時(shí)間關(guān)系，對(duì)所述有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)值進(jìn)行處理，以獲得所述無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)相應(yīng)的虛擬觀測(cè)值，包括如下步驟：

14、任取一個(gè)無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；

15、根據(jù)當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與第一有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合的各個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)之間的空間位置關(guān)系，計(jì)算出當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛擬觀測(cè)值的空間分量；其中，第一有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合是與當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間相同、觀測(cè)站點(diǎn)不同的有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)組成的集合；

16、根據(jù)當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間與第二有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合的觀測(cè)時(shí)間，計(jì)算出虛擬觀測(cè)值的時(shí)間分量；其中，所述第二有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合是與當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)站點(diǎn)相同、觀測(cè)時(shí)間不同的有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)組成的集合；

17、對(duì)所述空間分量與所述時(shí)間分量進(jìn)行加權(quán)平均，獲得當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛擬觀測(cè)值。

18、上述方案中，根據(jù)當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與第一有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合的各個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)之間的空間位置關(guān)系，計(jì)算出當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛擬觀測(cè)值的空間分量，包括：

19、計(jì)算當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與所述第一有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合中各個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)之間的空間距離，以獲得空間距離向量；

20、基于所述空間距離向量計(jì)算得到空間距離權(quán)重向量；

21、將所述空間距離權(quán)重向量和所述第一有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合的觀測(cè)值進(jìn)行加權(quán)求和，得到當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛擬觀測(cè)值的空間分量。

22、上述方案中，根據(jù)當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間與第二有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合的觀測(cè)時(shí)間，計(jì)算出虛擬觀測(cè)值的時(shí)間分量，包括：

23、計(jì)算當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間與所述第二有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合的不同觀測(cè)時(shí)間之間的時(shí)間距離，以獲得時(shí)間距離向量；

24、根據(jù)所述時(shí)間距離向量，計(jì)算得到時(shí)間距離權(quán)重向量；

25、將所述時(shí)間距離權(quán)重向量與所述第二有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合的觀測(cè)值進(jìn)行加權(quán)求和，得到當(dāng)前無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛擬觀測(cè)值的時(shí)間分量。

26、上述方案中，利用所述有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)值生成高精度曲面建模hasm方法的初始趨勢(shì)面，包括：

27、對(duì)于每一個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)，對(duì)該觀測(cè)站點(diǎn)的有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)值進(jìn)行均值處理，獲得該觀測(cè)站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)平均值；

28、將各個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行組合，生成平均值序列；

29、基于所述平均值序列，利用克里金插值方法進(jìn)行插值處理，以獲得所述研究區(qū)的柵格曲面，并將所述柵格曲面作為hasm方法的初始趨勢(shì)面。

30、上述方案中，以各個(gè)時(shí)相對(duì)應(yīng)的所述觀測(cè)向量作為各個(gè)時(shí)相模擬時(shí)的優(yōu)化控制條件，對(duì)所述研究區(qū)的地下水位開(kāi)展多時(shí)相hasm模擬，得到各個(gè)時(shí)相對(duì)應(yīng)的模擬結(jié)果，包括：

31、對(duì)所述多時(shí)相進(jìn)行時(shí)間先后排序，并從起始時(shí)相開(kāi)始按照排序結(jié)果依次執(zhí)行如下步驟開(kāi)展hasm模擬：

32、判斷當(dāng)前時(shí)相在所述排序結(jié)果中的位次，若當(dāng)前時(shí)相是起始時(shí)相，則以所述起始時(shí)相對(duì)應(yīng)的觀測(cè)向量作為優(yōu)化控制條件，以所述初始趨勢(shì)面作為驅(qū)動(dòng)場(chǎng)，對(duì)所述研究區(qū)的地下水位開(kāi)展hasm模擬，獲得所述起始時(shí)相的模擬結(jié)果；

33、若當(dāng)前時(shí)相是起始時(shí)相以外的其他時(shí)相，則以所述排序結(jié)果中位于當(dāng)前時(shí)相的前一時(shí)相的模擬結(jié)果作為驅(qū)動(dòng)場(chǎng)，以當(dāng)前時(shí)相對(duì)應(yīng)的觀測(cè)向量作為優(yōu)化控制條件，對(duì)所述研究區(qū)的地下水位開(kāi)展hasm模擬，得到當(dāng)前時(shí)相的模擬結(jié)果；

34、重復(fù)上述步驟，直到獲得所有時(shí)相的地下水位的模擬結(jié)果。

35、第二方面，本實(shí)施例提供一種基于hasm的地下水水位建模系統(tǒng)，包括：

36、獲取單元，配置為獲取研究區(qū)多時(shí)相的地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)；其中，在所述研究區(qū)內(nèi)，用于觀測(cè)地下水位的觀測(cè)站點(diǎn)有多個(gè)；

37、確定單元，配置為根據(jù)所述地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；其中，所述無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)指的是觀測(cè)數(shù)據(jù)缺失或者觀測(cè)數(shù)據(jù)異常，否則為有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；

38、處理單元，配置為依據(jù)所述有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)與所述無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的空間位置關(guān)系和時(shí)間關(guān)系，對(duì)所述有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)值進(jìn)行處理，以獲得所述無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)相應(yīng)的虛擬觀測(cè)值；

39、構(gòu)建單元，配置為針對(duì)多時(shí)相中的每一時(shí)相，利用所述有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)值與所述無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛擬觀測(cè)值構(gòu)建該時(shí)相的觀測(cè)向量，以獲得所有時(shí)相各自的觀測(cè)向量；

40、模擬單元，配置為利用所述有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)值生成高精度曲面建模hasm方法的初始趨勢(shì)面，以各個(gè)時(shí)相對(duì)應(yīng)的所述觀測(cè)向量作為各個(gè)時(shí)相模擬時(shí)的優(yōu)化控制條件，對(duì)所述研究區(qū)的地下水位開(kāi)展多時(shí)相hasm模擬，得到各個(gè)時(shí)相對(duì)應(yīng)的模擬結(jié)果；對(duì)各個(gè)時(shí)相對(duì)應(yīng)的所述模擬結(jié)果進(jìn)行均值處理，得到多時(shí)相平均模擬結(jié)果。

41、第三方面，本實(shí)施例提供一種計(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，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上任一實(shí)施例所述的方法。

42、第四方面，本實(shí)施例提供一種電子設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器、以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上任一實(shí)施例所述的方法。

43、有益效果：

44、本實(shí)施例的技術(shù)方案中，首先獲取研究區(qū)多時(shí)相的地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)，按照觀測(cè)時(shí)間和觀測(cè)站點(diǎn)對(duì)地下水位觀測(cè)數(shù)據(jù)的是否缺失或異常進(jìn)行逐個(gè)甄別，以區(qū)分出有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；然后利用有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)和無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的空間位置關(guān)系和時(shí)間關(guān)系，計(jì)算出無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)相應(yīng)的虛擬觀測(cè)值，隨后利用有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的觀測(cè)值和無(wú)效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛擬觀測(cè)值構(gòu)建觀測(cè)向量，在此基礎(chǔ)上，利用高精度曲面建模(high?accuracy?surface?modeling，hasm)方法，對(duì)研究區(qū)的地下水位開(kāi)展多時(shí)相模擬，獲得各個(gè)時(shí)相對(duì)應(yīng)的模擬結(jié)果，再通過(guò)均值計(jì)算獲得研究區(qū)的多時(shí)相平均模擬結(jié)果。該方法針對(duì)地下水位探測(cè)過(guò)程中時(shí)間與空間的錯(cuò)位問(wèn)題，考慮時(shí)空錯(cuò)位導(dǎo)致的觀測(cè)數(shù)據(jù)特有的時(shí)空二維稀疏特性，充分利用數(shù)量不多的有效觀測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，結(jié)合hasm具有的高分辨率、高精度的特點(diǎn)，通過(guò)不斷滾動(dòng)更新hasm的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)和優(yōu)化控制條件開(kāi)展多時(shí)相hasm模擬，最終獲得高分辨率、多時(shí)相、空間連續(xù)的模擬結(jié)果，并通過(guò)均值計(jì)算獲得平均模擬結(jié)果。該方法能夠突破現(xiàn)有使用鉆探技術(shù)觀測(cè)地下水水位的局限性，能夠有效反映地下水位時(shí)空變化規(guī)律。