本發(fā)明涉及水環(huán)境監(jiān)測領域，尤其涉及基于td-lte專網(wǎng)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術：

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，水環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)和對污染排放源的水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測日益受到重視。

在本發(fā)明之前，被監(jiān)測水域的相關信息大多采用zigbee、wifi、gprs或北斗等技術進行傳輸。這些技術方式是現(xiàn)有的水文、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)主要的信息傳輸方式，傳輸速度非常慢、數(shù)據(jù)量傳輸也非常有限，極大地限制了系統(tǒng)功能的提升，無法滿足現(xiàn)階段對水環(huán)境監(jiān)測的需求。

采用zigbee或wifi等無線通信技術向監(jiān)測中心傳輸數(shù)據(jù)，其組網(wǎng)傳輸距離通常較近，傳輸速度和數(shù)據(jù)量受網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量影響非常大。有的水環(huán)境自動化監(jiān)測系統(tǒng)通過公網(wǎng)gprs網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，布置比較麻煩、不夠靈活，實時性差，還會持續(xù)產(chǎn)生非常大的維護費用。也有一些基于北斗衛(wèi)星的水環(huán)境自動化監(jiān)測系統(tǒng)，受目前北斗組網(wǎng)建設情況限制，定位精度不夠高，傳輸信息量受北斗短信息協(xié)議影響，導致傳輸?shù)男畔⒘糠浅Ｓ邢?，也無法滿足水環(huán)境監(jiān)測要求。

而由于各地水環(huán)境自動化監(jiān)測發(fā)展不均衡，水環(huán)境自動化監(jiān)測系統(tǒng)多散亂地分布在各個角落，相互之間是獨立、分隔的，導致信息資源分布不均，共享程度低，系統(tǒng)連通性差，“信息孤島”現(xiàn)象嚴重，重復投資現(xiàn)象多，數(shù)據(jù)服務能力不足。

此外，針對一些突發(fā)性的水環(huán)境污染事件，需要立即展開應急監(jiān)測工作，確定污染程度，為采取事件處置措施提供科學的依據(jù)。根據(jù)以往處置應對突發(fā)性水環(huán)境污染事故的經(jīng)驗，應形成一套以水質(zhì)監(jiān)測為基礎、水文和河道觀測等為輔助的較為成熟的應急監(jiān)測組織實施體系。但目前已有的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與我國水環(huán)境應急監(jiān)測工作的需求存在一定的差異，往往注重檢測功能，而忽視了應急監(jiān)測工作的本質(zhì)要求和監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸使用，不利于快速、科學地開展應急監(jiān)測工作。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，研制基于td-lte專網(wǎng)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術方案是：

基于td-lte專網(wǎng)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，其主要技術特征在于環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星連接td-lte基站、衛(wèi)星終端，td-lte基站分別連接td-lte終端、水環(huán)境監(jiān)測終端；所述水環(huán)境監(jiān)測終端的水環(huán)境參數(shù)檢測模塊通過信號調(diào)理模塊連接控制模塊，控制模塊連接td-lte通信模塊，td-lte通信模塊通過td-lte基站連接水環(huán)境監(jiān)控中心的td-lte終端。

所述水環(huán)境監(jiān)測終端中，控制模塊連接北斗/gps天線，網(wǎng)絡攝像頭連接td-lte通信模塊。

本發(fā)明的另一技術方案是：

基于td-lte專網(wǎng)的水環(huán)境監(jiān)測方法，其主要技術特征在于步驟如下：

(1)水環(huán)境監(jiān)測終端中的水環(huán)境參數(shù)檢測模塊中的傳感器放置到待測水域中；

(2)傳感器將采集到的信息輸送到信號調(diào)理模塊；

(3)信號調(diào)理模塊將傳感器輸出的模擬信號的濾波、放大、濾波輸送到控制模塊；

(4)控制模塊將信號除噪、水環(huán)境信息的屬性標定，輸送到td-lte通信模塊；

(5)td-lte通信模塊將控制模塊處理后的水環(huán)境信息和水環(huán)境監(jiān)測終端的坐標、時間信息以td-lte的模式發(fā)送至td-lte基站。

所步驟(2)采集到的信號包括深度、溫度、ph值、溶解氧、電導率、氧化還原電位、濁度信號。

所步驟(4)中，通過北斗/gps天線和控制模塊的定位授時電路獲取水環(huán)境監(jiān)測終端所在的地理位置及時間信息。

本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于引入td-lte無線寬帶通信系統(tǒng)快速組建水環(huán)境監(jiān)測專網(wǎng)，形成一個以td-lte基站為中心、覆蓋一定范圍(≥10公里)的寬帶無線網(wǎng)絡，并能與各類通信手段(有線網(wǎng)、衛(wèi)星、3g、wifi等)有機銜接，具備高寬帶、低時延、高穩(wěn)定、高速率等移動通信技術優(yōu)點，同時具有快速、機動、良好的抗毀抗擾性、網(wǎng)絡互通性及安全保密性。在處置突發(fā)水環(huán)境污染事件時，還能夠?qū)崟r傳輸圖像、視頻、語音和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)前方與后方指揮中心之間各類信息雙向傳輸不間斷。結(jié)合智能移動終端，還可以實現(xiàn)與水環(huán)境監(jiān)控中心或其他智能移動終端發(fā)起電視電話會議，特別適用于處理應急水環(huán)境監(jiān)測任務。

用于監(jiān)測各種水環(huán)境參數(shù)的若干個固定式或移動式水環(huán)境監(jiān)測終端，通過適宜的配置和部署方案放置于待測水域，可以準確、實時地采集被監(jiān)測水域的水環(huán)境參數(shù)信息，監(jiān)測終端配置方案靈活、多樣，確保被監(jiān)測水域水環(huán)境參數(shù)的準確性和實時性，再結(jié)合視頻監(jiān)控方式來監(jiān)視水環(huán)境實時狀況，解決了現(xiàn)有大部分水環(huán)境自動化監(jiān)測系統(tǒng)“信息采集不夠完善，智能感知有待提高”的問題。

針對現(xiàn)有的水文、水質(zhì)監(jiān)測站，通過增加配置td-lte通信終端，可以很方便地將現(xiàn)有水文、水質(zhì)監(jiān)測站所采集數(shù)據(jù)傳輸至統(tǒng)一的水環(huán)境監(jiān)控中心，解決了現(xiàn)有大部分水環(huán)境自動化監(jiān)測系統(tǒng)“系統(tǒng)建設不夠集約，監(jiān)測資源有待整合”的問題。

水環(huán)境數(shù)據(jù)中心通過數(shù)據(jù)存儲、多源數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等工作，可以對區(qū)域水環(huán)境的當前狀態(tài)進行分析，對未來水環(huán)境的變化進行預測，判斷是否發(fā)生異常水環(huán)境事件并及時預警，解決了現(xiàn)有大部分水環(huán)境自動化監(jiān)測系統(tǒng)“數(shù)據(jù)服務能力不足”的問題。

本發(fā)明提供了一種基于td-lte專網(wǎng)的適用于流域或區(qū)域的水環(huán)境監(jiān)測方法：通過部署固定式或移動式水環(huán)境監(jiān)測終端獲取重點水域水環(huán)境實時數(shù)據(jù)，同時以視頻監(jiān)控的方式監(jiān)視水環(huán)境實時狀況；利用td-lte4g網(wǎng)絡覆蓋范圍廣、部署靈活和不受線路改造影響的優(yōu)勢，構建靈活高效開放的水環(huán)境監(jiān)測專網(wǎng)，以實現(xiàn)監(jiān)測信息的傳輸；通過基于區(qū)間證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合方法對多個水環(huán)境監(jiān)測終端所采集到的數(shù)據(jù)進行多源數(shù)據(jù)融合，對當前水環(huán)境現(xiàn)狀進行評價；基于深度信念網(wǎng)絡對被監(jiān)測水域的水環(huán)境參數(shù)進行預測，基于支持向量機對被監(jiān)測水域的水環(huán)境進行預警；最后將所產(chǎn)生的結(jié)果以大屏幕集成顯示的方式，為管理部門提供直觀的控制方式。本發(fā)明可為流域或區(qū)域提供實時、可靠、完整的水環(huán)境信息，及時做出調(diào)度和處理，實現(xiàn)對重點水域的一體化遠程保護。

附圖說明

圖1——本發(fā)明示意圖。

圖2——本發(fā)明水環(huán)境監(jiān)測終端示意圖。

圖3——本發(fā)明水環(huán)境監(jiān)測終端中信號調(diào)理模塊示意圖。

圖4——本發(fā)明水環(huán)境監(jiān)測終端中控制模塊示意圖。

圖5——本發(fā)明有融合中心的并行拓撲示意圖。

圖6——本發(fā)明基于區(qū)間證據(jù)理論的多源數(shù)據(jù)融合水質(zhì)評價過程示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明所述的基于td-lte專網(wǎng)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括：用于監(jiān)測現(xiàn)場水環(huán)境參數(shù)的若干個水環(huán)境監(jiān)測終端，用于接收所述水環(huán)境監(jiān)測終端發(fā)送的水環(huán)境數(shù)據(jù)及音視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的水環(huán)境監(jiān)控中心，用于水環(huán)境監(jiān)測終端與水環(huán)境監(jiān)控中心、智能移動終端通信的td-lte基站，用于查詢水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和風險源信息的智能移動終端，用于實現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)控中心與水環(huán)境檢測終端或現(xiàn)有水文、水質(zhì)監(jiān)測站通信的td-lte終端，以及用于實現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)衛(wèi)星傳輸?shù)男l(wèi)星終端。

所述水環(huán)境監(jiān)測終端包括：水環(huán)境參數(shù)檢測模塊、信號調(diào)理模塊、控制模塊、td-lte的通信模塊，其原理框圖如圖2所示。

水環(huán)境參數(shù)檢測模塊通過信號調(diào)理模塊連接控制模塊，控制模塊與td-lte通信模塊相連，td-lte通信模塊通過td-lte基站與水環(huán)境監(jiān)控中心的td-lte終端相連。分布在被監(jiān)測水域內(nèi)的多個水環(huán)境監(jiān)測終端、現(xiàn)有水文水質(zhì)監(jiān)測站的td-lte終端、水環(huán)境監(jiān)控中心的td-lte終端和td-lte基站則構成了用于水環(huán)境監(jiān)測的td-lte通信專網(wǎng)。

水環(huán)境參數(shù)檢測模塊上集成各種高精度傳感器器件，將這些傳感器器件放置于水環(huán)境監(jiān)測終端內(nèi)，并部署于待測水域中，用于將檢測到的相關水環(huán)境信息變換成可供控制模塊采集的電信號，這些水環(huán)境信息包括：深度、溫度、ph值、溶解氧、電導率、氧化還原電位、濁度等。所述的水環(huán)境參數(shù)檢測模塊的電參數(shù)輸出端口與信號調(diào)理模塊連接。

信號調(diào)理模塊主要完成水環(huán)境監(jiān)測終端內(nèi)所有傳感器輸出的模擬信號的信號濾波、放大、濾波，模數(shù)信號的轉(zhuǎn)換等功能，其原理框圖如圖3所示。由于傳感器輸出的信號都比較微弱，受到被監(jiān)測水域環(huán)境的影響，一些信號中還混入了噪聲，這不利于數(shù)據(jù)處理模塊做出相應的判斷，進而會影響水環(huán)境監(jiān)測的準確性，因此將水環(huán)境傳感器輸出端連接信號調(diào)理模塊，通過放大電路對水環(huán)境傳感器的探測信號進行放大，改善信號性能；通過濾波電路過濾噪聲，提升信號質(zhì)量，便于水環(huán)境監(jiān)測終端進行正常數(shù)據(jù)分析，保證水環(huán)境監(jiān)測的準確性。

控制模塊主要通過低功耗的arm芯片完成各種水環(huán)境信息的高精度采樣和數(shù)字信號處理，其原理框圖如圖4所示。采用高精度參考電源輔助各種高精度ad變換芯片實現(xiàn)對水環(huán)境信息的高精度采樣，采樣的數(shù)據(jù)通過并行或串行的數(shù)據(jù)總線送入控制模塊的arm芯片中。數(shù)字信號處理的任務主要包括：對水環(huán)境參數(shù)信號進行除噪，水環(huán)境信息的屬性標定等。同時，通過北斗/gps天線和控制模塊的定位授時電路獲取水環(huán)境監(jiān)測終端所在的地理位置及時間信息。最后，控制模塊將水環(huán)境數(shù)據(jù)和水環(huán)境監(jiān)測終端的坐標、時間等信息按照統(tǒng)一格式封裝成報文，加密后按照既定的協(xié)議發(fā)送至td-lte通信模塊。

td-lte通信模塊將控制模塊處理后的水環(huán)境信息和水環(huán)境監(jiān)測終端的坐標、時間等信息以td-lte的模式發(fā)送至td-lte基站。

所述td-lte基站主要完成水環(huán)境監(jiān)測終端與監(jiān)控中心、監(jiān)控中心與智能移動終端之間的通信。td-lte基站對接收到的數(shù)據(jù)進行解密，對水環(huán)境監(jiān)測終端進行身份和地址的合法性認證，并將解密后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿h(huán)境監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)中心中。

所述水環(huán)境監(jiān)控中心主要包含水環(huán)境數(shù)據(jù)中心、水環(huán)境監(jiān)控服務器和監(jiān)測終端維護服務器。

水環(huán)境數(shù)據(jù)中心主要負責數(shù)據(jù)存儲、多源數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等工作，對區(qū)域水環(huán)境的當前狀態(tài)進行分析，對未來水環(huán)境的變化進行預測，判斷是否發(fā)生異常水環(huán)境事件并及時預警，同時提供監(jiān)控中心或智能移動終端對相關水環(huán)境信息的查詢。

水環(huán)境監(jiān)控服務器主要用于監(jiān)控中心的人機交互，如信息發(fā)布(公告信息、水環(huán)境實時信息、預警信息等的發(fā)布)，視頻監(jiān)控查看，應急調(diào)度，信息上傳至上級主管部門等。

監(jiān)測終端維護服務器主要完成監(jiān)測終端的自檢操作，通過傳感器數(shù)據(jù)的采集和掃描，生成并存儲相關故障信息。

所述智能移動終端包括水環(huán)境數(shù)據(jù)查詢、水環(huán)境告警查詢、水環(huán)境標準查詢和系統(tǒng)設置。

水環(huán)境數(shù)據(jù)查詢用于通過智能移動終端查看實時水環(huán)境數(shù)據(jù)和歷史水環(huán)境數(shù)據(jù)，水環(huán)境告警查詢用于查詢水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)異常值，水環(huán)境標準查詢用于查看水環(huán)境監(jiān)測標準信息，系統(tǒng)設置用于智能移動終端的軟件功能設置。

所述td-lte通信終端主要完成水環(huán)境監(jiān)控中心與基站的通信，實現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測終端和水環(huán)境監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交互。同時針對現(xiàn)有的水文、水質(zhì)監(jiān)測站，增加配置一臺td-lte通信終端，可以很方便地將現(xiàn)有的水文、水質(zhì)監(jiān)測站數(shù)據(jù)傳輸至水環(huán)境監(jiān)控中心。

所述衛(wèi)星終端主要是為了實現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的衛(wèi)星通信傳輸，可作為應對更遠距離或特殊應急環(huán)境下的通信手段。

基于td-lte專網(wǎng)的水環(huán)境監(jiān)測方法，按照以下步驟進行：

(一)基于td-lte的水環(huán)境專網(wǎng)通過固定監(jiān)測終端和移動監(jiān)測車、船相結(jié)合的方式，實時采集被監(jiān)測水域水文、水質(zhì)等數(shù)據(jù)，同時以視頻監(jiān)控的方式監(jiān)視水環(huán)境實時狀況；

(二)對步驟(一)中監(jiān)測終端采集的被監(jiān)測水域水環(huán)境參數(shù)信號進行處理，通過濾波電路過濾傳感器探測信號中的噪聲，通過放大電路對濾波后的信號進行放大，對放大后的信號通過濾波電路進行二次濾波；

(三)對處理后的水環(huán)境參數(shù)信號進行ad轉(zhuǎn)換后，采用小波分析閾值濾波法對水環(huán)境參數(shù)信號進行除噪處理，以消除所監(jiān)測的水生態(tài)數(shù)據(jù)中測量誤差和噪聲的影響，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。其步驟如下：

(1)一維水環(huán)境參數(shù)信號的小波分解。根據(jù)被監(jiān)測水域水環(huán)境管理應用背景，設只有數(shù)值形式{f(k)}k∈z，在不考慮其他信息時，該數(shù)值序列f(t)的最精細的數(shù)值逼近。根據(jù)小波分析理論，把水環(huán)境參數(shù)信號fj(t)進行尺m尺度小波分解，得到平滑逼近信號fm(t)和細節(jié)信號dq(t)，q＝j+1，…，m，m≤mτ。其中m和τ分別為嵌入維數(shù)和延遲時間，通常τ＝1。

(2)小波分解細節(jié)系數(shù)的閾值量化處理。保持平滑逼近信號fm(t)不變，采用分層閾值法分別對不同尺度下細節(jié)信號進行小波閾值法除噪。其信號除噪策略為：根據(jù)水環(huán)境參數(shù)信號中噪聲的小波系數(shù)幅值隨著小波分解尺度增大而減小的特性，引入調(diào)節(jié)因子，使閾值ξ隨著分解尺度j的變化而不斷修正。若對信噪比較高的細節(jié)信號閾值計算時，因有用信號的能量較大，占高頻帶的主要部分，此時ξ應賦予較小值，可適當增大閾值；對信噪比較低的細節(jié)信號閾值計算時，噪聲和有用信號的能量相當，此時可對ξ賦予較大值，縮小閾值；對細節(jié)信號dm(t)閾值量化處理時，因噪聲能量較大，信噪比最低，可采用選取閾值，采用分層閾值法可有效提高閾值估計的精度。

(3)-維水環(huán)境參數(shù)信號的小波重構。通過小波分解最低層的逼近低頻系數(shù)及經(jīng)過量化處理的各層細節(jié)系數(shù)，實現(xiàn)水環(huán)境參數(shù)信息的小波重構，得到凈化后的信號。

(四)通過北斗/gps天線和控制模塊的定位授時電路獲取水環(huán)境監(jiān)測終端所在的地理位置及時間信息，將水環(huán)境數(shù)據(jù)和水環(huán)境監(jiān)測終端的坐標、時間等信息按照統(tǒng)一格式封裝成報文，加密后按照既定的協(xié)議發(fā)送至td-lte通信模塊。

(五)td-lte通信模塊將加密后的報文遵從td-lte相關協(xié)議發(fā)送至td-lte基站。

(六)td-lte基站首先將接收到的數(shù)據(jù)進行解密處理，然后對水環(huán)境監(jiān)測終端進行身份和地址的合法性認證，合法性認證通過后，再將解密后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿h(huán)境監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)中心。

(七)針對水環(huán)境傳感器所采集數(shù)據(jù)的不確定性，在數(shù)據(jù)中心對分布在被監(jiān)測水域內(nèi)的n個水環(huán)境監(jiān)測終端所采集到的數(shù)據(jù)進行多源數(shù)據(jù)融合。

考慮n個水環(huán)境監(jiān)測終端分布式監(jiān)測的并行結(jié)構，如圖5所示。

假設水環(huán)境監(jiān)控終端之間不相互通信而且從融合中心到任何一個傳感器都沒有反饋。令yi表示無論是由第i個有效水環(huán)境監(jiān)測終端的單個信號觀測，還是在多觀測情況下可能存在已給定問題的充分統(tǒng)計。第i個水環(huán)境監(jiān)測終端采用映射規(guī)則ui＝γi(yi)以及傳遞量化信息ui至融合中心(位于水環(huán)境監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)中心)?；谒邮盏男畔＝(u1，u2，…，un)，融合中心做出全局判決u0＝γ0(u)。

采用基于區(qū)間證據(jù)理論的多源數(shù)據(jù)融合方法對被監(jiān)測水域水質(zhì)情況進行評價，其步驟如下：

(1)令θ＝{g1，g2，g3，…，gi，…，gt}表示水質(zhì)判斷識別框架，其中，gi表示被監(jiān)測水域當前的水質(zhì)等級，t為水質(zhì)等級的個數(shù)，用區(qū)間數(shù)表示每個等級水質(zhì)參數(shù)特征值的范圍，令[f]θ表示所有水質(zhì)等級的特征值。

其中，表示水質(zhì)等級為i的m個水質(zhì)參數(shù)(溶解氧、氨氮、總氮、總磷等)的特征值，m為水質(zhì)參數(shù)的個數(shù)，每個特征值均為區(qū)間數(shù)。

(2)設在基于td-lte的水環(huán)境監(jiān)測專網(wǎng)中，水環(huán)境監(jiān)測終端的總數(shù)為n。令[s]k＝{[s]k1，[s]k2，…，[s]kj，…，[s]km}表示第k個水環(huán)境監(jiān)測終端測量的水質(zhì)數(shù)據(jù)，其中，k＝1，2，…，n，[s]ki表示第k個水環(huán)境監(jiān)測終端測量的第j個水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)。水環(huán)境監(jiān)測終端在測量數(shù)據(jù)的過程中，由于傳感器精度問題，測量的數(shù)據(jù)存在誤差。設第k個水環(huán)境監(jiān)測終端測量的第j個水質(zhì)參數(shù)的數(shù)值為skj，誤差為pkj，則[s]kj＝[skj-pkj，skj+pkj]。

用mass函數(shù)表示被監(jiān)測水域水質(zhì)判斷為不同等級的區(qū)間信度。{[m]k(g1)，[m]k(g2)，…，[m]k(gi)，…，[m]k(gt)}表示用第k個水環(huán)境監(jiān)測終端測量的水質(zhì)數(shù)據(jù)計算得到的mass分配，其中，[m]k(gi)表示對被測量水域水質(zhì)等級判斷為gi的區(qū)間信度，其值根據(jù)[s]k與gi等級水質(zhì)參數(shù)特征值的距離計算得到。

(3)由于傳感器測量的數(shù)據(jù)具有不確定性，為了能更準確地判斷被監(jiān)測水域水質(zhì)等級，在區(qū)間證據(jù)組合之前，用可靠性系數(shù)c對mass函數(shù)進行修正。通過區(qū)間證據(jù)組合規(guī)則綜合修正后的mass分配，得到綜合區(qū)間證據(jù)，最后按照決策準則判斷水質(zhì)等級?；趨^(qū)間證據(jù)理論的多源數(shù)據(jù)融合水質(zhì)評價過程如圖6所示。(八)基于深度信念網(wǎng)絡(dbn)對被監(jiān)測水域的水環(huán)境參數(shù)進行預測，采用均方根誤差rmse、相關系數(shù)、和訓練時間作為評價預測模型性能的指標。預測步驟如下：

(1)將水環(huán)境數(shù)據(jù)按照獲取時間進行分類集中，對缺失的水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，使用拉格朗日插值多項式對其進行修復處理；

(2)從歷史數(shù)據(jù)庫中選取大量水環(huán)境數(shù)據(jù)，將其分為訓練集與測試集，采用d＝4，τ為1周的回歸延遲，即用前4周數(shù)據(jù)預測下一周數(shù)據(jù)；

(3)對不同水環(huán)境參數(shù)的深度信念網(wǎng)絡模型設置參數(shù)，構建深度信念網(wǎng)絡

采用n層受限制波爾斯曼機(rbm)組成一個深度信念網(wǎng)絡(n≤3)，網(wǎng)絡結(jié)構包括輸入層、隱含層和輸出層。其中輸入層i個節(jié)點，分別代表某時間段之前某個水環(huán)境參數(shù)(如水位、葉綠素、總磷、總氮等)的測量值(按照小時、天、周、季節(jié)劃分)，隱含層包括k個節(jié)點，輸出節(jié)點j個，用于輸出該水環(huán)境參數(shù)在下一時間段(如0-4小時、0-72小時、1-4周或季節(jié)性)實現(xiàn)的預測值；

針對不同的水環(huán)境參數(shù)，深度信念網(wǎng)絡的結(jié)構可以是不一樣的，其包含隱層的數(shù)目n(n≤3)、神經(jīng)元個數(shù)、學習率等都不盡相同。

(4)訓練深度信念網(wǎng)絡

應用深度信念網(wǎng)絡進行無監(jiān)督預訓練，再通過bp算法對整個神經(jīng)網(wǎng)絡做反向傳播運算，調(diào)整每層的權證矩陣，對判別性能做調(diào)整。

選取某個水環(huán)境參數(shù)的訓練集數(shù)據(jù)對深度信念網(wǎng)絡模型進行反復訓練，一直到預測數(shù)據(jù)與測試集數(shù)據(jù)誤差小于10^-3，表明訓練成功，所述訓練集數(shù)據(jù)不少于50組；

(5)利用訓練后的深度信念網(wǎng)絡進行水環(huán)境參數(shù)預測與分析

將訓練好的深度信念網(wǎng)絡模型用于被監(jiān)測水域水環(huán)境參數(shù)的預測，將水環(huán)境監(jiān)測終端采集到的大量實時水環(huán)境數(shù)據(jù)輸入到輸入層，將運算得到的預測結(jié)果反映射到原數(shù)據(jù)范圍內(nèi)并最終輸出。

(6)對每個水環(huán)境監(jiān)測終端，針對每個水環(huán)境參數(shù)重復上述步驟(1)～(5)，得到各個水環(huán)境監(jiān)測終端每個水環(huán)境參數(shù)在下一天的所有預測值。

(九)基于支持向量機(svm)對被監(jiān)測水域的水環(huán)境進行預警，水環(huán)境預警模型構建步驟如下：

(1)結(jié)合被監(jiān)測水域水環(huán)境的實際情況以及專家經(jīng)驗，構建該水域水環(huán)境預警指標體系。從水環(huán)境數(shù)據(jù)庫中提取描述預警特征的參數(shù)，構建預警指標體系，再隨機抽取部分樣本作為水環(huán)境數(shù)據(jù)訓練集；

(2)在保障原始分類能力的前提下，運用適宜的離散化方法對連續(xù)的水環(huán)境特征數(shù)據(jù)進行離散化，建立相應的決策表；

(3)在保持知識系統(tǒng)分類能力不變條件下，通過粗糙集屬性約簡算法，對水環(huán)境數(shù)據(jù)集進行約簡，刪除其中冗余不相關或不重要的屬性，挖掘出對水環(huán)境狀況較敏感的預警指標，獲得最小條件屬性集；

(4)歸一化處理最小條件屬性集樣本，得到支持向量機分類器的訓練樣本集。；

(5)對支持向量機分類器及核函數(shù)參數(shù)進行初始化，將訓練樣本集輸入到分類器中并運用二次規(guī)劃法進行優(yōu)化訓練，當達到總循環(huán)次數(shù)，或連續(xù)幾次支持向量數(shù)不變，則分類器訓練結(jié)束；

(6)按照步驟(2)～(4)的數(shù)據(jù)處理方法對水環(huán)境測試樣本進行屬性簡約和歸一化預處理，然后輸入到優(yōu)化后的預警模型中進行預警識別，獲得水環(huán)境預警結(jié)果。

(十)將上述步驟中所產(chǎn)生的視頻、水環(huán)境監(jiān)測、水環(huán)境評價、水環(huán)境預測及預警結(jié)果以大屏幕集成顯示的方式，為被監(jiān)測水域管理部門提供直觀的控制方式，相關結(jié)果及時上傳至管理部門。

實施例：

本發(fā)明所涉及的系統(tǒng)基于td-lte專網(wǎng)傳送水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理、分析、挖掘數(shù)據(jù)，并通過監(jiān)測終端維護服務器智能管理各水環(huán)境檢測傳感器。

td-lte無線寬帶通信系統(tǒng)能夠快速組建專網(wǎng)，形成一個以td-lte基站為中心覆蓋一定范圍的寬帶無線網(wǎng)絡，并能與各類通信手段(有線網(wǎng)、衛(wèi)星、3g、wifi等)有機銜接，具備高寬帶、低時延、高穩(wěn)定、高速率等移動通信技術優(yōu)點。具有快速、機動、良好的抗毀抗擾性、網(wǎng)絡互通性及安全保密性等特點。在處置突發(fā)水環(huán)境污染事件時，還能夠?qū)崟r傳輸圖像、視頻、語音和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)前方與后方指揮中心之間各類信息雙向傳輸不間斷。

用于監(jiān)測各種水環(huán)境參數(shù)的若干個水環(huán)境監(jiān)測終端，通過適宜的配置和部署方案放置于待測水域，可準確、實時地采集被監(jiān)測水域的水環(huán)境信息。重點水域可通過配置固定式水環(huán)境監(jiān)測終端，應急監(jiān)測水域可通過固定式水環(huán)境監(jiān)測終端結(jié)合移動式水環(huán)境監(jiān)測終端結(jié)合使用。監(jiān)測終端配置方案靈活、多樣，確保被監(jiān)測水域水環(huán)境參數(shù)的準確性和實時性。

通過td-lte通信基站可實現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測終端的無線局域組網(wǎng)，td-lte通信基站設計模式有固定式基站和車載便攜式基站。當水環(huán)境監(jiān)測區(qū)域已確定時，可選用固定式基站方案；針對突發(fā)水環(huán)境污染事件的區(qū)域，可根據(jù)任務需要采用車載便攜式基站，快速組建基于td-lte的應急水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡。其中車載便攜式基站使用起來更為靈活，該基站到達指定地區(qū)后可立即形成一定覆蓋范圍的寬帶無線網(wǎng)絡供現(xiàn)場通信使用，把覆蓋范圍內(nèi)的大量水環(huán)境數(shù)據(jù)通信設備(包括計算機、智能終端、攝像機、水環(huán)境檢測設備等)全部連接成一個移動的水環(huán)境數(shù)據(jù)采集通信專網(wǎng)。通過td-lte通信基站可與上級水環(huán)境監(jiān)測指揮中心通信網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)或者衛(wèi)星通信網(wǎng)等連接，實現(xiàn)機動局部無線寬帶網(wǎng)絡與其他通信網(wǎng)的互聯(lián)互通，迅速完成水環(huán)境信息采集處理和傳輸?shù)耐ㄐ湃蝿?。td-lte通信基站的單基站有效覆蓋范圍為10公里，通過基站中繼組網(wǎng)可以擴展到需要的通信距離。

水環(huán)境監(jiān)控中心通過td-lte通信基站可實現(xiàn)集群調(diào)度功能。能夠幫助中心指揮人員通過多媒體方式實現(xiàn)對各水環(huán)境數(shù)據(jù)采集終端設備或人員的調(diào)度指揮，提高指揮調(diào)度的智能化和自動化水平。具體功能有：

(1)可實現(xiàn)多業(yè)務調(diào)度功能?？沙休d語音調(diào)度、水環(huán)境數(shù)據(jù)調(diào)度和視頻調(diào)度。大數(shù)據(jù)時代來臨，lte語音、數(shù)據(jù)、視頻融合，調(diào)度業(yè)務豐富，調(diào)度效率提升。

(2)可實現(xiàn)集群通信功能。全面支持通話限時、動態(tài)重組、遲后進入、強插、強拆、監(jiān)聽等?？焖賳魏簟⒔M呼建立時間＜200ms，可實現(xiàn)分組會議功能。

水環(huán)境監(jiān)控中心通過td-lte通信基站可實現(xiàn)兼容多元化終端設備，包括：

(1)lte接入終端：專用水環(huán)境參數(shù)采集終端設備。

(2)其它應用終端。其他應用終端可以是網(wǎng)絡攝像機、傳感器、ip電話、工業(yè)信息數(shù)據(jù)采集設備，也可以是通用設備(如平板電腦)，配上lte數(shù)據(jù)卡，將現(xiàn)場信息、日志等以圖文、表格，視頻及語音等形式反饋到水環(huán)境監(jiān)控中心。

水環(huán)境監(jiān)控中心通過td-lte通信基站還可以實現(xiàn)綜合顯示，主要包括態(tài)勢顯示和動態(tài)圖文上墻顯示。

(1)態(tài)勢顯示。移動中心接收移動智能終端用戶上報的位置信息，存儲并在地圖上進行水環(huán)境態(tài)勢標繪。

(2)動態(tài)圖文上墻顯示。采用由高分辨率大屏幕液晶顯示屏拼接組成的顯示墻集中顯示全系統(tǒng)的各類動/靜態(tài)水環(huán)境監(jiān)視狀況、水環(huán)境檢測及通信設備運行狀況等信息。具備同時顯示多路水環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)場視頻輸入信號和rgb信號的能力，可進行多屏處理。并能夠進行多路視頻隨意點播，分組輪切。

智能移動終端以專門定制的android系統(tǒng)智能終端為例，監(jiān)測人員可以通過智能終端在隨時隨地利用無線網(wǎng)絡查詢水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，智能移動終端的軟件采用c/s架構，可以本地緩存部分數(shù)據(jù)，以便在無網(wǎng)絡的情況下使用。通過智能移動終端可以查看水環(huán)境監(jiān)測終端的實時檢測數(shù)據(jù)，實時檢測數(shù)據(jù)主要包括檢測時間、檢測項目和檢測結(jié)果等，如果檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)超標或異常，檢測結(jié)果以紅色顯示；提供水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)異常的預警通知，用戶可以全面掌握各檢測點位數(shù)據(jù)超標情況和設備運行狀態(tài)，還可以設置智能移動終端是否自動檢測報警信息。提供歷史水環(huán)境數(shù)據(jù)查詢，通過選擇水環(huán)境監(jiān)測終端編號和輸入查詢時段，獲取歷史水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。提供水環(huán)境標準的查詢，用戶首先將常用的水環(huán)境標準以pdf或word格式導入系統(tǒng)，使用時從系統(tǒng)下載。

智能移動終端通過配置攝像頭和話筒子模塊，可以實現(xiàn)與水環(huán)境監(jiān)控中心或其他智能移動終端發(fā)起電視電話會議，實時傳輸音頻、視頻、水環(huán)境數(shù)據(jù)等信息，特別適用于處理應急水環(huán)境監(jiān)測任務。