一种基于网络病毒传播模型的空气污染溯源方法技术

本发明专利技术公开了一种基于网络病毒传播模型的空气污染溯源方法，包括步骤一、获取相关子图，步骤二、构造大气污染转移方程，步骤三、单点溯源分析，本发明专利技术的基于网络病毒传播模型的空气污染溯源方法，能够准确地按照时间要求寻找源头的空间位置，并且能得到源头的影响强度；本发明专利技术利用一定时空的污染物数据筛选出范围更小的相关区域，并且能够高效地得到溯源结果，时效性较强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于观测点数据的空气污染溯源问题，提出了一种基于网络病毒传播模型的空气污染溯源方法。
技术介绍
空气污染溯源是利用空气中某些气体成分的特征及其时空分布，并通过特定的溯源方法寻找空气传播源头的过程。该技术在天气预测，大气污染治理等领域具有非常重要的研究及应用价值。随着环境的日益恶化，污染治理成为当代一个重要的研究课题。空气污染治理是污染治理的一个重要环节，控制污染源是污染治理的关键。如何及时、准确地找到空气污染源是一个热点问题；与此同时，发现一定区域内优质空气的扩散源头也具有十分重要的意义。传统的溯源方法大多数用来处理水体污染问题，空气污染溯源方法较少，优质空气的溯源方法并未深入研究。与此同时，传统的空气污染溯源方法不能将时间、空间、强度统一在溯源结果中，在区域范围较大时计算复杂度过高，也不能很好地满足时效性的要求。因此，采用基于网络病毒传播模型的空气污染溯源方法来处理空气污染溯源问题就显得尤为重要。
技术实现思路
针对现有空气污染溯源方法的高复杂度及其溯源结果的局限性问题，本专利技术的目的是提供一种基于网络病毒传播模型的空气污染溯源方法，最大限度地优化溯源结果，提高溯源效率。为达到上述目的，本专利技术提出的基于网络病毒传播模型的空气污染溯源方法包括以下步骤：步骤一.获取相关子图：将某地区各个观测站以及它们之间的互相影响关系表示为一张有向图，利用各个观测站之间的地理信息和天气信息，将各观测点的加权距离数值化，得到距离矩阵。对于目标站点，使用距离阈值筛选出与其相关的站点，得到其相关子图。步骤二.构造大气污染转移方程：根据步骤一中得到的相关子图，构造各个观测点之间的可达性矩阵，构造某个时间区间内各个观测站的污染物浓度矩阵。再选择新的时间区间，构造新的时间区间内各个观测站的污染物浓度矩阵。由上述新旧两个污染物浓度矩阵构造污染物浓度转移方程，并求解该矩阵，得到的解为各个观测点之间的可达性矩阵。步骤三.单点溯源分析：根据步骤二得到的可达性矩阵，依次进行对数化和对角差异化预处理，并提取对目标站点贡献度绝对值最高的站点，分别寻找污染物和优质空气的来源，并记录源的影响强度。连续滑动时间区间，执行若干次上述过程，根据每次执行的结果绘制污染物和优质空气的传播路径。所述的步骤一中描述的相关子图获取的具体过程如下：把该地区全部观测站以及它们的相互影响关系表示为一张有向图，以观测点之间的地理距离为基础，再加上风力影响，得到图中各点的加权距离矩阵D，其中Dji表示观测点j对目标站点i的影响距离。对于目标站点i，设置阈值Dm，遍历D的第i列，对提取j加入集合Bi中。Bi中所有元素构成的图即为目标站点i的相关子图。所述的步骤二中描述的大气污染转移方程构造的具体过程如下：1)设可达性矩阵A，其中元素Aij代表相关子图中站点j对站点i的污染贡献度。2)设lt为t时刻相关子图中各站点污染浓度列向量，即lt＝[p1,t,p2,t,…,pn,t]T，其中pi,t表示站点i在t时刻的污染浓度。3)设Pt为一定时间区间内相关子图中各观测点的污染浓度矩阵，即Pt＝[lt,lt+1,…,lt+s-1]，其中s为时间区间的长度。4)设Pt-r为Pt向前滑动r个时间单位后相关子图中各观测点的污染浓度矩阵，即Pt-r＝[lt-r,lt-r+1,…,lt-r+s-1]，其中s为时间区间的长度。5)构造大气污染转移方程Pt＝APt-r，求解A，得到相关子图的可达性矩阵，行数记为n。所述的步骤三中描述的单点溯源分析的具体过程如下：1)对可达性矩阵A进行对数化处理，构造矩阵A′使得对任意Aij∈A，A′ij满足：若Aij>0，A′ij＝ln(1+Aij)；若Aij<0，A′ij＝-ln(1+|Aij|)。2)对矩阵A′进行对角差异化处理，构造矩阵A″使得，对任意A′ij∈A′且i≠j，A″ij满足：A″ij＝A′ij-A′ji。3)对于目标站点i，在预处理后的矩阵A″中，记A″iw＝max{A″i1,A″i2,…,A″in本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于网络病毒传播模型的空气污染溯源方法，包括以下步骤：步骤一.获取相关子图：将某地区各个观测站以及它们之间的互相影响关系表示为一张有向图，利用各个观测站之间的地理信息和天气信息，将各观测点的加权距离数值化，得到距离矩阵，对于目标站点，使用距离阈值筛选出与其相关的站点，得到其相关子图；步骤二.构造大气污染转移方程：根据步骤一中得到的相关子图，构造各个观测点之间的可达性矩阵，构造某个时间区间内各个观测站的污染物浓度矩阵，再选择新的时间区间，构造新的时间区间内各个观测站的污染物浓度矩阵，由上述新旧两个污染物浓度矩阵构造污染物浓度转移方程，并求解该矩阵，得到的解为各个观测点之间的可达性矩阵；步骤三.单点溯源分析：根据步骤二得到的可达性矩阵，依次进行对数化和对角差异化预处理，并提取对目标站点贡献度绝对值最高的站点，分别寻找污染物和优质空气的来源，并记录源的影响强度，连续滑动时间区间，执行若干次上述过程，根据每次执行的结果绘制污染物和优质空气的传播路径。

【技术特征摘要】
1.一种基于网络病毒传播模型的空气污染溯源方法，包括以下步骤：
步骤一.获取相关子图：
将某地区各个观测站以及它们之间的互相影响关系表示为一张有向图，利用各个观测
站之间的地理信息和天气信息，将各观测点的加权距离数值化，得到距离矩阵，对于目标站
点，使用距离阈值筛选出与其相关的站点，得到其相关子图；
步骤二.构造大气污染转移方程：
根据步骤一中得到的相关子图，构造各个观测点之间的可达性矩阵，构造某个时间区
间内各个观测站的污染物浓度矩阵，再选择新的时间区间，构造新的时间区间内各个观测
站的污染物浓度矩阵，由上述新旧两个污染物浓度矩阵构造污染物浓度转移方程，并求解
该矩阵，得到的解为各个观测点之间的可达性矩阵；
步骤三.单点溯源分析：
根据步骤二得到的可达性矩阵，依次进行对数化和对角差异化预处理，并提取对目标
站点贡献度绝对值最高的站点，分别寻找污染物和优质空气的来源，并记录源的影响强度，
连续滑动时间区间，执行若干次上述过程，根据每次执行的结果绘制污染物和优质空气的
传播路径。
2.根据权利要求1所述的一种基于网络病毒传播模型的空气污染溯源方法，所述的步
骤一具体包括：
把该地区全部观测站以及它们的相互影响关系表示为一张有向图，以观测点之间的地
理距离为基础，再加上风力影响，得到图中各点的加权距离矩阵D，其中Dji表示观测点j对目
标站点i的影响距离；对于目标站点i，设置阈值Dm，遍历D的第i列，对提取j加入
集合Bi中；Bi...

【专利技术属性】
技术研发人员：马占宇，单晓晖，赵啸宇，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11