一种地空一体化生态环境监测系统技术方案

本发明专利技术涉及生态环境监测，具体涉及一种地空一体化生态环境监测系统，包括服务器、监测点位部署模块和环境数据采集模块，监测点位部署模块结合启发式搜索算法、非规则网格最优法对监测点位进行优化设计，环境数据采集模块部署在对应监测点位，并将采集的环境数据发送给服务器，服务器通过环境数据处理模块对存储于环境数据存储模块中的历史环境数据进行数据处理，得到异常环境数据表，服务器通过环境数据分析模块基于异常环境数据表对采集的环境数据进行数据分析，并通过监测结果发送模块将环境监测结果发送给管理人员；本发明专利技术提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的不能对监测点位进行合理设置的缺陷。监测点位进行合理设置的缺陷。监测点位进行合理设置的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种地空一体化生态环境监测系统


[0001]本专利技术涉及生态环境监测，具体涉及一种地空一体化生态环境监测系统。

技术介绍

[0002]由于我国工业化、现代化、城镇化起步较晚，过去对于生态环境和资源能源的消耗又相对较大，为了实现“后发赶超”，放开手脚大发展、大开发，缺少对于节约资源、环境成本的足够重视。但是，经过多年快速发展，我国经济已经具备相当大的规模总量，一些地方的生态资源环境承压能力也已经达到或接近上限，再也无法维持高速、粗放型的发展模式，这就要求我们必须充分考虑生态环境容量，走可持续发展道路，实现当代人与后代人发展的代际公平。
[0003]在可持续发展的过程中，由于经济利益的驱使，破坏环境的不法行为时有发生。因此，如何实时动态掌握生态环境的状态，及时发现破坏生态环境的违法行为，从而及时处理，减轻甚至避免对生态环境造成进一步损害，成为当前亟需解决的问题。在对内陆城市进行生态环境监测时，需要利用“地空一体化”的监测模式保证生态环境监测的顺利实施，在该监测模式下，监测点位设置的合理性直接关系到监测结果的精准程度。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术所存在的上述缺点，本专利技术提供了一种地空一体化生态环境监测系统，能够有效克服现有技术所存在的不能对监测点位进行合理设置的缺陷。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一种地空一体化生态环境监测系统，包括服务器、监测点位部署模块和环境数据采集模块，所述监测点位部署模块结合启发式搜索算法、非规则网格最优法对监测点位进行优化设计，所述环境数据采集模块部署在对应监测点位，并将采集的环境数据发送给服务器；
[0009]所述服务器通过环境数据处理模块对存储于环境数据存储模块中的历史环境数据进行数据处理，得到异常环境数据表，所述服务器通过环境数据分析模块基于异常环境数据表对采集的环境数据进行数据分析，并通过监测结果发送模块将环境监测结果发送给管理人员。
[0010]优选地，所述监测点位部署模块分别通过启发式搜索算法、非规则网格最优法对监测点位进行部署设计，并利用聚类算法对部署设计结果进行优化聚类。
[0011]优选地，所述监测点位部署模块通过启发式搜索算法对监测点位进行部署设计，包括：
[0012]S11、根据实际地理信息，获取一定比例的点云坐标进行地形建模；
[0013]S12、根据实际使用的环境数据采集设备的性能参数及采集需求，设置监测点位及
通信半径相关参数；
[0014]S13、根据已知数据计算出监测点位间的通信链路集合和监测点位部署数量，基于监测点位部署数量，利用启发式搜索算法搜索寻找全局最优解。
[0015]优选地，S13中基于监测点位部署数量，利用启发式搜索算法搜索寻找全局最优解，包括：
[0016]从监测点位部署数量的下限开始至上限为止，重复利用启发式搜索算法，依次计算当前监测点位部署数量对应的最优解，根据评价函数从所有最优解中搜索寻找全局最优解。
[0017]优选地，所述评价函数为当前监测点位部署数量对应的覆盖率、数据传输效率和建设成本组成的评价函数，其中覆盖率C可采用下式表示：
[0018][0019][0020][0021]其中，(x
o
,y
o
,z
o
)、(x
i
,y
i
,z
i
)为相邻两监测点位的坐标位置，R为覆盖距离阈值，N为覆盖监测点位数，N
’
为总监测点位数。
[0022]优选地，所述监测点位上部署有基站设备，每个基站设备作为一个自组网节点，当网络中两监测点位之间的通信链路发生故障中断后，网络自动为这两个监测点位切换至当前最短通信链路。
[0023]优选地，所述监测点位部署模块通过非规则网格最优法对监测点位进行部署设计，包括：
[0024]S21、在人口布局、气象数据库和城市规划的基础上构建生态环境模型，并将目标区域划分为多个不规则网格；
[0025]S22、以人口约束、成本约束、地形约束和空间约束作为约束条件，建立监测网络优化布点模型，根据监测网络优化布点模型得到各监测点位的初步优化结果；
[0026]S23、在初步优化结果的基础上，对各监测点位进行统计分析，对相似的监测点位进行分类，得到全局最优解。
[0027]优选地，S21中将目标区域划分为多个不规则网格，包括：
[0028]通过对多层地理信息空间叠加分析，综合生态风险、心里要素感知、经济统计和辖区管理因素，将目标区域划分为多个不规则网格。
[0029]优选地，所述利用聚类算法对部署设计结果进行优化聚类，包括：
[0030]S31、从启发式搜索算法、非规则网格最优法得到的全局最优解中随机抽取k个监测点位，分别作为k个聚类中心；
[0031]S32、计算其余监测点位到各聚类中心的相似度，并将这些监测点位划归至相似度最高的聚类；
[0032]S33、重新计算各聚类中心，并重新进行聚类运算；
[0033]S34、重复S32和S33，直至本轮聚类结果与上轮聚类结果之间的相异性小于设定阈
值，得到监测点位的最优布局。
[0034]优选地，还包括监测结果可视化显示模块，所述环境数据处理模块对环境数据存储模块中的历史环境数据进行分析统计，筛选出异常环境数据，并建立关于各项异常环境数据取值范围的异常环境数据表；
[0035]所述环境数据分析模块基于异常环境数据表对采集的环境数据进行逐项分析，判断采集的环境数据中是否存在异常环境数据，所述服务器通过监测结果可视化显示模块对各监测点位对应的监测结果进行可视化显示。
[0036](三)有益效果
[0037]与现有技术相比，本专利技术所提供的一种地空一体化生态环境监测系统，具有以下有益效果：
[0038]1)监测点位部署模块分别通过启发式搜索算法、非规则网格最优法对监测点位进行部署设计，并利用聚类算法对部署设计结果进行优化聚类，实现了对监测点位的合理设置，确保监测结果的精准程度，使得监测点位既能覆盖足够的监测范围，同时又能避免监测资源的浪费；
[0039]2)通过环境数据处理模块对存储于环境数据存储模块中的历史环境数据进行数据处理，得到异常环境数据表，环境数据分析模块基于异常环境数据表对采集的环境数据进行逐项分析，判断采集的环境数据中是否存在异常环境数据，实现了对环境数据的准确分析，同样能够保证监测结果的精准程度。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地空一体化生态环境监测系统，其特征在于：包括服务器、监测点位部署模块和环境数据采集模块，所述监测点位部署模块结合启发式搜索算法、非规则网格最优法对监测点位进行优化设计，所述环境数据采集模块部署在对应监测点位，并将采集的环境数据发送给服务器；所述服务器通过环境数据处理模块对存储于环境数据存储模块中的历史环境数据进行数据处理，得到异常环境数据表，所述服务器通过环境数据分析模块基于异常环境数据表对采集的环境数据进行数据分析，并通过监测结果发送模块将环境监测结果发送给管理人员。2.根据权利要求1所述的地空一体化生态环境监测系统，其特征在于：所述监测点位部署模块分别通过启发式搜索算法、非规则网格最优法对监测点位进行部署设计，并利用聚类算法对部署设计结果进行优化聚类。3.根据权利要求2所述的地空一体化生态环境监测系统，其特征在于：所述监测点位部署模块通过启发式搜索算法对监测点位进行部署设计，包括：S11、根据实际地理信息，获取一定比例的点云坐标进行地形建模；S12、根据实际使用的环境数据采集设备的性能参数及采集需求，设置监测点位及通信半径相关参数；S13、根据已知数据计算出监测点位间的通信链路集合和监测点位部署数量，基于监测点位部署数量，利用启发式搜索算法搜索寻找全局最优解。4.根据权利要求3所述的地空一体化生态环境监测系统，其特征在于：S13中基于监测点位部署数量，利用启发式搜索算法搜索寻找全局最优解，包括：从监测点位部署数量的下限开始至上限为止，重复利用启发式搜索算法，依次计算当前监测点位部署数量对应的最优解，根据评价函数从所有最优解中搜索寻找全局最优解。5.根据权利要求4所述的地空一体化生态环境监测系统，其特征在于：所述评价函数为当前监测点位部署数量对应的覆盖率、数据传输效率和建设成本组成的评价函数，其中覆盖率C可采用下式表示：盖率C可采用下式表示：盖率C可采用下式表示：其中，(x
o
,y
o
,z
o
)、(x
i
,y
i
,z
i
)为相邻两监测点位的坐标位置，R为覆盖距离阈值，N为覆盖监测点位数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：章樑，张潇小，
申请(专利权)人：安徽中科大赛悟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：