一种生物气溶胶用智能监测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及数据处理领域，具体涉及一种生物气溶胶用智能监测方法及系统，包括：采集生物气溶胶的实时监测数据；获取生物气溶胶的实时监测数据标准化后的监测数据，根据标准化后的监测数据构建监测空间，对标准化后的监测数据进行聚类得到类簇；根据监测数据得到每个数据点的时序聚类权重和分布聚类权重，根据每个数据点的时序聚类权重和分布聚类权重得到每个数据点到聚类中心点的第二聚类距离；根据每个数据点到聚类中心点的第二聚类距离进行聚类得到异常监测参数，根据异常监测参数进行对采集的生物气溶胶监测数据进行监测分析

【技术实现步骤摘要】
一种生物气溶胶用智能监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及数据处理
，具体涉及一种生物气溶胶用智能监测方法及系统
。

技术介绍

[0002]生物气溶胶是悬浮在空气中的微小生物颗粒，包括细菌
、
真菌
、
病毒等，生物气溶胶的存在可以影响室内空气质量，特别是在目标环境下，不仅可以影响人类健康，还可能对动物和植物造成损害
。
通过监测生物气溶胶的颗粒数量，可以用于环境监测，并且对部分微生物的存在和分布分析有助于获得生态系统和生物多样性的信息，以及追踪疾病的传播途径和范围，并及时采取措施来控制传染病的传播
。
[0003]在常规的生物气溶胶的智能监测中使用
k
‑
means
聚类算法通过获取标准数据类簇的检测空间进行异常监测的，但是由于生物气溶胶在空气中受温度
、
湿度和风向的影响导致对生物气溶胶监测到的数据使用
k
‑
means
聚类算法获取到的标准数据类簇的检测空间不准确，因此需要对其进行修正处理
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种生物气溶胶用智能监测方法及系统，以解决现有的问题
。
[0005]本专利技术的一种生物气溶胶用智能监测方法及系统采用如下技术方案：本专利技术一个实施例提供了一种生物气溶胶用智能监测方法，该方法包括以下步骤：采集生物气溶胶的实时监测数据；对生物气溶胶的实时监测数据进行标准化获得标准化后的监测数据，根据标准化后的监测数据构建监测空间，对标准化后的监测数据进行聚类得到类簇；根据实时监测数据和监测空间得到每个数据点的时序聚类权重，根据类簇中的数据和监测空间得到每个数据点在每个类簇中的分布聚类权重，根据每个数据点的时序聚类权重和每个数据点在每个类簇中的分布聚类权重得到每个数据点到聚类中心点的第二聚类距离；根据每个数据点到聚类中心点的第二聚类距离进行聚类得到异常监测参数，根据异常监测参数进行对生物气溶胶的实时监测数据进行监测分析
。
[0006]进一步地，所述根据标准化后的监测数据构建监测空间，包括的具体步骤如下：实时监测数据包括每个时刻每种颗粒物的浓度和大小分布；以颗粒物的浓度为横轴，以颗粒物的大小分布为纵轴建立坐标系获取生物气溶胶的监测空间
。
[0007]进一步地，所述对标准化后的监测数据进行聚类得到类簇，包括的具体步骤如下：使用
PCA
算法对标准化后的监测数据进行降维得到降维后的每个时刻的主成分颗粒物；
对每个时刻中的所有主成分颗粒物数据点进行聚类，得到类簇；其中，对每个时刻的数据聚成
K
个类簇，
K
为预设阈值
。
[0008]进一步地，所述每个数据点的时序聚类权重的具体获取步骤如下：每个数据点的时序聚类权重的公式为：；式中，
c
i,t,t
‑1表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据与相邻的第
t
‑1个时刻的数据在监测空间中包含的数据点的个数，
c
i,t,t+1
表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据与相邻的第
t+1
个时刻的数据在监测空间中包含的数据点的个数；
d
i,t,t
‑1表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻与相邻的第
t
‑1个时刻对应的数据点在监测空间中的欧式距离，
d
i,t,t+1
表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻与相邻的第
t+1
个时刻对应的数据点在监测空间中的欧式距离；
exp( )
表示以自然常数为底的指数函数，
||
表示绝对值符号，
max
表示取最大值函数，
ω
i,t
表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据点的时序聚类权重
。
[0009]进一步地，相邻时刻的数据点在监测空间中包含的数据点的个数，包括的具体步骤如下：相邻时刻的数据点在监测空间中包含的数据点的个数为：对相邻时刻的数据点在横向和纵向进行延伸，获取相邻时刻的数据点延伸后相交的两个点，记为标记点，根据相邻时刻的两个数据点和两个标记点构成一个平面区间，将该平面区间中的数据点记为相邻时刻的数据点在监测空间中包含的数据点，统计平面区间中的数据点个数即可得到相邻时刻的数据点在监测空间中包含的数据点的个数
。
[0010]进一步地，所述每个数据点在每个类簇中的分布聚类权重的具体获取步骤如下：每个数据点聚类在每个类簇中的分布聚类权重的公式为：；式中，
X
i,t
表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据点的横坐标，
Y
i,t
表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据点的纵坐标，
X
t,h
表示第
t
个时刻的第
h
个类簇的聚类中心点的横坐标，
Y
t,h
表示第
t
个时刻的第
h
个类簇的聚类中心点的纵坐标，表示第
t
个时刻的第
h
个类簇所有数据点的中心点的横坐标，表示第
t
个时刻的第
h
个类簇所有数据点的中心点的纵坐标，其中，表示数据点的横坐标在区间内包含的数据点个数，表示数据点的横坐标在区间内包含的数据点个数，表示数据点的纵坐标在区间内包含的数据点个数，表示数据点的纵坐标在区间内包含的数据点个数，区间都为开区间；
QX
t,h
表示第
t
个时刻的第
h
个类簇所有数据点的横坐标的偏度，
QY
t,h
表示第
t
个时刻的第
h
个类簇所有数据
点的纵坐标的偏度，表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据点聚类在第
h
个类簇中的分布聚类权重
。
[0011]进一步地，所述每个数据点到聚类中心点的第二聚类距离，包括的具体步骤如下：每个数据点到聚类中心的第二聚类距离的公式为：；式中，
ω
i,t
表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据点的时序聚类权重，表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据点聚类在第
h
个类簇中的分布聚类权重，
d...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种生物气溶胶用智能监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：采集生物气溶胶的实时监测数据；对生物气溶胶的实时监测数据进行标准化获得标准化后的监测数据，根据标准化后的监测数据构建监测空间，对标准化后的监测数据进行聚类得到类簇；根据实时监测数据和监测空间得到每个数据点的时序聚类权重，根据类簇中的数据和监测空间得到每个数据点在每个类簇中的分布聚类权重，根据每个数据点的时序聚类权重和每个数据点在每个类簇中的分布聚类权重得到每个数据点到聚类中心点的第二聚类距离；根据每个数据点到聚类中心点的第二聚类距离进行聚类得到异常监测参数，根据异常监测参数进行对生物气溶胶的实时监测数据进行监测分析
。2.
根据权利要求1所述一种生物气溶胶用智能监测方法，其特征在于，所述根据标准化后的监测数据构建监测空间，包括的具体步骤如下：实时监测数据包括每个时刻每种颗粒物的浓度和大小分布；以颗粒物的浓度为横轴，以颗粒物的大小分布为纵轴建立坐标系获取生物气溶胶的监测空间
。3.
根据权利要求1所述一种生物气溶胶用智能监测方法，其特征在于，所述对标准化后的监测数据进行聚类得到类簇，包括的具体步骤如下：使用
PCA
算法对标准化后的监测数据进行降维得到降维后的每个时刻的主成分颗粒物；对每个时刻中的所有主成分颗粒物数据点进行聚类，得到类簇；其中，对每个时刻的数据聚成
K
个类簇，
K
为预设阈值
。4.
根据权利要求1所述一种生物气溶胶用智能监测方法，其特征在于，所述每个数据点的时序聚类权重的具体获取步骤如下：每个数据点的时序聚类权重的公式为：；式中，
c
i,t,t
‑1表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据与相邻的第
t
‑1个时刻的数据在监测空间中包含的数据点的个数，
c
i,t,t+1
表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据与相邻的第
t+1
个时刻的数据在监测空间中包含的数据点的个数；
d
i,t,t
‑1表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻与相邻的第
t
‑1个时刻对应的数据点在监测空间中的欧式距离，
d
i,t,t+1
表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻与相邻的第
t+1
个时刻对应的数据点在监测空间中的欧式距离；
exp( )
表示以自然常数为底的指数函数，
||
表示绝对值符号，
max
表示取最大值函数，
ω
i,t
表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据点的时序聚类权重
。5.
根据权利要求4所述一种生物气溶胶用智能监测方法，其特征在于，还包括相邻时刻的数据点在监测空间中包含的数据点的个数，包括的具体步骤如下：相邻时刻的数据点在监测空间中包含的数据点的个数为：对相邻时刻的数据点在横向和纵向进行延伸，获取相邻时刻的数据点延伸后相交的两个点，记为标记点，根据相邻时刻的两个数据点和两个标记点构成一个平面区间，将该平面区间中的数据点记为相邻时刻的
数据点在监测空间中包含的数据点，统计平面区间中的数据点个数即可得到相邻时刻的数据点在监测空间中包含的数据点的个数
。6.
根据权利要求1所述一种生物气溶胶用智能监测方法，其特征在于，所述每个数据点在每个类簇中的分布聚类权重的具体获取步骤如下：每个数据点聚类在每个类簇中的分布聚类权重的公式为：；式中，
X
i,t
表示第
i
个主成分颗粒物在第
t
个时刻的数据点的横坐标，
Y
i,t

【专利技术属性】
技术研发人员：周蕾，胡秋实，田胜男，刘旭，许铭成，王昕桐，陈婷婷，许新潮，程方圆，赵凯璐，郭志浩，董大千，孙宇峰，
申请(专利权)人：张家港长三角生物安全研究中心，
类型：发明
国别省市：