小型水質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及改進(jìn)的kNN預(yù)警算法研究.pdf

1、隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源污染呈現(xiàn)出不斷惡化的趨勢(shì)，水質(zhì)預(yù)警技術(shù)顯得尤為重要。水質(zhì)預(yù)警可以實(shí)時(shí)獲取水質(zhì)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸至水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心，同時(shí)根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)的水質(zhì)情況，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)部門(mén)及時(shí)掌握水質(zhì)信息和水質(zhì)發(fā)展趨勢(shì)提供重要的幫助。
　　水質(zhì)數(shù)據(jù)的采集是進(jìn)行水質(zhì)預(yù)警的前提?，F(xiàn)有的水質(zhì)數(shù)據(jù)采集方式主要以人工采集和自動(dòng)監(jiān)測(cè)站采集為主，但是人工采集耗時(shí)費(fèi)力，而監(jiān)測(cè)站建設(shè)成本過(guò)高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)一種低成本、小型

2、化的水質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為人工采集和自動(dòng)監(jiān)測(cè)站采集的補(bǔ)充方式具有重要意義。水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)除了采集和傳輸水質(zhì)數(shù)據(jù)外，還需要對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。隨著科技的發(fā)展和國(guó)家對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的大量投入，數(shù)據(jù)采集方式從傳統(tǒng)的人工采集轉(zhuǎn)變?yōu)樗|(zhì)監(jiān)測(cè)站自動(dòng)采集，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)量也迅速增加，這些都導(dǎo)致水質(zhì)數(shù)據(jù)的總量和種類(lèi)急劇增加，因此需要研究一種能夠適應(yīng)大規(guī)模數(shù)據(jù)的水質(zhì)預(yù)測(cè)算法。
　　本文在綜述了國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)小型水質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和適應(yīng)大規(guī)模數(shù)據(jù)的水質(zhì)預(yù)

3、測(cè)算法進(jìn)行了研究。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.研制了小型水質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。系統(tǒng)由主板和功能擴(kuò)展板組成，主板主要由電源模塊和單片機(jī)模塊組成，完成系統(tǒng)的能量控制、時(shí)間控制和功能模塊開(kāi)啟等功能;功能擴(kuò)展板則是開(kāi)放性的平臺(tái)，可以接入多種水質(zhì)基礎(chǔ)參數(shù)采集模塊，以便根據(jù)需求做進(jìn)一步擴(kuò)展。系統(tǒng)以太陽(yáng)能作為供電能源，具有建設(shè)成本低的特點(diǎn)，可在無(wú)人值守的情況下長(zhǎng)期工作。
　　2.提出了基于分段線(xiàn)性表示kNN算法

4、的水質(zhì)預(yù)測(cè)方法，一定程度上解決了傳統(tǒng)kNN算法處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)的問(wèn)題。該方法結(jié)合了kNN算法和分段線(xiàn)性表示算法，考慮了歷史信息和水質(zhì)的當(dāng)前趨勢(shì)對(duì)預(yù)測(cè)值的影響。相對(duì)于傳統(tǒng)的kNN算法，所提出的算法處理大規(guī)模水質(zhì)數(shù)據(jù)時(shí)能夠有效減少運(yùn)算量和運(yùn)行時(shí)間。
　　3.對(duì)所提出的基于分段線(xiàn)性表示kNN算法的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了水質(zhì)渾濁度預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)利用傳統(tǒng)的kNN算法以及二次指數(shù)平滑法進(jìn)行預(yù)測(cè)對(duì)比，對(duì)三種算法的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析比較。