[发明专利]一种有效的多指标水质评估系统

权利要求书

1.一种有效的多指标水质评估系统，其特征是，包括传感器组、数据传输模块和监测中心；

(1)传感器组，用于实时采集所监测段水域的各种水质指标；

(2)数据传输模块，用于将采集得到的数据传输到监测中心；

(3)监测中心，包括数据处理单元、权重计算单元、水质评估单元和数据存储单元，所述数据处理单元用于对传感器组采集得到的数据进行检验，验证采集周期内采集得到的数据个数是否在正常范围内，如果超出正常范围则判定数据异常，即利用自定义数据x_i进行缺失数据的补充，具体为：

定义传感器组采集周期内正常采集得到的数据个数为k_o,k为系统允许误差的数据个数，k_i为传感器组i周期内采集得到的实际数据个数，则判断采集周期内的数据个数是否正常的公式为：

对于i周期内采集得到的数据异常情况，利用自定义数据x_i对i周期内的缺失的数据进行补充，则自定义数据x_i的计算公式为：

式中，x_i-1、x_i+1、x_i-2和x_i+2分别为周期i-1、i+1、i-2和i+2内采集得到的数据值的均值，μ和β分别为(x_i-1+x_i+1)和(x_i-2+x_i+2)的权重，且μ+β＝1；所述权重计算单元用于根据不同的水质指标对水质影响程度的不同确定各水质指标的权重，所述水质评估单元用于对处理后的数据进行计算，得出水质评估结果，并将所述评估结果发送到数据存储单元进行存储。

2.根据权利要求1所述的一种有效的多指标水质评估系统，其特征是，所述水质指标包括水温、浊度、酸碱度、溶解氧浓度和叶绿素浓度。

3.根据权利要求2所述的一种有效的多指标水质评估系统，其特征是，还包括定位模块，所述定位模块与传感器组连接，用于定位传感器组中各个传感器的位置，并将定位信息发送到监测中心。

4.根据权利要求3所述的一种有效的多指标水质评估系统，其特征是，权重计算单元用于根据不同的水质指标对水质影响程度的不同确定各水质指标的权重，具体包括：

a.对采集得到的各水质指标的数据进行归一化处理，具体包括：

式中，h为采集的水质指标的类型数，r为各个水质指标对应的样本数据个数，a_nm表示第n个数据在第m个水质指标上的值；

b.根据归一化后的数据b_nm计算第m个指标的熵权u_m，其计算公式为：

式中，h为采集的水质指标的类型数，r为各个水质指标对应的样本数据个数,q_m为水质指标m的权重，u_m为水质指标m的熵权；

c.对水质指标在水质评估中的权重进行综合评价，定义水质指标的权重为v_m，则水质指标m的权重v_m的计算公式为：

式中，z_m为专家根据历年数据对各水质指标赋予的主观权重，u_m为计算所得的水质指标m的熵权，h为采集的水质指标的类型数，v_m为水质指标在水质评估中的权重。

5.根据权利要求4所述的一种有效的多指标水质评估系统，其特征是，水质评估单元利用处理后的数据和水质指标所对应的权重进行水质评估，定义水质评估指数s_i,则水质评估指数s_i的计算公式为：

式中，t(i)表示在i周期内采集得到的水温数据的均值，v_t为对应的水温指标在水质评估中的权重，z(i)表示在i周期内采集得到的浊度数据的均值，v_z表示对应的浊度指标在水质评估中的权重，o(i)表示在i周期内采集得到的溶解氧浓度的均值，v_o表示对应的溶解氧浓度指标在水质评估中的权重，y(i)表示在i周期内采集得到的叶绿素浓度的均值，v_y表示对应的叶绿素浓度指标在水质评估中的权重，T₀、Z₀、O₀和Y₀分别表示水域的最佳水温值、浊度值、溶解氧浓度和叶绿素浓度；

定义水质理想状态值ρ，根据计算所得的水质评估参数值判断当前采集周期时的水质状态，具体为：

式中，s_i为计算所得的水质评估参数值，ρ为水质的理想状态值。