[发明专利]一种黑臭水体关键控制变量及其目标值的确定方法

权利要求书

1.一种黑臭水体关键控制变量及其目标值的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)搜集或监测需要治理的黑臭水体n组亚铁离子浓度Fe、总磷浓度P、总氮浓度N、溶解氧浓度D以及叶绿素a浓度C的观测数据；计算亚铁离子浓度观测数据的累积分布函数F(Fe)，并用核密度估计获得该函数对应的密度函数f(Fe)；

(2)从观测得到的总磷浓度数据P的最小值和最大值范围内随机生成n组均匀分布随机数，取代总磷的观测数据作为新的总磷浓度数据P'；

(3)随机从总磷浓度、总氮浓度、溶解氧浓度以及叶绿素a浓度中选取m个变量为自变量；并从被选中变量的所有观测值中运用提靴法随机抽取I组数据作为自变量的样本，以对应的I组亚铁离子浓度为因变量的样本，运用回归树算法获得1棵不剪枝回归树；

(4)步骤(3)重复k次获得k棵不剪枝回归树，k≥100；

(5)根据步骤(4)得到的k颗回归树结果，加权得到给定总磷浓度、总氮浓度、溶解氧浓度以及叶绿素a浓度数据情况下，亚铁离子浓度的伪累积分布函数G(Fe)，并用核密度估计获得该函数对应的密度函数g(Fe)；

(6)计算F(Fe)与G(Fe)间Jensen-Shannon散度，取其最大值作为总磷重要性的度量；

(7)分别用观测得到的总氮、溶解氧及叶绿素a浓度取代总磷浓度重复步骤(2)-(6)得到总氮、溶解氧及叶绿素a的重要性；

(8)取总磷、总氮、溶解氧及叶绿素a重要性最大的变量作为黑臭水体的关键控制变量；

(9)在最邻近黑臭水体的正常水体中测量关键控制变量的平均值，作为黑臭水体中该关键控制变量的管理目标值；

所述步骤(1)，具体包括以下步骤：

1-a.搜集或监测需要治理的黑臭水体n组亚铁离子浓度Fe、总磷浓度P、总氮浓度N、溶解氧浓度D以及叶绿素a浓度C的观测数据；保证n大于50；

1-b.将亚铁离子浓度Fe从小到大排列，获得亚铁离子观测数据的累积分布函数F(Fe)；累积分布函数由下式计算：

其中A_Fe是亚铁离子观测数据中数值小于Fe的个数；

1-c.根据获得的累积分布函数，利用核密度估计获得对应的概率密度估计f(Fe)；

所述步骤(5)，具体包括以下步骤：

5-a.确定观测数据z在每颗回归树中所属的叶片；同时确定所有与z属于同一叶片的观测数据及其总个数A_z；

5-b.若z_t与z属于同一叶片，则以下式计算每一颗回归树中z_t对z的权重λ_s(z,z_t)：

否则z_t在该颗回归树中对z的权重为0

5-c.以下式计算z_t在k颗回归树中对z的总权重ω(z,z_t)：

5-d.以下式计算z_t对应的亚铁离子浓度的伪累积分布函数的值G(Fe)_z:

其中，若z_t对应的亚铁离子浓度Fe_t小于或等于Fe则ID(z_t)＝1，否则ID(z_t)＝0；

5-e.对重复执行5-a到5-d，计算每组数据中所有数据对应的G(Fe)_z，所有计算得到G(Fe)_z的集合即是伪累积分布函数G(Fe)；

5-f.根据获得的伪累积分布函数，利用核密度估计获得对应的伪概率密度估计g(Fe)。

2.根据权利要求1所述的一种黑臭水体关键控制变量及其目标值的确定方法，其特征在于：所述步骤(2)，具体包括以下步骤：

a.确定总磷观测数据P的最大值MAX和最小值MIN；

b.利用均匀分布随机数的乘同余发生器，在MAX与MIN之间生成n组均匀分布的随机数P'；并将生成的随机数分配给n组观测数据，每组1个随机数，取代总磷浓度的观测数据，成为新的总磷浓度数据P，并记为z_t,t＝1,…,n。