[发明专利]一种基于python的水生态修复植物群落匹配方法及系统

权利要求书

1.一种基于python的水生态修复植物群落匹配方法,其特征在于，包括以下步骤：数据库识别与读取、阈值与条件的输入和解析、水生态修复效果分析、植物共生匹配分析、方案评分、生成生态修复工程植物材料表，具体步骤如下：

S1、自动识别与读取植物数据库，并根据需要导入待修复水体的监测断面水质数据；

S2、输入修复阈值和筛选条件，通过验证器和解析器将筛选条件格式化为植物数据库能够识别的规范关键字，所述验证器与解析器由python的validator库与自定义算法构成；

S3、根据水质数据与输入条件对植物数据库进行过滤，以修复阈值为核心分析指标，基于矩阵分析的方法，分析出可以使污染物超载倍数恢复到阈值水平的植物品种，并通过可视化列表显示植物品种、修复特征值与多样性指标；具体包括

滤除植物数据库中不符合水体特征数据和输入条件的植物品种，水体特征数据中用于数据库过滤的分析指标为：所在区域、主要污染物、水深、温度范围、pH值和流速；随后基于python的numpy模块构建m×n的矩阵A，矩阵的元素为α_ij，其中，行坐标i表示植物品种，最大值m为滤除后的植物品种总数，列坐标j表示水体特征数据中的污染物种类，最大值n为污染物种类总数；先通过修复阈值V₀与污染物超载倍数V_j构建每列水体污染物的修复特征值T(j)，计算公式为：其中0≤V₀≤V_j，当水体存在n种污染物时，则该水体存在n个修复特征值；之后通过公式α_ij＝Ρ_ij-T(j)计算矩阵中每个元素的值，所述Ρ_ij为第i行植物对第j列污染物的相对修复系数，数值范围在0到1之间，表示修复能力由弱至强；当第i行存在任意一个元素α_ij(j∈1,2,3…n)≥0时，则Ρ_ij视为达标，并将第i行的植物品种加入到可视化列表中作为备选植物，修复分析结束后可视化列表会显示出所有备选植物的植物品种、生活方式、达标的相对修复系数Ρr_ij及列表中全部植物的品种总数R和多样性指数D，D表示列表中植物生活方式种类的总数，同时以矩阵的形式存储上述数据，即矩阵B；

S4、设定共生群落阈值，基于递归法从列表中匹配出植物种类和多样性指标符合阈值要求的植物品种集合，作为水生态修复植物群落匹配方案；

S5、基于逻辑回归算法对方案进行评分

通过公式S_i＝S_i修复+S_i多样性计算方案Q_i的综合相对评分值，直观呈现方案的优劣，便于水生态修复工程师在不同方案之间进行比选；所述S_i修复为方案Q_i的相对修复评分值，计算方法为：分析出方案Q_i中每种污染物的最大相对修复系数max(Ρr_ij)，将水体中对应污染物的修复特征值max(Ρr_ij)与T(j)的差值加上偏移量δ作为指数，基于逻辑回归算法建立模型，通过公式计算方案Q_i的单项相对修复评分值，基于污染物种类j∈1,2,3…n进行加权后取平均值并保留两位小数得到Q_i的相对修复评分值S_i修复，其中max(Ρr_ij)-T(j)的最大值为1，因水体修复的重要性，使δ等于0.0986，令S_i修复的最大权重为75％；所述S_i共生为方案Q_i的相对共生多样性评分值，由剩余25％的权重按照Q_i中植物多样性指标d_i与步骤S3列表中多样性指标D的比例分配计算得到，计算公式为:

S6、根据工程师选中的方案，在CAD文件中自动生成生态修复工程植物材料表。