[发明专利]一种基于SOM分类技术的河口流域水环境质量评价方法

摘要

本发明公开了一种基于SOM分类技术的河口流域水环境质量评价方法，包括以下步骤：收集河口流域水质数据及空间地理数据，编制为数据表格；对地理图层预处理形成水质分析底图，再通过数据处理模块导入上述数据表格，并生成为点数据图层；利SOM分类功能对上述水质数据进行计算，并将分类结果以表格形式导出为分类数据；根据分类数据的经纬度生成分类数据图层；将分类数据图层进行反距离权重插值分析，生成插值图层；将插值图层和底图进行调整，进行修饰，得到水质分布图。本发明实现了水质数据评价与可视化的有机统一，直接快速地将数据分析并实现结果可视化，并且使分析的结果与实际情况更为接近，极大地提高了分析精度。

主权项

一种基于SOM分类技术的河口流域水环境质量评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、利用数据采集设备收集河口流域水质数据，并获取相应河口流域的空间地理数据；步骤二、对上述获取的水质数据和相应的空间地理数据进行预处理，编制为数据表格，该数据表格包括站位的点号和对应的经纬度数据；步骤三、利用图像处理模块对步骤一中所述的地理图层做颜色修饰和叠放顺序调整，形成水质分析底图，再通过数据处理模块导入步骤二中所述的数据表格，根据站位的经纬度数据将水质数据生成为点数据图层；步骤四、利用SOM分类功能对步骤一中所述的水质数据进行计算分类，具体计算过程为：(1)将每个站位点的指标数据存入数组，使样本数据转换为样本向量，设样本数量为m，样本指标数为n，即样本向量为n维，转换公式如下：X_i＝(x_i1,x_i2,...,x_in)^T,i＝1,2,...,m        (1)(2)用计算机随机生成初始权值矩阵W，设分类类别为s：W_i＝(x_i1,x_i2,...,x_in)^T,i＝1,2,...,s       (2)(3)根据公式(3)对样本向量和每一个权值向量进行归一化处理，得到结果和$\stackrel{\‾}{T_i}=\frac{T_i}{\left|\right|T_i\left|\right|}---\left(3\right)$其中：$\left|\right|T_i\left|\right|=\sqrt{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{t_{ij}}^2},i=1,2,...,m---\left(4\right)$(4)对于样本向量X_i，计算其与每一个权值矩阵的欧式距离d，公式如下：$d_k=\sqrt{\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}{(X_{ij}-W_{kj})}^2},k=1,2...s---\left(5\right)$(5)在得到与向量距离最短的权值矩阵后，取其编号为a，利用墨西哥草帽函数对所有权值矩阵进行调整：$W_i=W_{(i-1)}+speed*(X_i-W_i)*e^{-\frac{{(i-a)}^2}{{(r+0.00001)}^2}},i=1,2,...,s---\left(6\right)$并随之根据训练次数t调整训练速率speed与训练半径radius：${\mathrm{speed}}_{t+1}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{speed}}_t*\left(1-\frac{t}{T}\right),0\≤t\≤1000;\\ 0.4*\left(1-\frac{t-1000}{T-1000}\right),t\>1000;\end{array}\right.---\left(7\right)$${\mathrm{radius}}_{t+1}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{radius}}_t,0\≤t\≤500;\\ {\mathrm{radius}}_t-1,500\<t\≤1000;\\ {\mathrm{radius}}_t-2,t\>1000;\end{array}\right.$(6)计算样本向量与调整后的权值矩阵之间的欧式距离，将与之距离最短的权值矩阵的编号赋予样本向量，成为其分类类别；步骤五、将步骤四得到的分类结果以表格形式导出，生成新数据，即分类数据；步骤六、利用数据处理模块，根据分类数据的经纬度生成分类数据图层；步骤七、将步骤六中得到的分类数据图层进行反距离权重插值分析，生成插值图层；步骤八、将插值图层和底图进行调整，并进行比例、大小、方向修饰，得到水质分布图，最后导出该图片即可。