基于多源数据的大气臭氧健康评估方法、装置、存储介质

摘要

本发明涉及环境监测技术领域，具体涉及一种基于多源数据的大气臭氧健康评估方法、装置、存储介质。其中方法包括：获取待监测环境的多源环境数据；对获取的多源环境数据进行归一化处理，并计算每项环境数据的权重值；通过预设的方法计算待测环境的大气臭氧环境健康综合评价值G，由于本申请采集了环境的多源环境数据，通过对多源数据的综合处理后得到评估结果，从而使得评估结果更加准确。

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，具体涉及一种基于多源数据的大气臭氧健康评估方法、装置、存储介质。

背景技术

近地面臭氧(O

近年来,我国科研机构陆续开展了许多空气污染与健康效应的调查研究,证实大气污染会增加我国居民心血管系统和呼吸系统疾病的患病和死亡风险。研究进一步证实，我国O

现有技术中虽然环境保护部门会定期对城市的空气或者排放物质进行检测，例如检测大气中臭氧的含量是否达标。由于臭氧会与环境中的多种元素反应，并且受环境中其他元素的影响，因此现有的仅仅采集空气中臭氧含量来确定环境健康情况是不够准确和全面的，因此得到的大气臭氧健康评估结果也不够准确定。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是现有的大气臭氧健康评估方法果由于考虑的因素不够全面从而导致评估结果不够准确。

一种基于多源数据的大气臭氧健康评估方法,包括：

获取待监测环境的多源环境数据；

对获取的多源环境数据进行归一化处理，并计算每项环境数据的权重值；

通过以下公式计算待测环境的大气臭氧环境健康综合评价值G；

其中，M_i表示第i项环境数据，W_i表示第i项环境数据对应的权重，n表示环境数据的项数。

一种基于多源数据的大气臭氧健康评估装置，包括：

获取模块，用于获取待监测环境的多源环境数据；

预处理模块，用于对获取的多源环境数据进行归一化处理，并计算每项环境数据的权重值；

计算模块，用于通过以下公式计算待测环境的大气臭氧环境健康综合评价值G。

一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上所述的方法。

依据上述实施例的基于多源数据的大气臭氧健康评估方法，该方法包括：获取待监测环境的多源环境数据；对获取的多源环境数据进行归一化处理，并计算每项环境数据的权重值；通过预设的方法计算待测环境的大气臭氧环境健康综合评价值G，由于本申请采集了环境的多源环境数据，通过对多源数据的综合处理后得到评估结果，从而使得评估结果更加准确。

附图说明

图1为本申请实施例的臭氧健康评估方法流程图；

图2为本申请实施例的臭氧健康等级评估方法流程图；

图3a为本申请实施例的环境监测站点O3月均值(点状矢量数据)示意图；

图3b为本申请实施例的离空间插值O3月均值(栅格数据)示意图；

图4a为本申请实施例的哨兵-5p数据NO2(栅格数据)示意图；

图4b为本申请实施例的哨兵-5p数据HCHO(栅格数据)；

图5a为本申请实施例的排放源VOCs(面状矢量数据示意图；

图5b为本申请实施例的栅格化后排放源VOCs(栅格数据)；

图6a为本申请实施例的排放源NOx(面状矢量数据)；

图6b为本申请实施例的栅格化后排放源NOx(栅格数据)；

图7a为本申请实施例的植被指数NDVI(栅格数据)；

图7b为本申请实施例的数字高程DEM(栅格数据)；

图8a为本申请实施例的站点气温数据(点状矢量数据)；

图8b为本申请实施例的空间插值气温数据(栅格数据)；

图9为采用本申请实施例方法确定的某区域一段时间内臭氧健康评估等级示意图；

图10为采用本申请实施例方法确定的某区域另一段时间内臭氧健康评估等级示意图；

图11为本申请实施例的臭氧健康评估装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

由于O

本申请利用Sentinel5p卫星(即哨兵卫星)采集的HCHO、NO2数据、地表O

实施例一：

请参考图1，本实施例提供一种基于多源数据的大气臭氧健康评估方法,具体包括：

步骤101：获取待监测环境的多源环境数据。

本申请将O

具体的，本实施例中获取待测环境的多源环境数据包括：

(1)通过环境站点监测获取待监测环境的O

(2)通过卫星监测获取待监测环境的NO2、HCHO数据。具体的，获取哨兵-5p数据NO2、HCHO对流层柱浓度产品数据，对卫星影像进行地理校正与空间重采样，获取3KM*3KM臭氧前体物数据。哨兵-5p数据NO2、HCHO样例数据分别如附图4a和图4b所示。

(3)污染源排放清单数据处理。获取2018年待监测区域一个省级区域内污染普查数据石油、化工等排放源中VOCs、NOx、根据其经纬度，获取3KM*3KM矢量网格范围内VOCs、NOx的排放量总和数据。经过矢量栅格化，获取排放源VOCs、NOx排放清单数据。排放源VOCs及栅格化后样例数据分别如附图5a和5b所示。排放源NOx及栅格化后样例数据分别如图6a和图6b所示。

(4)地表数据处理。通过遥感影像获取待监测环境中的归一化植被指数NDVI和数学高程DEM，经过地理校正与重采样，例如获得浙江省3KM*3KM网格大小植被指数数据。获取DEM(数学高程模型，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟(即地形表面形态的数字化表达)，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型)数据，经过重采样，获取3KM*3KM地形数据。植被指数与数字高程样例数据分别如附图7a和图7b所示。

(5)气象数据处理。获取气象监测站点一年的风速、降雨、气温数据，进行反距离空间插值，获取3KM*3KM网格内气象数据，并进行均值计算。以气温样例数据为例，如附图8a站点气温数据(点状矢量数据)，图8b为本申请实施例的空间插值气温数据(栅格数据)。

本实施例中，采集下表中的十项环境数据，采集任意一项环境数据时，在待监测环境区域中设置多个采集点，在每个采集点分别采集该项环境数据，得到多个该项环境数据；对采集的多个点的环境数据进行归一化处理后，采用反距离空间插值将多个该项环境数据排列成m行n列的矩阵形式进行保存。

采用上述方法采集的数据类型、数据的时间分辨率、数据结构以及数据单位如下表所示：

步骤102：对获取的多源环境数据进行归一化处理，并计算每项环境数据的权重值。具体的包括：

步骤1021：根据上述十项环境数据对健康评估结果的影响，将采集的O

步骤1022：对确定为正相关指数的环境数据中每一项环境数据中的多个采集点对应的数据采用下列公式(1)进行归一化处理；对确定为负相关指标的环境数据中每一项环境数据中的多个采集点对应的数据采用下列公式(2)进行归一化处理，使得处理后的各项环境数据在[0-1]范围内；

其中，x

换言之，具体对每项环境数据分别进行以下处理以完成归一化：

(1)监测站点采集的O

(2)哨兵-5p采集的NO2归一化。计算重采样后哨兵-5p卫星NO2的最小值、最大值，按公式(1)进行归一化处理。经过归一化处理，获得值为[0-1]范围的NO2监测数据M_NO2，假设其为(行：m，列：n大小)矩阵。

(3)哨兵-5p HCHO归一化。计算重采样后哨兵-5p卫星HCHO的最小值、最大值，按公式(1)进行归一化处理。经过归一化处理，获得值为[0-1]范围的HCHO监测数据M_HCHO，假设其为(行：m，列：n大小)矩阵。

(4)排放源VOCs归一化。计算栅格化后排放源VOCs的最小值、最大值，按公式(1)进行归一化处理。经过归一化处理，获得值为[0-1]范围的排放源VOCs监测数据M_VOCs，假设其为(行：m，列：n大小)矩阵。

(5)排放源NOx归一化。计算栅格化后排放源NOx的最小值、最大值，按公式(1)进行归一化处理。经过归一化处理，获得值为[0-1]范围的排放源NOx监测数据M_NOx，假设其为(行：m，列：n大小)矩阵。

(6)气象温度T归一化。计算空间插值后气象温度T的最小值、最大值，按公式(1)进行归一化处理。经过归一化处理，获得值为[0-1]范围的气象温度监测数据M_T，假设其为(行：m，列：n大小)矩阵。

(7)植被指数NDVI归一化。计算重采样后植被指数的最小值、最大值，按公式(2)进行归一化处理。经过归一化处理，获得值为[0-1]范围的植被指数M_NDVI，假设其为(行：m，列：n大小)矩阵。

(8)数字高程DEM归一化。计算重采样后数字高程的最小值、最大值，按公式(2)进行归一化处理。经过归一化处理，获得值为[0-1]范围的数字高程M_DEM，假设其为(行：m，列：n大小)矩阵。

(9)气象风速归一化。计算空间插值后气象风速数据的最小值、最大值，按公式(2)进行归一化处理。经过归一化处理，获得值为[0-1]范围的气象风速数据M_WD，假设其为(行：m，列：n大小)矩阵。

(10)气象降雨归一化。计算空间插值后气象降雨数据的最小值、最大值，按公式(2)进行归一化处理。经过归一化处理，获得值为[0-1]范围的气象风速数据M_RN，假设其为(行：m，列：n大小)矩阵。

本实施例中采用熵权法计算每项数据的权重，熵权法是一种利用多源数据的信息熵计算各类数据权重的方法。根据信息熵的概念，数据源信息熵越小，所提供的信息越多，权重就越大。反之，权重就越小。熵权法可以客观的计算每类数据的权重，目前在的生态环境监测、评价中应用广泛是一种利用多源数据的信息熵计算各类数据权重的方法。根据信息熵的概念，数据源信息熵越小，所提供的信息越多，权重就越大。反之，权重就越小。熵权法可以客观的计算每类数据的权重，目前在的生态环境监测、评价中应用广泛，具体方法包括：

对于任意一项环境数据，采用下列公式(3)计算每个元素的概率值，其中p

利用下列公式(4)计算常数；

k＝1/log

利用下列公式(5)计算该项环境数据中所有元素的概率值；

利用下列公式(6)计算该项环境数据中第j个元素的权重值W

依次采用上述公式(3)、(4)、(5)、(6)完成对所有项的环境数据的权重进行计算。

换言之，本实施例采用下列方法计算每项环境数据的权重，包括：

(1)监测站点O

(2)哨兵-5p NO2权重计算。计算归一化后监测站点M_NO2所有元素的和，根据公式(3)计算每个元素的概率值P；根据矩阵行、列大小(m、n)，利用公式(4)计算常数K；利用公式(5)计算所有元素的概率k*P*log2P的和H

(3)哨兵-5p HCHO权重计算。计算归一化后监测站点M_HCHO所有元素的和，根据公式(3)计算每个元素的概率值P；根据矩阵行、列大小(m、n)，利用公式(4)计算常数K；利用公式(5)计算所有元素的概率k*P*log2P的和H

(4)排放源VOCs权重计算。计算归一化后监测站点M_VOCs所有元素的和，根据公式(3)计算每个元素的概率值P；根据矩阵行、列大小(m、n)，利用公式(4)计算常数K；利用公式(5)计算所有元素的概率k*P*log2P的和H

(5)排放源NOx权重计算。计算归一化后监测站点M_NOx所有元素的和，根据公式(3)计算每个元素的概率值P；根据矩阵行、列大小(m、n)，利用公式(4)计算常数K；利用公式(5)计算所有元素的概率k*P*log2P的和H

(6)植被指数NDVI权重计算。计算归一化后植被指数M_NDVI所有元素的和，根据公式(3)计算每个元素的概率值P；根据矩阵行、列大小(m、n)，利用公式(4)计算常数K；利用公式(5)计算所有元素的概率k*P*log2P的和H

(7)数字高程DEM权重计算。计算归一化后数字高程M_DEM所有元素的和，根据公式(3)计算每个元素的概率值P；根据矩阵行、列大小(m、n)，利用公式(4)计算常数K；利用公式(5)计算所有元素的概率k*P*log2P的和H

(8)气象风速WD权重计算。计算归一化后气象风速M_WD所有元素的和，根据公式(3)计算每个元素的概率值P；根据矩阵行、列大小(m、n)，利用公式(4)计算常数K；利用公式(5)计算所有元素的概率k*P*log2P的和H

(9)气象降雨RN权重计算。计算归一化后气象降雨M_RN所有元素的和，根据公式(3)计算每个元素的概率值P；根据矩阵行、列大小(m、n)，利用公式(4)计算常数K；利用公式(5)计算所有元素的概率k*P*log2P的和H

(10)气象温度T权重计算。计算归一化后气象温度M_T所有元素的和，根据公式(3)计算每个元素的概率值P；根据矩阵行、列大小(m、n)，利用公式(4)计算常数K；利用公式(5)计算所有元素的概率k*P*log2P的和H

步骤103：通过预设的计算方法计算待测环境的大气臭氧环境健康综合评价值G。具体的，本实施例通过下列公式计算健康综合评价值G：

其中，M_i表示第i项环境数据，W_i表示第i项环境数据对应的权重，n表示环境数据的项数，本实施例中n＝10，即表示采集的环境数据为上述表中的十项，M_i表示第i项环境数据，例如i＝1时，M_i为臭氧的监测数据M_O

进一步的，本实施例中还计算环境健康综合评价值G的均值u、方差std、最小值min、最大值max；将大气臭氧环境健康危险等级确定为以下五个等级以及确定每个危险等级对应的臭氧健康的取值范围，具体危险等级和取值范围如下表所示：

最后判断待监测环境的大气臭氧健康评估值所处的取值范围从而确定大气臭氧环境健康危险等级。

本实施例以2006年浙江省5月份为例，采用上述方法得到的浙江省5月份臭氧大气环境健康危害等级如图9所示，浙江省5月份臭氧大气环境健康危害等级如图10所示。

本申请中相对于现有技术的进步主要体现在以下方面：

(1)首次将O

(2)以Sentinel5p卫星的HCHO数据表示地表VOCs浓度的高低，将VOCs危害评估由点扩展到面。

(3)充分考虑了人类生产活动、地表覆盖、气象因子。

(4)引入了权重，在考虑到多种影响健康评估结果的环境数据的基础上，还进一步的引入了每个环境数据的权重，最后依据权重计算得到的健康评估值更加精确。

实施例二：

本实施例提供一种基于多源数据的大气臭氧健康评估装置，如图11所示，其包括：获取模块201、预处理模块202、计算模块203。其中获取模块201用于获取待监测环境的多源环境数据；预处理模块202用于对获取的多源环境数据进行归一化处理，并计算每项环境数据的权重值；计算模块203用于通过以下公式计算待测环境的大气臭氧环境健康综合评价值G；具体的数据处理方法以及计算方法和上述实施例一中相同，此处不再赘述。

进一步的，本实施例还包括危险等级评估模块204和输出模块205，危险等级评估模块204用于根据待监测环境的大气臭氧健康评估值所处的取值范围确定大气臭氧环境健康危险等级；输出模块205用于输出大气臭氧环境健康危险等级，输出模块205可以采用显示器，起到输出显示的作用，方便本领域技术人员查看评估的等级结果。

实施例三：

本实施例提供一种计算机可读存储介质，介质上存储有程序，程序能够被处理器执行以实现如上述实施例一提供的方法。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。