本發(fā)明屬于大氣環(huán)境檢測(cè)質(zhì)量控制領(lǐng)域，具體而言涉及一種基于多維時(shí)序分析的臭氧人為干擾檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
1、隨著環(huán)境空氣質(zhì)量管理的精細(xì)化要求不斷提升，o3(臭氧)作為區(qū)域性污染物和氣候變化的重要因子，其監(jiān)測(cè)與評(píng)估工作逐漸成為環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的核心任務(wù)。然而，由于o3生成和消減過(guò)程復(fù)雜，其濃度不僅受區(qū)域污染排放、光化學(xué)反應(yīng)等自然因素影響，還容易受到外界干擾因素的影響，尤其是人為干擾。例如，通過(guò)調(diào)整監(jiān)測(cè)點(diǎn)位周邊的nox濃度，可能導(dǎo)致o3濃度的非自然波動(dòng)，進(jìn)而干擾監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
2、現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)o3濃度異常的識(shí)別大多采用固定閾值法或基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的算法。這些方法雖然在一定程度上可以識(shí)別簡(jiǎn)單的異常，但在面對(duì)多維數(shù)據(jù)相關(guān)性較強(qiáng)、季節(jié)特性顯著、波動(dòng)頻繁等復(fù)雜情境時(shí)，識(shí)別準(zhǔn)確性明顯不足。此外，部分算法缺乏對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)特性的動(dòng)態(tài)建模，無(wú)法充分考慮各點(diǎn)位o3濃度波動(dòng)的個(gè)性化特征，也無(wú)法有效捕捉數(shù)據(jù)中的隱性干擾模式。
3、近年來(lái)，基于統(tǒng)計(jì)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)的異常檢測(cè)方法逐漸應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，但由于其依賴于大規(guī)模訓(xùn)練數(shù)據(jù)，模型復(fù)雜性高，難以快速適應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的個(gè)體特性和實(shí)時(shí)變化需求，因此在實(shí)際應(yīng)用中存在一定局限性。特別是在o3和nox濃度相關(guān)性較強(qiáng)的場(chǎng)景下，如何利用其時(shí)序動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行建模分析，成為提高異常干擾識(shí)別精度的關(guān)鍵問(wèn)題。
4、綜上，由于非自然干擾造成的臭氧數(shù)據(jù)異常檢測(cè)問(wèn)題是本領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于上述的分析，為了解決上述對(duì)于臭氧數(shù)據(jù)由于非自然干擾造成的異常檢測(cè)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于多維時(shí)序分析的臭氧異常檢測(cè)方法，包括以下步驟：
2、s1、獲取臭氧濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氮氧化物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，所述臭氧濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氮氧化物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均包括通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備每隔第一周期采集記錄的時(shí)間序列數(shù)據(jù)；
3、s2、基于所述臭氧濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取第一一階差分序列，基于所述氮氧化物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取第二一階差分序列；
4、s3、基于所述第一一階差分序列在第一時(shí)間窗口中的數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差構(gòu)建第一置信區(qū)間，基于所述第二一階差分序列在第一時(shí)間窗口中的數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差構(gòu)建第二置信區(qū)間；
5、s4、基于所述第一置信區(qū)間將所述第一一階差分序列轉(zhuǎn)化為第一標(biāo)簽序列，基于所述第二置信區(qū)間將所述第二一階差分序列轉(zhuǎn)化為第二標(biāo)簽序列；
6、基于置信區(qū)間將一階差分序列轉(zhuǎn)化為標(biāo)簽序列包括：將所述一階差分序列中的數(shù)據(jù)值與所述置信區(qū)間做比較，若所述數(shù)據(jù)值小于所述置信區(qū)間的最小值，則將所述數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化為-1；若所述數(shù)據(jù)值大于所述置信區(qū)間的最大值，則將所述數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化為1；若所述數(shù)據(jù)值屬于所述置信區(qū)間，則將所述數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化為0；
7、s5、基于所述第一標(biāo)簽序列和所述第二標(biāo)簽序列各自在目標(biāo)時(shí)間窗口中的數(shù)據(jù)分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，若第一標(biāo)簽序列和所述第二標(biāo)簽序列的數(shù)據(jù)分布符合預(yù)設(shè)關(guān)系則判定目標(biāo)時(shí)間窗口內(nèi)的臭氧濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常。
8、在一些實(shí)施例中，步驟s2中，獲取所述第一一階差分序列和所述第二一階差分序列的方法包括：
9、獲取時(shí)間序列數(shù)據(jù){xt}，其中xt為采樣點(diǎn)t的濃度值；
10、對(duì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)中的采樣點(diǎn)計(jì)算一階差分，表示為：
11、δxt＝xt-xt-1，其中δxt表示采樣點(diǎn)t的一階差分。
12、在一些實(shí)施例中，步驟s3中，構(gòu)建所述第一置信區(qū)間和所述第二置信區(qū)間的方法包括：
13、計(jì)算一階差分序列{δxt}在第一時(shí)間窗口中的數(shù)據(jù)的均值μδx和標(biāo)準(zhǔn)差σδx，表示為：
14、
15、其中，n表示第一時(shí)間窗口中的采樣點(diǎn)總數(shù)；
16、基于所述均值和標(biāo)準(zhǔn)差確定的置信區(qū)間為[μδx-3σδx,μδx+3σδx]。
17、在一些實(shí)施例中，步驟s4中，轉(zhuǎn)化獲得所述第一標(biāo)簽序列和所述第二標(biāo)簽序列的方法包括：
18、基于置信區(qū)間的上下限對(duì)一階差分序列中的元素δxt進(jìn)行映射，表示為：
19、
20、其中l(wèi)(xt)表示映射結(jié)果。
21、在一些實(shí)施例中，第一周期為5分鐘。
22、在一些實(shí)施例中，所述目標(biāo)時(shí)間窗口的長(zhǎng)度為一小時(shí)。
23、在一些實(shí)施例中，步驟s5包括：
24、s51、對(duì)所述第一標(biāo)簽序列和所述第二標(biāo)簽序列各自在目標(biāo)時(shí)間窗口中的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分布統(tǒng)計(jì)，以獲得第一標(biāo)簽序列統(tǒng)計(jì)結(jié)果和第二標(biāo)簽序列統(tǒng)計(jì)結(jié)果，第一標(biāo)簽序列統(tǒng)計(jì)結(jié)果包括第一標(biāo)簽序列正標(biāo)簽數(shù)記為和第一標(biāo)簽序列負(fù)標(biāo)簽數(shù)記為二標(biāo)簽序列統(tǒng)計(jì)結(jié)果包括第二標(biāo)簽序列正標(biāo)簽數(shù)記為和第二標(biāo)簽序列負(fù)標(biāo)簽數(shù)記為
25、s52、若第一標(biāo)簽序列統(tǒng)計(jì)結(jié)果和第二標(biāo)簽序列統(tǒng)計(jì)結(jié)果滿足第一預(yù)設(shè)關(guān)系或者第二預(yù)設(shè)關(guān)系，則判定目標(biāo)時(shí)間窗口內(nèi)的臭氧濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常并發(fā)出報(bào)警；
26、其中第一預(yù)設(shè)關(guān)系表示為：
27、且
28、第二預(yù)設(shè)關(guān)系表示為：
29、且
30、在一些實(shí)施例中，步驟s5還包括：基于第一標(biāo)簽序列和第二標(biāo)簽序列各自在目標(biāo)時(shí)間窗口中的數(shù)據(jù)計(jì)算皮爾遜相關(guān)系數(shù)，皮爾遜相關(guān)系數(shù)記為
31、若皮爾遜相關(guān)系數(shù)、第一標(biāo)簽序列統(tǒng)計(jì)結(jié)果和第二標(biāo)簽序列統(tǒng)計(jì)結(jié)果同時(shí)滿足第三預(yù)設(shè)關(guān)系，則判定目標(biāo)時(shí)間窗口內(nèi)的臭氧濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常并發(fā)出報(bào)警；
32、第三預(yù)設(shè)關(guān)系包括：
33、且
34、以及
35、
36、在一些實(shí)施例中，所述第一時(shí)間窗口為所述目標(biāo)時(shí)間窗口之前的七天。
37、本發(fā)明以上實(shí)施例至少具有以下有益效果：
38、本發(fā)明實(shí)施例提供的臭氧異常干擾識(shí)別技術(shù)中引入了時(shí)間序列一階差分分析，以捕捉監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的瞬態(tài)變化特征，取代傳統(tǒng)靜態(tài)閾值法，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常波動(dòng)的動(dòng)態(tài)刻畫(huà)。這種方法避免了因固定閾值設(shè)定不合理而造成的誤判，對(duì)突發(fā)性干擾具有更高的敏感性。
1.一種基于多維時(shí)序分析的臭氧異常檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多維時(shí)序分析的臭氧異常檢測(cè)方法，其特征在于：步驟s2中，獲取所述第一一階差分序列和所述第二一階差分序列的方法包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多維時(shí)序分析的臭氧異常檢測(cè)方法，其特征在于：步驟s3中，構(gòu)建所述第一置信區(qū)間和所述第二置信區(qū)間的方法包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多維時(shí)序分析的臭氧異常檢測(cè)方法，其特征在于：步驟s4中，轉(zhuǎn)化獲得所述第一標(biāo)簽序列和所述第二標(biāo)簽序列的方法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多維時(shí)序分析的臭氧異常檢測(cè)方法，其特征在于：第一周期為5分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多維時(shí)序分析的臭氧異常檢測(cè)方法，其特征在于：所述目標(biāo)時(shí)間窗口的長(zhǎng)度為一小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于多維時(shí)序分析的臭氧異常檢測(cè)方法，其特征在于：步驟s5包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于多維時(shí)序分析的臭氧異常檢測(cè)方法，其特征在于：步驟s5還包括：基于第一標(biāo)簽序列和第二標(biāo)簽序列各自在目標(biāo)時(shí)間窗口中的數(shù)據(jù)計(jì)算皮爾遜相關(guān)系數(shù)，皮爾遜相關(guān)系數(shù)記為
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多維時(shí)序分析的臭氧異常檢測(cè)方法，其特征在于：所述第一時(shí)間窗口為所述目標(biāo)時(shí)間窗口之前的七天。