面向三峡库区水环境监测的数据分析算法研究

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1、面向三峡库区水环境监测的数据分析算法研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：邢绍璟指导教师：仲元昌教授专业：通信与信息系统学科门类：工学重庆大学通信工程学院二O一六年四月ResearchonDataAnalysisAlgorithmofWaterEnvironmentMonitoringfortheThreeGorgesReservoirAreaAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngi

2、neeringByXingShaojingSupervisor:Prof.ZhongYuanchangSpecialty:CommunicationandInformationSystemCollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016中文摘要摘要三峡库区不仅是长江流域的生态安全屏障，更是全国淡水资源的战略储备基地。二期蓄水完成后，水流减缓，自净能力下降，库区水环境监测及数据分析的重要性日益凸显。本项目组从2008年开始在重庆市自然科学基

3、金的资助下，采用无线传感器网络(WSN)对库区水环境监测进行研究并取得了一系列成果。本文重点开展库区水环境监测的数据分析算法研究，以构建快速有效的水质评估分析方法，为库区水环境保护提供参考。研究表明，通过WSN监测平台采集到的库区水环境监测样本具有数据量大、向量维度高、属性多等特征，现有的水质分析方法难以满足实际需求，急需一种快速有效的水环境监测数据分析处理方法。为此，本文根据项目需求，分析了监测样本的基本特征，研究了常用的数据分析方法，提出了一种适用于三峡库区水环境监测的快速数据分析算法。论文主要工作如下：①为了实现对库区水环境的实时监测，搭建

4、了基于WSN的三峡库区水环境监测平台，并依托该平台完成了对部分水质指标的采集，为库区水环境监测的数据分析提供了实时数据样本。②为了实现对监测数据的高效分析，对样本特征进行了研究，通过MySQL与Excel相结合的方法对其进行清洗，并运用SPSS软件完成了主成分分析，最终选定溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODMn)及氨氮(NH3-N)3个水质指标作为特征因子。③研究了数据挖掘中常用的模糊C-均值(FCM)聚类算法，分析了其存在的缺点并提出了相应改进措施。针对传统FCM聚类算法对初始迭代中心敏感的问题，结合硬C-均值(HCM)聚类算法，采用快速模糊

5、C-均值聚类算法(FFCM)，实现了对初始迭代中心的改进，减少了迭代次数。④上述算法的改进，其聚类数目仍需人为设定，因此，结合Canopy算法，提出了一种自适应最佳聚类数的Canopy-FCM聚类算法。该算法既解决了对初始迭代中心的优化选取问题，又实现了最佳聚类数的自适应确定。理论分析及仿真结果表明，该算法比FCM算法和FFCM算法具有更优的聚类结果。关键词：三峡库区，无线传感器网络，模糊聚类，Canopy算法，水质分析I英文摘要ABSTRACTTheThreeGorgesReservoirAreaisnotonlyecologicalsecur

6、itybarrierinthemiddleandlowerreachesofYangtzeRiver,butalsoimportantstrategicreservebaseoffreshwaterresourceinourcountry.Afterthecompletionofthe2ndphasewaterstorage,theflowrateandself-purificationabilityofwatergotdown.So,theWaterEnvironmentMonitoringanditsdataanalysishasbeenah

7、otresearchtopicwhichismoreandmoreimportant.WiththesupportofCSTC’snaturalsciencefund,ourprojectteamstudiedtheWaterEnvironmentMonitoringoftheThreeGorgesReservoirAreabyWSNsince2008andaseriesofresearchresultshavebeenachieved.Themaincontentofthispaperistogetarapidandeffectiveasses

8、smentmethodforwaterqualityanalysis.Waterenvironmentmonitoringdatacol