Water quality monitoring at a virtual watershed monitoring station using a modified deep extreme learning machine

ABSTRACT

A new deep extreme learning machine (ELM) model is developed to predict water temperature and conductivity at a virtual monitoring station. Based on previous research, a modified ELM auto-encoder is developed to extract more robust invariance among the water quality data. A weighted ELM that takes seasonal variation as the basis of weighting is used to predict the actual value of water quality parameters at sites which only have historical data and no longer generate new data. The performance of the proposed model is validated against the monthly data from eight monitoring stations on the Zengwen River, Taiwan (2002–2017). Based on root mean square error, mean absolute error, mean absolute percentage error and correlation coefficient, the experimental results show that the new model is better than the other classical spatial interpolation methods.     

利用Himawari-8高频次监测太湖蓝藻水华动态

新一代静止气象卫星Himawari-8以其10 min/次的高观测频次,为连续动态监测蓝藻水华提供了有力的数据支持.基于太湖实地光谱测量资料,提出Himawari-8卫星资料太湖蓝藻水华动态监测方法.以2015年10月2日蓝藻水华发生过程为例,利用连续、多时次Himawari-8资料,动态监测了太湖蓝藻水华的发展变化,分析蓝藻水华的出现、发展和消失,计算蓝藻水华强度的动态变化,认识蓝藻水华程度及变化特征,估算蓝藻水华的动态变化速度.上述分析为研究蓝藻水华的生长消亡过程提供了支持.进一步探讨蓝藻水华动态变化与气象要素的关系,发现在相同的温湿条件下,风场对蓝藻水华的形成、运动和消失有直接的驱动作用.     

定常风对鄱阳湖水动力的影响

鄱阳湖属大风区,风场作为仅次于流域"五河"倾泻和长江顶托作用的另一重要驱动力,或在某些时刻影响局部区域的水流结构,进而影响局部水体中泥沙、污染物、营养盐等物质的输移和扩散.基于鄱阳湖二维水动力数学模型,模拟定常风场条件下的鄱阳湖流场分布及环流形式,并与无风条件下的水流时空结构进行对比.结果表明:3.03 m/s的NE向和SSW向定常风对湖泊水位影响微弱;对流速的影响主要集中在7月中旬至9月底的"湖相"期;其影响区域主要分布在湖区中部大湖面偏西岸及东部湖湾,约占湖泊最大水面积的16%;上述区域出现明显环流,环流结构具有时空异质性特点,环流区流速普遍增至无风时的两倍以上;NE向和SSW向风场产生的环流位置相近,方向相反.相比于以往鄱阳湖水动力研究中对风场的忽略,本次研究揭示了定常风场对鄱阳湖的重点影响区域、影响程度及影响形式,可为泥沙及污染物输移模拟中对风场条件的处理及可能带来的误差与误差的空间分布提供重要依据.     

温度对宽频地震计观测资料影响的研究方法

本文以具有力平衡反馈结构的甚宽频地震计BBVS-120为分析对象, 通过台站观测实验和实验室温控实验的相关分析, 得到了温度对输出信号影响的频带范围和水平, 定义了温度灵敏度参数, 从定量的角度分析了温度对地震计观测资料的影响。     

高精度温度计在水温观测中的仪器稳定性分析

利用宁波地震台水温10年来的单测项、6年来的同层比测资料,对高精度温度计的仪器短期和长期稳定性进行分析对比。研究发现仪器长期存在漂移现象,漂移量的大小与每套仪器的系统特性有关,但随着观测时间的延续,漂移量逐渐减少,认为该现象对地震前兆观测影响不大;短期稳定性存在不明原因的阶跃和脉冲现象,但次数不多,幅度不大,如果不是并行观测,较难判别。因此,在资料分析时要考虑仪器的这些问题。有时仪器短期非常稳定,数天至20天整点值为同一测值。     

三峡澎溪河水-气界面温室气体模型估算及其敏感性分析

模型估算法是水-气界面温室气体通量监测的主要方法,所得成果也不胜枚举.然而监测过程中诸多环境因素会对最终结果产生不确定的影响.结合三峡库区澎溪河背景条件,利用模型估算法进行水-气界面温室气体通量(以CO_2为例)估算,并且采用修正Morris筛选法尝试分析模型估算法中各个参数对温室气体扩散通量(以CO_2为例)的局部敏感性.研究结果表明:利用模型估算法计算三峡澎溪河流域水-气界面温室气体通量具有较高的可行性和可靠性;风速、水温以及pH值会对监测结果产生影响,且风速越强、水温越高、pH值越小,CO_2扩散通量就越大;pH值是高灵敏参数,风速和水温是灵敏参数.在三峡库区澎溪河监测过程中更应注意pH值的精确性,每次采样前需校正仪器.     

S变换在定点形变观测中的应用

应用S变换,对比分析湖州地震台秒采样定点形变观测到新疆皮山县6.5级地震的频谱动态演化特征,VP倾斜仪和JCZ地震计记录的地震波较为相似,不同的震相有不同的周期,有显著的震相特征,但SSQ倾斜仪不同震相的周期没有显著的差异性。     

山西临汾台大地电场典型干扰与地震异常信号识别

本文通过对山西临汾中心地震台大地电场资料分析,给出了农田灌溉、雷电、高压直流输电、铁丝网接地等几种常见自然因素引起的典型干扰曲线形态,以及河津、洪洞2次地震前的异常电信号图像特征,为今后观测数据处理、日常会商及异常跟踪分析等工作提供参考。     

新型地震预警方法研究及预警能力分析

本文研究了一种不同于传统地震预警方法的新型预警方法。这种预警方法利用数据同化技术对实时波动场进行精确估计,然后再利用基于辐射传输理论的蒙特卡洛直接模拟法对波动能量的传播做数值模拟,并最终计算预警目标区烈度并做阈值判断发出预警警报。整个预警过程无需触发、无需定位、无需测定震级、无需利用衰减关系,较传统预警方法具有明显不同的技术手段,比较有效避免了传统地震预警方法中一系列基于经验统计规律的误差累积和单纯依靠初至P波信息在应对复杂地震时的局限性。本文选择了2011年3月11日日本M_w9.0地震和2016年2月6日台湾M_w6.7美浓地震作为预警模拟震例,分析并论证了本文预警方法在处理网外地震、网内地震以及复杂地震时的预警能力,最终得出本文预警方法在应对网内地震时具有良好的预警准确性和时效性,以及相对于传统预警方法在处理复杂地震时具有较大的优势。最后,总结并展望了本文研究工作的不足之处和有待继续研究的地方。     

抗震巷道内空调通风系统的设计与实现

为解决传统巷道内空调通风系统存在的信息采集准确率较低,性能较差、抗震巷道环境难以改善等问题,提出设计一种新的抗震巷道内空调通风系统。先将系统的整体架构划分为采集层、控制层和监管层三部分,以主控制器为核心,对系统各执行组件做出正确地判断,并对各组件进行统一化控制,完成系统的硬件设计;创建中心服务器信息处理过程,设定风机运行指令,主动采集风速等环境信息,获取实际环境状态,将设定值与实际值进行对比,依据对比结果判断风机是否正常运行,实现系统软件功能的开发。实验结果表明,在不同的震级条件下,该系统能够有效改善抗震巷道环境,系统的信息采集准确率高达85%左右,充分验证了该系统的优越性。