一种生态系统生态产品智能监测方法与流程

1.本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种生态系统生态产品智能监测 方法。


背景技术：

2.生态产品是指人类劳动通过保护或修复生态系统，使生态系统能够维持人 类赖以生存的自然环境条件和生态服务功能，最终通过生态系统的功能提供给 人类社会消费或使用的终端产品，主要包括清洁的空气、干净的水源和舒适的 气候等。因此，在对生态环境问题进行处理的过程中，对生态产品的监测和分 析显得尤为重要。
[0003][0004]
现有技术中，在对生态产品进行监测时，通常需要耗费大量的人力物力进 行数据的采集、处理和分析，耗时长，且成本高，不能够对生态产品存在的风 险及时发现和实时监控，容易导致风险扩大，后续治理困难且成本高。


技术实现要素：

[0005]
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种生态系统生态产品智能监测 方法。
[0006]
一种生态系统生态产品智能监测方法，包括以下步骤：基于选定区域的地 域特征，确定选定区域内的生态产品指标类型；根据所述生态产品指标类型， 结合生态系统环境要求，确定生态产品的污染管控指标；基于深度学习算法， 根据所述污染管控指标构建初始生态产品状态分析模型，并采用样本数据对所 述初始生态产品状态分析模型进行训练和验证，获取生态产品状态分析模型； 通过设置在选定区域内的多个生态环境采集装置，获取生态产品的污染管控指 标含量；预设污染管控指标对应的管控限值，将所述污染管控指标含量输入至 所述生态产品状态分析模型，获取生态产品的分析结果。
[0007]
在其中一个实施例中，所述生态产品包括可食用产品和非食用产品，可食 用产品对应的生态产品指标类型包括水质、土壤和空气、肥料和农药残留，非 食用产品对应的生态产品指标类型包括水质、土壤和空气。
[0008]
在其中一个实施例中，所述水质对应的污染管控指标包括有水质ph、铅、 镉、汞、砷、氯化物、六价铬、化学需氧量和石油类；所述土壤对应的污染管 控指标包括有土壤ph、铅、镉、汞、砷、六价铬和铜；所述空气对应的污染管 控指标包括有二氧化硫、二氧化氮和总悬浮颗粒物；所述肥料对应的污染管控 指标为ny/t 394-2013中绿色食品生产可使用的肥料种类标准；所述农药残留对 应的污染管控指标为gb 2763-2021标准。
[0009]
在其中一个实施例中，所述基于深度学习算法，根据所述污染管控指标构 建初始生态产品状态分析模型，并采用样本数据对所述初始生态产品状态分析 模型进行训练和验证，获取生态产品状态分析模型，具体包括：获取所有污染 管控指标对应的样本数据，所述样本数据包括有样本污染管控指标含量、样本 管控限值和对应生态产品的质量标准，质量标准包括达标或不达标；基于深度 学习算法和污染管控指标构建初始生态产品状态分析模型，将样本数据划分为 训练集和验证集，通过训练对初始生态产品状态分析模型进行
物日平均的管控限值为0.08mg/m3，且每小时的管控限值为0.2mg/m3。
[0013]
在其中一个实施例中，所述预设污染管控指标对应的管控限值，将所述污 染管控指标含量输入至所述生态产品状态分析模型，获取生态产品的分析结果， 具体包括：提取数据库中的污染管控指标含量，输入至所述生态产品状态分析 模型；通过所述生态产品状态分析模型对生态产品的质量进行分析，获取分析 结果；其中，若生态产品中除水质ph和土壤ph之外的所有污染管控指标含量 均小于管控限值，则认定生态产品的质量标准达标，输出生态产品达标的分析 结果；若生态产品中除水质ph和土壤ph之外的任意一个污染管控指标含量大 于管控限值，认定生态产品的质量不达标，输出生态产品不达标的分析结果， 并对生态产品进行质量预警。
[0014]
相比于现有技术，本发明的优点及有益效果在于：本发明通过选定区域的 地域特征，确定选定区域内的生态产品指标类型，并结合生态系统环境于要求， 确定生态产品的污染管控指标；基于深度学习算法，根据污染管控指标构建初 始生态产品状态分析模型，并通过样本数据对该模型进行训练和验证，获取生 态产品状态分析模型，通过设置在选定区域内的多个生态环境采集装置，获取 生态产品的污染管控指标含量；预设污染管控指标对应的管控限值，将污染管 控指标含量输入至生态产品状态分析模型，获取生态产品的分析结果，实现了 对生态产品相关数据的快速采集、处理和分析，能够对生态产品质量进行实时 监控，避免生态风险扩大，提升生态产品质量的安全性，提高了工作效率，降 低了成本。
附图说明
[0015]
图1为一个实施例中一种生态系统生态产品智能监测方法的流程示意图。
具体实施方式
[0016]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施 方式结合附图对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施 例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017]
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种生态系统生态产品智能监测方 法，包括以下步骤：
[0018]
步骤s101，基于选定区域的地域特征，确定选定区域内的生态产品指标类 型。
[0019]
具体地，由于不同地域内的生态产品存在较大的差异，因此在对生态产品 进行监测时，首先需要选定某一个特定的区域，根据该区域内的地域特征，结 合已有的参考文献和实地考察调查等，确定该区域内的生态产品指标类型。例 如，选定区域为重庆市，对应生态系统为农-林-湿的生态系统，并可以基于农
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林-湿生态系统确定对应的生态产品指标类型。
[0020]
其中，生态产品包括有可食用产品和非食用产品，可食用产品对应的生态 产品指标类型包括水质、土壤、空气、肥料和农药残留；非食用产品对应的生 态产品指标类型包括水质、土壤和空气。
[0021]
具体地，将生态产品划分为可食用产品，例如，粮食、蔬菜和水果等，及 非食用产品，例如空气净化、气候调节等；因此，可食用产品对应的生态产品 指标除水质、土壤和空
气之外，还需要对肥料和农药残留进行监测，确保食品 安全；非食用产品通过水质、土壤和空气进行生态产品的质量检测。
[0022]
步骤s102，根据生态产品指标类型，结合生态系统环境要求，确定生态产 品的污染管控指标。
[0023]
具体地，在获取生态产品指标类型后，根据选定区域的生态系统环境要求， 包括对空气质量、土壤质量、地表水质量的要求，例如全市环境空气质量优良 天数比例大于90％，生态环境良好，地表水达到iii类标准，土壤质量良好，无 重金属、农残超标现象等，确定生态产品的污染管控指标，一个生态产品指标 类型对应有一个或多个的污染管控指标，通过污染管控指标是否达标，综合判 断对应的生态产品类型是否达标，并基于生态产品对应的所有生态产品类型是 否达标，综合判断生态产品的质量是否达标，从而实现对生态产品的监测，确 保生态产品安全。
[0024]
其中，水质对应的污染管控指标包括有水质ph、铅、镉、汞、砷、氯化物、 六价铬、化学需氧量和石油类；土壤对应的污染管控指标包括有土壤ph、铅、 镉、汞、砷、六价铬和铜；空气对应的污染管控指标包括有二氧化硫、二氧化 氮和总悬浮颗粒物；肥料对应的污染管控指标为ny/t 394-2013中绿色食品生产 可使用的肥料种类标准；农药残留对应的污染管控指标为gb 2763-2021标准。
[0025]
步骤s103，基于深度学习算法，根据污染管控指标构建初始生态产品状态 分析模型，并采用样本数据对初始生态产品状态分析模型进行训练和验证，获 取生态产品状态分析模型。
[0026]
具体地，采用深度学习框架，根据污染管控指标构建初始生态产品状态分 析模型，并基于样本数据进行学习分析，从而获取生态产品状态分析模型，用 于对生态产品是否达标进行分析判断，从而实现生态产品质量的快速分析，提 高了工作效率。
[0027]
其中，获取所有污染管控指标对应的样本数据，样本数据包括有样本污染 管控指标含量、样本管控限值和对应生态产品的质量标准，质量标准包括达标 或不达标；基于深度学习算法和污染管控指标构建初始生态产品状态分析模型， 将样本数据划分为训练集和验证集，通过训练对初始生态产品状态分析模型进 行训练，并采用验证集对训练后的初始生态产品状态分析模型进行验证，获取 生态产品状态分析模型。
[0028]
具体地，通过样本污染管控指标含量、样本管控限值和对应生态产品的质 量标准，对构建的初始生态产品状态分析模型进行训练，从而获取生态产品状 态分析模型，能够用于对生态产品是否达标进行分析，有利于对生态产品的质 量情况进行实时监测，确保生态产品质量安全。
[0029]
步骤s104，通过设置在选定区域内的多个生态环境采集装置，获取生态产 品的污染管控指标含量。
[0030]
具体地，通过在选定区域内设置多个生态环境采集装置，采集获取生态产 品的污染管控指标含量。生态环境采集装置能够对土壤、空气或水质等进行样 本采集，并基于样本和对应测量方法，获取污染管控指标含量。例如，通过生 态环境采集装置采集选取区域内的河流水，并通过电极法对河流水中汞进行测 量，获取汞的含量，并上传至数据库中，从而实现生态产品数据的快速采集和 处理，以便于根据污染管控指标对生态产品的状态进行分析。
[0031]
其中，通过多个生态环境采集装置采集污染管控指标对应的样本，并根据 污染管控指标的特征，在生态环境采集装置中设置电极法、原子荧光法、分光 光度法、重量法、重铬酸盐法或电感耦合等离子体质谱法，对样本进行处理， 获取区域内污染管控指标含量，并传输至数据库中进行存储。
[0032]
具体地，由于污染管控指标存在多个，因此在设置的生态环境采集装置中 设定对应的方法，在通过生态环境采集装置采集到对应的样品时，能够在生态 环境采集装置中及时进行处理，获取对应的污染管控指标含量，并上传至数据 库中进行存储，从而实现生态产品数据的快速采集和处理，缩短生态产品监测 周期，以便于对生态产品质量进行实时监控，确保生态产品质量安全。
[0033]
其中，在生态产品指标类型为水质时，水质ph的污染管控指标含量采用电 极法进行测量；汞和砷的污染管控指标含量采用原子荧光法进行测量；镉和铅 的污染管控指标含量采用电感耦合等离子体质谱法进行测量；六价铬的污染管 控指标含量采用二苯碳酰二肼分光光度法；氯化物的污染管控指标含量采用离 子选择电极法进行测量；化学需氧量的污染管控指标含量采用重铬酸盐法进行 测量；石油类的污染管控指标含量采用紫外分光光度法进行测量；在生态产品 指标类型为空气时，二氧化硫的污染管控指标含量采用甲醛吸收-副玫瑰苯胺分 光光度法进行测量；二氧化氮的污染管控指标含量采用盐酸萘乙二胺分光光度 法；总悬浮颗粒物的污染管控指标含量采用重量法进行测量；在生态产品指标 类型为土壤时，土壤ph的污染管控指标含量采用土壤ph值的测量方法进行测 量；六价铬和铅的污染管控指标含量采用石墨炉原子吸收分光光度法进行测量； 汞和砷的污染管控指标含量采用原子荧光法进行测量；铜的污染管控指标含量 采用火焰原子吸收分光光度法。
[0034]
具体地，根据上述污染管控指标含量对应的测量方法，在生态环境采集装 置中进行设置，从而能够直接通过生态环境采集装置进行样本处理，提高样本 处理效率，有利用对生态产品质量进行实时监控。
[0035]
需要注意的是，在对肥料进行污染管控指标含量的测量时，按照按ny/t 394-2013中绿色食品生产可使用的肥料种类标准执行；在对农药残留进行污染 管控指标含量的测量时，按照gb 2763-2021标准执行，在本技术中不再赘述。
[0036]
步骤s105，预设污染管控指标对应的管控限值，将污染管控指标含量输入 至生态产品状态分析模型，获取生态产品的分析结果。
[0037]
具体地，根据污染管控指标对应的标准，设置每个污染管控指标的管控限 值，将生态环境采集装置获取的污染管控指标含量输入至生态产品状态分析模 型，通过生态产品状态分析模型对污染管控指标进行分析，输出对应的分析结 果，根据分析结果获取生态产品是否达标的信息，以便于未达标的生态产品进 行及时处理，避免生态风险扩大，提高了生态风险的处理效率，且降低了成本。
[0038]
其中，预设污染管控指标对应的管控限值，具体包括：在生态产品指标类 型为水质时，水质ph的管控限值为5.8-8.5；汞的管控限值为0.001mg/l；镉的 管控限值为0.005mg/l；砷的管控限值为0.05mg/l；铅的管控限值为0.1mg/l； 六价铬的管控限值为0.1mg/l；氯化物的管控限值为2mg/l；化学需氧量的管控 限值为60mg/l；石油类的管控限值为1mg/l。
[0039]
在生态产品指标类型为土壤时，包括农林地和湿地，在农林地的土壤ph小 于6.5
时，镉的管控限值为0.3mg/kg；汞的管控限值为0.25mg/kg；砷的管控限 值为25mg/kg；铅的管控限值为50mg/kg；六价铬的管控限值为120mg/kg；铜 的管控限值为50mg/kg。
[0040]
在农林地的土壤ph为6.5-7.5时，镉的管控限值为0.3mg/kg；汞的管控限 值为0.3mg/kg；砷的管控限值为20mg/kg；铅的管控限值为50mg/kg；六价铬 的管控限值为120mg/kg；铜的管控限值为60mg/kg。
[0041]
在农林地的土壤ph大于7.5时，镉的管控限值为0.4mg/kg；汞的管控限值 为0.35mg/kg；砷的管控限值为20mg/kg；铅的管控限值为50mg/kg；六价铬的 管控限值为120mg/kg；铜的管控限值为60mg/kg。
[0042]
在湿地的土壤ph小于6.5时，镉的管控限值为0.3mg/kg；汞的管控限值为 0.3mg/kg；砷的管控限值为20mg/kg；铅的管控限值为50mg/kg；六价铬的管 控限值为120mg/kg；铜的管控限值为50mg/kg。
[0043]
在湿地的土壤ph为6.5-7.5时，镉的管控限值为0.3mg/kg；汞的管控限值 为0.4mg/kg；砷的管控限值为20mg/kg；铅的管控限值为50mg/kg；六价铬的 管控限值为120mg/kg；铜的管控限值为60mg/kg。
[0044]
在湿地的土壤ph大于7.5时，镉的管控限值为0.4mg/kg；汞的管控限值为 0.4mg/kg；砷的管控限值为15mg/kg；铅的管控限值为50mg/kg；六价铬的管控 限值为120mg/kg；铜的管控限值为60mg/kg。
[0045]
在生态产品指标类型为空气时，二氧化硫日平均的管控限值为30mg/m3；二 氧化氮日平均的管控限值为0.15mg/m3，且每小时的管控限值为0.5mg/m3；总 悬浮颗粒物日平均的管控限值为0.08mg/m3，且每小时的管控限值为0.2mg/m3。
[0046]
具体地，生态产品状态分析模型通过比较上述污染管控限值，与污染管控 指标含量之间的关系，从而判断对应污染管控指标是否达标，并结合生态产品 指标类型中的所有污染管控指标，对生态产品指标类型是否达标进行判断，最 后，基于生态产品的所有生态指标类型对生态产品的质量是否达标进行判断。 若存在一个生态指标类型为未达标，则对应生态产品的质量为未达标；若生态 产品的所有生态指标类型均达标，则对应的生态产品质量达标。
[0047]
需要注意的是，水质ph处于5.8-8.5时，认定为达标，超过该范围认定为 不达标；而由于土壤的多样性，土壤ph不用做是否达标的污染管控指标，而是 基于土壤ph，对生态产品指标类型为土壤的其余污染管控指标(包括铅、镉、 汞、砷、六价铬和铜)进行不同的限制，扩大了本方法的适用范围，且能够确 保数据的准确性。
[0048]
其中，提取数据库中的污染管控指标含量，输入至生态产品状态分析模型； 通过生态产品状态分析模型对生态产品的质量进行分析，获取分析结果；其中， 若生态产品中除水质ph和土壤ph之外的所有污染管控指标含量均小于管控限 值，则认定生态产品的质量标准达标，输出生态产品达标的分析结果；若生态 产品中除水质ph和土壤ph之外的任意一个污染管控指标含量大于管控限值， 认定生态产品的质量不达标，输出生态产品不达标的分析结果，并对生态产品 进行质量预警。
[0049]
具体地，提取生态环境采集装置上传到数据库中的污染管控指标含量，通 过生态产品状态分析模型进行分析，获取生态产品的质量分析结果，在一个生 态产品中的所有污染管控指标含量均小于管控限值时，认定生态产品质量达标； 反之，存在任意一个污染管
控指标含量大于管控限值时，认定生态产品质量不 达标，并对该生态产品进行质量预警，以便于对不达标的污染管控指标进行及 时处理，避免生态风险扩大，实现了对生态产品质量的实时监控，有利于生态 系统的长久发展。
[0050]
在本实施例中，通过选定区域的地域特征，确定选定区域内的生态产品指 标类型，并结合生态系统环境于要求，确定生态产品的污染管控指标；基于深 度学习算法，根据污染管控指标构建初始生态产品状态分析模型，并通过样本 数据对该模型进行训练和验证，获取生态产品状态分析模型，通过设置在选定 区域内的多个生态环境采集装置，获取生态产品的污染管控指标含量；预设污 染管控指标对应的管控限值，将污染管控指标含量输入至生态产品状态分析模 型，获取生态产品的分析结果，实现了对生态产品相关数据的快速采集、处理 和分析，能够对生态产品质量进行实时监控，避免生态风险扩大，提升生态产 品质量的安全性，提高了工作效率，降低了成本。
[0051]
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认 定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的保护范围。