一种多源数据融合的反演PM10系统的制作方法

本发明属于遥感数据处理和技术应用领域，具体涉及一种多源数据融合的反演pm10系统。

背景技术：

1、pm10是空气动力学当量直径小于等于10微米的可吸入颗粒物，指漂浮在空气中的固态和液态颗粒物的总称。该可吸入颗粒物对人体的害处表现在：对呼吸系统疾病的影响：大气中pm10浓度的上升容易引起上呼吸道感染、使鼻炎、慢性咽炎、慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、尘肺等。对心血管疾病的影响：会增加血液的粘稠度和血液中某些白蛋白，从而引起血栓。具有致癌、致突变、致残作用：石油、煤等化石燃料及木材、烟草等有机物在不完全燃烧过程中会产生多环芳烃(pahs)，由于pahs具有致癌、致突变、致残作用，因此对人体健康危害极大，其中代表物苯并(a)芘(bap)是最具致癌性的物质，能诱发皮肤癌、肺癌和胃癌。

2、现有技术的pm10监测的深度和广度远远跟不上人类抗疾病需求的发展,表现在：

3、第一、pm10的监测能力发展不平衡。区域间、层级间、城乡间pm10监测基础能力差异较大，部分中西部地区监测设备老化、实验条件简陋，区县监测能力难以满足执法监测和应急监测任务要求，农村环境监测刚刚起步。国家和重点区域监测技术实验能力不足、发展空间受限，遥感监测星的应用基础设施短缺，全国监测系统信息化建设缺乏统一规划，数据壁垒未实质性打通，海量监测数据有效归集和智能分析应用亟需加强。

4、第二、传统pm10地面监测站点无法提升监测站数据的影响范围：①无法获取区域性污染分布特征的现状；②可以全天候、大尺度观测，但是精度不高，也不能提供数据产品；③无法为大气污染的全方位立体监测提供重要的信息来源。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提出一种多源数据融合的反演pm10系统，目的在于解决传统pm10地面监测站点的监测能力发展不平衡，以及传统pm10地面监测站点无法提升监测站数据的影响范围的问题。

2、本发明为解决其技术问题提出以下技术方案：

3、一种多源数据融合的反演pm10系统，其特点是，该系统包括用于指定站点机器模型训练的多源数据融合单元、用于目标物理区域反演pm10的多源数据融合单元；该目标物理区域反演pm10的多源数据融合单元利用训练好的机器模型反演目标物理区域的pm10数据。

4、进一步地，所述用于监测站点机器模型训练的多源数据融合单元，设有监测站点经纬度模块、卫星遥感数据模块、监测站点原始数据模块、监测站点原始数据填补和插值模块、二维数据转为“点”数据模块、监测站点pm10检测模块、机器模型训练模块；该监测站点原始数据模块根据监测站点经纬度数据从卫星遥感数据模块中获取监测站点的原始气象数据和原始aod气溶胶数据；该监测站点原始数据填补和插值模块对监测站点原始气数据插值和/或填补，使得低分辨率的原始数据变为高分辨率二维数据；该二维数据转为“点”数据模块对监测站点高分辨率二维数据细分经纬度，并根据监测站点的经纬度搜索监测站点的“点”的高分辨率气象数据和监测站点的“点”的高分辨率aod数据；该监测站点pm10检测模块检测监测站点“点”的pm10数据；该机器模型训练模块将监测站点“点”的高分辨率气象数据和监测站点“点”的高分辨率aod数据作为机器模型训练的输入值，将监测站点“点”的pm10数据作为机器模型训练的输出值；所述监测站点原始气数包括监测站点原始气象数据，以及监测站点原始aod数据；所述高分辨率二维数据是指监测站点高分辨率气象二维数据、以及监测站点高分辨率aod二维数据。

5、进一步地，所述监测站点原始数据模块，设有获取卫星遥感数据模块、获取监测站点经纬度模块、监测站点原始三维气象数据模块、监测站点原始三维aod数据模块、监测站点原始三维气象数据转二维模块、监测站点原始三维aod数据转二维模块；该监测站点原始三维气象数据模块和监测站点原始三维aod数据模块分别根据监测站点经纬度数据从卫星遥感数据获取该监测站点原始三维气象数据和监测站点原始三维aod数据；所述三维气象数据格式为日期、经度、维度；所述三维aod数据格式为日期小时、经度、维度；所述监测站点原始三维气象数据转二维模块按照日期分类将三维气象数据转为二维气象数据；所述监测站点原始三维aod数据转二维模块按照日期小时分类将三维aod数据转为二维aod数据。

6、进一步地，所述监测站点原始数据填补和插值模块设有读取监测站点的原始气象数据模块、读取监测站点的原始aod数据模块、插值算法模块、均值算法模块、监测站点高分辨率气象二维数据模块、低分辨率aod数据均值模块、监测站点高分辨率aod二维数据模块；所述低分辨率aod数据均值模块根据均值算法对原始aod数据进行均值处理，得到低分辨率aod数据均值模块；所述监测站点高分辨率aod二维数据模块对低分辨率aod数据均值数据进行插值，得到监测站点高分辨率aod二维矩阵；所述监测站点高分辨率气象二维数据模块根据插值算法对原始气象数据进行插值，得到监测站点高分辨率的气象二维数据。

7、进一步地，所述二维数据转为“点”数据模块，设有监测站点高分辨率气象数据细分经纬度模块、监测站点高分辨率aod数据细分经纬度模块、监测站点的“点”的高分辨率气象数据模块、监测站点的“点”的高分辨率aod数据模块；所述监测站点经纬度高分辨率气象数据模块、以及监测站点经纬度高分辨率aod数据模块分别到监测站点高分辨率气象数据细分经纬度模块、监测站点高分辨率aod数据细分经纬度模块中搜索监测站点经纬度对应的数据，得到指监测站点的“点”的高分辨率气象数据、以及监测站点的“点”的高分辨率aod数据。

8、进一步地，所述均值算法模块设有读取aod二维原始数据模块、低分辨率计数矩阵模块、低分辨率合计矩阵模块、低分辨率aod均值模块；所述低分辨率计数矩阵模块将aod二维原始数据划分为栅格数据，按照日期小时统计每个经纬度的栅格内出现有效aod数据的次数，所述低分辨率合计矩阵模块将aod二维原始数据划分为栅格数据，按照日期小时统计每个经纬度的栅格内出现有效aod的数据值，所述低分辨率aod均值模块用低分辨率计数矩阵每个栅格的值除以低分辨率计数矩阵每个栅格的值作为低分辨率均值二维矩阵每个栅格的值，从而得到低分辨率aod均值二维矩阵。

9、进一步地，所述用于目标物理区域反演pm10的多源数据融合单元，设有目标物理区域shp文件模块、卫星遥感数据模块、目标物理区域原始数据模块、目标物理区域原始数据填补和插值模块、目标物理区域高分辨率数据二维转一维模块、机器模型反演pm10模块、生成目标物理区域pm10图形模块；所述目标物理区域原始数据模块根据目标物理区域shp文件从卫星遥感数据模块中获取目标物理区域三维原始气象数据和三目标物理区域三维原始aod数据、并转换为二维原始气象数据和二维原始aod气溶胶数据；所述目标物理区域原始数据填补和插值模块对目标物理区域原始数据进行填补和插值，使得低分辨率的原始二维气象数据和低分辨率的原始二维aod数据变为高分辨率二维气象数据、以及高分辨率二维aod数据；所述目标物理区域高分辨率数据二维转一维模块，分别将高分辨率的二维气象数据和高分辨率二维aod数据转为高分辨率一维气象数据和高分辨率一维aod数据；所述机器模型反演pm10模块从目标物理区域高分辨率数据二维转一维模块获取高分辨率一维气象数据、以及高分辨率aod一维数据作为机器模型应用阶段的输入数据，机器模型反演pm10一维数组、并且将反演pm10一维数组转换为反演pm10二维数组；所述生成目标区域pm10图形模块根据反演pm10二维数组数据、以及裁剪方法文件的数据，生成目标物理区域pm10图形。

10、进一步地，所述目标物理区域高分辨率数据二维转一维模块设有：该日期该目标物理区域高分辨率二维气象数据模块、该日期该目标物理区域高分辨率二维aod数据模块、高分辨率一维气象数据模块、高分辨率一维aod数据模块；所述高分辨率一维气象数据模块将该日期该目标物理区域高分辨率二维气象数据转换为一维数据；所述高分辨率一维aod数据模块将该日期该目标物理区域高分辨率二维aod数组转换为一维数据。

11、进一步地，所述机器模型反演pm10模块设有机器模型、反演pm10一维数组子模块、反演pm10二维数组子模块；所述机器模型反演pm10模块将所述高分辨率一维气象数据、高分辨率一维aod数据作为机器模型的输入数据、并输出反演pm10一维数组；所述反演pm10二维数组模块将反演pm10一维数组转为二维数组。

12、进一步地，所述生成目标物理区域pm10图形模块设有gdal裁剪方法模块、反演pm10二维数组模块、裁剪模块、生成目标物理区域反演pm10图形文件模块；所述裁剪模块从gdal裁剪方法模块和演pm10二维数组模块获取数据，生成目标物理区域反演pm10图形文件。

13、本发明的优点效果

14、1、本发明实现了全国范围内pm10的监测能力的平衡发展：本发明将地面监测站技术、克里金插值技术、填补缺失数据技术、融合技术、“二维矩阵”和“一维矩阵”相互转换技术、机器模型技术有机组合在一起，成功用多源数据融合+机器模型反演pm10并取得了较好的效果，实现了全国范围内pm10监测能力的平衡发展。对于区域间、层级间、城乡间pm10监测基础能力差异较大、部分中西部地区监测设备老化、实验条件简陋等不具备地面监测站条件的地区，应用本发明的反演pm10技术，同样能够监测到当地的pm10状况。极大地解决了偏远山区和基础条件落后地区监测pm10的燃眉之急，也有效节省了建设地面监测站的设备成本和人工成本。

15、2、本发明提升了地面监测站数据的影响范围：应用本发明的pm10反演技术，不仅能够监测到“点”的污染分布特征的现状，还能监测到区域“面”的污染分布特征的现状。具体为:利用基于监测站点的机器模型，再获取待反演pm10的省市区县当地每日的原始气象数据、以及每日每时的原始aod数据，经过多源数据融合，即可得到该省市区县的pm10分布图形。使得一个站点的数据能够为全国所用，提升了地面监测站数据的影响范围。