基于多源生产数据的农业碳足迹动态处理方法及系统与流程

本发明涉及数据处理，具体涉及一种基于多源生产数据的农业碳足迹动态处理方法及系统。

背景技术：

1、农业生产中的施肥、灌溉、翻耕等生产事件会改变土壤水分、温度、孔隙结构、养分转化和微生物活动，使地块温室气体通量在事件发生后出现升高、降低或波动。为了根据实测通量核算单次生产事件产生的增量排放，需要确定该生产事件引起的通量响应从何时开始以及在何时结束。其中，生产事件发生时间通常能够从作业日志中取得，而事件响应结束时间并不是监测设备能够直接输出的数据，需要根据事件发生后的通量变化过程进行识别。

2、现有处理中，可以在生产事件发生后设置固定时长的核算区间，也可以在通量值或相邻通量差值低于预设阈值时，认为生产事件响应已经结束。但是，不同地块和不同生产事件的通量响应持续时间可能因土壤条件、气象条件、投入物用量及作业方式不同而发生变化，固定时长不能稳定对应实际响应边界。与此同时，温室气体通量在未发生生产事件时也会随环境条件缓慢漂移，并受到仪器测量误差和短时自然波动影响。因此，通量下降至某一固定数值，或者相邻通量值暂时接近，均不必然表示生产事件响应已经结束。

3、例如，施肥后温室气体通量可能先快速升高，随后逐步下降，并在下降过程中因温度或土壤含水率变化短暂出现数个变化幅度较小的采样位置。若将该短暂平稳状态确定为响应结束，会遗漏其后再次出现的事件相关排放；若持续使用固定窗口等待，则可能把已经恢复背景状态后的自然排放，甚至后一生产事件引起的通量变化，计入当前生产事件。背景通量在事件持续期间发生缓慢变化时，采用事件发生前的单一背景值还会把背景漂移错误识别为事件增量。

4、此外，多源温室气体通量数据可能具有不同采样时间和不等采样间隔。相邻通量差值不仅受到通量变化影响，也受到采样间隔影响；测量误差还可能使实际已经稳定的通量保持微小波动。因此，农业碳足迹动态处理中，如何以目标地块事件发生前的实际通量波动和测量误差为依据，在统一采样时间尺度下识别生产事件发生后持续存在的背景稳定状态，进而确定与实际通量响应过程相对应的事件响应终点，这是本领域技术人员的重要研究方向。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于多源生产数据的农业碳足迹动态处理方法及系统，解决了在背景通量漂移、测量误差及采样时间不一致的条件下，难以根据实测温室气体通量可靠确定农业生产事件实际响应终点，进而导致事件增量排放归因边界不准确的技术问题。

2、本发明提供了一种基于多源生产数据的农业碳足迹动态处理方法，包括：根据目标生产事件的事件前通量序列生成含一级绝对差值和二级差值变化量的事件前差分数据；根据事件前差分数据和校准误差数据生成含两级变化基准的变化基准数据，各基准取对应差值中位数和误差界限的较大值；根据事件前差分数据和变化基准数据生成事件前联合稳定位置；由事件前联合稳定位置确定基准稳定时长；由事件前联合稳定位置和基准稳定时长确定事件前背景稳定段；以候选区间通量序列和变化基准数据生成候选区间联合稳定位置；以候选区间联合稳定位置和基准稳定时长自末位反向确定事件后背景稳定段；由两个背景稳定段生成动态背景通量序列；根据候选区间通量序列和动态背景通量序列，按时长累加非负均值差，得到单位面积增量质量；根据单位面积增量质量和地块面积得到当前气体事件归因质量；根据当前气体事件归因质量和核算配置数据生成事件归因增量碳足迹。

3、可选地，候选区间通量序列的获取包括：根据生产事件数据和生产事件执行判定规则形成按时间排列的待处理生产事件序列；根据待处理生产事件序列得到目标生产事件数据；从待处理生产事件序列中筛选与目标生产事件数据同地块同类型的后一生产事件数据；存在后一生产事件数据且其发生时间不晚于温室气体通量时序末端时，根据后一生产事件数据和温室气体通量时序得到候选区间终点，否则以温室气体通量时序末端作为候选区间终点；根据目标生产事件数据和候选区间终点得到候选时间区间；根据温室气体通量时序和候选时间区间提取候选区间通量序列。

4、可选地，事件前通量序列的获取，包括：根据目标生产事件数据和温室气体通量数据得到同地块同气体类型通量数据；根据同地块同气体类型通量数据和通量有效范围得到有效通量数据；按照采样时间划分有效通量数据，得到采样时间数据组；取各采样时间数据组内通量值的中位数，得到温室气体通量时序；根据目标生产事件数据和温室气体通量时序，提取发生时间早于目标生产事件发生时间的通量值，得到事件前通量序列。

5、可选地，事件前通量序列和候选区间通量序列的对齐，包括：根据历史正常采样数据确定数据连续性间隔上限；取事件前通量序列的正采样间隔中位数，得到标准采样间隔；根据事件前通量序列和数据连续性间隔上限得到事件前连续数据段；根据事件前连续数据段和标准采样间隔进行段内线性插值，得到时间对齐事件前通量序列；根据候选区间通量序列和数据连续性间隔上限得到候选区间连续数据段；根据候选区间连续数据段和标准采样间隔进行段内线性插值，得到时间对齐候选区间通量序列，以两个时间对齐序列替代原序列。

6、可选地，事件前联合稳定位置的生成，包括：以后采样位置为索引，根据事件前通量序列得到一级有符号差值序列；根据一级有符号差值序列生成包括一级绝对差值序列和二级差值变化量序列的事件前差分数据；根据生成事件前差分数据的差分规则和校准误差数据，得到包括一级误差界限和二级误差界限的误差界限数据；根据事件前差分数据和误差界限数据得到变化基准数据；根据事件前差分数据和变化基准数据，生成一级绝对差值与二级差值变化量均不大于对应变化基准的事件前联合稳定位置。

7、可选地，基准稳定时长和事件前背景稳定段的确定，包括：按采样时间排列事件前联合稳定位置，得到有序稳定位置序列；根据有序稳定位置序列和标准采样间隔得到事件前联合稳定连续段序列；根据事件前联合稳定连续段序列得到正持续时长序列；取正持续时长序列的中位数，得到基准稳定时长；根据有序稳定位置序列和基准稳定时长，从事件前通量序列末位反向确定持续时长不小于基准稳定时长的事件前背景稳定段。

8、可选地，事件后背景稳定段的确定，包括：根据候选区间通量序列和变化基准数据，按照事件前差分规则生成候选区间联合稳定位置；根据候选区间联合稳定位置和标准采样间隔，从候选区间末位反向连接连续位置，得到末端联合稳定连续段；根据末端联合稳定连续段和基准稳定时长，将持续时长不小于基准稳定时长的末端联合稳定连续段确定为事件后背景稳定段；取事件后背景稳定段的起始时间作为事件响应终点。

9、可选地，事件后背景稳定段的确定还包括：未在后一生产事件数据的发生时间前形成事件后背景稳定段时，合并目标生产事件数据和后一生产事件数据，得到复合生产事件数据；根据复合生产事件数据和生产事件数据得到新的后一生产事件数据；根据新的后一生产事件数据和温室气体通量时序，按照权利要求2的候选区间终点确定方式得到新候选区间终点；根据复合生产事件数据和新候选区间终点得到新候选时间区间；根据温室气体通量时序和新候选时间区间得到新候选区间通量序列，以其替代候选区间通量序列，对各待核算气体类型重复确定事件后背景稳定段。

10、可选地，动态背景通量序列的生成，包括：取事件前背景稳定段内通量值的中位数，得到事件前背景通量；取事件后背景稳定段内通量值的中位数，得到事件后背景通量；合并事件前背景通量和事件后背景通量，得到背景通量锚点序列；根据目标生产事件发生时间和事件响应终点得到事件区间边界时间序列；根据候选区间通量序列和事件区间边界时间序列得到事件区间时间序列；根据事件区间时间序列和背景通量锚点序列进行线性插值，得到动态背景通量序列。

11、可选地，单位面积增量质量的计算，包括：根据温室气体通量时序和事件区间边界时间序列得到边界通量数据；根据候选区间通量序列和边界通量数据得到事件区间通量序列；根据事件区间通量序列得到未被数据断点分隔的有效相邻时间区间序列；根据事件区间通量序列和有效相邻时间区间序列得到区间平均温室气体通量序列；根据动态背景通量序列和有效相邻时间区间序列得到区间平均动态背景通量序列；根据两个区间平均通量序列得到非负增量通量序列；根据非负增量通量序列和有效相邻时间区间序列得到单位面积增量质量。

12、可选地，事件归因增量碳足迹的生成包括：根据目标生产事件数据和生产事件与气体类型映射配置得到待核算气体类型集合；对待核算气体类型集合中的各气体类型，根据单位面积增量质量和地块面积得到当前气体事件归因质量；根据当前气体事件归因质量和质量计量基准换算系数得到气体自身质量；根据气体自身质量和二氧化碳当量换算系数得到当前气体二氧化碳当量；全部待核算气体类型均得到当前气体二氧化碳当量时，累加各当前气体二氧化碳当量，得到事件归因增量碳足迹；任一待核算气体类型未得到当前气体二氧化碳当量时，不生成事件归因增量碳足迹。

13、还提供了一种基于多源生产数据的农业碳足迹动态处理系统，系统用于实现基于多源生产数据的农业碳足迹动态处理方法，系统包括事件与通量数据预处理模块和事件增量排放计算模块；事件与通量数据预处理模块用于建立数据快照，并执行事件前通量序列和候选区间通量序列的获取、连续数据段划分及时间对齐；事件增量排放计算模块用于接收事件与通量数据预处理模块的输出数据，并执行事件前联合稳定位置、事件前背景稳定段、事件后背景稳定段、动态背景通量序列、单位面积增量质量及事件归因增量碳足迹的生成。

14、本发明的有益效果体现在：

15、本发明对按照相同采样间隔对齐的事件前通量序列依次计算一级绝对差值和二级差值变化量，将两个差值序列的中位数分别与对应误差界限进行比较，并将其中的较大值确定为对应变化基准。由此，一级变化基准能够反映相邻通量值的实际变化幅度，二级变化基准能够反映通量变化趋势本身是否继续改变，误差界限则使两个变化基准均不低于差分运算可能产生的测量误差范围。只有同一采样位置的一级绝对差值和二级差值变化量均未超过对应变化基准时，才将该位置确定为联合稳定位置，可以减少仅因通量暂时接近或变化方向短暂转换而形成的错误稳定判断。

16、本发明进一步根据事件前联合稳定位置连续段的正持续时长中位数确定基准稳定时长，并从候选区间末位采样位置反向识别持续时长达到基准稳定时长的末端联合稳定连续段。该处理使事件响应终点建立在目标地块事件发生前实际稳定持续特征的基础上，并要求稳定状态连续延伸至候选区间末端，从而排除候选区间中部偶然出现的短时平稳状态。与固定响应窗口相比，该事件响应终点能够随不同生产事件的实际通量变化持续时间调整，降低事件后段排放被遗漏或者恢复背景后的通量被继续计入当前事件的可能性。

17、在确定事件响应终点后，本发明分别根据事件前背景稳定段和事件后背景稳定段内的通量中位数确定两个背景通量锚点，并在事件响应区间内生成动态背景通量。通过按有效相邻时间区间累加温室气体通量区间均值高于动态背景通量区间均值的非负部分，可以减少缓慢背景漂移对事件增量的影响；结合地块面积和气体类型进行质量及二氧化碳当量换算，最终获得具有明确事件边界、时间边界和物理量纲的事件归因增量碳足迹。