一种生态环境监测材料智能管理及污染源协同溯源方法及系统与流程

本发明涉及生态环境监测智能管理，具体涉及一种结合智能耗材管理、多源环境数据融合及污染扩散建模的一种生态环境监测材料智能管理及污染源协同溯源方法及系统。

背景技术：

1、智慧化监测是生态环境监测中，通过应用人工智能、物联网、大数据、卫星遥感等数字技术，实现水、大气等环境要素自动化、智能化监测的技术体系。其核心目标是推动监测网络从“环境质量评价”向“污染溯源解析”的功能升级，实现对环境问题的精准预警与溯源。

2、然而现有生态环境监测中，监测材料（如传感器、试剂、采样瓶等）的管理多依赖人工登记，存在效率低、易出错、无法实时追踪等问题。同时，污染溯源方法多依赖单一数据源，缺乏对监测材料使用状态与污染扩散数据的联动分析，导致溯源精度不足、责任认定困难。此外，现有系统缺乏对监测材料保质期、使用频率与污染事件之间的智能关联预警能力。具体表现如下：

3、材料管理粗放：监测材料（如采样瓶、传感器、试剂等）的入库、领用、归还、报废等环节多依赖人工登记，缺乏实时视频记录和环境控制，易导致材料丢失、过期、被污染或违规使用，影响监测数据的准确性和可靠性。

4、污染溯源手段单一：传统溯源主要依赖人工排查和简单统计模型，难以实现多介质（大气、水体、土壤）污染扩散的精准模拟，且对污染源类型识别和贡献率量化缺乏高效算法，导致溯源结果主观性强、证据链不完整。

5、材料管理与溯源脱节：材料的使用状态（如使用次数、剩余保质期）与污染事件的发生缺乏关联分析，无法动态评估材料是否因超期或污染而影响监测结果，也无法为材料调配提供科学依据。

6、数据存证与闭环反馈不足：环境数据易被篡改，缺乏司法存证能力；预警信息下发后缺乏闭环跟踪机制，无法持续优化模型参数。

7、因此，亟需一种集材料智能管理、多源数据融合、污染精准溯源、协同联动与闭环反馈于一体的智能化方案。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种生态环境监测材料智能管理及污染源协同溯源系统与方法，提供一种全流程可视可追溯、溯源准确率高、具备司法存证及持续优化能力的智能管理及协同溯源方法及系统。

2、本发明是通过以下的技术方案来实现的。

3、一种生态环境监测材料智能管理及污染源协同溯源方法，包括以下步骤：

4、s1：通过智能耗材柜对监测材料进行全生命周期管理，包括对入库、出库、归还、报废全过程进行实时视频记录并上传至智能管理云平台，基于用户权限验证后控制柜门开闭并调节柜内环境，通过rfid/二维码扫描进行一致性校验，以及根据材料数量、使用时间、剩余保质期自动生成预警提醒；

5、s2：实时采集多源环境数据，包括大气、水体、土壤的污染物浓度及气象水文参数，并对原始数据进行格式标准化、时间同步、异常值剔除和空缺值填充的预处理；

6、s3：基于预处理数据构建污染扩散模型，采用机器学习算法识别污染源类型，并通过贝叶斯回归计算各污染源贡献率及置信区间，将关键数据存证至区块链；

7、s4：将材料使用记录与污染溯源结果进行关联分析，构建“材料-污染”映射关系，动态评估材料状态并生成包含污染扩散路径、热点区域及材料状态的综合预警信息；

8、s5：基于污染扩散模型预测未来污染趋势，结合材料剩余寿命生成动态调度建议，通过运维客户端下发预警任务并记录执行情况，将闭环处理结果反馈至云平台用于模型优化。进一步而言，步骤s1中，所述智能耗材柜的全生命周期管理进一步包括：s1.1：通过高清摄像头对材料操作进行实时视频记录，视频流经加密后上传至云平台；s1.2：运维人员通过客户端提交领取、归还或报废申请，申请信息包含材料编号、数量、操作人员身份及时间戳；s1.3：云平台根据用户权限验证通过后向智能门锁下发开锁指令，同时环境控制单元根据预设存储阈值自动调节柜内温湿度和光照；s1.4：云平台通过rfid/二维码扫描数据与申请信息进行一致性校验，若不匹配则发送异常提醒并锁定操作；s1.5：云平台定时统计材料数量、累计使用时间和剩余保质期，当低于阈值时自动下发补充、更换或超期分配提醒。进一步而言，步骤s2中，所述多源环境数据采集与预处理进一步包括：s2.1：根据监测目标和布设区域选型并布设大气、水体、土壤监测设备；s2.2：通过物联网网关实时接入多源数据，构建多维度环境数据集；s2.3：对原始数据进行格式标准化、时间同步、基于3σ原则的异常值剔除和基于knn插值法的空缺值填充。进一步而言，步骤s3中，所述污染扩散建模与溯源分析进一步包括：s3.1：结合高斯烟羽模型、流体动力学模型和fick扩散模型构建多介质污染扩散路径模拟；s3.2：采用支持向量机和随机森林对污染源类型进行识别，输入特征包括污染物组成、时间序列及气象水文条件；s3.3：通过贝叶斯回归计算各污染源贡献率及置信区间；s3.4：将污染溯源过程中的关键数据计算hash值并上传至区块链。进一步而言，步骤s4中，所述材料管理与溯源结果的协同联动进一步包括：s4.1：将材料使用记录与污染溯源结果进行关联分析，构建“材料-污染”映射关系；s4.2：若区域污染事件频发或溯源结果异常，自动判断监测材料是否超期、被污染或需更换；s4.3：生成包含污染扩散路径等值线图、热点区域gis标记及材料状态建议处置措施的综合预警信息，并通过gis可视化平台展示。进一步而言，步骤s5中，所述智能预警与闭环反馈进一步包括：s5.1：基于污染扩散模型预测未来72小时污染趋势，结合材料剩余寿命生成动态调度建议；s5.2：运维客户端接收预警信息并显示具体任务，记录执行情况；s5.3：将闭环处理结果反馈至云平台，用于模型参数优化。另外，本发明还公开了一种生态环境监测材料智能管理及污染源协同溯源系统，包括：感知与执行层，包括智能耗材柜模块和多源环境监测设备模块，用于材料全生命周期管理及环境数据采集；数据处理与支撑层，包括混合组网的数据通信网络，用于传输数据；核心平台层，为智能管理云平台，包含数据接收与存储单元、生命周期管理单元、多源数据接入与预处理单元、污染扩散建模单元、机器学习溯源单元、区块链存证单元、协同联动分析单元和gis可视化单元，用于执行如权利要求1至6任一项所述的方法；用户交互层，为运维客户端模块，包括申请与操作单元、预警与反馈单元和视频回放单元，用于与云平台交互。进一步而言，所述智能耗材柜模块包括：智能门锁单元，采用电磁锁结合指纹或人脸识别，支持远程授权和临时权限下发；环境控制单元，集成温湿度传感器、半导体制冷/加热片和除湿机，根据材料存储要求自动调节；高清摄像头单元，用于对每一操作自动触发录像并抓拍，视频本地存储并同步上传；rfid/二维码识别单元，为每件材料赋予唯一epc编码，支持批量快速盘点。进一步而言，所述多源环境监测设备模块包括：大气监测设备，含电化学气体传感器和超声波气象站；水体监测设备，含光学水质传感器和多普勒流速仪；土壤监测设备，含fdr型温湿度传感器和xrf重金属检测仪；上述设备通过物联网网关通信，并内置gps模块记录布设位置。进一步而言，所述核心平台层采用微服务架构部署于云端，其中：所述生命周期管理单元通过定时任务统计材料信息，并在触发条件时下发提醒；所述协同联动分析单元通过关联分析引擎将材料使用记录与溯源结果交叉比对，输出综合预警；所述gis可视化单元基于webgis构建交互式地图，展示污染扩散等值线、热点热力图及材料分布信息；

9、所述用户交互层中，所述申请与操作单元提供表单界面提交材料申请，实时显示柜门状态及环境参数；所述预警与反馈单元以弹窗、短信或邮件形式接收预警，并支持一键确认及上传处置结果；所述视频回放单元按时间轴或操作事件检索视频，支持快进、慢放和截图标记。

10、借由上述技术方案，本发明的有益效果可表述如下：

11、1）全流程可视可追溯：通过高清视频、rfid/二维码识别和区块链存证，实现监测材料从入库到报废的全程数字化管理，杜绝材料丢失、违规操作和数据篡改，满足环境数据司法存证要求。

12、2）存储条件智能调控：环境控制单元根据材料特性自动调节温湿度、光照等参数，延长材料使用寿命，保证监测活性。

13、3）多介质精准溯源：融合多种扩散模型和机器学习算法，对大气、水体、土壤污染源类型识别准确率达92%以上，贡献率量化输出置信区间，为环境执法提供科学依据。

14、4）材料与溯源协同联动：通过关联分析动态评估材料状态，避免因材料超期或污染导致监测误判，实现预防性管理。

15、5）闭环持续优化：预警任务执行结果反馈至模型，更新贝叶斯先验和svm参数，形成数据驱动的自我改进机制，提升系统长期可靠性。