本發(fā)明屬于大氣重金屬沉降通量，尤其涉及一種基于大模型的大氣鎘（cd）沉降通量預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、大氣沉降是土壤cd的重要輸入途徑，在某些污染嚴(yán)重區(qū)域，甚至是主要輸入途徑。近些年，隨著土壤污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的持續(xù)推進(jìn)，對(duì)大氣cd沉降問(wèn)題的關(guān)注日益加深。正確認(rèn)識(shí)大氣cd沉降通量的時(shí)空格局，對(duì)于開(kāi)展精準(zhǔn)治污、科學(xué)治污具有重要意義。

2、現(xiàn)有技術(shù)通常基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突蚧瘜W(xué)傳輸模型，然而統(tǒng)計(jì)學(xué)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屠糜邢薇O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系，然而，此類(lèi)方法依賴高密度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，難以表征污染源排放強(qiáng)度、跨區(qū)域傳輸?shù)葟?fù)雜機(jī)制，且對(duì)非線性關(guān)系的捕捉能力不足；化學(xué)傳輸模型通過(guò)耦合氣象場(chǎng)、排放清單與化學(xué)反應(yīng)機(jī)理模擬污染物傳輸與沉降，但化學(xué)傳輸模型需要高分辨率排放清單和復(fù)雜參數(shù)化方案，計(jì)算成本高，且對(duì)局部地區(qū)污染源污染源和生態(tài)效應(yīng)等關(guān)鍵因子刻畫(huà)不足，導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果在工業(yè)聚集區(qū)和生態(tài)敏感區(qū)偏差顯著。

3、因此，急需研發(fā)一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，能夠顯著提升復(fù)雜污染場(chǎng)景下的預(yù)測(cè)全面性，提高模型預(yù)測(cè)精度，為污染溯源和管理提供依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，能夠顯著提升復(fù)雜污染場(chǎng)景下的預(yù)測(cè)全面性，提高模型預(yù)測(cè)精度，為污染溯源和管理提供依據(jù)。

2、本發(fā)明提供了一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，方法包括以下步驟：

3、s1、獲取目標(biāo)區(qū)域的多維度指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)以及已知點(diǎn)位大氣鎘沉降通量數(shù)據(jù)；其中，多維度指標(biāo)包括污染排放指標(biāo)和沉降過(guò)程指標(biāo)；

4、s2、根據(jù)多維度指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行特征交互計(jì)算，得到補(bǔ)充特征；其中，補(bǔ)充特征包括有效污染強(qiáng)度、植被截留特征和潛在沉降強(qiáng)度；

5、s3、根據(jù)多維度指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)、補(bǔ)充特征和已知點(diǎn)位大氣鎘沉降通量數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)集；

6、s4、使用數(shù)據(jù)集對(duì)隨機(jī)森林模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)模型；

7、s5、獲取預(yù)設(shè)時(shí)間段的多維度指標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算補(bǔ)充特征，并輸入大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)模型，得到大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)結(jié)果。

8、進(jìn)一步的，s1中，污染排放指標(biāo)包括：涉大氣重金屬排放企業(yè)核密度、人口密度、燈光亮度、道路密度、pm10濃度、pm2.5濃度、o3濃度；

9、沉降過(guò)程指標(biāo)包括：空氣濕度、降水量、氣溫、風(fēng)速、歸一化植被指數(shù)、數(shù)字高程模型、地形起伏度、森林覆蓋率、城市覆蓋率。

10、進(jìn)一步的，s2中，有效污染強(qiáng)度的計(jì)算公式如下：

11、；

12、其中，eeff,i表示區(qū)域i的有效污染強(qiáng)度，k表示第k種重金屬企業(yè)，dk表示第k種重金屬企業(yè)核密度，l表示燈光亮度，d人口表示人口密度。

13、進(jìn)一步的，s2中，植被截留特征的計(jì)算公式如下：

14、；

15、其中，表示植被截留特征，ndvi?表示歸一化植被指數(shù)，φ表示主導(dǎo)風(fēng)向，α表示植被覆蓋區(qū)方位角。

16、進(jìn)一步的，s2中，潛在沉降強(qiáng)度的計(jì)算公式如下：

17、；

18、其中，f表示潛在沉降強(qiáng)度，j表示第j個(gè)與區(qū)域i相鄰的區(qū)域，eeff,j表示區(qū)域j的有效污染強(qiáng)度，dij表示區(qū)域j到區(qū)域i的空間擴(kuò)散指數(shù)。

19、進(jìn)一步的，空間擴(kuò)散指數(shù)的計(jì)算公式如下：

20、；

21、其中，ij表示區(qū)域i到區(qū)域j的直線距離，hij表示區(qū)域i與區(qū)域j間的海拔差，v表示風(fēng)速，θij表示區(qū)域i與區(qū)域j間的風(fēng)向夾角。

22、進(jìn)一步的，s3之后，還包括：

23、s31、根據(jù)補(bǔ)充特征和預(yù)設(shè)閾值設(shè)置分層標(biāo)簽；分層標(biāo)簽包括累積主導(dǎo)層、傳輸主導(dǎo)層和生態(tài)層；

24、s32、為數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)添加相應(yīng)的分層標(biāo)簽，得到分層后的數(shù)據(jù)集。

25、進(jìn)一步的，s31中，根據(jù)補(bǔ)充特征和預(yù)設(shè)閾值設(shè)置分層標(biāo)簽包括：

26、將時(shí)間節(jié)點(diǎn)相同的多維度指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的已知點(diǎn)位大氣鎘沉降通量數(shù)據(jù)定義為一條樣本數(shù)據(jù)；

27、當(dāng)樣本數(shù)據(jù)中的有效污染強(qiáng)度大于等于第一閾值時(shí)，將該條樣本數(shù)據(jù)的分層標(biāo)簽設(shè)置為累積主導(dǎo)層；

28、當(dāng)樣本數(shù)據(jù)中的有效污染強(qiáng)度小于第一閾值，且潛在沉降強(qiáng)度大于等于第二閾值時(shí)，將該條樣本數(shù)據(jù)的分層標(biāo)簽設(shè)置為傳輸主導(dǎo)層；

29、當(dāng)樣本數(shù)據(jù)中的有效污染強(qiáng)度小于第一閾值，且潛在沉降強(qiáng)度小于第二閾值時(shí)，將該條樣本數(shù)據(jù)的分層標(biāo)簽設(shè)置為生態(tài)層。

30、進(jìn)一步的，s4中，使用數(shù)據(jù)集對(duì)隨機(jī)森林模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)模型包括：

31、根據(jù)分層后的數(shù)據(jù)集中各層數(shù)據(jù)占總樣本的比例進(jìn)行抽樣，對(duì)隨機(jī)森林模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)模型。

32、本發(fā)明還提供了一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，用于執(zhí)行上述的一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，系統(tǒng)包括如下模塊：

33、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取目標(biāo)區(qū)域的多維度指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)以及已知點(diǎn)位大氣鎘沉降通量數(shù)據(jù)；其中，多維度指標(biāo)包括污染排放指標(biāo)和沉降過(guò)程指標(biāo)；

34、補(bǔ)充特征計(jì)算模塊，與數(shù)據(jù)獲取模塊連接，用于根據(jù)多維度指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行特征交互計(jì)算，得到補(bǔ)充特征；其中，補(bǔ)充特征包括有效污染強(qiáng)度、植被截留特征和潛在沉降強(qiáng)度；

35、數(shù)據(jù)集構(gòu)建模塊，與數(shù)據(jù)獲取模塊和補(bǔ)充特征計(jì)算模塊連接，用于根據(jù)多維度指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)、補(bǔ)充特征和已知點(diǎn)位大氣鎘沉降通量數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)集；

36、模型構(gòu)建模塊，與數(shù)據(jù)集構(gòu)建模塊連接，用于使用數(shù)據(jù)集對(duì)隨機(jī)森林模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)模型；

37、輸出模塊，與模型構(gòu)建模塊連接，用于獲取預(yù)設(shè)時(shí)間段的多維度指標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算補(bǔ)充特征，并輸入大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)模型，得到大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)結(jié)果。

38、本發(fā)明實(shí)施例具有以下技術(shù)效果：

39、本方案通過(guò)整合污染源、氣象因子、地形及生態(tài)指標(biāo)，解決了傳統(tǒng)模型中單一因素驅(qū)動(dòng)的局限性，有效污染強(qiáng)度融合了企業(yè)分布、人口密度及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，精準(zhǔn)量化區(qū)域污染源強(qiáng)度；潛在沉降強(qiáng)度引入空間擴(kuò)散指數(shù)，結(jié)合地理距離、高程差及氣象動(dòng)態(tài)參數(shù)，顯著提升了跨區(qū)域污染物傳輸?shù)慕＞龋臻g擴(kuò)散指數(shù)使模型能夠精準(zhǔn)捕捉復(fù)雜地形下污染物的局地循環(huán)與跨區(qū)域擴(kuò)散特征，尤其是異質(zhì)地形的沉降通量預(yù)測(cè)；植被截留特征引入主導(dǎo)風(fēng)向與植被覆蓋區(qū)方位角，通過(guò)動(dòng)態(tài)修正植被對(duì)污染物的截留效率，解決了氣象條件與植被空間分布耦合作用對(duì)沉降通量的影響，提升模型在復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)環(huán)境下的預(yù)測(cè)魯棒性。通過(guò)補(bǔ)充特征與原始多維度指標(biāo)的聯(lián)合輸入，利用隨機(jī)森林的變量重要性篩選機(jī)制，自動(dòng)識(shí)別關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子，顯著提升模型在高維異構(gòu)環(huán)境數(shù)據(jù)中的特征表征能力，提升模型預(yù)測(cè)精度。

技術(shù)特征：

1.一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述s1中，所述污染排放指標(biāo)包括：涉大氣重金屬排放企業(yè)核密度、人口密度、燈光亮度、道路密度、pm10濃度、pm2.5濃度、o3濃度；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述s2中，所述有效污染強(qiáng)度的計(jì)算公式如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述s2中，所述植被截留特征的計(jì)算公式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述s2中，所述潛在沉降強(qiáng)度的計(jì)算公式如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述空間擴(kuò)散指數(shù)的計(jì)算公式如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述s3之后，還包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述s31中，根據(jù)補(bǔ)充特征和預(yù)設(shè)閾值設(shè)置分層標(biāo)簽包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述s4中，使用數(shù)據(jù)集對(duì)隨機(jī)森林模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)模型包括：

10.一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，用于執(zhí)行上述權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，系統(tǒng)包括如下模塊：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及重金屬沉降通量技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種基于大模型的大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，獲取目標(biāo)區(qū)域的多維度指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)以及已知點(diǎn)位大氣鎘沉降通量數(shù)據(jù)；根據(jù)多維度指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)計(jì)算補(bǔ)充特征；根據(jù)多維度指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)、補(bǔ)充特征和已知點(diǎn)位大氣鎘沉降通量數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)集；使用數(shù)據(jù)集對(duì)隨機(jī)森林模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)模型；獲取預(yù)設(shè)時(shí)間段的多維度指標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算補(bǔ)充特征，并輸入大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)模型，得到大氣鎘沉降通量預(yù)測(cè)結(jié)果。本方案能夠顯著提升復(fù)雜污染場(chǎng)景下的預(yù)測(cè)全面性，提高模型預(yù)測(cè)精度，為土壤重金屬污染溯源和管理提供依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：師華定,申志成,徐靖文,孫在金
受保護(hù)的技術(shù)使用者：生態(tài)環(huán)境部土壤與農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境監(jiān)管技術(shù)中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15