海洋碳汇数据采集与实时分析系统

本发明涉及海洋碳汇数据分析，尤其涉及海洋碳汇数据采集与实时分析系统。

背景技术：

1、海草床作为重要的海洋生态系统，能够有效吸收和储存二氧化碳，因此对海洋碳汇能力有着显著贡献，通过对海草床碳汇能力的监测和管理，能够促进全球碳循环的平衡，有效应对气候变化，然而，由于海洋环境的复杂多变，实时、高效地监测海草床碳汇能力和相关环境因素，仍然是当前碳汇管理中面临的一项重大挑战。

2、现有的海洋碳汇监测技术通常依赖于定期的实地采样和实验室分析，存在实时性差、覆盖范围有限、监测频率低等问题，难以应对快速变化的海洋环境，此外，现有技术对海草床碳汇能力与环境参数的关联分析不够深入，无法有效识别出影响碳汇能力的关键环境因素，导致在管理决策上缺乏科学性和前瞻性，难以及时应对生态风险，同时，现有系统的异常预警功能有限，难以快速反应并提出具体的生态修复或环境干预建议。

3、本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种海洋碳汇数据采集与实时分析系统，可以根据系统生成的报告及时采取管理措施，有效提升海草床碳汇管理的科学性、前瞻性和决策的及时性。

技术实现思路

1、本发明提供了海洋碳汇数据采集与实时分析系统。

2、海洋碳汇数据采集与实时分析系统，包括数据采集与预处理模块、海草床碳汇环境分析模块、数据分析模块以及预警模块，其中；

3、所述数据采集与预处理模块通过布设在海洋中的传感器，实时采集海洋环境参数，包括海水的温度、盐度、溶解氧、营养盐浓度以及二氧化碳浓度，并对采集的海洋环境参数进行预处理，包括清洗、标准化；

4、所述海草床碳汇环境分析模块基于预处理后的海洋环境参数，实时分析海草床碳汇能力与海洋环境参数的关联，动态追踪环境变化对海草床碳汇功能的影响；

5、所述数据分析模块结合海草床碳汇能力与海洋环境参数的关联分析的结果，实时分析碳汇能力的动态变化，并生成碳汇能力的实时报告，报告包括海草床碳汇能力的历史变化趋势、当前状态以及预测未来的变化情况；

6、所述预警模块基于生成的碳汇能力实时报告，检测碳汇能力的异常变化，当碳汇能力下降至预设阈值时，自动发出预警，提示相关部门采取管理措施，包括生态修复或环境干预。

7、可选的，所述数据采集与预处理模块包括：

8、数据采集：部署海洋温度传感器实时采集海水的温度，利用电导率传感器测量海水的盐度，通过溶解氧传感器实时监测海水中的溶解氧浓度，通过化学传感器测量海水中的营养盐浓度，包括硝酸盐、磷酸盐和氨氮，通过电化学传感器监测海水中的溶解二氧化碳浓度；

9、数据清洗：使用均值滤波对采集到的海洋环境参数进行清洗，去除异常数据和噪声点；

10、数据标准化：使用z-score标准化方法对清洗后的海洋环境参数进行标准化处理，将不同海洋环境参数统一量纲。

11、可选的，所述海草床碳汇环境分析模块包括：

12、环境参数关联分析：将预处理后的海洋环境参数与海草床的碳汇能力建立关联模型，识别出对碳汇能力影响的环境因素；

13、碳汇能力动态评估：基于环境参数关联分析的结果，实时评估海草床碳汇能力的变化趋势，监测当前环境条件下海草床的碳汇表现；

14、环境变化影响追踪：通过分析不同时间段的海洋环境参数变化，评估环境变化对海草床生态健康和碳汇功能的潜在风险。

15、可选的，所述环境参数关联分析包括：

16、数据输入与整理：将预处理后的海洋环境参数作为输入数据，海草床碳汇能力作为输出变量，构建多变量数据集；

17、关联模型的建立：采用线性回归算法建立海洋环境参数与海草床碳汇能力之间的关联模型；

18、重要性分析与识别影响因素：在使用随机森林模型的情况下，通过计算特征重要性分析来识别影响碳汇能力的关键环境因素。

19、可选的，所述碳汇能力动态评估包括：

20、时间序列分析模型应用：使用arima模型根据历史海洋环境参数和碳汇能力数据，预测海草床碳汇能力的变化趋势；

21、实时评估与监测：将当前实时采集的海洋环境参数输入关联模型，结合时间序列预测结果，动态监测海草床碳汇能力的变化，评估当前环境条件下的碳汇表现。

22、可选的，所述环境变化影响追踪包括：

23、时间段划分与环境参数变化分析：将海洋环境参数按时间段进行划分为，每个时间段内包含不同的环境数据（如温度、盐度、溶解氧等），监测海洋环境参数在不同时间段的变化情况；

24、生态健康评估：通过基于设定的环境参数阈值，评估环境变化对海草床生态健康和碳汇功能的潜在风险。

25、可选的，所述数据分析模块包括：

26、碳汇能力历史趋势与当前状态分析：结合海草床碳汇能力与环境参数的关联分析结果，识别历史的变化趋势，并结合当前环境参数的输入，实时计算当前时刻的碳汇能力；

27、碳汇能力未来变化预测：基于历史趋势与当前状态的分析结果，对未来的碳汇能力进行预测，并生成预测报告。

28、可选的，所述碳汇能力历史趋势与当前状态分析包括：

29、历史趋势识别：通过时间序列分析模型，根据历史海洋环境参数分析海草床碳汇能力的变化趋势；

30、环境参数关联分析：结合海洋环境参数与碳汇能力的关联模型，将当前环境参数输入模型进行实时计算。

31、可选的，所述碳汇能力未来变化预测包括：

32、未来预测：基于历史趋势与当前状态的分析结果，使用指数平滑模型对未来预定时间内的碳汇能力进行预测；

33、生成预测报告：基于指数平滑模型的计算结果，生成碳汇能力变化预测报告，报告包括未来碳汇能力的上升或下降趋势以及生态风险评估。

34、可选的，所述预警模块包括：

35、碳汇能力监控：实时监控碳汇能力的变化，通过分析碳汇能力实时报告中的数据，检测碳汇能力是否出现异常变化，包括碳汇能力下降、碳汇能力波动、碳汇能力与环境参数失配；

36、预设阈值判断：将碳汇能力的实时值与预先设定的环境参数阈值进行比较，当碳汇能力低于阈值时，自动触发预警信号；

37、发出预警与管理措施建议：当碳汇能力低于预设阈值时，自动向相关部门发送预警通知，预警通知通过电子邮件、短信或管理平台的实时通知方式进行传达，并附带管理措施建议，包括实施生态修复或环境干预方案。

38、本发明的有益效果：

39、本发明，通过多种传感器部署及实时采集海洋环境参数，结合数据清洗和标准化处理，确保了数据的高质量与一致性，减少了噪声和异常点的干扰，这不仅优化了碳汇能力评估的数据基础，也提升了系统对复杂环境变化的实时响应能力，使得数据采集与处理更加精准、可靠。

40、本发明，通过结合海草床碳汇能力与环境参数的关联分析，实时评估碳汇能力的动态变化，并追踪环境变化对海草床碳汇功能的长期影响，利用时间序列模型及环境参数关联模型，系统能够快速识别影响碳汇能力的关键环境因素，帮助管理者快速应对环境变化带来的生态风险，提供更加科学的碳汇管理决策支持。

41、本发明，通过未来碳汇能力的变化预测和预警模块，能够及时发出生态风险预警，特别是在碳汇能力出现异常波动时，系统会迅速响应，并提供具体的管理建议，基于指数平滑模型等预测算法，系统能更快速响应近期数据的变化，提升了碳汇管理的有效性与决策的前瞻性，从而确保海草床的碳汇功能与生态系统的长期稳定性。