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Python环境监测分析实战45例

共计 45 章节
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01
监测站点数据读取与时间序列规整
使用 pandas 读取某环境监测站… · 完成时间列解析 · 缺失时间戳补齐与重复记录去重
监测站点数据读取时间序列规整
02
多站点监测数据合并与站点元数据关联
将多个站点的监测数据文件按站点编码合… · 并与站点经纬度 · 海拔等元数据表进行关联
多站点监测数据合…站点元数据关联
03
监测数据异常值识别与标记
针对 PM2.5 浓度序列 · 结合物理量程约束与滑动统计方法识别异… · 生成异常标记列并输出异常记录清单
监测数据异常值识…标记
04
缺失值插补策略对比与选择
对同一段存在缺失的空气质量监测序列 · 分别实现前向填充 · 线性插值和基于邻近站点回归的插补
缺失值插补策略对…选择
05
监测数据日统计特征提取
按日对逐小时监测数据聚合 · 计算日均值 · 日最大值
监测数据日统计特…按日对逐小时监测…
06
污染物浓度变化趋势的可视化分析
使用 matplotlib 绘制某站… · 叠加超标阈值参考线 · 并标注浓度峰值出现的时间点
污染物浓度变化趋…matplotlib
07
风向风速数据与污染物浓度的联合分析
将风向角度转换为方位区间 · 统计不同风向区间下 PM2.5 的平… · 识别污染物高浓度对应的主导风向
风向风速数据污染物浓度的联合…
08
污染物日变化规律与早晚高峰识别
按小时对多日监测数据求平均 · 绘制日变化曲线 · 识别早晚浓度峰值时段
污染物日变化规律早晚高峰识别
09
工作日与周末监测数据差异检验
将监测数据按工作日和周末分组 · 对 PM2.5 日均值进行独立样本… · 输出检验统计量
工作日周末监测数据差异…
10
监测数据相关性矩阵与热力图
计算 PM2.5 · PM10 · SO2
监测数据相关性矩…热力图
11
基于滑动窗口的污染过程识别
对 PM2.5 小时序列应用滑动窗口… · 识别连续超过设定阈值的污染过程片段 · 输出每个过程的起止时间
基于滑动窗口的污…PM2.5
12
空气质量指数 AQI 计算与等级判定
根据六项污染物浓度按标准分段函数计算… · 取最大值得到 AQI 并判定空气质量… · 与官方发布值抽样比对
AQI空气质量指数
13
首要污染物判定与统计
在 AQI 计算基础上 · 当 AQI 大于 50 时判定首要污… · 按月统计各首要污染物的出现天数与占比
首要污染物判定统计
14
监测数据月度与季节统计报告生成
按月和季节对多站点监测数据聚合 · 计算各污染物均值 · 超标率与同比变化
监测数据月度季节统计报告生成
15
站点间污染物浓度差异与排名
对同一城市多个站点的 PM2.5 年… · 计算各站点相对全市均值的偏差百分比 · 识别高浓度站点
站点间污染物浓度…排名
16
监测数据空间分布插值可视化
基于站点经纬度与 PM2.5 浓度 · 使用反距离加权插值生成网格浓度场 · 绘制等值线填色图并标注站点位置
监测数据空间分布…PM2.5
17
污染物浓度空间自相关分析
计算站点间 PM2.5 浓度的全局… · 判断空间聚集性 · 并输出显著性检验结果
污染物浓度空间自…PM2.5
18
监测数据时间序列平稳性检验
对 PM2.5 小时序列进行 ADF… · 判断序列平稳性 · 并对一阶差分序列重复检验以确定差分阶…
监测数据时间序列…PM2.5
19
基于 ARIMA 的污染物浓度短期预测
对某站点 PM2.5 日均值序列拟合… · 通过 ACF/PACF 图与信息准则… · 预测未来 7 天浓度并计算预测误差
ARIMA基于
20
预测模型残差诊断与改进
对已拟合的 ARIMA 模型残差进行… · 根据残差自相关结构提出模型改进方向并…
预测模型残差诊断改进
21
监测数据季节性分解与趋势提取
使用 STL 分解将 PM2.5 日… · 季节项和残差项 · 绘制分解图并量化趋势项的年度变化幅度
监测数据季节性分…趋势提取
22
气象因素对污染物浓度的回归建模
以温度 · 湿度 · 风速
气象因素对污染物…以温度
23
监测数据分位数回归与极端浓度分析
对 PM2.5 浓度建立 0.9 分… · 分析气象因素对高浓度时段的影响 · 并与均值回归系数进行对比
监测数据分位数回…极端浓度分析
24
基于聚类分析的污染日类型划分
选取多污染物日均浓度作为特征 · 使用 K-means 对污染日进行聚… · 通过轮廓系数选择簇数并解释各簇的污染…
基于聚类分析的污…选取多污染物日均…
25
监测数据主成分分析与降维解释
对六项污染物浓度进行标准化后做主成分… · 输出方差贡献率与载荷矩阵 · 解释前两个主成分的污染来源含义
监测数据主成分分…降维解释
26
污染物浓度超标天数统计与分布拟合
统计各站点 PM2.5 日浓度超标天… · 使用泊松分布拟合超标天数的分布 · 并进行拟合优度检验
污染物浓度超标天…分布拟合
27
监测数据异常模式检测与告警规则实现
实现基于滚动均值和标准差的异常检测规… · 对实时监测序列逐点判断并生成告警事件… · 统计误报与漏报情况
监测数据异常模式…告警规则实现
28
监测数据质量标志位解析与过滤
解析监测数据中的质量标志位字段 · 按标志位含义过滤无效数据 · 统计各标志位出现频率并评估过滤对均值…
监测数据质量标志…过滤
29
监测数据重采样与不同时间粒度对比
将小时数据分别重采样为 3 小时 · 6 小时和日均值 · 比较不同粒度下 PM2.5 峰值的衰…
监测数据重采样不同时间粒度对比
30
污染物浓度变化率与突变点检测
计算 PM2.5 小时浓度的一阶差分… · 使用滑动 t 检验识别浓度突变点 · 输出突变时间及前后均值对比
污染物浓度变化率突变点检测
31
监测数据周期性分析与傅里叶谱
对长时间 PM2.5 小时序列做快速… · 绘制功率谱 · 识别日周期和周周期对应的频率峰值
监测数据周期性分…傅里叶谱
32
基于移动平均与指数平滑的浓度趋势预测
分别实现简单移动平均和 Holt-W… · 用 RMSE 对比两种方法的预测效果
基于移动平均指数平滑的浓度趋…
33
监测数据分时段统计与污染时段画像
将一天划分为早 · 中 · 晚
监测数据分时段统…污染时段画像
34
多站点浓度序列的相似性度量与分组
计算站点间 PM2.5 日均值序列的… · 基于距离矩阵进行层次聚类 · 识别浓度变化模式相似的站点组
多站点浓度序列的…分组
35
监测数据年度对比与变化归因初筛
对比两年同期的 PM2.5 日均值分… · 使用箱线图与均值差异检验量化变化 · 并结合同期气象均值变化做初步归因讨论
监测数据年度对比变化归因初筛
36
污染物浓度与交通流量的滞后相关分析
将 NO2 小时浓度与交通流量数据按… · 计算不同滞后阶数下的互相关系数 · 确定交通流量对 NO2 浓度的滞后影…
污染物浓度交通流量的滞后相…
37
监测数据异常站点筛查与数据可信度评估
通过站点间浓度比值 · 数据完整率和方差稳定性三项指标筛查异… · 输出可疑站点清单及判定依据
监测数据异常站点…数据可信度评估
38
基于阈值规则的污染预警分级实现
根据 PM2.5 浓度和持续时长设计… · 黄色 · 橙色
基于阈值规则的污…PM2.5
39
监测数据报表自动化与图表批量导出
编写脚本按站点和月份批量生成包含统计… · 自动命名并归档到指定目录 · 验证批量输出的完整性
监测数据报表自动…图表批量导出
40
监测数据管道中的异常中断恢复处理
模拟数据采集管道中途断流场景 · 实现断点续传与缺失时段补采逻辑 · 验证恢复后时间序列的连续性和数据一致…
监测数据管道异常
41
监测数据存储格式选择与读写性能对比
将同一份监测数据分别存储为 CSV · Parquet 和 SQLite · 比较文件大小
监测数据存储格式…读写性能对比
42
监测数据分析函数的单元测试设计
针对 AQI 计算和超标天数统计两个… · 覆盖边界值 · 缺失值和异常输入
监测数据分析函数…AQI
43
监测数据可视化仪表板布局与交互设计
使用 Plotly 构建包含时间趋势 · 站点地图和污染物占比三个子图的交互式… · 实现时间范围筛选联动并验证交互响应
监测数据可视化仪…交互设计
44
监测数据分析脚本的性能剖析与优化
对逐行循环处理百万级监测记录的脚本进… · 定位耗时热点 · 改用向量化操作后对比优化前后的运行时…
监测数据分析脚本…优化
45
监测数据版本管理与分析结果可复现性验证
将原始数据 · 清洗脚本和分析参数纳入版本管理 · 使用固定随机种子和依赖锁定重新运行分…
监测数据版本管理分析结果可复现性…