海水水质评价的突变模糊指数公式及效果验证

为了使突变模糊评价指数公式不受指标数多少的限制和评价指数值的分级标准不随指标的不同和指标数的不同而变化,通过适当设定海水各项指标的参照值及指标值的规范变换式,使海水不同指标的同级标准的规范值差异较小,从而用规范值表示的不同指标皆"等效"于某个规范指标,因此,只需构建海水水质评价的尖点突变和燕尾突变2种突变模糊模型。任意多项指标的海水水质评价可以分解为若干个尖点突变和(或)燕尾突变2种突变模糊评价模型的组合表示。将基于指标规范值的突变模糊指数公式应用于珠江口及青岛某海区的海水水质评价,并将评价结果与BP网络及模糊综合评价法评价结果进行了比较。结果表明,突变模糊指数公式的评价结果与其他方法的评价结果基本一致。与传统的其他评价方法相比,基于指标规范值的突变模糊指数公式具有通用性、普适性和简便性的特点。     

基于回归支持向量机的指标规范值的水质评价模型

传统的回归支持向量机的水质评价模型不具有普适性和通用性,当指标较多时,模型的学习效率和求解精度均会受到影响.若适当设定3类水体(地表水、地下水和富营养化水体)各项指标的参照值及指标值的规范变换式,使不同指标的同级标准的规范值差异不大,从而可以认为用规范值表示的不同指标皆“等效”于某个规范指标.因此,可建立用规范值表示的任意m项指标组合皆适用的水质评价的回归支持向量机模型.通过实例对模型的实用性进行了效果检验,结果表明:用基于回归支持向量机的指标规范值的水质评价模型对河桥地表水、黑龙洞泉域地下水和山仔水库富营养化水体的水质评价结果与用BP神经网络评价法、模糊综合评价法和属性识别评价法的评价结果基本一致.     

基于指标规范变换的广义环境系统评价的普适指数公式

为了建立适用于广义环境系统评价的普适指数公式，针对传统的环境评价指数公式不具有普适、规范和通用的局限，提出适用于广义环境系统任意指标的参照值和规范变换式的设计原则和方法；该变换要求变换后的任意指标的各分级标准规范值都能被限定在各自的较小区间内，从而用规范值表示的任意指标皆"等效"于同一个规范指标；再分别用不同限定区间内生成的随机数模拟任意指标的不同分级标准的规范值，不同区间内生成的所有随机数组成不同分级标准的全部训练（学习）样本，借助免疫进化算法优化不同评价指数公式中的参数，得到适用于广义环境系统评价的9个（广义）普适指数公式，并论证了公式的可靠性.分别将9个普适指数公式用于北京市朝阳区19个监测井的9项指标的地下水水质的综合评价，以及用于郑州、西安、上海三市2000年可持续发展评价.结果表明：9个普适指数公式用于同一监测井水质的评价结果几乎完全相同，也与传统评价方法的评价结果基本一致；用于郑州、西安、上海三市可持续发展评价的结果分别是3级、3级、2级，比传统评价法更符合实际情况.9个普适指数公式使广义环境系统的评价变得简洁、规范、统一和通用；基于指标规范变换的评价指数公式的建模思想和方法对建立广义环境系统的普适智能评价模型有借鉴作用.     

指标变换值表示的空气质量评价的普适指数公式

为了建立形式简单、普适通用的空气质量评价的普适指数公式,适当设定空气指标的参照值和指标值的变换式,使不同指标的同级标准值经变换后的标准变换值差异不大,而标准变换值的对数值的差异更小,从而可以认为用变换值表示的不同指标皆与某个指标"等效"。因此,用变换值表示的不同指标的某种类型的空气质量评价的指数公式都可以用该"等效"指标相应的空气质量评价指数公式代替。在满足一定的优化目标准则条件下,采用猴王免疫进化算法对公式中的参数进行迭代优化,分别得到优化后对基于空气质量标准(GB3095-1996)的7项空气指标皆适用的对数型幂函数、韦伯-费希纳定律、Γ型分布函数、污染危害S型函数、加权加和型幂函数及参数化组合算子等6个空气质量评价的普适指数公式。对公式的可靠性进行了理论分析,对其实用性进行了效果检验,其评价结果与其他方法评价结果基本一致,并与实际相符合。结果表明:空气质量评价的多种形式的普适指数公式皆具有形式简洁、计算简便和普适通用的特点。     

基于概率神经网络的指标规范值的水质评价模型

为了建立地表水、地下水和富营养化3类水体共同适用的概率神经网络的水质评价模型,适当设定3类水体各项指标参照值及指标值的规范变换式,使3类水体不同指标的同级标准规范值差异尽可能小,从而各指标都可用同一个"等效"规范指标替代,因此,概率神经网络隐层各类模式的基函数中心矢量的各指标分量值可视作是相同的,即都等于同级标准所有72项指标规范值的均值。基于概率神经网络的指标规范值表示的水质评价模型用于3类水体评价实例检验,验证了该模型的普适性、简洁性和实用性。     

基于水环境信息规范变换的水质普适指数公式

为了建立科学合理、和谐统一、简洁实用的包括地表水、地下水和湖泊富营养化水体的水环境质量的普适指数公式,借鉴物理学中普遍存在的规范不变性(对称性)原理,适当设定水环境各指标的"参照值"和相对于参照值的指标值规范变换式,使不同指标的同级标准值经规范变换后的"标准规范值"彼此差异很小,从而可以认为用规范值或对数变换值表示的不同指标都与某个指标"等效".因此,基于规范变换的不同指标的某种形式水质指数公式都可以用该"等效指标"的相应水质指数公式等效替代.在满足一定的优化目标准则条件下,采用免疫进化粒子群混洗蛙跳算法对公式中的普适参数进行迭代优化,分别得出优化后对地表水、地下水和湖泊富营养化水体的72项指标皆适用的对数型幂函数、韦伯-费希纳定律、Г型分布函数、污染危害S型函数、参数化组合算子和加和型幂函数等6个水环境质量的普适指数公式.最后对公式的可靠性进行了理论分析,并通过若干实例对公式的实用性进行了效果检验.结果表明:水环境质量的多种形式的普适指数公式皆具有形式简洁、和谐统一、计算简便和普适通用的特点.     

基于指标规范值的环境质量引力普适指数公式

为了建立物理意义明确、科学合理、计算简单和普适通用的环境质量评价模型,借鉴自然界普遍存在的万有引力现象和物理学中的规范对称性(不变性)原理,提出环境样本之间也存在类似万有引力的聚类相互作用引力,并在适当设定指标参照值和指标值的规范变换式及"参照级"样本基础上,定义了环境样本的"规范质量"和"规范坐标"的概念,进而分别建立了基于指标规范值的水环境质量和空气环境质量的引力普适指数公式.通过若干实例对公式的实用性进行了效果检验,结果表明,基于指标规范值的环境质量的引力普适指数公式具有形式简洁、规范统一、计算简便和普适通用的特点.     

基于指标规范值的生态环境质量评价的引力指数公式

为了建立简单适用的生态环境质量评价模型,受自然界中普遍存在万有引力现象的启发,提出生态环境系统样本之间也存在类似万有引力的聚类相互作用力的思想。在适当设定生态环境指标的参照值和规范变换式的基础上,只要使规范变换后不同指标的同级标准规范值能在一定范围内变化,即彼此差异不大,则可建立对生态环境各指标均普适、通用类似万有引力定律的聚类相互作用的引力指数公式。引力指数公式被用于多实例的评价结果与未确知测度评价模型和模糊物元分析法的评价结果一致,并与生态环境质量的实际情况相符合,表明引力指数公式对于生态环境质量评价具有实用性。     

GA优化的湖泊富营养化评价的普适公式探讨

在适当设定富营养化指标的“本底值”情况下,当指标值用于对应“本底值”的相对值表示时,可采用S型曲线描述湖泊富营养化的发展程度,公式中的参数可视为与指标特性无关,采用遗传算法对公式参数优化,得到对多项指标均适用的富营养化程度的指数公式,并提出用广义模糊对比因子赋权新方法计算富营养化综合指数。该评价方法物理意义明确,计算简单,使用方便,具有普适性、可比性和实用性。     

富营养化评价的对数型幂函数普适指数公式

为了建立科学合理、简洁直观、普适通用、易于计算和使用方便的湖泊富营养化评价模型,在适当设定富营养化指标"参照值"基础上,定义了相对于"参照值"的指标"规范值"概念,提出了一个对多项指标的"规范值"均适用的富营养化评价对数型幂函数指数公式,并采用粒子群优化算法对公式中的参数进行优化,得到优化后对14项指标皆适用的富营养化评价普适指数公式.将该公式用于我国不同地区和不同类型的45个湖泊及邛海8个断面的富营养化评价,其结果与用修正卡森指数公式TSIm、营养状态指数公式TSIc和幂函数加和型普适指数公式等多种评价法的评价结果几乎完全一致,并与实况相符合,从而为水体富营养化评价提供了一个简单、实用的新公式.     

基于前向神经网络的广义环境系统评价普适模型

为了建立由水环境、空气环境、生态环境、水资源环境、灾害环境、遥感环境、社会经济环境等不同环境系统组成的广义环境系统评价都能普适、通用的神经网络模型,针对BP神经网络因收敛速度慢、易于陷入局部极值而使实用性受限的缺陷,提出以双极性sigmoid函数作为网络隐层节点(神经元)的激活函数,而网络输出为所有隐层节点输出的线性求和的前向神经网络的广义环境系统评价模型.在设置广义环境系统指标参照值和指标值规范变换式,并对指标值进行规范变换的基础上,分别构建了适用于广义环境系统评价的任意2个指标规范值的前向神经网模型(NV-FNN(2)结构)和任意3个指标规范值的前向神经网模型(NV-FNN(3)结构).而对于指标较多的广义环境系统评价,只要将多指标分解为以上2个指标和3个指标的两种简单结构的前向神经网络的广义环境系统评价模型的组合表示即可.理论分析和实例检验结果表明:该模型对任意广义环境系统的规范指标值皆普适、通用,因而使不同环境系统的评价变得简洁、统一.规范变换和优化算法相结合的建模思想和方法对简化广义环境系统评价的多元回归、投影寻踪回归、回归支持向量机和径向基神经网络建模亦有借鉴和启迪作用.     

大气环境质量评价的标度指数法

提出用标度表示大气污染物分指数和大气环境质量综合指数新概念。依据大气污染物浓度等比赋值,其危害程度等差分级原则,导出了标度分指数和综合指数的计算公式。标度分指数表达形式简单、规范,对任何污染程度都以统一基准衡量;标度综合指数既能反映多种污染物并存对环境的综合影响,又适当突出严重污染物对环境的危害。通过对实例的应用、分析和比较,证实了该评价方法的有效性、可比性和通用性,且这些性质不受污染物种类和数目多少的限制。     

基于自由搜索的投影寻踪水质综合评价方法

为解决水质评价指标的不相容性以及现有评价方法对等级的分辨率较粗略等问题,提出了水质状况评价的投影寻踪方法(Projection Pursuit,PP).根据地表水环境等级划分标准,构建了能够反映水质状况变异信息的投影指标函数;引入自由搜索(Free Search,FS)算法,优化投影指标函数寻求最佳投影方向;利用最佳投影方向信息研究了各种水质指标对水质状况评价的影响程度.以山西省汾河流域为例,进行水质评价分析,并与基于加速遗传算法优化投影寻踪模型(RAGAPP)和利用粒子群优化投影寻踪模型(PSOPP)得到的投影值结果进行对比.实例应用表明,该模型评估结果误差精度优于RAGAPP和PSOPP,评价结果符合当地水质状况实际情况,且对水质等级划分清晰.     

经济快速发展区土壤重金属累积评价

以经济快速发展典型区昆山市为研究区,结合重金属总量、有效态和形态3方面指标建立了昆山市土壤重金属累积评价的指标体系,并对其进行了综合评价.结果表明,昆山重金属总量累积指数空间变异较小,为42.57%,但重金属有效态和形态累积指数(特别是重金属活性形态)空间分异很大,分别达82.75%和77.83%.若以土壤剖面母质层各指标的含量为参比值,土壤重金属总量累积指数平均为1.01,为轻度累积水平,重金属有效态累积指数平均为2.46, 达中度累积水平,重金属形态累积主要表现为重金属活性形态的累积,形态累积指数平均达4.32, 达重度累积水平.重金属综合累积指数的平均值2.56, 达中度累积水平,变异系数达70.03%,有21.54%的面积土壤重金属达轻度累积,54.70%的面积达中度累积,23.76%的面积达重度累积.不同功能区土壤重金属的各项累积评价指数均以养殖区最低,冶金电镀区最高,但功能区间差异未达显著水平;不同土壤类型的各项累积指数均达显著水平,且均以乌栅土的累积指数最高,显著高于黄泥土和青泥土的累积指数.     

基于GIS和地积累指数法的内江市城市土壤镉含量及污染评价

为全面了解内江市城市土壤镉含量及污染状况,系统采集了406个土样,调查了内江市土壤中Cd的空间分布特征,并采用GIS技术和地积累指数法评估了内江市土壤Cd污染程度。结果表明,内江市城市表层土壤和下层土壤镉平均含量均大于我国土壤环境质量标准(GB15618-1995)中的二级标准限定值(0.3mg/kg),表层和下层土壤镉含量超出土壤环境标准质量值样点数占总数的比例分别为94.6%和88.2%,内江市城市土壤镉含量具有显著的积累趋势;内江市城市土壤镉的地积累指数的平均值表层为0.66,下层为0.30,处于轻度污染至中度污染水平,表层土壤镉污染水平强于下层;Kriging插值发现,内江市城市土壤镉污染程度的等级为无污染、轻度至中等污染、中等污染,表层和下层土壤轻度至中等污染级别以下的面积比例分别为72.19%、96.26%,总体来说,内江市城市土壤镉污染水平较轻。