观测误差对非线性环境模型参数识别的影响

采用SCE-UA方法和RSA方法，比较了在不同的观测误差条件下，优化方法和不确定性分析方法对于非线性模型参数识别的影响。分析表明，RSA方法是在具有观测误差的数据条件下进行参数识别的一种有效手段。同时，通过比较分析，发现RSA方法预测的浓度平均值和概率最大值与“真实值”并不完全一致。因此，在使用RSA方法时，应该充分考虑预测区间，以降低决策风险。     

优化、RSA和GLUE方法在非线性环境模型参数识别中的比较

参数识别是数学模型应用的前提,本文对非线性环境模型常用的3种参数识别方法进行了比较分析.优化方法是出现最早、应用最广泛的参数识别方法之一.但在观测误差存在的情况下,采用优化方法识别的最优参数进行模型预测,存在很大的决策风险.考虑到这种不足,RSA方法和GLUE方法摒弃了识别单一最优参数的传统思维,而把识别参数扩大到多点组成的参数集.RSA方法与GLUE方法不同的是,RSA方法把可行的参数点看成是同等接受的,而GLUE方法则根据模拟值与实测值的差别,确定其似然度,代表参数的可信度水平.除参数识别以外,RSA方法和GLUE方法也是全局灵敏度分析的重要工具.     

环境质量分析与评价

X820.3 200401170 不确定数据条件下的生命周期评价及其应用/郑元…(清华大学环境科学与工程系)∥重庆环境科学/重庆市环保局.-2003,25(6).-18-20,54 环图X-70 针对产品生命周期评价中普遍存在着的不确定性数据问题,提出基于概率统计的方法,进行生命周期评价以及重要环境影响清单参数的识别与灵敏度分析。结合水源中央空调系统,建立了统     

环境数学

方法建立的水质数学模型符合实际,精度高,能满足水质管理的要求,且资金投人少,省时省力。图3参lXllZ(X) 202616环境模型参数优化方法的比较/刘毅…(清华大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家重点联合实验室)//环境科学/中科院生态环境研究中心一2田2,23(2)一l一6环图X一5 模型参数优化是通过极小化目标函数使得模型输出和实际观测数据之间达到最佳的拟合程度。由于环境模型本身的复杂性,常规优化算法难以达到参数空间上的全局最优。近年来,随着计算机运算效率的快速提高,直接优化方法得到了进一步开发与广泛应用。本文比较了CRS、…     

似然度函数对GLUE方法的影响

GLUE方法是不确定性条件下参数识别的重要方法,似然度函数的选择是GLUE方法的关键. 为克服观测误差和模型结构误差对研究结果的影响,利用合成的数据序列,以污染物衰减模型为基础,分析了似然度函数对参数识别和模型预测结果的影响. 从识别结果来看,由于似然度函数的变化改变了参数似然度之间的对比,因此对参数识别及灵敏度分析的结果都产生了影响,甚至能够改变参数全局灵敏度的相对排序. 从预测结果来看,似然度函数的变化影响了模型预测的分布,但即使预测结果的模糊性在减少,精度并没有相应地提高. 因此,似然度函数的恰当选择对分析结果具有重要的影响,应结合研究问题的具体特点和对模拟结果的要求,采用概率论等相关方法选择出尽可能体现参数真实重要性的函数.      

城市应急重气扩散模型在JU2003扩散试验中的模拟验证

发展了一个能够考虑昼夜大气稳定度差异的城市应急重气扩散模型——SLAB_URBAN模型,利用该模型对美国Oklahoma City Joint Urban 2003(JU2003)城市扩散试验进行了模拟,主要关注下风方向不同观测距离的Cmaxu/Q值,并将模型模拟出的Cmaxu/Q值与JU2003试验观测的Cmaxu/Q值进行了对比验证。结果表明:SLAB_URBAN模型能够模拟出昼夜不同稳定度条件下城市重气扩散在下风方向浓度的分布状况;SLAB_URBAN模型的统计误差分析显示其模拟结果与观测值较一致;此外,从应急反应和安全角度考虑,SLAB_URBAN模型也符合实际工作的需求。     

环境污染及其防治 一般性问题

X505 200500760 改进的遗传算法在城市污水处理厂区间数优化设计模型中的应用/蒋茹…(湖南大学环境科学与工程系)//安全与环境学报/北京理工大学.-2004, 4(3).-45～48 环图X—142 对于高度非线性的城市污水处理厂区间数优化设计模型(IPODM),若采用传统的方法求解,不     

环境科学基础理论 环境地学

X14200700045亚热带红壤丘陵区茶园土壤中Al和F的分布特征及其影响因素/吴卫红(杭州电子科技大学环境科学与工程系)…∥环境科学/中科院生态环境研究中心.-2006,27(3).-544~549环图X-5X142200700046长江口潮滩湿地-大气界面碳通量特征/杨红霞(华东师范大学资源与环境科学学院)…∥环境科学学报/中科院生态环境研究中心.-2006,26(4).-667~673环图X-9选择长江河口崇明东滩为典型研究区域,使用原位静态箱-气相色谱法,对长江河口潮滩湿地-大气界面碳通量(CH4和CO2)进行了为期一年的现场观测实验.结果表明,观测期内,崇明东滩低潮滩(CM-3)表…     

农用化学物质、有毒化学物质污染及其防治

X592 200402826 镍/铁二元金属对莠去津脱氯特性的影响/魏红(浙江大学环境科学研究所)…//环境科学/中科院生态环境研究中心.-2004,25(1).-154—157 环图X-5 为了考察Ni/Fe二元金属对莠去津的催化还原特性,分别以Fe粉和Ni/Fe体系作为还原和催化剂,在酸性条件下对莠去津的脱氯特性进行比较,并讨论了pH值,Ni/Fe配比以及金属添加量     

基于贝叶斯公式的地下水污染源识别

将贝叶斯公式与地下水二维水质对流-扩散方程相耦合,建立依靠监测井监测值的地下水污染源参数（污染源强度M、排放位置（X₀,Y₀）和排放时刻T₀）反演模型.针对监测井监测值信息量不充分或者监测值与模型参数关联性较弱的问题,提出了一种基于贝叶斯公式与信息熵的监测井优化设计方法.构建一个污染物在承压含水层中瞬时排放的算例,在确定单井监测及监测次数条件下,以监测井位置D及监测频率Dt的优化为目标,分别进行模型参数后验分布信息熵最小的单目标监测方案优化,以及信息熵最小且监测耗时最短的多目标监测方案优化.依据优化后的监测方案采用延迟拒绝自适应Metropolis算法进行污染源参数反演识别.算例研究表明：在预设定单井监测,且监测次数为5次条件下,单目标优化后的监测方案为D=（830.2,199.8）,△t=2.7,在此监测方案下,4个污染源参数M,X₀,Y₀,T₀的反演均值误差分别为19.5%、13.2%、3.4%、1.3%;多目标优化后的监测方案为D=（807.9,199.4）,△t=1.2,在此监测方案下,4个污染源参数M,X₀,Y₀,T₀的反演均值误差分别为19.9%、13.4%、3.7%、4.2%.与基于单目标优化的监测方案的反演结果相比,基于多目标优化的监测方案条件下,污染源参数的反演均值误差虽分别增加了0.4%、0.2%、0.3%、2.9%,但监测时间却显著缩短了55.6%.     

基于平均法的金属橡胶隔振器非线性振动特性研究

目的研究金属橡胶隔振系统的非线性振动特性和机理。方法建立该金属橡胶隔振系统的非线性动力学模型,利用平均法推导出系统的自由振动运动方程和在简谐激励下的受迫振动幅频响应方程,通过数值计算分析影响隔振系统位移传递率的因素。随后设计一种结构紧凑的金属橡胶隔振器,通过静压试验得到加载卸载迟滞回线,利用拟合方法建立金属橡胶的指数型刚度模型。该模型在相同拟合效果下参数较少,将指数型非线性刚度模型代入到振动方程中进行求解,得到理论幅频响应曲线。同时,进行金属橡胶隔振系统的正弦扫频试验,得到不同振动幅值下的实测传递率幅频响应,与理论计算结果进行对比。结果拟合参数与系统的振动特性相关,拟合参数k_(1)越大,系统共振频率越低,拟合参数k_(2)越大,系统共振频率越高。理论计算与试验结果共振频率的误差最大为2.1%,放大倍数最大误差为17.1%。该理论方法可以较为准确地计算出隔振系统的共振频率、共振放大倍数以及非线性振动的跳跃现象。结论该方法可以较为准确地通过金属橡胶隔振器的静压试验数据预估出金属橡胶隔振系统的非线性振动特性,对于金属橡胶隔振设计具有一定的应用价值。     

环境化学

X13200600007氯代芳香族化合物结构-电化学还原电位定量关系的贝叶斯规整化BP神经网络模型/孙伟(湖南大学环境科学与工程系)…∥环境科学/中科院生态环境研究中心.-2005,26(2).-21～27环图X-5X131200600008腐殖质对二氧化锰引起的五氯酚转化反应的影响/赵玲(中科院广州地球化学研究所,有机地球化学国家重点实验室)…∥生态环境/广东省生态环境与土壤研究所.-2005,14(2).-195～198环图X-41X131.1200600009常压和真空下CS2的光氧化反应/王晓…(复旦大学环境科学与工程系)∥环境科学/中科院生态环境研究中心.-2005,26(2).-45～49环图X-5利…     

基于ANN 的SBBR 短程硝化过程仿真研究

利用人工神经网络对实验室中短程硝化过程进行仿真模拟,采用误差反向传播算法,并结合自适应学习率,在MATLAB 语言环境下建立了进水NH₄⁺-N﹑DO﹑温度以及外加碳源与出水NH₄⁺-N 和NO^2--N 之间的非线性映射函数关系,确立了相关的动态模型.结合最优化网络模型运行参数,对样本进行仿真学习,仿真输出值与实际值的拟合程度相当高,最大误差仅13.8955%.通过权重分析,探究了各输入因素与输出结果之间的价值贡献关系,进水NH₄⁺-N 和温度对短程硝化过程表现出较大的影响.     

美国AERMOD模型与中国大气导则推荐模型点源比较

介绍了美国AERMOD模型和中国大气导则推荐模型一般浓度公式,通过大气稳定度和扩散参数的确定、复杂地形处理和对流条件下污染物扩散等原理方面的比较认为,AERMOD模型优于大气导则推荐模型.以美国环境保护局(USEPA)2个试验场Clifty Creek(平坦地形)和Lovett(复杂地形)的数据资料为比较数据,分别用AERMOD模型和大气导则推荐模型计算SO₂小时质量浓度,在Pasquill 6类稳定度下用相对偏差(FB)、预测值与观测值的比率(RHC_R)及图形法(Q-Q图)等进行模型比较,结果表明:在RHC_R和FB中,AERMOD模型除个别值外,其他均好于大气导则推荐模型;而大气导则推荐模型存在接近或大于模型可靠性界限0.67(0.66和0.74),说明其可靠性比AERMOD模型差;图形法比较中,强不稳定和不稳定下AERMOD模型明显好于大气导则推荐模型,而大气导则推荐模型预测值明显偏低,其他稳定度下结果相差不大.研究认为:在平坦地形和复杂地形条件下,AERMOD模型点源预测值均优于大气导则推荐模型,并从原理上进行了解释.      

基于两种耦合方法的模拟-优化模型在地下水污染源识别中的对比

采用一种基于模拟-优化模型的方法对地下水污染源进行识别研究.模拟-优化模型分别采用响应矩阵法和状态转移方程法进行耦合,并利用遗传算法求解,经过多次迭代,使得模拟结果与观测数据的误差达到最小.最后,通过一个假想例子评估模拟-优化模型的性能,同时比较应用不同耦合方法的计算结果.研究表明:应用响应矩阵法耦合模拟-优化模型所得结果的绝对误差范围为0.1~1.6g/L,应用状态转移方程法时,绝对误差范围为0~5.2g/L,因此,采用遗传算法求解模拟-优化模型能够有效且准确地得到地下水污染源的释放量,可以应用于地下水污染源识别问题,并且采用响应矩阵法耦合模拟-优化模型优于状态转移方程法.     

环境空气动力学

X169 200400685 城市街区污染散布的数值模拟与风洞实验的比较分析/蒋维楣(南京大学大气科学系)…∥环境科学学报/中科院生态环境研究中心.-2003,23 (5).-652-656 环图X-9 将专门设计的一项中性层结条件下风洞的污染物浓度测量实验,与已建城市小区尺度模式在相同条件下的污染扩散模拟结果进行了比较分析。分析了该模式流场模拟的有效性。结果表     

应用磁异常信号监测填埋体位移的技术研究

在比较填埋场内部位移监测方法的基础上,提出利用增强填埋场内目标体所产生的磁异常信号(磁通量密度,以ΔT计)观测填埋体位移的方法. 建立正演模型,研究目标体磁异常信号的理论曲线变化特征及其在不同环境条件下的信号变化规律. 对ΔT实测值分析表明,填埋场环境背景值(-100～100 nT)并不会掩盖特征目标体磁异常信号的最大理论值(724.31～2 804.24 nT),确定了该方法的可行性. 模拟表明,在规定目标体大小、磁化强度的条件下,当目标体埋深为1～2 m时,其水平位置定位误差≤0.02 m,竖直位置定位误差≤0.09 m,证实了磁测定位方法具有良好的应用前景.      

HSY算法在水质模型参数识别中的应用探讨

参数识别是水质模拟中的技术核心，数据稀缺是水质模型经常面临的问题。采用HSY算法可求得模型参数的分布，而不再是一个单一的最优参数，从而在一定程度上避免了由于“最优”参数失真带来的决策风险，本文以南水北调一期工为例，讨论了在稀疏数据条件下如何应用HSY算法识别CSTR水质模型的参数，并对识别的模型参数进行了检验。模型检验采取了2种方法：分别用动态和稳态计算方法得出的参数进行比较；用模拟结果分布于实测值进行比较。结果表明，HSY算法为稀疏数据条件下进行识别、建立数学模型提供了一条有效的途径。     

基于模糊神经网络的A2/O工艺出水氨氮在线预测模型

采用厌氧/缺氧/好氧污水处理系统(A2/O)对人工合成污水进行处理,并利用人工神经网络(ANN)模型和自适应模糊人工神经网络(ANFIS)模型对A2/O处理污水的过程进行仿真模拟.在MATLAB环境下,选取可在线监测的水力停留时间(HRT)、进水pH值(pH)、好氧池溶解氧(DO)和混合液回流比(r)作为输入参量,系统出水氨氮浓度(NH4+eff)为输出量,建立在线预测模型.结合自适应模糊C均值聚类算法,确定ANFIS模型的模糊规则数及最优运行参数,对实验数据进行仿真预测.结果表明,与ANN模型相比,ANFIS模型的仿真输出值与实际值的拟合程度更高,相对误差在6.45%之内,平均绝对百分比误差(MAPE)为2.8%,均方根误差(RMSE)为0.1209,相关系数(R)达0.9956.模型训练过程中所得到的三维曲面图,可直观的反映各因素与出水氨氮浓度之间的非线性函数关系,为A2/O系统的高效稳定运行提供指导.     

改进的RSA方法在参数全局灵敏度分析中的应用

灵敏度分析是模型参数识别的重要方法. 参照一维情形,采用统计分布特征值,对传统意义上的参数灵敏度分析进行了扩展,将参数灵敏度定义从一维扩展到多维,为在多维情形下分析参数的灵敏度提供思路. RSA方法是全局灵敏度分析的重要方法,但其对参数的二元划分具有一定的局限性,因此对其进行一定的改进:①将RSA方法对参数集的二元划分扩展为多元划分.②分析对象不局限于对模型参数值的分布,也包括模型目标函数的分布,即研究在函数各取值区间,参数的分布是否具有明显的变化;研究在参数各取值区间,函数的响应是否具有明显的变化. 以n2的Rosenbrock函数作测试函数,对改进的RSA方法进行了检验. 以模型参数为基础的分析结果和以模型目标函数为基础的分析结果均表明,模型的2个参数的全局灵敏度都非常高,二者的分析结论一致.