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.     

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生态环境质量评价普适指数公式

为了建立科学合理、计算简便和实用性强的生态环境质量评价普适指数公式,在确定典型区域的生态环境评价指标体系及其分级标准的基础上,适当设定各项生态环境指标的参照值和指标值的(规范)变换式,使不同指标同级标准值的变换值差异较小,而变换值的对数值差异更小,从而可以认为用变换值表示的不同指标皆等效于某个指标。因此,用变换值表示的不同指标的某种类型的生态环境质量评价指数公式都可以用该等效指标的生态环境质量评价指数公式代替。在满足一定优化目标准则的条件下,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优化,分别得到优化后对23项生态环境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型函数和加权加和型幂函数5种形式的生态环质量评价普适指数公式,并对公式的可靠性进行了理论分析,对其实用效果进行了检验。     

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.     

基于规范变换的空气质量指数公式的广义普适性

为了建立形式简洁、计算简便和普适的室内、外空气质量评价的指数公式,基于室内空气质量标准(GB/T 18883—2002),适当设置室内空气各指标"参照值"及指标值的规范变换式,并对各指标的标准值进行规范变换,使室内空气15项指标的各级标准规范值的变化范围与室外空气7项指标的同级标准规范值的变化范围一致。因此,基于规范对称性原理,用免疫进化猴王遗传算法优化得出的适用于7项指标规范值的室外空气质量评价的6个普适指数公式也同样适用于15项指标规范值的室内空气质量评价。以邯郸居民区和广州公共场所2个室内空气质量评价为实例,对6个指数公式的实用性进行了检验。结果表明,6个指数公式的评价结果是彼此和谐和一致的,也与传统的指数公式法的评价结果相符合。6个指数公式是目前室内、外空气质量评价中最简化、规范、普适和统一的方法。     

基于指标规范变换TOPSIS法的地表水环境质量评价

对于指标数较多且复杂的地表水环境,传统的TOPSIS法计算工作量大,没有规范统一的正、负理想点,且主观性强.提出基于指标规范变换的TOPSIS法,该法通过设定参照值和规范变换式对指标进行规范变换,可使不同指标同级标准处于一定范围内,且可统一确定同一级标准下的各指标正、负理想点,从而减少了计算工作量.通过将基于指标规范变换的TOPSIS法应用于延河和南宁市内河地表水环境质量评价,评价结果表明该方法准确、可靠且简单、实用.     

基于指标规范值的室内空气客观评价的概率神经网络模型

为了建立简单、普适、通用的概率神经网络的室内空气评价模型,在适当设定室内空气各项指标的参照值及指标值的规范变换式基础上,使室内空气同级标准不同指标的规范值差异尽可能小,从而用规范值表示的各指标都可用同一个规范指标"等效"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与同级标准所有15项指标规范值的均值等同。将基于指标规范值的概率神经网络模型用于室内空气的评价实例进行检验,验证了该模型的普适性、通用性和简便性。     

规范变换与误差修正结合的环境系统的前向网络和投影寻踪预测模型

为了建立适用于环境系统的结构简洁、形式统一、程序规范、应用普适的神经网络和投影寻踪回归预测模型,针对传统的神经网络和投影寻踪回归用于多因子、大样本预测建模,存在模型结构复杂、学习效率低的局限,提出设置环境系统预测量及其影响因子参照值和规范变换式的原则和方法,使规范变换后的影响因子皆"等效"于同一个规范影响因子,从而将多因子的的预测建模简化为等效规范因子的预测建模,使模型结构得到极大地简化,提高了学习效率;此外,为了提高预测模型的预测精度,还提出了对预测样本的模型输出值的误差修正公式.在对环境系统的预测量及其影响因子进行规范变换的基础上,将m个规范影响因子的每个建模样本组成m个"等效"训练样本,应用免疫进化算法优化模型参数,分别建立适用于环境系统的2个或3个规范影响因子的前向神经网络和投影寻踪回归两类预测模型;并依据误差理论,对误差修正公式修正后的模型预测精度的提高进行了严格的数学论证.将基于规范变换与相似样本误差修正相结合的两类预测模型,用于某市5个点位的SO_2浓度预测,并与6种传统预测模型和方法的预测结果进行了比较.结果表明:对同一个预测样本,同类模型的两种不同结构的的预测值及其相对误差都几乎完全相同或彼此相差甚小;此外,两种不同结构的两类预测模型用于5个样本预测,其相对误差绝对值的平均值分别为2.59%、2.67%;2.18%、2.62%,均远小于传统BP神经网络模型的25.72%、传统PPR模型的14.20%、传统SVR模型的22.13%、模糊识别模型的21.57%、组合算子模型的18.36%和多元回归模型的25.31%;而两类模型预测的最大的相对误差绝对值分别为4.11%和3.57%,更加远远小于传统的6种预测模型的37.18%、56.07%、27.40%、32.14%、38.38%和60.26%.实例分析结果证实了误差修正公式对提高模型预测精度具有切实可行性.基于规范变换与误差修正相结合的前向神经网络和投影寻踪回归两类预测模型不仅避免了"维数灾难",提高了学习效率和模型的预测精确度,而且具有简洁、普适、规范、统一和稳定的特点,对其他预测建模也有借鉴作用.     

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.