基于集对分析的降水酸度及水质相似预测模型研究

应用集对分析法刻画历史样本之间的相似性,用多个最相似的历史样本的加权平均值作为当前样本预测值,建立了基于集对分析的降水酸度及水质相似预测模型(SFM-SPA),并运用该模型进行了降水酸度及水质预测的实例验证。结果表明,在主要影响因子选择适当、历史样本的代表性和相似性较好等限定条件下,利用模型进行环境预测是可行的,它较直观、计算简便,为环境污染预测提供了新的途径。     

四川省地级市生态环境质量评价模型

在建立四川省生态质量评价指标体系的基础上,将径向基函数（RBF）神经网络模型用于四川省18个地级市生态质量评价和区划,实现了评价结果的可视化与直观化。评价结果与四川省生态质量实际状况相对比,表明了RBF网络的正确性和实用性,为实现四川省生态质量的保护提供了一条新途径。     

基于智能优化算法的河流水质模型参数的优化

为探索河流水质模型参数新的求解方法,根据有限的实测数据,分别应用免疫进化优化算法和免疫进化优选的捕食搜索算法,对河流水质模型计算公式中的多参数进行优化。将优化得到的计算公式用于国内外若干河流的河段中DO浓度值的拟合,并与实测结果进行了比较。结果表明,将免疫进化优化算法或免疫进化优选的捕食搜索算法优化得到的水质模型参数精度不仅较高,而且相对稳定,从而为河流水质模型参数的优化提供了一种新方法。     

免疫进化捕食算法用于二维水质模型横向扩散系数优化

为建立比传统的经验法有较高精度的河流二维水质模型横向扩散系数的计算公式,根据有限的实测数据,提出用免疫进化优选捕食搜索算法,对河流二维水质模型横向扩散比例系数计算公式中的多参数进行优化。将优化得到的计算公式用于国内外若干河流的河段横向扩散比例系数αZ的拟合和外推效果检验,并与经验公式的检验结果进行了比较,表明将免疫进化优选捕食搜索算法用于二维水质模型横向扩散比例系数的优化有较高精度,从而为横向扩散系数的计算提供了新方法。     

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.     

同型规范变换的不同预测模型具有的兼容性和等效性

传统的不同预测变量的预测模型之间不具有兼容性和等效性,而同型规范变换和误差修正相结合的不同变量的预测模型的预测相对误差与预测对象的维数、样本数及预测模型类型皆无关,仅与预测变量的数据特性、相似样本的模型输出值及其相对误差和相似度有关,因而同型规范变换的不同预测变量的预测模型之间具有兼容性和等效性.其重要意义在于：只要对任意一个预测变量建立了基于规范变换的某种预测模型,就可以将此预测模型直接用于具有同型规范变换的其他预测变量的预测;若再将其与误差修正法相结合,还可以极大地提高模型的预测精度,获得与实际值很接近的预测结果.依据受3个因子影响的灞河口COD_Mn指数数据、受4个因子影响的伊犁河雅马渡站年径流量数据和牡丹江市TSP年均值的时序数据,分别建立具有同型规范变换（n_j=2）的3个不同预测变量的3种智能预测模型和一元线性回归预测模型,并验证了3个不同预测变量的预测模型之间的兼容性和等效性.对同一个预测样本,用同型规范变换和误差修正相结合的不同预测变量的预测模型的实际预测值及其预测相对误差绝对值不仅差异甚微,而且预测值与实际值非常接近,其预测的相对误差绝对值平均值几乎全都小于3%,最大相对误差绝对值均小于5%,小于或远小于20种传统预测模型和方法预测的相应误差.     

基于规范变换与误差修正的回归支持向量机的环境系统预测

为了建立不同环境系统皆能规范、统一、简洁、实用的回归支持向量机预测模型,针对传统的回归支持向量机预测模型存在结构不能普适、规范和统一及用于大样本、多因子预测会出现学习效率低、求解精度差的局限,提出适用于环境系统预测量及其影响因子参照值和规范变换式的设计原则和方法,使规范变换后的影响因子皆"等效"于同一个规范影响因子;为提高样本的预测精度,还提出预测样本的模型输出的误差修正法.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,由有m个规范影响因子的每个建模样本生成m个"等效"训练样本,从建模样本中,选择各影响因子的最大规范值组成训练样本集的"参考样本",计算核函数中每个训练样本相对于"参考样本"的范数;并应用优化算法优化模型参数,建立适用于预测量及其影响因子规范值的仅有2个或3个支持向量的两种简单结构的回归支持向量机预测模型.将基于规范变换的两种简单结构的回归支持向量机模型与相似样本误差修正法相结合,用于河津大桥监测断面6个样本的COD月平均值预测,并与多种传统预测模型和方法进行了比较.结果表明:对同一个预测样本,两种模型的预测值十分接近;此外,两种预测模型用于6个样本预测,其相对误差绝对值的平均值分别为2.09%、2.79%,均远小于传统的投影寻踪回归预测的41.63%、支持向量机预测的40.99%、灰色神经网络预测的25.94%和马尔可夫预测的10.16%;而两种预测模型对异常样本预测的最大的相对误差绝对值分别为5.85%、5.13%,更加远远小于传统的4种预测模型的169.07%、180.45%、68.44%、41.96%.两种基于规范变换的回归支持向量机预测模型简洁、普适、规范和统一,避免了"大样本数困难",提高了学习效率和模型的预测精确度,对其他预测建模法也有借鉴作用.     

基于免疫禁忌优化算法的生态环境评价指数公式及其应用

通过模拟流域生态环境自然发展的演化过程,结合巢湖流域的具体情况,提出了适用于多个指标的巢湖流域生态环境评价指数公式。通过设定公式中生态环境指标“参照”值,采用免疫禁忌搜索算法对公式中的待定参数进行优化,使生态环境评价指数公式形式简单、方便实用,并具有一定的普适性。生态环境质量评价结果表明,合肥市和巢湖流域整体生态环境质量为Ⅲ级(及格),而巢湖市和六安市生态环境质量较差。     

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。     

基于反馈式突变进化算法的空气质量评价公式

在设定了各指标的极限浓度限值基础上,提出了一个适用于多项空气污染物的空气质量评价的幂函数加和型综合指数公式。将反馈式突变进化算法用于公式中的参数优化,得出优化后适用于多项污染物的空气质量评价普适指数公式。公式应用于多个实例分析评价,并与其它多种评价方法的评价结果相比较。结果表明:该公式不受污染物种类和数目多少限制,计算简便,具有可比性、普适性和实用性。