基于小波分解及遗传BPNN耦合模型的地表水As浓度预测研究

随着工业的快速发展,水体中污染物超标事件时有发生,造成了较严重的水环境污染问题.水环境监测与预报是环境科学研究的重要内容.为了实现地表水砷（As）污染的准确预报,本研究提出小波分解、遗传算法与BP人工神经网络的耦合建模方法,并结合某河流监测站1998—2016年共19年的地表水质监测数据,通过皮尔逊相关系数和信息指标评价法对模型输入变量进行筛选,最后对比分析了在不同水质参数输入情况下BP人工神经网络（BPNN）、遗传算法改进的BPNN（GABP）、小波-遗传BPNN耦合模型（W-GABP）对后6年（2011—2016年） As浓度预测结果的均方根误差（RMSE）、决定系数（R²）、平均绝对百分比误差（MAPE）,以确立最优模型.结果表明：①多水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为17.51%、15.98%、14.46%,单水质参数BPNN、GABP与W-GABP耦合模型预测结果的MAPE分别为18.78%、16.74%、7.83%;②小波分解数据前处理及遗传算法均能较大程度地提高预测模型的精度;③对于地表水水质预报,需对比不同模型在不同输入变量下的预测结果,以获得最佳的预测精度.单水质参数输入的W-GABP耦合模型能较准确地预报地表水As浓度的变化情况,对数据缺乏地区水质监控和地表水As污染防治具有重要意义.     

基于数据挖掘技术的事故隐患预警方法研究

为改良企业既有隐患排查治理方法,提高辨识效率,提升整改效果,应用并优化数据流滑动窗口模型、等价类变化算法、变化挖掘算法等数据挖掘技术,构建1种关联隐患预警方法,该方法以企业历史隐患数据为基础,通过挖掘实时隐患数据的关联规则,发布关联隐患的类型、存在可能性和变化模式等预警信息,指导企业进行针对性排查和整改。最后,以72家安全管理性质相似企业的28 957项隐患数据为例,验证该方法可行性。研究结果表明:该方法不但能挖掘关联隐患类型及其变化模式,而且预警准确率随置信度水平提升而不断提高。     

阿克苏河年径流变化的非线性特征

以阿克苏河流域的托什干河、库玛拉克河和阿克苏河干流为例,基于1957-2008年的径流序列,运用小波分析和R/S分析方法分析了阿克苏河径流过程的非线性特征,揭示了流域径流的变化规律,得出以下结论:①库玛拉克河、托什干河及阿克苏河干流的年径流序列均呈增加的趋势,且都以20世纪80年代后期为分界点分为两个阶段:前期径流较少,处于枯水期;后期径流较多,处于丰水期。②阿克苏河流域年径流量变化存在较长周期,长周期中又包含着短周期;其中,18 a和22 a的周期贯穿于整个时间序列,为流域径流的第一主周期。③流域内三条河流各个时段径流量的Hurst指数值几乎都大于0.5,表明流域径流的时间序列具有长期持续的特征;从各条河流最后一个时段的Hurst指数可以推断,在2008年后的一段时间里流域径流量将会继续保持增加趋势。     

植被覆盖度与沙尘暴形成条件分析

以归一化差值植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）为指标分析了我国1981年到1998年期间植被覆盖变化情况,给出了植被急剧减少产生新沙源的实例。通过对1998年4月强沙尘暴的分析,指出影响沙尘暴产生和运移的因素除了地形、风速、风向、大气稳定度外,当地植被覆盖和土壤因素也是关键因素之一。并通过对植被覆盖度（NDVI）与浮尘指数（Aerosol Index）进行定量分析,发现二者之间存在明显的负相关关系,表明植被的存在可以从一定程度上抑制浮尘现象的产生。因此,在沙尘运移路径上,采取封山封荒,植树种草,增加植被覆盖度以固结当地土壤和泥沙的措施,可以在一定程度上抑制沙尘暴灾害的发生。     

石化企业VOCs无组织排放源强的反演模拟

针对石化行业面源无组织排放VOCs难以准确定量的问题,建立了基于开路式傅里叶变换红外光谱技术(OP-FTIR)的面源污染源源强反演模型,并进行了现场模拟试验。试验结果表明,风向、风速、大气稳定度、监测距离、数据处理周期等都是影响反演模型准确性的重要灵敏度参数。以反演源强Q_P与实际排放量Q的比值(Q_P/Q)为量化指标,对各影响因素进行优化处理,确定了构建反演模型适用的边界条件。当各灵敏度参数稳定于适用边界条件之内时,Q_P/Q为0.85~0.90。     

基于多层感知器神经网络和统计小波特征的管道泄漏诊断

油气输送管道泄漏造成的主要问题包括环境危害和经济损失.为了降低管道泄漏造成的危害,提出了一种新的方法用于检测管道泄漏情况.该方法主要通过故障检测与隔离系统建立入口压力与出口流量之间的定量关系,首先,采用OLGA软件模拟获得管道入口压力和出口流量数据,为了提高模型精度,利用小波变换的多尺度分解和重构技术将获取的数据信号分为3级,并将其作为故障检测与隔离系统的训练数据.然后采用统计技术、小波变换及2种方法的融合等方式提取信号的均值、偏差、峰度等特征,将特征提取结果分别作为多层感知器神经网络分类器的输入来确定泄漏状态.最后,利用混淆矩阵对泄漏识别的精度进行验证.对一段长约5 km的天然气管道进行了泄漏检测,将泄漏类型分为10类,结果表明,提出的方法对泄漏位置和泄漏尺寸的自动检测识别率约为92％.该方法不仅可以检测泄漏故障的发生,还可以确定泄漏故障的位置和严重程度.     

渭干—库车河三角洲绿洲土壤盐渍化空间分布特征遥感监测研究

渭干-库车河三角洲绿洲是位于塔里木盆地北缘的具有典型干旱特征的绿洲。干旱地区生态环境脆弱,土壤盐渍化严重破坏了国民经济的生产和生态环境的平衡,所以对干旱区盐渍化问题进行系统的研究是非常必要的。本文采用研究区的2001年8月6日遥感图像进行K-L和K-T变换,经过一系列波段结合．我们得到TM3、KL3、KT2波段结合是盐碱地信息提取的最佳波段结合;然后把研究区的等高线矢量图转换成DEM立体图,以及分类结果和DEM之间进行对比,结果表明,立体图的凹区和分类图的盐碱地基本重合在一起,从而我们得到导致该地区的盐渍化问题的自然和人文因素中,地形因素是占在主导地位的。     

基于Hilbert谱信息熵的煤矸放落振动特征分析

针对煤矿安全生产中的综放工作面煤矸界面探测问题,提出利用煤矸下落冲击钢板的振动特征来探测煤矸界面的方法。煤矸振动信号表现出非平稳特征,采用经验模态分解方法将复杂矿井环境下的煤矸振动信号分解成固有模态分量。选择包含煤矸振动特征的前7个本征模函数(IMF)分量,通过Hilbert变换得到Hilbert谱。分析不同放煤状态下钢板振动信号的Hilbert谱发现,顶煤下落时的Hilbert谱分布较均匀,而煤矸混放时的Hilbert谱呈现不均匀分布。根据信息熵理论,提出了基于Hilbert谱信息熵的煤矸振动特征提取方法。试验结果表明,顶煤下落时的Hilbert谱信息熵要大于煤矸混放时的Hilbert谱信息熵,因此,煤矸振动的Hilbert谱信息熵特征能够准确地反映放煤状态。     

基于小波分析的PM2.5分布特征及差异分析

为了解西北内陆和东部沿海PM_2.5浓度值特征和差异,使用小波分析和Spearman相关性分析对12个主要城市冬、春季PM_2.5浓度值进行分布特征和差异对比分析。结果表明:受地理位置和地形差异影响,PM_2.5浓度值在西北内陆和东部沿海城市有明显差异性。主要表现在:1）冬、春季西北内陆和东部沿海地区PM_2.5分布存在明显差异,东部沿海空气质量优于西北内陆,PM_2.5超标率相对较低,而乌鲁木齐和西安PM_2.5超标占比较高;2）小波分析显示,西北内陆和东部沿海在周期上表现出明显区别,但整体出现在冬季（80 d之前）;3）Spearman相关系数存在明显的距离衰减性,相关系数由西北内陆向东部沿海城市依次减弱;4）东部和西北PM_2.5浓度值突变在时间尺度上有较明显差异,西北内陆突变值整体出现在第2,11,24,49,70天,东部沿海则出现在第2,17,42,53,70天。     

山东半岛近地面O3浓度时空变化及潜在源区解析

为探究山东半岛在长时间序列上的臭氧（O₃）时空分布特征及潜在来源,在分析山东半岛2005～2020年O₃浓度时空变化的基础上,运用小波分析、熵权法和相关性分析对O₃及其影响因素进行了探讨,并对山东半岛O₃的潜在来源进行研究.结果表明：（1）时间格局上,山东半岛地区近地面臭氧2005～2020年间呈现出“三峰型”趋势,2010年达到最大值[（40.48±7.64）μg·m^-3], 2013年为最小值[（36.63±5.61）μg·m^-3].季节表现为：夏季[（42.49±1.7）μg·m^-3]>春季[（40.65±0.6）μg·m^-3]>秋季[（36.47±0.7）μg·m^-3>冬季[（36.46±0.3）μg·m^-3].（2）空间格局上,2005～2020年山东半岛O₃浓度随着纬度的升高而逐渐升高,呈现出东西部高,中部低的特征,O...