水質(zhì)評(píng)價(jià)在水環(huán)境的監(jiān)測(cè)和治理中起著重要的作用。水質(zhì)評(píng)價(jià)的常用方法有單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法、水污染指數(shù)評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、主成分分析評(píng)價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法等~([1])。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法準(zhǔn)確率高,并行分布處理及存儲(chǔ)能力強(qiáng),魯棒能性和容錯(cuò)性能好,并且能充分逼近復(fù)雜非線性關(guān)系,具備聯(lián)想記憶的功能,被廣泛用于分類評(píng)價(jià)中。但是隨著研究的深入,傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型處理問(wèn)題的缺陷也顯現(xiàn)出來(lái),例如學(xué)習(xí)收斂速度慢、節(jié)點(diǎn)冗余、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、需不斷調(diào)節(jié)連接權(quán)值等。為了克服以上缺陷,建立了一種海豚群優(yōu)化的極限學(xué)習(xí)機(jī)模型,并將優(yōu)化的模型用于水質(zhì)評(píng)價(jià)。主要研究?jī)?nèi)容有:1、分析了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的地表水質(zhì)指標(biāo)要求,介紹了水質(zhì)等級(jí)的分類標(biāo)準(zhǔn),分析了幾個(gè)主要指標(biāo)的檢測(cè)方法,針對(duì)水質(zhì)pH指標(biāo),設(shè)計(jì)了基于pH傳感器和單片機(jī)的水質(zhì)數(shù)據(jù)檢測(cè)電路,提供了一種實(shí)用可行的pH值檢測(cè)方法。2、根據(jù)海豚群的捕食生活習(xí)性,介紹了一種優(yōu)化的仿生群智能算法海豚群算法(DSA),分析了海豚群算法的主要思想和算法步驟,與傳統(tǒng)的粒子群算法(PSO)比較發(fā)現(xiàn),海豚群算法在對(duì)函數(shù)的尋優(yōu)迭代中有一定的優(yōu)越性。為了克服傳統(tǒng)極限學(xué)習(xí)機(jī)(ELM)模型的缺陷,提出了將海豚群算法用于優(yōu)化極限學(xué)習(xí)機(jī)的思想,建立了海豚群優(yōu)化的極限學(xué)習(xí)機(jī)(DSA-ELM)模型,新模型只需設(shè)置較少的隱含層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)就能夠獲得最優(yōu)解。3、將DSA-ELM模型用于水質(zhì)的評(píng)價(jià)。根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定,選取了“全國(guó)主要流域重點(diǎn)斷面水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)周報(bào)”中的淮河流域水質(zhì)數(shù)據(jù)酸堿度(pH)、溶解氧(DO)、氨氮(NH_3-N)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)四項(xiàng)主要水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子,運(yùn)用DSA-ELM模型對(duì)淮河流域18個(gè)斷面的水質(zhì)進(jìn)行等級(jí)分類評(píng)價(jià),并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)看出,DSA-ELM模型在準(zhǔn)確率、隱含層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、訓(xùn)練誤差、穩(wěn)定性上都有很大的優(yōu)勢(shì),通過(guò)對(duì)3個(gè)斷面20周水質(zhì)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)結(jié)果驗(yàn)證其準(zhǔn)確性,結(jié)果證明該模型準(zhǔn)確率高,運(yùn)行時(shí)間短,是一種適用于水質(zhì)評(píng)價(jià)并具有優(yōu)越性的新模型。4、設(shè)計(jì)制作了LabVIEW水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示平臺(tái),包括用戶登錄系統(tǒng)和水質(zhì)評(píng)價(jià)界面顯示,進(jìn)行LabVIEW和matlab混合編程,利用matlab script腳本節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)處理評(píng)價(jià),用戶在水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示界面查看周次、水質(zhì)數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)結(jié)果和變化趨勢(shì)圖。設(shè)計(jì)了水質(zhì)限值報(bào)警顯示,并通過(guò)GSM模塊將報(bào)警信息以短信形式發(fā)送給用戶,建立了數(shù)據(jù)顯示表格,具有數(shù)據(jù)匯總和導(dǎo)出功能,以供用戶方便查看。本文的研究表明,DSA-ELM模型用于水質(zhì)評(píng)價(jià)具有可行性和優(yōu)越性,其評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率高,運(yùn)行時(shí)間短,可用于實(shí)際的水質(zhì)評(píng)價(jià)應(yīng)用中,并結(jié)合LabVIEW水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果界面顯示,直觀展示水質(zhì)情況,為水質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展提供了一種新的方法。
【學(xué)位單位】：中國(guó)計(jì)量大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP18;X824
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1. 緒論
    1.1. 研究背景
    1.2. 研究現(xiàn)狀
        1.2.1. 國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2. 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3. 研究意義與內(nèi)容
2. 水質(zhì)評(píng)價(jià)分析
    2.1. 水質(zhì)指標(biāo)概述
        2.1.1. 水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)
        2.1.2. 水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)方法
    2.2. 水質(zhì)p H檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
        2.2.1. p H傳感器和微處理器芯片選取
        2.2.2. 模塊電路設(shè)計(jì)
        2.2.3. 定標(biāo)與數(shù)據(jù)處理
        2.2.4. 編程及實(shí)物
    2.3. 本章小結(jié)
3. DSA-ELM模型優(yōu)化建立
    3.1. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析
    3.2. 極限學(xué)習(xí)機(jī)模型（ELM）
    3.3. 海豚群算法（DSA）
        3.3.1. DSA基本思想
        3.3.2. DSA算法實(shí)現(xiàn)
        3.3.3. 海豚群算法性能對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)
    3.4. 海豚群優(yōu)化的極限學(xué)習(xí)機(jī)模型（DSA-ELM）
        3.4.1. ELM模型缺陷分析
        3.4.2. DSA-ELM模型優(yōu)化思想
        3.4.3. DSA-ELM模型建立
    3.5. 本章小結(jié)
4. DSA-ELM模型在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用
    4.1. 水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)及數(shù)據(jù)選取
    4.2. 基于DSA-ELM、PSO-ELM和ELM模型的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比
        4.2.1. 水質(zhì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確率對(duì)比實(shí)驗(yàn)
        4.2.2. 連接權(quán)值和閾值
        4.2.3. 運(yùn)行時(shí)間差異分析
        4.2.4. 訓(xùn)練誤差隨隱含層變化對(duì)比
        4.2.5. 穩(wěn)定性對(duì)比
    4.3. 基于DSA-ELM模型的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果分析
        4.3.1. 泗洪大屈水質(zhì)評(píng)價(jià)
        4.3.2. 淮南石頭埠水質(zhì)評(píng)價(jià)
        4.3.3. 盱眙淮河大橋水質(zhì)評(píng)價(jià)
    4.4. 本章小結(jié)
5. Lab VIEW水質(zhì)評(píng)價(jià)顯示平臺(tái)
    5.1. Lab VIEW介紹
    5.2. 用戶登錄系統(tǒng)
    5.3. 水質(zhì)評(píng)價(jià)顯示
        5.3.1. matlab腳本數(shù)據(jù)處理
        5.3.2. 數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)顯示界面設(shè)計(jì)
        5.3.3. 限值報(bào)警設(shè)計(jì)
        5.3.4. 表格匯總設(shè)計(jì)
    5.4. 本章小節(jié)
6. 總結(jié)與展望
    6.1. 工作總結(jié)
    6.2. 前景展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷

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