基于人工神经网络和遗传算法的水污染控制规划方案优化研究

【摘要】： 人工神经网络(ANN)和遗传算法(Genetic Algorithms简写为GA)是复杂非线性科学和人工智能科学的前沿，其在水污染控制领域的应用研究在国内外尚处于初创阶段。本文在较全面分析评述了水污染控制方法研究现状，及简要介绍ANN和GA的基本原理、优化算法的基础上，在国内首次将ANN方法中的离散Hopfield网络(Discrete Hopfield Neural Networks简写为DHNN)和GA引入水污染控制规划领域，主要在水污染控制方案优化方面进行了一些探索性的研究工作，为提高水污染控制方案优化水平做出努力。 本文根据水污染控制的特点及Hopfield网络能量函数在一定的条件下收敛于一定区域最低点的特点，通过对DHNN能量函数的合理设计，把水污染控制方案的费用转化为DHNN的能量函数，即使水污染控制方案费用最低的方案与DHNN能量函数的最低点相对应，提出了水污染控制方案优化DHNN模型，并从数学上严格推证了DHNN能量函数的收敛性。实例研究表明：DHNN得到的最优方案充分利用了自然水体的环境容量，而且，在选择优化方案的过程中，当某一控制断面的某种污染物超过规定的水质标准时，DHNN首先采用能减少该控制断面某污染物贡献单位浓度费用最低的方案组合，因而可以很快得到最优方案组合。 GA是一种具有普适性的数值求解方法，且对目标函数的性质几乎没有要求，甚至不要求显式地写出目标函数。GA用于优化计算时，不能直接处理问题空间的参数，而只能处理以基因链码形式表示的个体。本文巧妙地把遗传算法的基因链码同水污染控制方案相结合，即采用实数编码的形式，用实数1，2，3来分别表示各个污染源不处理、一级处理、二级处理的情况，同时，把个体的适应度函数同方案组合的总费用相对应，使得方案组合总费用最小的个体的适应度函数值最大，这样，由GA得到的优秀个体就对应于最优或逼近最优方案。实例研究表明：由于GA是随机选取初始值，且在算法上尚存在不足，从而导致GA得到的结果在最优解附近振荡。但是，由于GA在运行中始终保留一定数目的优良个体，因此，这些结果应当是最优或逼近最优结果的集合，即GA得到的结果均收敛于最优解的邻域内。决策者可以通过可行性、经济性、和科学性的比较从中找到最优方案。 本研究表明：用DHNN和GA来进行水污染控制方案优化在理论上可行，在实践上有继续深入研究开发的价值，具有良好的应用前景。本研究为水污染控制方案优化提供了一种新方法，开辟了一条较好的新途径，也为ANN和GA的应用增添了新领域。 【关键词】：人工神经网络 遗传算法 水污染控制 方案优化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：X52
【目录】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-10
• 1 前言10-22
• 1．1 水污染控制规划方法概述10-16
• 1．1．1 水污染控制规划的基本特征、原则、内容与手段10-12
• 1．1．2 水污染控制规划方法概述12-13
• 1．1．3 水污染控制规划的分类及其计算方法13-16
• 1．2 人工神经网络在本研究领域的应用概况16-18
• 1．2．1 人工神经网络在优化领域中的应用研究概况16-17
• 1．2．2 人工神经网络在水污染控制领域中的应用概况17-18
• 1．3 本论文研究的目的、意义和内容18-22
• 1．3．1 本论文的背景及意义19-20
• 1．3．2 本论文的研究方法20-21
• 1．3．3 本论文的研究内容21-22
• 2 研究实例资料准备22-33
• 2．1 重庆长江、嘉陵江水环境概况22-24
• 2．1．1 水资源和水环境背景22-23
• 2．1．2 研究范围和时段23-24
• 2．2 长江、嘉陵江重庆主城区段排污负荷24-28
• 2．2．1 长江、嘉陵江重庆主城区段污染源概况24
• 2．2．2 长江、嘉陵江重庆主城区段排污负荷24-25
• 2．2．3 研究范围内的排放口的主要污染物及其负荷25-28
• 2．3 长江、嘉陵江水质概况28-33
• 2．3．1 长江、嘉陵江水质概况28-29
• 2．3．2 长江、嘉陵江各控制断面的各污染物控制浓度的确定29-33
• 3 水污染控制规划方案优化——水质约束条件研究33-51
• 3．1 水质模型概述33-35
• 3．1．1 水质模型的概述33
• 3．1．2 水质模型的应用33-35
• 3．2 二维水质模型35-36
• 3．3 横向扩散系数36-42
• 3．3．1 横向扩散系数的研究现状36-39
• 3．3．2 横向扩散系数传统计算方法39-42
• 3．4 长江、嘉陵江横向扩散系数的求解42-48
• 3．5 长江、嘉陵江各排放口到各控制断面的影响系数的确定48-51
• 4 水污染控制方案离散Hopfield网络（DHNN）优化研究51-69
• 4．1 Hopfield网络（Hopfield Nenral Network）的概述51-60
• 4．1．1 Hopfield网络基本原理51-53
• 4．1．2 离散型Hopfield网络的动态方程53-59
• 4．1．3 HPNN求解的一般步骤59-60
• 4．2 水污染控制方案DHNN优化研究60-62
• 4．2．1 水污染控制方案DHNN优化研究的一般规定60-61
• 4．2．2 水污染控制方案DHNN优化研究的数学描述61-62
• 4．3 重庆主城区段水污染控制方案DHNN优化研究实例62-66
• 4．3．1 重庆主城区段水污染控制规划研究的排放口的基本情况63
• 4．3．2 重庆主城区段水污染控制方案研究的基本费用数据63-66
• 4．3．3 重庆主城区段排放口的主要污染物及其负荷66
• 4．4 DHNN网络优化结果与分析66-68
• 4．5 小结68-69
• 5 水污染控制规划方案遗传算法优化研究69-85
• 5．1 标准GA和基本概念69-72
• 5．1．1 标准遗传算法的基本概念70-71
• 5．1．2 标准遗传算法的基本步骤71
• 5．1．3 遗传算法的特点71-72
• 5．2 遗传算法的设计与实现72-81
• 5．2．1 编码方法72-75
• 5．2．2 适应度函数75-77
• 5．2．3 遗传算子77-81
• 5．3 水污染控制方案GA优化研究实例81-82
• 5．3．1 水污染控制方案GA优化研究的数学描述81-82
• 5．4 水污染控制方案GA优化结果与分析82-84
• 5．5 小结84-85
• 6 结论及建议85-87
• 6．1 结论85
• 6．2 建议85-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-94

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

昆山市水环境综合整治方案优化的研究    金贤

唐山市滦河、陡河水污染控制系统规划方案优化研究    席洋

遗传算法在自动组卷中的应用方法研究    潘莉

不确定条件下流域水量与水质管理模型研究    杜鹏

模式识别及人工神经网络算法在16Mn钢生产中应用    徐荣军，欧昌俗，姚忠卯，马智明，刘洪霖

二维水质模型横向扩散系数的人工神经网络模拟    龙腾锐,郭劲松,冯裕钊,霍国友

水环境质量的隶属度BP网络决策模型    郭劲松,王红,龙腾锐

间歇曝气活性污泥系统神经网络水质模型    郭劲松,龙腾锐,高旭,黄天寅

DBD演算法BP神经网络水质综合模拟研究    龙腾锐,郭劲松,霍国友,李胜海

BOD-DO耦合人工神经网络水质模拟的研究    郭劲松,霍国友,龙腾锐

四种水质综合评价方法的比较    郭劲松,龙腾锐,霍国友,王红

水质综合评价的Hopfield网络模型    龙腾锐,郭劲松,霍国友

水质模型及其应用研究进展    郭劲松,李胜海,龙腾锐

河流底泥重金属不同形态的生物有效性    程晓东,郭明新

我国水环境中重金属污染行为和相关效应的研究进展    王艳;黄玉明;

用BP网络预估强夯有效加固深度    汤磊,陈正汉

L-M算法在高层结构体系选型中的应用    郑浩,王全凤

求解组合优化问题的一种方法—分枝定界法    汪祖柱,程家兴

ε不敏感的核Adaline算法及其在图像去噪中的应用    杨绪兵,韩自存

工程结构优化的神经网络模型与数值计算    李兴旺,满广生

模糊神经网络在水环境保护中的应用综述    张思梅;张炳传;

基于BP神经网络的教学质量评价模型    彭志捌;尹雪莲;

神经网络方法在计算蔗糖溶液粘度值中的应用    王吉华,袁翔,孙梅霞

土壤中重金属污染元素的形态分布及其生物有效性    刘恩玲;王亮;

液体推进剂贮运可靠性评估及预测的模糊故障树方法研究    谭天晓;李红霞;

网络参数对混沌联想记忆特性的影响    段书凯;刘光远;

关于环境影响评价中公众参与的探讨    罗春;彭民浩;彭辉;李萍;桂贤丰;

关于环境影响评价中公众参与的探讨    彭民浩;罗春;彭辉;李萍;桂贤丰;

基于GIS的河流水环境污染模拟研究    李宏伟;柳佳佳;李成林;

遗传神经网络在公路物资运输量预测中的应用    张启义;张智;梅冬;

全局优化算法研究    陈佳彬;张翔;

人工神经网络在滑坡变形预测中的应用研究    杨志强;陈建兵;孙玉娟;

恶臭污染扩散的数学模型    张晓岚;金至青;张东平;

最大独立集在高校排课表系统中的应用    李勤丰;

粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用    谭佳琳

核动力装置参数优化设计    贺士晶

随机回归神经网络的动力学行为研究    朱松

污水生化处理的智能建模与优化控制策略应用研究    杨红

石油价格波动规律研究    孙大利

轮胎噪声的预测方法与试验研究及优化设计    车勇

现代乡村生态系统演化与新农村建设研究    马永俊

公路建设项目供应链管理的目标控制及其绩效评价研究    刘浪

铁路网抗毁性分析与研究    王伟

长输液体管道泄漏监测方法研究    李俊花

煤化工行业环境风险评价与控制研究    郭丽岗

基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究    何慧娟

参数参与进化的自适应遗传算法研究    李坤

煤炭集团物料配送优化研究    靳昌田

智能瓦斯传感器的研制    滕景忠

苯、苯酚、硝基苯对泥鳅（Misgurnus bipartius）的急性毒性及抗氧化酶活性影响的研究    王哲娟

基于神经网络的两类问题研究    程慧

突发重金属污染事故的环境风险研究    姚保垒

徂徕山森林公园生态公益林健康评价及经营决策研究    马玉辉

无人机航迹跟踪控制方法研究    吴国强

基于MATLAB实现的ANN方法在巢湖水质评价中的应用    孙莉宁,张之源,罗定贵

水系统综合规划的优化模型    王煊,田一梅,任俊智,王有栋

基于不确定的模糊机会约束优化的农业水质管理模型研究    许野;黄国和;秦肖生;黄英;

一种改进的灰关联分析法在水质评价中的应用    赵天燕,贺方升,侯祺棕,梁爱萍

地理信息系统在地下水环境质量评价中的应用    李云先,吴文金

连云港市水环境整治规划研究    杨昂,杜云雁,左玉辉

香溪河流域资源环境状况及开发策略探讨    惠阳,张晓华,陈珠金

人工神经网络方法在资源与环境预测方面的应用    邬红娟,林子扬,郭生练

基于加速遗传算法的投影寻踪模型在水质评价中的应用研究    付强,付红,王立坤

遗传算法及其改进    段玉倩,贺家李

基于地理信息系统（GIS）的水污染控制规划研究    何强

河流水环境系统不确定性问题研究    李如忠

非点源污染模型研究及其在香溪河流域的应用    张超

基于不确定性条件下的环境规划与管理研究    许野

不确定优化方法用于城市固体废物管理    崔林

随机分析方法用于环境系统规划管理的研究    解玉磊

基于遗传算法的区域水资源优化配置研究    周丽

智能教学系统中基于遗传算法的自动组卷的研究    刘艺

灌区水资源实时优化调度模型与实例分析    胡西林

遗传算法与BP模型的改进及其在水资源工程中的应用    邢贞相

高州水库灌区水资源优化配置研究    赵伟

基于GIS的淮南市水环境规划    方晓波

基于改进的遗传算法组卷系统应用研究    王淑佩

基于遗传算法的智能组卷研究与应用    陈锋

中国东部主要入海河流As元素分布、来源及影响因素分析    柳青青;杨忠芳;周国华;夏学齐;侯青叶;余涛;翟大兴;

基于遗传微粒群算法的组卷策略应用研究    朱家静

基于遗传算法的自动排课系统的设计与实现    陈莎敏

中山陵风景区环境问题调研与治理对策研究    梁廷敬

基于人工神经网络的济南市北沙河水环境综合整治研究    邹美玲

珠三角高经济密度区域水环境污染控制研究    刘文俊

水资源水质评价方法分析与进展    郭劲松,王红,龙腾锐

高浓度方形分离器的分离机理研究    王树荣,方梦祥,骆仲泱,李绚天,倪明江,岑可法

水环境质量的隶属度BP网络决策模型    郭劲松,王红,龙腾锐

活性污泥数学模型的发展和使用    汪慧贞,吴俊奇

水环境数学模型的研究进展    叶常明

颗粒态铜对鱼的生物有效性    梁涛,陶澍,刘长发,徐尚平

内分泌扰乱化学品对动物的影响和作用机制    邱东茹,吴振斌,贺锋

我国湖泊富营养化程度评价方法的探讨    舒金华;

人工神经网络在道路交通噪声预测中的应用    张继萍,吴硕贤

河流底泥重金属不同形态的生物有效性    程晓东,郭明新

我市召开中英《长江、嘉陵江重庆段水污染控制规划》讨论会    陈盛樑;

计算机技术在水污染规划中的应用    张国春,艾翠玲

GIS在水污染控制规划方案研究中的应用    王建雄;

水污染控制规划地理信息系统模型库的应用    翟俊;何强;夏冰雪;

水污染控制规划的数据管理研究    何强,龙腾锐,李惠鹏

滏阳河市区段水污染控制系统规划的研究    赵秀娟

渭河西安段水污染优化控制研究    叶朝俐;党志良;李冬梅;

区域给水与污水处理及回用系统规划的优化研究    张丽丽;马云东;魏令勇;

水污染控制规划的GIS辅助技术研究    郑丽波;史利江;俞立中;贾丽;王莹;

应用LINGO求解水污染控制系统规划中的费用函数问题    盛倩;祝用华;张勇;张显球;杨柳;

江苏确立三年环境科学发展重点    鞠华 高杰

流域水污染控制规划SEA    尚广萍

潍坊市水污染控制规划研究    王亚娜

SD模型在阿什河流域水污染控制规划中的应用    陈雪

鄱阳湖（南昌区域）水污染控制规划研究    徐继华

玛纳斯河流域水污染控制规划研究    刘畅

阜新市细河水环境质量数值模拟研究    康恩胜

辉发河梅河口市段水污染控制规划研究    徐凯