水质模糊贴近度模型中权值的遗传算法解.pdf

水质模糊贴近度模型中权值的遗传算法解 ＊ 马太玲 朝伦巴根 高瑞忠 于 婵 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院, 呼和浩特 010018 摘要 按照模糊综合评价中贴近度最小的原则, 采用加速遗传算法优化权值。 经过实例分析及对模型的验证、比较表 明, 用该法优化权值并进行水质评价, 其结果与实际水质级别具有较高的一致性, 评价方法更趋合理。 关键词 模糊贴近度 权值 遗传算法 ＊国家自然科学基金重点资助项目 50139040 ; 内蒙古自然科学基 金资助项目 200308020508 0 前言 综合评价是对客观事物各种属性作出总的评价, 其各属性的权重值对方案的选择会有很大的影响。 在水质综合评价中, 权值的确定对评价结果的合理性 至关重要 ,而权值的确定是一个复杂的问题。目前国 内外文献已提出各种权重的求算方法, 但是各自仍存 在一定的片面性。常用的权值确定方法有经验估算 法、 污染贡献率法、专家评价法 如德尔菲法 、 层次分 析法 等方法,这些方法都存在着不足之处。 遗传算法提供了一条处理复杂优化问题的有效 途径。它是一种方便、快速的高效寻优方法 ,只要求 优化问题是可计算的 ,突破了对问题结构是否线性、 连续、可微 、 单峰 、 无噪声等各种限制, 同时也不受优 化准则函数形式 、 优化变量数目等的束缚 ,只需要影 响搜索方向的目标函数, 直接在适应度函数值的引导 下在搜索空间进行自适应概率性全局搜索,运行过程 简单而计算结果丰富 ,能以较大的概率求得全局最优 解。文献[1] 提出的一种加速遗传算法 AGA , 显示 出稳健的全局优化、计算量少而解的精度高以及算法 控制参数设置技术简明等特点 ,在各种工程优化问题 中具有广泛的应用价值。 为了提高权值计算的准确性及定权方法的实用 性,本研究按照模糊综合评价中贴近度最小的原则, 采用加速遗传算法优化权值, 得到了较为科学合理的 评价结果 。 1 评价模型的建立 1 确定评价基准 设某水域有 m 个样本,每个 断面有 n 个指标 ,L 个评价等级, 取各指标的 Ⅰ类标 准限值作为评价基准 ,记为 Si1 S11, S21, ,Sn1 。 2 构造隶属函数 按下式构造各实测样本 C C1,C2, , Cm 浓度指标对Ⅰ类标准 Si1的单项隶属 函数 μc xi 1,xi≤si1 SiP-xi SiP-Si1 ,si1xi≤siP 0,xi≥siP 1 按下式构造各类水质标准 Sij S1j, S2j, ,Snj 浓度限值对 Ⅰ类标准 Si1的单项隶属函数 μ j xiS ip-Sij Sip-Si1 2 式中 xi 单项浓度指标值; Si1 Ⅰ类标准值 ; SiP 最低类标准值 。 3 建立目标函数 ,优化权值 利用 Hamming 贴 近度公式, 计算各实测样本与各水质标准类别之间的 距离 dcj xi∑ n i 1 w xi |μc xi-μj xi | 3 式中 w xi 第 i 种评价指标的权值。 根据最小贴近度原理, 贴近度 dcj越小 ,表明该样 本实际水质越贴近该标准类别 。 利用加速遗传算法进行权值优化,建立如下目标 函数 mind xi ∑ m k 1 ∑ L j 1 dkj xi 4 式中 m 、L 分别为样本数和评价等级数。当目 标函数满足要求以后 ,权值便得以确定。 4 确定水质等级 当权值确定以后, 相应贴近 度时的水质类别即为确定的水质等级。 2 应用实例 利用锡林郭勒盟西山湾水库 7 个断面的水质监 77 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 测资料 ,采用加速遗传算法 ,优化加权模糊贴近度模 型中的权值。步骤如下 1 将各断面水质监测数据列于表 1, 水质评价 标准列于表2。 2 根据式 1 ,计算各断面实测浓度对 Ⅰ类标准 的单项隶属度, 见表 3。 3 根据式 2 ,计算各类水质标准浓度对 Ⅰ类标 准的单项隶属度 ,见表 4。 4 根据式 4 建立目标函数, 利用加速遗传算法 优化权值, 计算结果见表 5。 表 1 水库水质实测样本 2005年 8 月mg L 断面序号DO CODCrCODMnBOD5 TPTNAsTCN酚Cr6CdPb 18. 508. 804. 903. 470. 1172. 1260. 00350. 00350. 0010. 0020. 00050. 005 27. 819. 734. 125. 980. 1171. 4640. 00350. 00350. 0010. 0020. 00050. 005 37. 6513. 024. 395. 280. 1751. 4010. 00350. 00350. 0010. 0020. 00050. 005 48. 7416. 835. 904. 370. 0772. 2510. 00350. 00350. 0010. 0020. 00050. 005 58. 2314. 134. 974. 430. 0972. 0010. 00350. 00350. 0010. 0020. 00050. 005 67. 8615. 404. 674. 070. 011. 6010. 00350. 00350. 0010. 0020. 00050. 005 77. 9216. 074. 583. 930. 5; 7个断面中只有 3个断面的 TP 对 Ⅰ类标 准的隶属度 0. 5; TN 是实测浓度最大的因子 ,7 个断 面中 ,3个断面对Ⅰ类标准的隶属度为 0,其余断面均 对Ⅰ类标准有不同程度的隶属度。上述分析表明 ,该 水体各断面对Ⅰ类标准有较高的隶属度 ,实际水质等 级应较高 。图 1 的综合评价结果显示 ,除 4 断面水质 评价等级为Ⅲ类外, 其余各断面水质评价等级均为 Ⅱ 类。综上所述 按照模糊综合评价中贴近度最小的原 则,采用加速遗传算法优化权值并进行水质评价, 其 结果与实际水体质量具有较高的一致性 。 2 模型的验证 用各类水质标准值作为验证样 本,对本模型进行验证 , 结果水质类别与水质标准完 全吻合 ; 同时又用各类标准之间的取值进行验证, 评 价结果也合乎实际。例如取上述水质指标介于Ⅰ 、Ⅱ 类标准之间的以下值作为验证样本 6. 5、15、 3、0. 02、 0. 3、 0. 05、0. 01、0. 002、0. 03 、 0. 003、0. 001, 经验证明, 该样本对各类水质标准的贴近度分别为 0. 05473、 0. 05086、0. 11969、0. 24432、0. 94527, 最小贴 近度为 0. 05086,判定为Ⅱ类水体。 3 模型的比较 将本模型与水质评价的逻辑斯 谛曲线评价模型 LOG 模型 及模糊评价模型 Fuzzy 模型 进行比较 。用各类水质标准作为验证样本, 对 LOG曲线模型进行验证, 评价等级低于标准等级, 表 明用该模型评价水质等级偏低; 对 Fuzzy 模型 权值 采用污染超标率法确定 验证结果表明 , 当个别指标 超标倍数较大时 ,评价结果也偏低 。这主要是由于该 法仅考虑按超标倍数加权 ,当个别指标超标倍数较大 即使只有 1 项指标超标 , 而多数指标均不超标的情 况下 ,仍会出现水质等级为Ⅴ类的评价结果。为了进 一步证实上述结论 ,应用本研究实例数据 ,将本模型 水质评价结果与 Fuzzy 和基于遗传算法的 LOG 曲线 模型评价结果进行了比较 ,比较结果见图 2。由图 2 可见 ,加权模糊贴近度模型与 LOG 曲线模型及 Fuzzy 模型评价结果相差较大, 后两者评价结果均较前者水 质等级偏低 。 图 2 3 种评价方法比较结果 以上分析表明, 用基于遗传算法的加权模糊贴近 度模型进行权值优化并进行水质评价,其结果较其它 方法更为科学合理, 与实际水体质量具有较高的一 致性 。 参考文献 [ 1] 金菊良, 丁晶. 水资源系统工程. 成都 四川科学技术出版社, 2002. 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Keywords sludge, composite fertilizer, incineration of sludge, sewage treatment plant, secondary pollution and dry DEVELOPMENT AND USE OF SAMPLER FOR RESUSPENDED PARTICULATES Chen Kui Bai Zhipeng 67 Abstract A sampler for resuspended particulates has been developed. The working principle and structure of the sampler are described. PM10and PM2, 5-collecting efficiency and sampling time of the sampler are studied, finally the suitable sampling time of the sampler is also selected. Keywords open source, sampler for resuspended particulates, collection efficiency and sampling time APPLICATION OFATTRIBUTE RECOGNITION MODELBASED ON COEFFICIENTOF ENTROPY TO UATING EUTROPHICATION OF WATER IN A LAKEWang Liqiong 69 Abstract Considering the difficulties of calculation using fuzzy synthetic uation and the relationship among uators being ignored, a new weight uation process using entropy was established. Aiming at the water quality assessment on Shanzi Reservoir, the differences of entropy and the traditional were compared in the weight calculation of uating indicators using the fuzzy mathematics. This model provides a simple and pracical for uating eutrophication of water in lakes. Keywords attribute recognition model,water quality uation, entropy and weight of uating indicator THE INITIAL STUDY ON ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT ON PAPER MAKING FACTORIES BASED UPON GISFeng Jiangfan Teng Xuewei Wu Yaodong et al 72 Abstract The ecological risk of paper making factories is the hot issue of the state and local environmental department, ecological risk assessment is one of the toolsfor helping the decision -making process. In order to analyze and uate the ecological risk in Jiangsu Province, this research used the combination of geographical ination system GISwith AHP, and the result of uation should reflect the spatial pattern of regional ecological risk. The proposed for risk assessment isone of the important s to reflect the condition of ecological risk, optimize recovery measure, and control measures. Keywords GIS, ecological risk assessment and AHP RESEARCH ON SIMULATION AND ANALOGY OF INVIRONMENTAL IMPACT ASSESSMENT ON TRANSMISSION LINEWu Gaoqiang Cheng Shenggao Wu Xiong et al 74 Abstract According to the instruction of “ Technical Code” to the simulation and analogy of environmental impact assessment on transmission line engineering, integrating the theoretical calculation of the power -frequency electromagnetic field intensity and radio interference intensity under transmission line and analyzing the factorswhich influence the value and distribution of the electromagnetic field, radio interference under transmission line, it has been summarized some experience in the selection of analogy line, which can provide a basis and reference for the selection of analogy line of other environmental assessment on electromagnetism in the future. Keywords environmental assessment, transmission line, simulation andanalogy, power -frequency electromagnetic field and radio interference IDENTIFICATION OF WEIGHTING PARAMETERS FOR WATER QUALITY FUZZY NEARNESS MODEL BY GENETIC ALGORITHMMa Tailing Chaolunbagen Gao Ruizhong et al 77 Abstract According to the principle of minimizing nearness, genetic algorithm GAis employed to optimise the weighting parameters for water quality fuzzy model. A case study is carried out and its results are compared with those from other models. The results show that fuzzy nearness based on GA to optimise the weighting parameters could get better agreement with practical water environmental quality. Keywords genetic algorithm, weighting parameters and fuzzy nearness PRACTICE OF TREATING WASTEWATER CONTAINING ARSINE Luo Guogen Xu Shiguo Weng Huili 80 Abstract It was introduced the practice of treating wastewater containing arsine using Fenton reagent oxidation and ferric salt neutralization deposition by lime, which has a certain practical value. Keywords arsine, Fenton reagent, neutralization and deposition 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 5,Oct. , 2006