基于T—S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡花溪河流域水質評價

楊秀忠

摘要：本文選用T-S模型的模糊神經(jīng)系統(tǒng)進行水質評價，利用該模式能夠運用簡單的一元函數(shù)的復合來實現(xiàn)復雜的多元函數(shù)的優(yōu)勢，分析處理花溪河6個斷面6項水質指標數(shù)據(jù)。為了更好的體現(xiàn)T-S模型的優(yōu)勢，本文同步利用單因子評價法，綜合污染指數(shù)法對水質進行評價，橫向對比三者的特點。其結果證明了T-S模型在水質評價中具有強大的優(yōu)勢，操作相對簡單，克服了人的主觀性，可以進行深入研究，并運用到生產(chǎn)實際。此次水環(huán)境評價結果可以為花溪河流域水環(huán)境的保護與防治提供依據(jù)。

關鍵詞：花溪河流域，T-S模型，水質評價。

引言：從新的地域范圍講，花溪河流域分屬花溪區(qū)和貴安新區(qū)。自2013年以來，花溪區(qū)響應國發(fā)2號文件的號召，對各項投資優(yōu)惠政策進行深化，贏得了國內外投資者的青睞，提出建成花溪旅游文化創(chuàng)新區(qū)。近年來在花溪區(qū)極力打造“大花溪，大花園，大溪流”的良好格局，以建設成“山清水秀”的魅力城市為目標。貴安新區(qū)工程性缺水十分嚴重，對花溪河流域依賴很大，在區(qū)政府工作會議上，也把把生態(tài)文明建設放在首位，因此花溪河的建設和保護不容忽視，而且花溪河作為國家飲用水保護功能區(qū)Ⅰ類區(qū)，地位極其特殊。所以必須注重花溪河流域生態(tài)環(huán)境的建設，響應國家提出的“水十條”等相關內容，確保水功能區(qū)納污紅線的開展，促進經(jīng)濟又好又快發(fā)展。本文在此時代背景下，實現(xiàn)了T-S模糊神經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡對花溪河流域的水環(huán)境評價，其結果可以為花溪河流域水資源量的開發(fā)與利用，水環(huán)境的防范與保護提供依據(jù)。

一.T-S模型的理論基礎

T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡采是取神經(jīng)網(wǎng)絡技術進行模糊信息處理，使模糊規(guī)則自動提取及自動生成模糊隸屬函數(shù)成為可能，成功構建自適應模糊系統(tǒng)。它能夠不斷完善模糊子集的隸屬關系，還能自動完成更新。T-S模糊神經(jīng)系統(tǒng)語句的變現(xiàn)形式為 “if-then”。

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡由四層組成，分別是輸入層、模糊化層、模糊規(guī)則計算層和輸出層，輸入層與輸入向量之間由變量xi 連接，輸入向量與節(jié)點數(shù)的維數(shù)相同。模糊化層采用隸屬度函數(shù)公式對輸入值模糊化處理計算得到模糊隸屬度值 μ。模糊規(guī)則計算層運用模糊連乘公式進行計算，得到w。輸出層運用公式對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的輸出進行計算。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的學習算法主要包括誤差計算，系數(shù)修正，參數(shù)修正等三部分組成。

二.T—S模型的建立

（1）網(wǎng)絡初始化

根據(jù)輸入，輸出數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡結構進行確定，首先初始化模糊神經(jīng)網(wǎng)絡隸屬度系數(shù)和參數(shù)，訓練數(shù)據(jù)作歸一化處理，直接調用matlab8.1工具箱中的mapminmax函數(shù)對數(shù)據(jù)進行歸一化處理，使歸一化的數(shù)據(jù)值的范圍都在[0～1]之間，而且不失去原來的數(shù)量關系。

（2）用訓練樣本進行模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練

在matlab中主要包括：數(shù)據(jù)的導入，輸入?yún)?shù)模糊化，模糊隸屬度計算，隸屬度參數(shù)計算，系數(shù)p，b，c修正值的計算。

（3）利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡評價水質

使用訓練好的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡進行花溪河各監(jiān)測斷面水質進行評價，根據(jù)網(wǎng)絡預測值對水質等級進行劃分。matlab具體流程包括：導入數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)歸一化，網(wǎng)絡預測，輸入?yún)?shù)模糊化，計算輸出，網(wǎng)絡預測值及反歸一化，最后確定水質等級。

（4）結果分析

利用訓練好的T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡模型對花溪河各個斷面水質監(jiān)測資料進行評價。

三.水質評價對比分析

研究區(qū)內污染源主要為生活污染，廢棄煤礦污染。本次共選用以下6組水質因子進行單因子評價分析，分別為氨氮、溶解氧、COD、高錳酸鹽指數(shù)、總磷和總氮等。共設置了6個水質監(jiān)測斷面，分別為上車田河入車田湖前47m斷面，下車田河匯入花溪水庫前100m斷面，干河匯入松柏山水庫前100斷面，凱倫河上游金家寨斷面，凱倫河匯入松柏山庫口前100m斷面，養(yǎng)牛大溝匯入花溪河前10m斷面，分別以W1？W6代替，下表分別為三種方法對布設斷面的評價結果。

4.結論

通過表1的評價結果對比可以看出，三種方法在水質評價中都有自己的優(yōu)勢和不足，接下來逐一進行詳細分析。

單因子評價法：計算簡單，評價直觀，直觀體現(xiàn)評價標準與水質狀況的關系，指出問題所在，可以針對性的做出改善措施，不過本次所測試驗，總氮的含量過高，而單因子評價以水質最差的一項指標所屬類別確定水體水質類別，無法反應水環(huán)境質量的綜合狀況，表所示，每個斷面都屬于劣Ⅴ類。

綜合污染指數(shù)法：在單因子指數(shù)法基礎上，考慮多種因子對河段水質的作用，通過水質標準進行對比得出結果，計算同樣方便，評價結果較單因子評價法全面，不過權重的賦值存在主觀性，對實際結果會產(chǎn)生一定的影響，而且綜合污染指數(shù)法只能夠直觀判斷評價區(qū)是否達到功能區(qū)水質要求，不能進行綜合水質類別判斷，存在一定的局限性。

T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡法：本方法消除了主觀因素的影響，水質評價結果更加全面，客觀。對比三種方法，我們能夠發(fā)現(xiàn)，T-S模糊神經(jīng)法滿足綜合污染指數(shù)法得到的評價結果，并在此基礎上使結果更加精準，克服了綜合污染指數(shù)法不能進行綜合水質判別的缺點，T-S神經(jīng)網(wǎng)絡操作簡單，網(wǎng)絡結構可以隨著指標的改變而自行調整。而且將模糊理論與神經(jīng)網(wǎng)絡復合，訓練的時間大大減少，網(wǎng)絡的泛化能力比較強，可以在實際工作中加以利用。

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