基于改進的遺傳算法的土壤電阻率檢測系統(tǒng)的開發(fā)研究

曲阜師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心 高 慧

日照市人民醫(yī)院計算機網(wǎng)絡(luò)中心 劉 濤

針對固體廢物填埋場網(wǎng)狀電阻率檢測模型，本文設(shè)計了一套完整的軟、硬件模型。利用Socket通信，控制數(shù)據(jù)采集盒EM9336BD進行AD采樣，實現(xiàn)了戶管理權(quán)限設(shè)置，定時采樣，手動采樣，數(shù)據(jù)管理，記錄查詢等功能。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和建模之后，經(jīng)過牛頓迭代改進的遺傳算法進行處理，利用COM技術(shù)實現(xiàn)matlab和C#的混合編程，實現(xiàn)了滲漏位置的精準(zhǔn)定位和顯示。

固體廢物填埋場網(wǎng)狀電阻率檢測模型是在研究偶極子滲漏檢測法的基礎(chǔ)之上研究得到的新型檢測方法，利用不銹鋼作為檢測電極，在HDPR膜下鋪成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并對其供電采樣，得到實時的土壤接觸電阻數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和處理，實現(xiàn)了滲漏的實時監(jiān)控。

1.檢測原理

每次采樣控制水平繼電器和豎直繼電器閉合，形成供電回路，獲得一個等效土壤接觸電阻阻值，后續(xù)利用有限元劃分法對場地劃分成5乘9的均勻區(qū)域，以便更精準(zhǔn)的定位滲漏。詳見參考文獻2。

2.硬件系統(tǒng)

本文研發(fā)的數(shù)據(jù)采集箱，包含兩個供電電源，對箱子內(nèi)部和場外線路進行供電，兩個繼電器板，一個CPU保護隔離運放，以及核心CPU。后面板有電源指示燈，外部供電口，外接電源口，開關(guān)，網(wǎng)口。

3.軟件系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)簡介

以MicrosoftVisualStudio2010為開發(fā)平臺，C#作為編程語言，SQLSEVER2008作為數(shù)據(jù)管理軟件，主要實現(xiàn)的功能有：數(shù)據(jù)采集，手動采樣和定時采樣；數(shù)據(jù)存儲，采樣數(shù)據(jù)和采集日志自動保存；數(shù)據(jù)處理；查詢功能，用戶可根據(jù)需要查詢?nèi)我鈺r間的數(shù)據(jù)和場地情況。

3.2 COM技術(shù)

本技術(shù)主要實現(xiàn)了matlab和C#的混合編程使得數(shù)據(jù)變成可視化界面。主要步驟為：

a.生成COM組件。編寫matlab的M文件來對數(shù)據(jù)進行成圖。把matlab函數(shù)轉(zhuǎn)變成.net的編譯庫，并添加m文件，生成.dll文件。

b.在vs2010中調(diào)用COM組件。在C#.NET應(yīng)用程序中添加引用.dll文件，使用COM組件，把matlab窗口嵌入到vs的winform中。

4.滲漏檢測算法

本文利用主要算法分為前期采樣的快速離散傅里葉變換算法，建模中使用的有限元算法以及最后數(shù)據(jù)處理的改進的遺傳算法。

遺傳算法（geneticalgorithm，GA）是一種進化算法，把參數(shù)進行編碼，利用迭代的方式進行選擇、交叉和變異等運算，最終生成符合優(yōu)化目標(biāo)的解。其優(yōu)點是全局優(yōu)化，適應(yīng)性強，缺點是收斂速度慢，精確度差，局部搜索能力不足。牛頓迭代算法優(yōu)點是收斂速度快，局部搜索能力強，缺點是容易陷入局部最優(yōu)，將二者取長補短，作為本系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)處理算法，具體步驟如圖1所示。

圖1 改進的遺傳算法

5.系統(tǒng)實驗和數(shù)據(jù)分析

為了驗證該系統(tǒng)的可用性，本文進行了大量的實驗，為了不破壞試驗場地，本文利用底部有小漏洞的水桶，緩慢進行灌清水實驗來模擬滲漏，相應(yīng)在實際場地中，填埋場的滲漏液將富含大量離子，敏感度會變得更強。

本文均勻選取了三個時刻的電阻值來進行數(shù)據(jù)分析。把采樣值轉(zhuǎn)變?yōu)槿齻€時刻的土壤接觸電阻率，再利用變化率的思想，求出兩時刻相當(dāng)于時刻1的土壤接觸電阻變化率，如圖2所示。經(jīng)過分析可以判斷出漏點坐標(biāo)為（4，6），和實際情況相符合。

圖2 兩時刻土壤變化率