基于免疫算法的農(nóng)村土地污染物含量動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法研究

關(guān)鍵詞：免疫算法；土壤污染；污染物動(dòng)態(tài)分析；動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)；模擬預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：X826 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

土壤是一切農(nóng)業(yè)種植活動(dòng)的基礎(chǔ)，更是種植業(yè)與畜牧業(yè)存在與發(fā)展的承載物。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中使用了大量的藥物，造成了一系列的土壤污染。與此同時(shí)，農(nóng)村的日常生活中產(chǎn)生的污染水以及污染物大多數(shù)未經(jīng)處理直接排放到土地中，導(dǎo)致大量土地中的有機(jī)物以及重金屬成分超標(biāo)。土壤污染在一定程度上限制了農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，并導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中有害物質(zhì)超標(biāo)，與此同時(shí)，還會(huì)對(duì)農(nóng)村居民的身體健康帶來(lái)威脅，需要對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性預(yù)測(cè)與控制。

在過(guò)去的研究中，人們?cè)O(shè)定了多種農(nóng)村土地污染物含量預(yù)測(cè)方法，常用的有基礎(chǔ)預(yù)測(cè)方法、基于深度學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)方法等。但現(xiàn)有研究表明：該預(yù)測(cè)方法對(duì)農(nóng)村土地污染物含量預(yù)測(cè)結(jié)果精確度較低，且在不同環(huán)境下預(yù)測(cè)結(jié)果精確度差異較大，實(shí)際效果有限。同時(shí)，該預(yù)測(cè)方法得到的預(yù)測(cè)結(jié)果不具備時(shí)間特征，缺乏動(dòng)態(tài)性。因此，對(duì)此部分方法進(jìn)行了完善，提出了農(nóng)村土地污染物含量動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法，但此部分方法污染物滲透動(dòng)態(tài)模擬環(huán)節(jié)相對(duì)落后，導(dǎo)致污染物含量預(yù)測(cè)精度較低，嚴(yán)重地影響了污染治理工作決策信息的可靠性。針對(duì)此問(wèn)題，提出基于免疫算法的農(nóng)村土地污染物含量動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法，希望通過(guò)此方法改善當(dāng)前動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法在應(yīng)用中的不足，進(jìn)一步提升預(yù)測(cè)結(jié)果的科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的污染物控制。

1確定農(nóng)村土地污染物排放初始值

為保證此次研究中所得預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的真實(shí)性，在此次研究中首先對(duì)農(nóng)村土壤污染物的排放方式進(jìn)行分析，以此獲取污染物初始值。對(duì)比多種計(jì)算方式后，將土壤污染物初始值計(jì)算方式設(shè)定如下：

2農(nóng)村土地污染物含量動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法

2.1農(nóng)村土地污染物含量動(dòng)態(tài)模擬

此次研究中，選用免疫算法完成農(nóng)村土地污染物含量動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)模擬。將研究區(qū)域繪制為柵格狀，基于污染物的運(yùn)動(dòng)性，獲取污染物運(yùn)動(dòng)網(wǎng)格圖，具體網(wǎng)格圖繪制結(jié)果見(jiàn)圖1。

3動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)分析

此次研究中提出了一種基于免疫算法的農(nóng)村土地污染物含量動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法，為證實(shí)此方法具有應(yīng)用價(jià)值，構(gòu)建動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)分析環(huán)節(jié)對(duì)此方法的預(yù)測(cè)能力進(jìn)行測(cè)定。為避免此次實(shí)驗(yàn)對(duì)真實(shí)的土壤環(huán)境造成影響，采用模擬實(shí)驗(yàn)的方式完成實(shí)驗(yàn)的分析過(guò)程與操作過(guò)程。

3.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

此次研究中選用某高校設(shè)計(jì)的農(nóng)村土地污染測(cè)試系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，此系統(tǒng)采用近似垂向循環(huán)的方式，模擬土壤污染物動(dòng)態(tài)循環(huán)過(guò)程。為了更好的模擬土壤的污染物運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程，通過(guò)改變系統(tǒng)電壓值以及電機(jī)頻率對(duì)策方式，控制系統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的土壤污染物擴(kuò)散速度。與此同時(shí)，為了保證實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程更加均勻、穩(wěn)定，將此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)設(shè)定見(jiàn)表1。

根據(jù)表1中內(nèi)容構(gòu)建農(nóng)村土壤實(shí)驗(yàn)槽，并將其安置在實(shí)驗(yàn)室中。選取城市中某農(nóng)村無(wú)污染土壤運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室中，并放置在實(shí)驗(yàn)槽中，將其作為此次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。

使用文中的模擬系統(tǒng)作為土壤污染實(shí)驗(yàn)環(huán)境，與此同時(shí)選定土壤污染物測(cè)試儀獲取實(shí)驗(yàn)土壤的污染數(shù)據(jù)。

3.2實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)設(shè)定

為獲取到更加真實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在此次實(shí)驗(yàn)中通過(guò)模擬分析的方式確定文中方法的應(yīng)用效果。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要通過(guò)下述計(jì)算公式對(duì)實(shí)驗(yàn)中部分環(huán)境進(jìn)行控制。具體內(nèi)容如下：

（1）將實(shí)驗(yàn)土壤的深度設(shè)定為0.5 m，并使用某著色劑模擬土壤中污染物，此著色劑投放量計(jì)算公式設(shè)定如式（16）：

其中，c表示土壤槽寬度；u表示土壤實(shí)驗(yàn)槽深度；y表示土壤摩阻速度。使用上述因素，確定土壤的污染物擴(kuò)散能力。此次實(shí)驗(yàn)周期設(shè)定為1個(gè)月，每隔1周測(cè)定一次土壤中的污染物含量，匯總此部分?jǐn)?shù)據(jù)，備用。與此同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)槽中設(shè)定多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，將其中一個(gè)測(cè)試點(diǎn)作為污染物投放點(diǎn)，投入污染物后，繪制污染物擴(kuò)散動(dòng)態(tài)圖，具體圖像見(jiàn)圖2。

應(yīng)用上述設(shè)定內(nèi)容與土壤污染物測(cè)試儀，對(duì)實(shí)驗(yàn)槽中的污染物含量進(jìn)行采集，將其作為此次實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組。與此同時(shí)，使用文中方法、基礎(chǔ)方法以及深度學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)槽中的污染物含量進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)分析，通過(guò)對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的形式，確定不同預(yù)測(cè)方法的應(yīng)用效果。

3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.3.1污染物動(dòng)態(tài)擴(kuò)散預(yù)測(cè)結(jié)果精度分析

對(duì)上述圖像進(jìn)行分析可以看出，文中方法與其他兩種方法的污染物動(dòng)態(tài)擴(kuò)散預(yù)測(cè)結(jié)果存在較大的差異。將圖3中內(nèi)容與圖2中內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比可以確定，文中方法預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果繪制出來(lái)的動(dòng)態(tài)圖像較為一致，其他兩種方法的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果存在較大的差異性。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以確定，文中方法的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)能力優(yōu)于其他兩種方法。

3.3.2污染物含量預(yù)測(cè)結(jié)果精度分析

如表2所示，在污染物含量預(yù)測(cè)過(guò)程中，文中方法的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)污染物含量較為一致。且通過(guò)縱向?qū)Ρ瓤梢钥闯?，文中方法的預(yù)測(cè)走向與實(shí)測(cè)結(jié)果較為一致。與文中方法相比，其他兩種方法的預(yù)測(cè)結(jié)果走向與實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在差異。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：文中方法的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)能力較強(qiáng)，此方法的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果可靠性較高。

4結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)如今隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中藥物的大量使用及生活污水及污染物的排放導(dǎo)致大量土地中的有機(jī)物以及重金屬成分超標(biāo)。而目前的農(nóng)村土地污染物含量預(yù)測(cè)方法不具備時(shí)間特征，缺乏動(dòng)態(tài)性。在此背景下，此次研究中提出了一種新型土壤污染物含量動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村土地污染物含量以及污染物在土壤中的擴(kuò)散狀態(tài)的動(dòng)態(tài)模擬，并將動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果與原始土壤污染物累積預(yù)測(cè)模型結(jié)合，得到農(nóng)村土壤污染物含量動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)基礎(chǔ)模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果較為一致，方法具有有效性，可將其應(yīng)用到農(nóng)村土壤污染的控制過(guò)程中，分析污染物在土壤中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，降低土壤中污染物的含量，進(jìn)一步提升農(nóng)村土地的利用率，推動(dòng)中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。