基于人工神经网络的水质评价研究
地下水水质评价中BP人工神经网络模型的应用研究
水土保持应用技术
１ ９
实用技 术
地 下水 水质 评 价 中 Ｂ Ｐ人 工 神 经 网 络 模 型 的 应 用 研 究
邹 涛
（ 新疆下坂地水利枢纽工程建设管理局 ， 新疆喀什 ８ ４ ４ ０ ０ ０ ）
中图 分 类 号 ： Ｐ ３ ３ ４ ． ９ ２ 文献标志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３—５ ３ ６ ６ ． ２ ０ １ ７ ． Ｏ １ ． ０ ７
Ｂ Ｐ人工网络模型 。 对新疆某 区域地下 水水质 情况进行 采样 分析评 价 ， 以此 通过对样 本数据 进行人 脑神 经模 拟计
算， 从 而对数据 结果进行优化评价 。 以此提 升水质评价 结果的科 学性 。
关键 词 ： 地下水水质 ； Ｂ Ｐ人 工神 经 网络 模 型 ； 评价； 应 用
型， 将信 息运 算结 果 通过 反 向传 输 到信 息 隐含 层 及 输 出层 ， 系 统模型 沿 网络结构 连接通 路 ， 对 系统相 关 采 样数 据进 行逐层 反 向运 算修 正 ， 以此 科学 输 出各 层 连接 权值 。 当各 个训 练模式 都与 预期运行 要求 一
和模型化处理 ， 以此提升 当地地下水水质评价结果 的科 学性 。
致时 ， 结束修正 ， 再次输 出数据运算结果 。
２ 地 下水 水 质 评 价 中 Ｂ Ｐ人 工 神 经 网 １ 地下水 水质评价 中 Ｂ Ｐ人工 神经 网 络模 型 的实 施 流 程 络模 型 简介 基于 Ｂ Ｐ神 经 网络 模 型 ， 对地 下 水 水 质 进 行 分
在现 阶段 我 国地 下 水 水 质评 价 过 程 中 ， 经 常采 用 的一种 数 据 分 析 模 型 就 是 Ｂ Ｐ人 工 神 经 网 络 模
人工神经网络对清水河水质评价
人工神经网络对清水河水质评价摘要：为了解清水河水质变化趋势和水环境变化系统的规律，建立水质神经网络模型。
选取PH值、高锰酸盐指数、溶解氧、生化需氧量、氨氮和总磷六项指标为学习样本参数，运用L-M优化算法对神经网络优化计算，对清水河2014-2015年监测断面水质指标进行训练。
结果表明：神经网络具有很强的非线性映射能力和柔性网络结构，实际监测值与预测值误差较小，有良好的可行性和有效性。
关键词：清水河；BP神经网络；L-M优化算法；预测近年来全国约有1／3的水功能区氨氮、化学需氧量超过其纳污能力，污染物入河量约为其纳污能力的5倍，造成水体环境不断恶化。
影响到城市生活饮用水和集中供水的安全，对生态环境破坏、水环境生态功能退化等方面造成影响，水环境问题已成为制约我国经济可持续发展的重要瓶颈。
因此加强水资源的综合利用，防治水污染，对水环境进行综合治理势在必行[1]。
由于影响河流水质因素较多，受自然因素、污染物排放、水体自身特性等因素影响，且各个因素之间呈现复杂的非线性关系，水环境系统呈现很强的随机性、非线性及非确定性特征，目前基于数学表达式的水质预测模型均是近似模型，不能完全反应水环境系统的非线性关系，限制了传统水质数学模型的适用性和准确性[2]。
由于神经网络模仿人的大脑，采用自适应算法，与传统的数值计算方法比较，具有较强的容错能力、自学习、自组织功能、归纳能力、分布存储、联想记忆、大规模处理和并行处理信息的特点，人工神经网络借助神经系统的特点可以很好的解决非线性及费确定性等问题[3]，在求解实际问题中，神经网络对问题的结构要求较低，不必对变量之间的关系作出假设，预测精度高、参数自动修正等有点，人工神经网络模型已广泛应用于水质预测。
1 神经网络结构及原理人工神经网络方法是建立在现代神经科学研究成果基础上的一种抽象数学模型，反映了大脑功能的若干基本特征，是对人脑或神经网络的简化、抽象和模拟。
目前人工神经网络有数十种[4]，较典型的有BP网络、Hopfield网络等，应用较多的是具有非线性传递函数神经元构成的前馈网络中采用前馈网络中误差反向传播算法的前馈网络。
基于人工神经网络的黄河水质评价
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄｉ ｎｇ ｔ ｏ ａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ １ ｎ ｅ ｕ ｒ ａ １ ｎ ｅ ｔ ｗｏｒ ｋ ｔ ｈ ｅ ｏｒ ｙ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ，ａ ＢＰ ａ ｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ ｎ ｅ ｕ ｒ ａ ｌ ｎ ｅ ｔ ｗｏｒ ｋ ｍｏ ｄ ｅ １ ｆ ｏ ｒ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎ ｔ ｗａ ｓ ｂｕ ｉ ｌ ｔ ． Ｔｈｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｎｏ ｒ ｍａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ＲＡＮＤ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｅ ｎ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｒ ａ ｉ ｎｉ ｎｇ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｋ ｅ ｅ ｐ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｆ ｕ ｌ ｌ ｌ ｅ ａ ｒ ｎｉ ｎｇ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｂ Ｐ ｎ ｅ ｕ ｒ ａ ｌ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｎｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎｔ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｐ ｏ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ｕｄ ｙ ，ａ ｓ ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｔ ｏ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｃ ｅ ，ｍｏ ｒ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ，ｂ ｏ ｔ ｈ ｉ ｔ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ
基于神经网络的污水处理水质预测研究
１．２人工神经网络在水质预测模型上的研究进展
人工神经网络属于黑箱模型，它可以实现ｎ维空间到ｍ维空间的有高度 非线性映射，通过对训练样本的学习将研究系统的特征记忆存储到网络权值 中，可实现对系统的精确模拟１１ ５１。人工神经网络模型的学习具有自组织、自适 应、容错性等特征［１６】，当常规方法解决不了或效果不佳时，运用人工神经网络 可以取得满意的结果。尤其是对问题的机理不太了解或不能用数学模型表示的 系统，运用人工神经网络可以对非线性的复杂动力学系统进行模型预测，其数 值稳定性和精确度较确定性的机理模型有大幅度提高。因此可以利用人工神经 网络学习污水厂已有的进水水质、运行参数及出水情况，建立起进水水质、运 行参数与出水水质之间的函数关系，达到运用进水水质、运行参数对污水处理 厂出水水质的有效预测，从而实现污水处理厂在线实时控制。 人工神经网络理论的发展历史是不平衡的。自１９４３年心理学家ＭｃＣｕｌｌｏｃｈ 与数学家Ｐｉｔｔｓ提出神经元生物学模型以来［１７１，至今已经有５０多年发展历史了。 特别是８０年代以来由于计算机技术的快速发展，人工神经网络系统理论的研 究发展迅速。进行９０年代以来，人工神经网络被广大科技工作者接受，并运
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尽管国际水协的活性污泥数学模型ＡＳＭ系列已经取得了很大的进展，但 在实际应用中，ＡＳＭ系列模型由于涉及的反应过程和参数过多，许多参数缺 乏成熟的测定方法，模型的实际运用效果并不十分理想。由于工业废水处理厂 进水水质的非确定性和非线性性，使得传统的水质预测方法存在局限性。要想 客观反映水质的真实状况或接近实际的情况，就必然涉及到进水水质变化的复 杂且非线性过程。同时，污水处理水质预测本身就是一个动念的概念。因此， 用非线・眭科学的新理论与新方法来研究水质预测是科学发展的必然。人工神经 网络是近２０年来迅速发展起来的一门非线性科学，它在水质预测方面的应用 研究中『Ｆ显现出强大的生命力。
基于人工神经网络的水质监测与评估研究
基于人工神经网络的水质监测与评估研究水资源的保护与高质量的利用对于人类社会的可持续发展至关重要，而水质监测和评估则是保障水资源安全的重要手段之一。
目前，随着科技的进步和数据技术的发展，人工神经网络技术已经被广泛应用于水质监测和评估领域。
本文就基于人工神经网络的水质监测与评估进行研究分析。
一、水质监测的概述水资源是人类社会发展必不可少的资源之一，而水质则直接影响着人类的健康和生活质量。
因此，对于水质的监测与评估至关重要。
水质监测是初步判断水体污染程度的重要手段，而评估则更加复杂，需要结合水体背景、污染源及受污染物种类、特点等因素进行判断。
水质监测和评估主要指的是对水的化学成分、物理学参数、生物学指标等进行监测和评估，以便了解水的质量和健康度。
目前，水质监测和评估的手段主要包括化学测定、生物学指标和物理学参数分析等方法。
然而这些传统方法可能面临着误差较大的问题和需要耗费大量时间和资源的缺点。
二、人工神经网络技术在水质监测与评估中的应用随着现代信息技术的高速发展，基于人工智能的技术应用也得到了进一步提升，人工神经网络技术应运而生。
人工神经网络技术通过模拟神经元和学习算法，创造出类似于人脑处理信息的效果。
而传统的方法所存在的问题，利用人工神经网络技术能够进行有效的解决。
人工神经网络技术在水质监测与评估的应用主要包括以下几个方面：1. 预测模型的构建基于人工神经网络的水质监测与评估的应用方法之一是通过构建预测模型进行水质评估。
传统的水质评估方法的重心在于数据分析，而人工神经网络的方法则着眼于预测模型的构建。
当水体监测数据可靠并确切之后，通过神经网络训练和学习可以构建出预测模型，从而进行水质评估工作。
而基于预测模型的水质监测和评估方法不仅具有高精度而且可以显著节省数据分析和处理的时间和资源。
2. 污染物的识别人工神经网络技术可以有效的对水体根据监测数据中的污染物进行自动识别，进而判断水体是否出现了相关污染物的污染。
基于人工神经网络的水质检测方法研究
基于人工神经网络的水质检测方法研究近年来，物联网技术的普及与发展，以及人工智能的快速发展，为水源及其水质监测带来了新的机遇与挑战。
传统的水质检测方法在很多方面都存在一些局限性，比如成本高、检测效率低、检测数据不够精确等问题。
随着人工神经网络技术的出现，基于人工神经网络的水质检测方法成为了一个新的研究领域。
本文将从该领域的研究现状、应用前景和未来发展方向等方面进行探讨。
一、基于人工神经网络的水质检测方法研究现状1、研究背景众所周知，水资源是人类生存和发展的基础，而水质则是保证人类健康和经济发展的重要保障。
目前，在我国的水资源保护和水环境治理中，水质检测是不可或缺的手段。
但传统的水质检测方法存在许多弊端，如检测效率低、检测项繁多、样品采集、提取和分析等工作量大等问题，所以需要新的方法来优化水质检测。
2、研究进展基于人工神经网络的水质检测方法已经得到了广泛的研究和应用。
如何应用人工神经网络模型对水质数据进行建模、分析和预测，是该领域的研究重点。
3、研究挑战在运用人工神经网络进行水质检测的过程中，还存在一些挑战。
如样本数据的获取、模型精度的提升、模型的推广和应用等。
二、基于人工神经网络的水质检测方法的应用前景自从应用人工神经网络技术进行水质检测以来，其逐渐普及，应用价值逐渐显现。
经过多年的研究和实践，基于人工神经网络的水质检测方法已经得到了广泛的应用和推广。
具体可分为以下几个方面：1、水质监测的自动化和智能化程度不断提高传统的水质监测方法通常需要手动采集和分析数据，费时费力。
现在，应用人工神经网络技术就可以自动化地对水质数据进行处理和分析，从而提高了水质监测的效率和准确性。
2、预测水质状况基于人工神经网络的水质检测方法可以通过对历史数据和实时数据进行分析，预测未来的水质状况，以便采取相应的措施加以处理和控制。
3、优化水质控制措施在人工神经网络模型的帮助下，可以更加精确地对水质进行分析和评估，准确地判断水的污染情况，从而优化水质控制措施，提高水环境的整体质量。
应用人工神经网络对河流水质预测的研究
应用人工神经网络对河流水质预测的研究摘要：河流水体作为淡水资源的重要组成部分，与人类的生活密切相关。
目前我国大部分河流都有长期的水文、水质监测资料。
在河流水体中，存在着复杂的物理、化学和生物的变化，以及贯穿其中的能量循环和物质循环。
本论文试图应用人工神经网络，来研究河流的水质参数之间随着季节变化的规律。
输入层有3个神经元，分别是月份、生化需氧量BOD和化学需氧量COD；输出层为河水的溶解氧DO。
通过验证，证明该模型可以在允许的误差范围内模拟月份、BOD、和COD与DO之间的非线性关系。
为河流水质的预测、建立河流水质数学模型时对数据的补充和修正提供新的思路和工具。
关键词河流，人工神经网络，水质，DO，BOD,COD1.前言河流水体作为淡水资源的重要组成部分，与人类的生活密切相关。
目前我国大部分河流都有长期的水文、水质监测资料。
但是部分河段和部分指标测量的频率还是比较低。
在河流水体中，存在着复杂的物理、化学和生物的变化，以及贯穿其中的能量循环和物质循环。
这些变化和循环使得河流的各个水质指标之间存在着非线性的、复杂的联系。
而随着季节的变化，河流的水位及水质也进行着复杂的变化。
神经网络是一种非常适合解决复杂的非线性响应关系的数学模型。
它可以用在分类、聚类、预测等方面，通过历史数据对神经网络进行训练，网络可以学习到数据中隐含的非线性映射关系。
本文试图应用人工神经网络，来研究河流的水质参数之间随着季节变化的规律，从而为河流水质的预测、建立河流水质数学模型时对数据的补充和修正提供新的思路和工具。
2.研究区域以及参数选择选择白龙江的某河段作为研究对象。
神经网络的输出层神经元选择参数为河水的溶解氧DO。
输入层神经元选择三个参数，一个是时间方面的参数月份；两个是水质参数：生化需氧量BOD5和化学需氧量COD。
3. 人工神经网络的结构图1为人工神经网络DO模型的结构图。
输入层有3个神经元，分别对应月份、BOD5和COD。
基于改进BP人工神经网络在地下水水质现状评价中的应用
［ 键 词 ］ 吉 林 市 ；地 下水 水 质 评 价 ；神 经 网络 ；综 合 指 数 法 关 ［ 中图 分 类 号］ ＴＰ ８ ． ：Ｐ ３９１ ３２ １
［ 献标 识 码 ］ Ｂ 文
型 ，是一种 用于前 向多层神 经 网络的反 向传播学
习 算 法 ， 由 Ｄ Ｒｕ ｌａ ． ｍｅｈ ｔ和 Ｍｅ ｌｌ ｎ 于 １ ８ Ｃ ｅｌ ｄ ａ ９５ 年 提 出 ，它 可 以对 组 成 前 向 多 层 网 络 的 各 人 工 神 吉林市 是全 国 ３ ２个 特 大 城 市 之 一 ， 随 着 城 市 人 口密 度 的 加 大 、城 市 的 建 设 和 国 民经 济 的 发 展 ，需 水 量 与 日俱 增 ， 废 水 、废 渣 排 放 量 逐 年 增
维普资讯
吉林水 利
基于改进 Ｂ Ｐ人工神 经 网络在 地下水 水质 现状评 价 中的应 用 张 文 范等
２０ ０ ８年 ９月
并 根据反 向传播 法来产 生新 的权值 变化 。带有 附 加 动量 因子 的权 值调节 公式 为 ：
△ ＃ （ 走＋ １ 一 （ 一 ｍｃ ） １ ）
经元 之间 的连接权值 进行不 断修 改 ，从 而使该前
向多 层 网络 能 够 将 输 入 它 的 信 息 变换 成 所 期 望 的
输 出信息 。典型 的神 经 网络 包 含 了 一个 输 入层 ，
一
加 ，水 资源供需 矛盾和 地下 水环境 污染 问题 日益
突 出 。地 下 水 的 污 染 具 有 比 地 表 水 更 为 特 殊 的 性 质 ［ ，主 要 表 现 在 ：隐 蔽 性 、难 以逆 转 性 、 复 杂 １ ｊ
张文 范 ，张 伟
１０２） ０６ ３ （． Ｉ 吉林省水文水资源局 ．吉林 长春 １０２ ；（． ３０２ ２ 吉林 大学 环境与资源学院，吉林 长春
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基于人工神经网络的水质评价研究引言
水是人们生产和生活所必需的。
其质量对于环境与人类的健康
至关重要。
因此，水质评价工作对于水资源的保护和环境的维护
至关重要。
目前传统的水质评价方法需要工程师通过手动收集和
分析样本，并进行繁杂的数学计算。
这种方法效率低下且容易产
生误差。
基于人工神经网络的水质评价研究是在现有技术基础上
的一次重要尝试。
人工神经网络简介
人工神经网络是一类由具有可调节参数的非线性单元组成的连
接网络。
其结构可以模拟大脑神经元之间的相互关系。
人工神经
网络的训练过程类似于大脑的学习过程，其能够自适应地提取关
键特征并进行分类，预测和识别。
水质指标分析
水质的指标是评价水质的主要依据，包括溶解氧、温度、pH 值、浑浊度、氨氮、总有机碳等。
这些指标也称为水质影响因子，可以通过废水和水体监测以及人工取样分析得到。
在水质评价研
究中，这些指标是最重要的参数。
神经网络模型建立
在建立模型之前，需要将数据集分为训练集和测试集。
训练集
是用于训练神经网络的数据集，而测试集是用于评估模型的性能。
先将数据集进行归一化，消除指标之间的差异，使得指标对于整
体数据的总体分布有更好的理解。
可以采用MinMax归一化法对
数据集进行归一化。
将归一化后的数据集输入到神经网络中。
通过不断迭代运算，
使得神经网络逐渐接近所期望的输出结果。
神经网络的训练过程
是自适应的，根据实际情况进行调整。
在训练结束之后，将测试
数据集输入到神经网络，并通过预测值与实际值的比较来评估模
型的性能。
结果与分析
在实际生产中，通过对水质指标进行实时监测，可以获得大量
的水质数据。
通过将这些数据输入到基于人工神经网络的水质评
价模型中，可以高效地评价水质。
在实验中，选择了溶解氧和pH
值作为输入参数，并设计2层的BP神经网络，并进行了相关的训练。
通过测试，模型的平均误差为0.032，预测精度达到98.6%。
可见，基于人工神经网络的水质评价方法具有全面性和高精度性，
使得水质评价过程可以自动化、快速、高效，并且可以适应多种
复杂的环境条件。
结论
水质评价是一个非常重要的保护和管理水资源的手段。
在基于
人工神经网络的水质评价研究中，得出了一种低误差的分析方法。
通过在废水和环境中监测水质指标，并将其输入到神经网络模型中，得出了高精度的水质评价结果。
因此，基于人工神经网络的
水质评价是一项非常有前景的研究，将有助于自动化、快速、准
确地评估水质。
参考文献
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