国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

                            關鍵詞：大氣環境質量評價；軟測量；神經網絡；倍斜率聚類法；等效數值法

    余丙榮（1971－）
男，安徽宿松人，工學學士、安徽大學電子與通信工程碩士生，研究方向為電力電子、控制理論。

1   引言

    目前，環境污染已經成為了一個嚴峻的問題，特別是城市、工業區，環境污染甚是嚴重。大氣污染也是環境污染問題的重要部分，現在幾乎每個城市每天都要向環境部門報告其空氣污染情況和空氣污染指數，以確定該城市的工業生產和環境治理力度是否合格。所以對空氣環境的質量評價即空氣污染指數的計算是不可缺少的部分，不僅要求準確，而且還要快速。近年來，在環境質量綜合評價方面已提出了很多評價模型，各有各的優缺點。本文將用神經網絡的方法來對空氣環境質量作評價，通過應用于大氣環境質量評價的具體實例來與兩個經典評價模型倍斜率聚類法、等效數值法作比較并分析其評價的結果。

2   軟測量方法概述

    軟測量技術是通過選擇一些容易測量且有關的變量（輔助變量），構造一個與輸出建立聯系的數學模型，且用計算機軟件實現估計出輸出變量（主導變量）的方法。建立軟測量的方法有很多，在經驗建模法中，介紹一下人工智能的方法——人工神經網絡。

圖1    徑向基神經網絡結構

    2.1   RBF神經網絡模型

    RBF神經網絡也叫徑向基神經網絡，它是一種局部逼近的神經網絡。其結構由三層組成：輸入層、隱含層和輸出層，如圖1所示，隱含層第i個節點的輸出表示為：

             (1)

    式中,u_i是第個i節點的輸出，是第i個節點的標準化常數，q是隱含層的節點數，x=(x₁,x₂,...,x_M)^T是樣本輸入；Ci是第i個節點高斯函數的中心向量，此向量是一個與輸入樣本x的維數相同的列向量，即C_i=(C_i1,C_i2,...,C_iM^)T 由式（1）可知，節點的輸出范圍在0和1之間，且輸入樣本越靠近節點中心，輸出值愈大。當x=Ci時, U_i=1。

    從隱含層到輸出層即U_i(x)→y_k為線性映射，表示式為：
            (2)

    式中，u_i是隱含層第i個節點的輸出；y_k是輸出層第k個節點的輸出；w_ki是隱含層到輸出層的加權系數；θ_k是輸出層的閾值；q是隱含層節點數。

    2.2   RBF神經網絡學習過程

    設訓練樣本有Ｎ個，則系統的總誤差表示式為：
              (3)

    式中，N為模式樣本對數；L為網絡輸出節點數；表示在樣本p的作用下的第k個神經元的期望輸出；表示在樣本p的作用下的第k個神經元的實際輸出。

    其學習過程分為兩個階段：無教師學習階段和有教師學習階段。

    2.2.1 無教師學習階段

    可以通過k-均值聚類算法來對所有樣本輸入進行聚類，求得各隱含層節點的RBF的中心向量，其算法如下：

    （1）給定各隱節點初始中心向量C_i(0)和判定停止計算的；

    （2）計算歐式距離，并求最小距離節點；

             (4)

    式中，k為樣本序號，r為中心向量C_i(k-1)與輸入樣本x(k)距離最近的隱節點序號；

    （3）調整中心向量

           (5)

    式中，是學習速率。為取整運算。每經過q個樣本之后，調小一次學習速率，逐漸減至零。

    （4）判斷聚類質量

           (6)

    對于全部樣本反復進行以上運算，直到以上條件或聚類結束。

    2.2.2 有教師學習階段

    當Ci確定以后，求隱含層至輸出層之間的權值W_ki(k=1,2,...,L；i=1,2,...,q)就成了線性優化問題，其權值的學習算法為：

           (7)

    式中，，u_i(x)為高斯函數；為學習速率，且0< <1；t_k和y_k分別表示第k個輸出分量的期望值和實際值。由于向量u只要少量幾個元素為1，故需要調整量少，學習速度比較快。

3   軟測量技術在大氣環境質量評價上的應用

    表1和表2為國家大氣環境質量分級標準（GB3095-1996）以及本文要用到的分級標準濃度限值。

    表1    大氣環境質量分級標準 (mg/m3)
   

參考文獻：

    [1] 李澤應，曹菁菁等. RBF 神經網絡及其在水質評價中的應用.兵工自動化，2006.7.

    [2] 阮沈勇，王永利. MATLAB程序設計.北京：電子工業出版社，2004.1.

    [3] 李國勇.智能控制及其MATLAB實現.北京：電子工業出版社，2005.5.

    [4] 喬敬萍.幾種環境質量評價方法的應用.山西大學學報(自然科學版)，2004.