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基于GIS、ANN的水环境评价及评价系统构建研究

作　者: 于明洋
导　师: 张祖陆
学　校: 山东师范大学
专　业: 自然地理学
关键词: 南四湖流域水环境评价神经网络 LMBP
分类号: X824
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

南四湖位于山东省西南部与江苏省交界处,为我国十大淡水湖泊之一,整个流域共有大小河流53 条,其中主要河流有十几条,是山东省重要的水源地。随着经济建设的高速发展,水资源需求量的不断增加,流域的水资源已成为影响区域可持续发展的重要因素。目前在该地区的煤炭资源开发及水资源开发利用中已产生或潜伏着诸如由于水资源不足导致地下水位持续下降、地面沉降、水质污染日趋严重等环境问题,其中南四湖水污染问题更为突出,在老运河、城河等河流入湖口处污染更为严重,底栖动物已经绝迹,水生植物全部死亡,这些状况均对本地区能源基地的建设和区域经济可持续发展产生重大制约影响。因此,对南四湖流域进行合理、有效的水环境综合评价以供治理及决策已刻不容缓。　本论文研究为导师参与的中—俄(白俄)合作项目“山东省济宁市水资源管理决策支持系统构建”研究中的一个关键环节,笔者采用LMBP 神经网络算法对南四湖流域的水环境评价系统进行构建、对水环境进行总体评价及对比计算分析,在前人研究的基础上,运用GIS 先进技术构建一套完整的评价系统,通过GIS 的空间表达能力和分析功能,使管理层对流域水体水质总体情况及变化趋势一目了然,对于不同年份和不同的监测断面,只要通过菜单操作,即可从后台数据库中获取监测水质值,通过模型库中的模型自动计算得出评价值,并在电子地图上直接显示出来,实现了水质评价与GIS 的可视化、空间分析、自动计算等功能的无缝融合,大大提高了整个流域水质评价工作的效率,极大的方便了部门的辅助决策,使水资源与水环境管理达到一个更高的水平。　论文主要研究内容、方法及结论:　一、论文在前人对南四湖地区进行研究的基础上,根据流域污染具体情况选择适宜的水质评价指标及评价模型对研究区进行分析评价,为整个流域水质评价系统的开发提供理论依据。　二、阐述目前水质评价所采用的各种方法,以及当前水质评价所采用的数学模型,并对这些模型进行比较,明确它们的优缺点,重点阐述BP(前向传播神经网络)、LMBP

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-10
1 综述  10-14
  1.1 研究的背景、目的与意义  10
  1.2 主要研究内容与研究方法  10-11
  1.3 国内外流域传统水质评价方法研究评述  11-12
  1.4 人工神经网络(ANN)在水质评价中的应用及发展  12-13
  1.5 GIS在水质综合评价中的应用现状  13-14
2 流域概况及水环境现状  14-16
  2.1 自然地理特征  14-15
  2.2 经济与社会发展概况  15
  2.3 流域环境污染状况及管理中存在的问题  15-16
3 水质评价BP神经网络计算方法及应用  16-24
  3.1 BP神经网络基本原理  16-18
    3.1.1 BP神经网络  16-17
    3.1.2 BP神经网络的数学模型  17
    3.1.3 BP算法的实现  17-18
  3.2 BP网络的优势、缺点及改进  18-24
    3.2.1 Levenberg-Marquardt算法  19-21
    3.2.2 基于Levenberg-Marquardt最优化方法的BP算法  21-24
4 基于GIS的南四湖流域水质综合动态评价系统构建  24-40
  4.1 GIS开发简介  24-25
  4.2 系统后台数据库的组织与构建  25-35
    4.2.1 数据库技术概述  25-26
    4.2.2 空间数据库构建(包括电子地图的制作)  26-27
    4.2.3 属性数据库构建  27-32
      4.2.3.1 监测数据属性库  27-28
      4.2.3.2 水质指标库  28-30
      4.2.3.3 LMBP评价系统数据库组成  30-32
    4.2.4 水质评价样本库构建  32-35
    4.2.5 空间数据库与属性数据库的关联  35
  4.3 系统开发及功能设计  35-40
    4.3.1 软件选择及硬件配置  35
    4.3.2 功能开发  35-40
5 本系统在南四湖流域水环境管理中的应用及评价结论分析  40-63
  5.1 系统应用评价及预测  41-45
    5.1.1 模型建立  41-42
    5.1.2 维护专家样本表  42
    5.1.3 节点配置  42-43
    5.1.4 网络训练  43-44
    5.1.5 网络测试  44
    5.1.6 数据预测  44-45
  5.2 评价结果的GIS分析  45-63
    5.2.1 河流水质分析  46-56
    5.2.2 湖泊、水库水质概况  56-61
      5.2.2.1 水库  56-57
      5.2.2.2 南四湖  57-61
    5.2.3 系统的综合评价  61-63
6 结论及探讨  63-68
  6.1 系统构建研究意义及改进  63-64
  6.2 评价结论及对策  64-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
攻读学位期间发表的学术论文  72

基于GIS、ANN的水环境评价及评价系统构建研究

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