DNAPP方法在植物滞留系统植物优选中的应用

植物滞留系统作为城市水环境灾害控制的最佳管理措施已引起国内外的高度关注,而其植物去除多种污染物能力的综合优选评价研究尚十分薄弱。依据试验数据及大量样本,引进投影寻踪技术、DNA优化算法,制定了植物滞留系统植物去除污染物评价标准,为植物滞留系统植物去除污染物综合评价提出了一种新的方法——DNA投影寻踪(DNAPP)方法,并给出了实施DNAPP的详细步骤。作为示例,对植物滞留系统的多种植物去除多种污染物进行了综合优选评价。结果表明:DNAPP的评价结果可靠、直观、精度高,不仅可以对植物滞留系统植物去除污染物进行综合优选评价,同时可以科学地确定评价指标的权重和对评价指标的合理性进行检验。在评价的9种植物中,狗尾草、藜、山麦冬在植物滞留系统中去污能力最好。     

基于遗传投影寻踪模型的膨胀土胀缩等级分类

由于膨胀土的胀缩特性受多种因素的综合影响,膨胀土胀缩等级分类是膨胀土处理中的一个难题。选取影响膨胀土胀缩等级分类的5个主要因素,通过在各评价等级范围内按均匀分布随机构建标准样本,结合遗传算法和投影寻踪方法,获得最佳投影方向和样本最佳投影值,利用逻辑斯谛曲线函数拟合最佳投影值与经验等级之间的非线性关系,建立了膨胀土胀缩等级分类的遗传投影寻踪模型。最后,将该模型应用到某实际工程中,分类结果与实际情况相吻合,验证了该模型的可行性和适用性,该模型可以作为一种膨胀土胀缩等级分类的新方法。     

云南省水资源-经济-社会-水生态协调度评价

为科学评价云南省2006～2016年水资源-经济-社会-水生态系统协调度水平,引入阴-阳对优化（YYPO）算法、投影寻踪（PP）和正态云模型（CM）,构建了YYPO-PP-CM水资源-经济-社会-水生态协调度评价模型。从水资源、经济、社会、水生态系统中遴选出20个指标来构建水资源-经济-社会-水生态系统协调度评价指标体系和等级标准,采用云模型正向发生器来计算各分级评价指标隶属度;选取了8个标准测试函数对YYPO算法的优化性能进行仿真验证,并与粒子群优化（PSO）算法、布谷鸟搜索（CS）算法等4种传统优化算法的性能进行对比。基于PP基本原理,利用云南省2006～2016年水资源-经济-社会-水生态指标数据构造投影寻踪优化目标函数,通过YYPO-PP给出各评价指标权重,同时,根据隶属度矩阵和权重矩阵来计算水资源-经济-社会-水生态协调度评价的分级确定度,并进行评价分析,最后将评价结果与投影寻踪法、模糊评价法的结果进行比较。结果表明：① YYPO算法的寻优精度优于PSO、CS等传统优化算法,具有较好的开发、探索平衡能力和全局极值寻优能力。② YYPO-PP-CM模型将云南省2006～2007年水资源-经济-社会-水生态协调度评价为“极不协调”,2008～2009年为“不协调”,2010年为“基本协调”,2011～2014年为“较协调”,2015～2016年为“协调”,表明近10 a来云南省水资源-经济-社会-水生态系统协调度水平持续提升。③ 评价结果与投影寻踪法、模糊评价法的评价结果基本一致。④ YYPO-PP-CM模型兼具客观性、模糊性和随机性,既能客观确定评价指标权重,反映水资源-经济-社会-水生态协调度评价分级的定性概念,又能反映隶属程度的不确定性,具有良好的应用价值。     

基于投影寻踪的湖泊富营养化程度评价模型

针对湖泊富营养化评价指标的不相容性以及现有方法对等级的分辨率较粗略等问题,基于我国湖泊富营养化评价标准构建了投影指标函数,引入粒子群算法优化投影指标函数寻求最佳投影方向,应用最佳投影方向计算投影值,从而建立了评价湖泊富营养化等级的投影寻踪模型。同时引入混沌变量解决了采用随机生成样本系列的方法确定分段函数端点值存在的困难。实例应用结果表明,基于混沌映射的投影寻踪评价模型以投影值为单指标,采用分段函数的模型形式解决了湖泊富营养化的多指标综合评价问题,且该模型对湖泊富营养化等级的分辨率较高。     

基于OBLFOA-PP-BC的围岩稳定性二维评价模型

投影寻踪是一种解决复杂围岩稳定性评价问题较为有效的不确定性分析方法,但其结果受投影方向的影响和控制。为寻求最优的投影方向向量和体现寻优过程的不确定性,探讨了寻求最佳投影方向向量的反向学习果蝇优化算法,进而利用该算法改进围岩稳定性投影寻踪评价模型。针对投影寻踪方法常出现分级阈值难以划分情形,利用实测样本的最佳投影值,通过逆向云算法构建了不同等级围岩的正态云模型,进而有效解决了阈值难以划分问题。为判定模型评价结果可靠度和评价过程模糊性,引入模糊熵E作为辅助参评量和等级评价结果L共同构成二维评价模式(L, E)。围岩稳定性评价指标多种多样且评价体系不唯一,选取2个采用不同评价指标体系的实例予以应用,并与其他方法作对比分析。结果表明,该模型应用于围岩稳定性评价有效可行,且评价结果客观准确,为围岩稳定性分级提供了新参考。     

城市防洪工程方案优选的改进投影寻踪模型

城市防洪规划方案的综合评价系统是由许多自然技术指标和社会经济指标组成的多目标决策系统,其难点是如何定量该系统中各评价准则和各评价指标的权重。为此,提出了改进型投影寻踪法(IPP)作为评价模型的具体建模过程。为充分挖掘防洪标准方案评价指标样本集的数据信息,以合理确定各评价指标的权重,提出利用信息熵权法计算相对权重的大小,并采用加速遗传算法优化投影寻踪最优综合评价模型。理论分析和实例结果说明:改进投影寻踪模型直观、可行有效,计算结果稳定、精度高。     

复合填料生物滞留设施对径流污染物去除效果

填料类型对生物滞留系统水质净化效果具有重要影响。通过生物滞留柱试验,以天然土壤、建筑砂为基本填料,以木屑堆肥、沸石和无烟煤为改良材料,研究了种植土砂土比例、种植土中添加木屑堆肥、砂滤层中单独及同时添加沸石和无烟煤等不同填料组合对径流中COD、TP、NH~+_4-N及NO~-_3-N的去除效果,并对传统砂土填料及复合填料生物滞留设施在不同进流特征下的水质处理效果进行了系统评价。结果表明:在6种填料组合中,种植土中添加木屑堆肥及砂滤层中同时添加无烟煤和沸石对各污染物的处理效果最好;在7种进流工况下,砂土填料生物滞留设施对COD、TP、NH~+_4-N、NO~-_3-N的去除率分别为70.5%～87.5%、50.0%～79.3%、84.7%～96.7%、-110.5%～23.3%,复合填料生物滞留设施的去除率分别为84.0%～93.0%、82.0%～92.0%、80.0%～94.7%、24.3%～90.4%,复合填料生物滞留设施对污染物综合处理效果明显增强,且与传统砂土填料相比,复合填料生物滞留设施受进流特征的影响相对较小。     

支持向量机在湖库营养状态识别中的应用

依据我国湖库富营养化评价标准和支持向量机（SVM）原理及方法,构建基于交叉验证（CV）的CV－SVM湖库营养状态识别模型,采用随机内插的方法在各分级标准阈值间生成训练样本和测试样本,在达到预期识别精度后将模型运用于全国24个湖库营养状态的识别,并与投影寻踪法、评价指标法和神经网络评价法的识别结果进行比较。结果表明：基于线性核函数的CV－SVM模型对于随机生成的训练样本和测试样本的正确识别率分别达到97.8％和97.3％（5次平均）,对全国24个湖库营养状态的识别结果与采用投影寻踪法、评价指标法和神经网络评价法的识别结果基本相同,模型具有泛化能力强、识别精度高、收敛速度快、不易陷入局部极值等特点。     

基于投影寻踪模型的水利工程方案优选

提出了水利工程方案优选的投影寻踪（PP）模型的新方法,利用PP模型可把方案多维评价指标值综合成一维投影值,投影值越大表示该方案优选．根据投影值的大小就可对方案集进行优选。采用实码加速遗传算法进行PP建模．简化了投影寻踪技术的实现过程,为投影寻踪技术在水利工程中的广泛应用提供了新的有力工具。应用实例结果说明,直接由样本数据驱动的PP模型用于水利工程方案优选简便可行,PP模型的投影值比较分散、易于决策,适用性和可操作性强,不需确定评价指标的权重,优选结果较为客观。     

基于投影寻踪的滨海盐碱地改良综合效应评价

为综合评价滨海盐碱地改良综合效应,从经济效益、土壤质量、生态环境3个方面建立滨海盐碱地暗管改碱效应评价指标体系。应用基于粒子群算法的投影寻踪方法,建立滨海盐碱地暗管改碱效应等级评价模型,详细介绍了该模型的构建过程。利用该模型将暗管改碱效应等级的多维分级指标综合成一维投影值,根据投影值与评价等级经验值的函数关系可对暗管改碱样本集进行合理分级,采用粒子群算法直接优化投影寻踪的投影函数和投影方向,由最佳投影方向计算评价样本所属等级。在江苏滨海盐碱地暗管改碱效应评价中的应用表明,直接由样本数据驱动的投影寻踪等级评价模型对样本的综合效应等级评价合理,模型精度较高,平均相对误差为6.3%。     

长江流域火电工业取用水定额多目标评价分析

针对单目标评价方法无法有效地评价火电工业取用水定额的优劣程度问题,基于投影寻踪法对长江流域火电工业取用水定额进行了多目标评价。首先分析了单目标评价方法对火电工业取用水定额的优劣评价结果;在此基础上开展了基于投影寻踪法的长江流域火电工业取用水定额的多目标评价研究。研究结果表明:长江下游地区的江苏华能太仓电厂三期工程的综合评分最高,而长江下游地区的江苏南通新区热电厂二期扩建工程的综合评分最低,评价结果相对合理客观。基于投影寻踪法的多目标评价相比单目标评价方法,可有效传递和辨识评价指标的信息价值,可给出长江流域火电工业取用水定额合理且客观的综合评价,推荐采用差评、合格、良好和优异4级综合指标划分法对火力发电厂取用水定额进行分级评价。     

RAGA的PPC模型在黑龙江省洪水灾害综合评价中的应用

将高维降维技术—投影寻踪分类模型(PPC)应用到洪水灾情评价方面,在黑龙江省洪水灾害损失无评价标准或评价标准不适用的情况下,模型利用改进的加速遗传算法(RAGA)优化投影方向,将多维数据指标转换到低维子空间,通过寻求最优投影方向及投影函数值来实现对洪水灾害损失各个指标的评价,避免了主观赋权的人为干扰,取得了较好效果。     

红壤区填料沙土配比对生物滞留池环境水文效应的影响

提高填料透水性能以平衡其水文调节和污染物去除性能是红壤区生物滞留池构建的关键。研究设计红壤填料中掺入不同比例的河沙以改变其透水性,比较分析其在不同的重现期降雨强度下对生物滞留池的水文调节和污染物去除效果。结果表明:同一降雨强度重现期下,地表径流处理率随着掺沙比例的增加而增加,峰值削减率随沙土配合比的增加变化不明显,峰值延迟时间随掺沙比例增加而减少;硝氮的去除率随着掺沙比例的增加而增加,但对COD的去除率则随着掺沙量的增加而下降,对氨氮和总磷的去除率影响不大;综合考虑生物滞留池的水文调节和污染物去除效果,20%红壤土与80%河沙混合是红壤区生物滞留池填料较为科学的沙土配比。     

区域水安全系统评价新方法探析

基于可持续发展理论的压力-状态-响应概念框架,探讨了区域水安全评价指标体系的建立,并改进已有的遗传投影寻踪评价方法,构造了基于多目标决策理想点法(TOPSIS)的相对贴近度概念的投影目标函数,利用蒙特卡罗方法产生的大样本数据,建立了一种适合于区域水安全系统评价的新方法(模型)——遗传投影寻踪-理想点插值模型(GPP-IPIM),并将其成功地应用于我国广东省北江下游及其三角洲地区水安全系统评价,评价结果具有直观性、合理性和通用性。对评价结果基于不确定性分析的敏感性进行分析,结果表明GPP-IPIM是一种稳定、有效的区域水安全系统评价方法,并可应用于各种水资源系统评价问题。     

鸡群优化算法-投影寻踪洪旱灾害评估模型

利用15个复杂函数对鸡群优化算法进行仿真验证,并同狼群算法、粒子群算法、鱼群算法和遗传算法进行对比。利用鸡群优化算法搜寻投影寻踪模型最佳投影方向,建立鸡群优化算法-投影寻踪洪旱灾害评估模型。以文山州1990—2013年洪旱灾害评估为例,分别选取受灾人口等5个洪灾评估指标及农作物受灾面积等4个旱灾评估指标,利用洪旱灾害投影系列均值及标准差构造洪旱灾害评估分级标准对实例进行评估。结果表明:鸡群优化算法具有较好的计算鲁棒性和全局寻优能力。将该算法用于投影寻踪模型最佳投影方向的选取,可有效提高评估精度,避免最佳投影方向寻优结果变化范围过大的缺陷。     

基于实码加速遗传算法的投影寻踪分类模型在水稻灌溉制度优化中的应用

水稻灌溉制度的优化模式及其理论分析一直是人们关注的问题。传统的水稻灌溉制度优化评价方法——模糊综合评判法与灰色评判法均存在权 重矩阵的主观赋权的人为干扰，造成评价结果的出入。作者在模糊数学理论与田间试验结合的基础上，提出了基于实码加速遗传算法(RAGA)的投影寻踪分类模型(PPC)，通过优化水稻生育阶段的状态变量指标的最佳投影方向，得到各样本的投影值，从而对各灌溉模式进行分类与评价，克服了二阶模糊综合评判法与灰色系统评价中权重赋值的人为干扰，确定出浅湿干灌溉为最佳的水稻灌溉模式。经生产实践证明，符合实际情况。该模型对处理农业灌溉系统中具有模糊性、不确定性的高维数据的综合评判、排序、寻优等方面研究提供了新的方法与思路。     

基于WPAPP模型的水土保持综合效益研究

鉴于传统的投影寻踪模型(PP)处理高维非线性数据很难达到良好的效果,引入生物群体智能算法中的狼群算法对PP模型进行优化,以提高投影寻踪模型的精准度。以生态效益和社会效益为准则层建立水土保持综合效益评价指标体系,并运用定量分析原理提出了水土保持综合效益的5类分级标准。将优化模型运用到湖北省郧西县3个时间段的水土保持综合效益研究中,分析结果与当地实际情况十分吻合,表明所建立的指标体系和优化模型比较合理,评价方法可行,不失为水土保持综合效益的研究提供了一类新的思路与方法。     

Study on bioretention for stormwater management in cold climate,Part I: Hydraulics

Simulated storm events were applied to four large bioretention columns to approximate 1.6 years of equivalent volume in Edmonton, Alberta’s typical climate. Summer, winter, and spring runoff were simulated in temperature-controlled laboratories with a range of −20 °C to +20 °C. During summer less porous bioretention media (i.e. loam soil) effectively weakened peak flows by >83% for 1:2 year events while more porous bioretention media (i.e. sandy loam soil) maintained hydraulic conductivities >9.1 cm/h. Winter operation consisted of all columns being subjected to −20 °C and then 1 °C repeatedly. Events were applied at an air temperature of 1 °C and, although frozen initially, more porous media experienced faster water breakthrough and ponding disappearance in winter indicating that hydraulic performance during intermittent warming periods in winter may be achievable. All columns’ hydraulic performance rebounded quickly in the subsequent summer. All columns successfully managed 1:2 year events in terms of infiltration rate, ponding depth and duration. Preliminary results also showed that both media have the potential to manage less frequent (1:5 and 1:10 year) events.