基于MATAB的BP网络预测膜孔直径对膜孔交汇入渗的影响.doc

《基于MATAB的BP网络预测膜孔直径对膜孔交汇入渗的影响.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于MATLAB的BP网络预测膜孔直径对膜孔交汇入渗的影响作者：李发文，张行南，费良军搞要：在研究膜孔直径对膜孔单向文汇入渗的影响时，引入人工神经网络BP理论，并用MATLAB编程。在不同的膜孔直径下进行膜孔文汇入渗试验，观测各膜孔直径下单位面积上的入渗量随时间变化；并提出了各膜孔直径下入渗量和入渗时间之间的关系。根据试验，以相等的时间间隔收集训练样本，建立BP网络模型，并对模型进行检验，结果良好。该研究成果可为进一步研究膜孔交汇入渗规律和膜孔灌技术提供参考。0引言膜孔灌溉是利用地膜输水，通过作物孔和专用

2、酒水孔人渗进行灌溉的一种节水型地面灌溉新技术E1?。膜孔酒人渗为充分供水条件下的空间三维人渗，它不同于滴酒条件下的非充分供水点源人渗。根据农业地膜栽培和种植规格，膜孔人渗可以分为两大类型：第一种为作物的行距和株距都有很大的膜孔自由人渗；第二种为作物的间距比较密的情况下，膜孔人渗后不久就发生交汇干扰作用，称之为膜孔交汇人渗。膜孔交汇人渗比膜孔自由人渗复杂得多，目前国内外对膜孔交汇人渗的研究很少L2—s3，而膜孔交汇人渗是膜孔酒技术研究的基础。因此，开展膜孔交汇人渗特性研究具有重要的理论价值和生产实际意义。膜

3、孔直径大小直接关系到膜孔酒的人渗量，要得到不同膜孔直径下的人渗量需要做大量的试验，而且为满足试验条件也要不断的调整试验设备，费工费时，因此不可能采用太多的膜孔直径进行试验。而BP网络作为模拟生物神经元、高度并联的网络，具有自学习、自组织、自适应的智能功能及较好的耐故障能力和较快的总体处理能力，善于从大量统计资料中分析提取宏观统计规律c62，可以用少数膜孔直径下的膜孔人渗量作为样本建立模型，来预测其他膜孔直径下的膜孔交汇人渗水分运动规律，而不需要进行繁琐的、较难测量的试验。本文以实测的4个膜孔直径下土壤水分

4、人渗量资料为背景，基于BP网络，预测温度对土壤水分人渗的影响。1试验方法及结果1．1试验方法本文针对膜孔单向交汇人渗情况开展研究，试验土箱采用12mm厚的有机玻璃板制作，为了便于观测湿润锋的发展过程，两个人渗点源均采用1／4膜孔面积的方形水室，并分别置于土箱的一角。试验利用马氏瓶进行自动供水，观测时问间隔先短后长，由马氏瓶的刻度读取人渗水量。试验土祥为西安粉土，初始重量含水量为1．94％，土壤容重为1．308／cm：，经风干、碾碎和过筛，按预定土壤容重分层装入试验土箱。本文试验采用膜孔直径为20mm、30

5、mm、36mm和50mm。1．2试验结果图1为不同膜孔直径条件下单位膜孔面积的膜孔交汇人渗量曲线。可以看出：在相同人渗时段内，单位膜孔面积人渗量随着膜孔直径的增大而减小，这主要是由于膜孔人渗为空间三维人渗，膜孔人渗量包括垂直人渗量坠和侧渗量Ql，若以单位膜孔面积上的人渗水深表示人渗量，则垂直人渗量Ql与点源面积无关，而例渗量Ql是点源周长与其面积比值的函数，若令侧渗系数为：式中：5i为膜孔人渗的侧渗量占总人渗量的比例系数图1入渗量V与时间f的关系曲缀由此可见，侧渗系数5i与膜孔直径D成反比，所以当膜孔面积

6、增大时，侧渗系数减小，单位膜孔面积的侧渗量也减小，因而单位膜孔面积上的入渗量随膜孔面积的增大而减小。经分析，单位面积上的入渗量与入渗时间之间符合幂函数关系，对图1资料进行拟合得：上述相关系数R’均大于o．97，说明膜孔交汇入渗的单位面积上入渗量与入渗时间之间具有良好的幂函数关系。2BP网络模型2．1建模美国MathWorks公司的MATLAB已经发展成为适合多学科多种工作平台的功能强大的大型软件，除了具有卓越的数值计算和数据可视化能力，还具有专业水平的符号计算、文字处理、建模和实时控制能力。MATLAB系

7、统包括几个组成部分：MATLAB语言、MATLAB工作环境、MATLAB工具箱和MATLAB的API。MATLAB以向量和矩阵为基本数据单位。MATLAB语言被称为第4代计算机语言，使用C语言编写，借鉴了C语言自由、灵活、简洁的风格，具有可靠的功能强大的函数资源，编程效率远远高于其他语言，其程序的可读性、可扩展性和可移植性均很好，拥有顺序、选择、循环的结构控制语句，并拥有大量的运算符，可以编写出符合结构化标准的具有面向对象特点的程序，既适用于对一个问题的简单计算，又适用于开发复杂的大型程序，实现对较大问题

8、的处理，7I。本文用Matlab编写程序，应用功能强大的神经网络工具箱，程序简单，易于求解。以20mm、30mm和50mm的膜孔直径试验数据为训练样本，以膜孔直径36mm的试验数据为检验样本，建立一个三层前馈BP网络，分别是输入层、隐含层和输出层。输入层神经元数为2，对应指标分别为温度和膜孔直径。输出层神经元个数为1，对应的指标为单位膜孔面积的入渗量。对于隐含层的结构，一般认为一个三层网络可以构成任意复杂的判断区‘8I，根据问