基于支持向量机的水质预测应用实例

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1、中国农村水利水电·２０１５年第１期８５文章编号：１００７－２２８４（２０１５）０１－００８５－０５基于支持向量机的水质预测应用实例张秀菊１，安焕１，赵文荣１，张琴玲２（１．河海大学水文与水资源学院，南京２１００９８；２．芜湖水文水资源局，安徽芜湖２４１０００）摘要：水质预测作为水环境污染控制的重要手段，能够预测水质的变化趋势，从而有效地控制水质恶化情况。分析了支持向量机的回归理论和算法；构建了支持向量机水质预测模型。应用实例以通州区新江海河站点为研究对象，取ＮＨ３－Ｎ浓度和ＴＰ浓度为时间序列样本，运用支持向量回归机的理论与方法，构造预测模型，并利用Ｌｉｂｓｖｍ软件包和ＭＡＴＬＡＢ软件进行水质

2、预测。从整体预测效果来看，其预测结果能较好地反映水质情况。关键词：水环境；水质预测；支持向量机；回归理论中图分类号：ＴＶ２１３．４文献标识码：ＡＡｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＥｘａｍｐｌｅｏｆＷａｔｅｒＱｕａｌｉｔｙＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＳｕｐｐｏｒｔＶｅｃｔｏｒＭａｃｈｉｎｅｓ１，ＡＮＨｕａｎ１，ＺＨＡＯＷｅｎ－ｒｏｎｇ１，ＺＨＡＮＧＱｉｎ－ｌｉｎｇ２ＺＨＡＮＧＸｉｕ－ｊｕ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨｙｄｒｏｌｏｇｙａｎｄＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９８，Ｃｈｉｎａ；２．ＷｕｈｕＨｙｄｒｏｌｏｇｙａｎｄＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅ

3、ｓＢｕｒｅａｕ，Ｗｕｈｕ２４１０００，ＡｎｈｕｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅａｎｓｏｆｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ，ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｃａｎｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｃｈａｎｇｅｔｒｅｎｄｏｆｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｓｏａｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｗａｔｅｒｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｓｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆＳｕｐｐｏｒｔＶｅｃｔｏｒＭａｃｈｉｎｅ，ａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓＳｕｐｐｏｒｔＶｅｃｔ

4、ｏｒＭａｃｈｉｎｅｍｏｄｅｌｆｏｒｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．ＷｅｔａｋｅＸｉｎｊｉａｎｇｈａｉＲｉｖｅｒｏｆＴｏｎｇｚｈｏｕＤｉｓ－ｔｒｉｃｔａｓａｒｅｓｅａｒｃｈｅｘａｍｐｌｅ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＮＨ３－ＮａｎｄＴＰａｓｔｉｍｅｓｅｒｉｅｓｓａｍｐｌｅｓ，ａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓａｍｏｄｅｌｔｏｐｒｅｄｉｃｔｗａ－ｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆＳｕｐｐｏｒｔＶｅｃｔｏｒＲｅｇｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｔａｋｉｎｇａｄｖａｎｔａｇｅｏｆＬｉｂｓｖｍｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄＭＡＴＬＡＢｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｆｒｏｍ

5、ｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｏｖｅｒａｌｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＳｕｐｐｏｒｔＶｅｃｔｏｒＭａｃｈｉｎｅｍｏｄｅｌｃａｎｒｅｆｌｅｃｔｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｓｉｔｕａｔｉｏｎｗｅｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ；ｓｕｐｐｏｒｔｖｅｃｔｏｒｍａｃｈｉｎｅ；ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｔｈｅｏｒｙ［２］，减小各方面的损失。因而水质我国水污染严重，水环境治理迫在眉睫。水质预测是水环析水环境污染原因和危害性境治理的主要研究内容之一，建立数学模型，系统准确地进行

6、预测模型对水质预测分析和水环境污染防治管理具有十分重水质预测，是进行水污染控制的有效手段。污染物进入水体要的意义。后，在随水流迁移过程中受到水文、物理、化学、生物等因素的１水质预测模型研究现状［１］。根据已经掌握影响，引起污染物的输移、混合、分解和衰减国内外学者上个世纪开始用水质模型来研究水质。早在的资料和监测数据，研究水质预测影响因子之间的关系、建立１９２５年，美国科学家Ｓｔｒｅｅｔｅｒ和Ｐｈｅｌｐｓ研究俄亥俄河污染问题水质预测模型。通过可靠的水质预测模型，可以根据监测数据时建立了一维河流水质模型；其后，前苏联Ｂｅｌ等根据简化的等条件计算出水体中的污染物浓度及其随时间发展的变化情和统计的模

7、型来讨论各种水动力弥散理论、边界与初始条件的况，从而用来预测和控制水质，掌握水质现状及其发展趋势，分形式，以及弥散系数与水流速度和渗透介质几何形状关系的理［３］；Ｆｒｉｅｄ［４］论研究了经典模型与水动力弥散方程，提出了考虑收稿日期：２０１４－０４－２９基金项目：中央高校基本科研业务费专项资助项目（２０１１Ｂ０１８１４）；固体物质与孔隙分界面上浓度与浓度梯度跳跃变动的新水动江苏省水利科技资助项目（２０１００１５