湖库水华形成机理建模与水质分析智能仪表设计

论文摘要

水华的发生是一个复杂的、渐进的过程，是生态系统对富营养化的响应，牵扯到多方面的因素。本文针对水华特点、形成原因、形成过程，建立了基于petri网理论、水华形成机理、模糊理论的水华形成过程描述模型。首先通过化工实验对水华形成过程进行模拟，掌握水华形成的基本规律，找到水华形成的影响因素，再利用粗糙集理论对实验数据进行分析，并最终获得建模所需的水华形成主要影响因素。通过化工实验对水华形成过程的模拟与分析，了解到水华形成过程的非线性和复杂性，而Petri网是一种描述复杂系统逻辑层次的动态建模工具，很适于描述并行和异步发生的事件，能较好地描述复杂系统的功能、结构、系统的动态行为、系统各个部分之间及其与环境之间的交互作用，可表示系统并发、同步、冲突及因果依赖关系，并以网图的形式，简洁、直观地模拟离散事件的动态特性。因此使用Petri网建模可清晰、直观的描述水华形成过程。最后以ARM92440嵌入式系统板为核心开发平台，集成YSI多参数水质传感器、GPS卫星定位模块、GPRS无线传输模块，通过C++语言实现水华形成过程描述模型，利用VC2005开发仪表人机交互界面，再综结合实时数据采集、无线网络传输、快速智能数据处理等多项技术，开发水质分析智能仪表。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源、研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 基于机理生态建模
• 1.2.2 基于智能水华预测方法
• 1.3 论文的主要研究内容和研究路线
• 1.3.1 论文的主要研究内容
• 1.3.2 论文的技术路线
• 1.4 本章小结
• 第二章 水华形成主要因素的确立
• 2.1 水华与水体富营养化的关系
• 2.2 水华形成的主要因素
• 2.3 通过正交实验研究水华形成主要因素
• 2.3.1 实验设计与方法
• 2.3.2 实验结果与分析
• 2.4 使用粗糙集研究水华形成主要因素
• 2.4.1 粗糙集理论
• 2.4.1.1 粗糙集理论的概念
• 2.4.1.2 决策表属性约简算法
• 2.4.2 粗糙集在确定水华预形成主要因素中的应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于 Petri 网的湖库水华形成过程建模
• 3.1 模糊理论
• 3.1.1 模糊理论概述
• 3.1.2 模糊集理论基本概念
• 3.2 Petri 网
• 3.2.1 Petri 网概述
• 3.2.2 Petri 网算法
• 3.3 模糊理论与 Petri 网在叶绿素预测中的应用
• 3.3.1 模糊 Petri 网建模的优势
• 3.3.2 模糊 Petri 网模型的建立
• 3.3.3 水华形成主要因素模糊化
• 3.3.4 实验验证结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 水质分析智能仪表实现
• 4.1 仪表架构及所用技术
• 4.2 系统硬件设计
• 4.2.1 水质信息采集模块
• 4.2.2 GPS 卫星定位模块
• 4.2.3 GPRS 传送模块
• 4.3 智能仪表软件结构
• 4.3.1 智能仪表软件结构
• 4.3.2 模糊 Petri 网的实现
• 4.4 基于 VS2005 的嵌入式软件开发平台
• 4.4.1 VS2005 嵌入式系统开发的特点
• 4.4.2 系统功能
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 作者在攻读硕士学位期间参与的项目及获奖经历
• 致谢