神經網絡在環境監測中的應用研究

陳廣銀

摘 要：神經網絡的是人工神經網絡（ANN）的簡稱，隨著人工智能的研究不斷深入，人工神經網絡便因此成為熱門的研究方向，它的應用非常廣泛，經濟、生物、醫學等各個領域都不乏神經網絡的參與和應用。神經網絡事實上是一種運算模型，它通過建立一些信息模型，以不同的鏈接方式形成不同的輸出算法，通過大量的節點之間的連接來代表不同的功能值，它形同于每個網絡中的記憶模式，依靠網絡的連接來輸出函數，達到指定的功能，是一種非常嚴密的邏輯表達。隨著整個研究工作進程的推進，近10年的科研工作讓人們在人工智能領域也有了很大的進步。通過神經網絡的運算模式，幫助大家解決了很多計算機無法企及的問題并且被賦予了很多新興的智能技術。

關鍵詞：神經網絡 網絡方法 環境色譜法 多個節點 信息模型

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（a）-0126-02

從近幾年在國內神經網絡的使用來看，在環境監測中也有著非常良好的效果。無論是從色譜法、光譜法還是整個環境的評價都帶來了很多新的成果。該文主要是通過對神經網絡相關分類的闡述，結合神經網絡在環境監測中的應用效果，希望能給神經網絡對環境監測中做一些回顧和總結[1]。

1 網絡方法類別

由于著重的角度關系，網絡法會有多種不同的類別，由于神經網絡是多個節點的連接，有相當多復雜的算法，基于神經網絡，可以總共闡述兩大類的情況，包括有管理和無管理的網絡方法。關于這兩種的不同點就在于它們是否需要對現有的樣本進行訓練。有管理的網絡方法是需要訓練，而無管理的網絡方法是無需進行訓練，它需要與其他的化合物相結合使用，里面會涉及到網絡與遺傳法、偏最小二乘法等分析方法來進行分析比較。另外根據網絡的結構不同，也可以把網絡方法給分成前向和后向的網絡方法，而如果是從網絡活動方式的差別，也可以將其分為隨機和確定兩種網絡方法。

2 關于環境監測的化學方面的應用

在化學方面，國內與有很多用于化合物的一些研究，比如一些有機結構分析，還有化學反應、蛋白質結構等等的分析。在進行定量的構效關系分析中，可以把釀酒的酵母菌來作為一種模型的指示物，建立相關網絡模型，然后對生物的毒性進行進一步預測，當然，在分析過程中還存在著很多的問題，通過比較一些網絡模型，然后計算它們之間的權值，再篩選相出相應的參數，學者們在分析的時候也會對多層前傳網絡進行探討分析，盡量減低誤差，通過多方向的非線性校準，并且進行數據解析，然后表明引射能力，通過建立神經網絡來不斷接近規律的程度，擬定相關的指標數[2]。

3 分光光度的方法應用

在化學分析進程中，通過多元校正和分辨是相對來說較好的一種方法。隨著相關方法的不斷普及，目前大多數是使網絡和現有的紫外光譜法相互關聯，利用線性網絡、BP網絡等來用于多個分組的報道[3]。鄧勃等[4]學者在分析的時候，認為除了人工神經網絡，迭代目標轉換因子的分析法相比較起來也是一種不錯的選擇，兩種方法各有優勢，并且產生的網絡法的誤差一般都不會很大。孫益民等專家在分析時，利用現有的人工神經網絡先后側出的光度法，并且可以測定比如銅、鎳，并且這個分析方式非常的簡單和方便[5]。

4 神經網絡對X射線中的熒光光譜法的應用

研究人員通過神經網絡建立與X射線熒光譜譜法的關系，通過多個不同的神經網絡來應用，可以通過他們之間的連接來測定酸溶鋁，通過神經網絡的設置，可以測定里面的最低的鋁值，通過神經網絡與BP的網絡模型的設立，可以直接輸入測出來的鋁含量情況，然后通過鋁含量來側出酸溶出來的鋁的數值。BP模型可以結合現有的神經網絡系統，充分的在現有的信息模型上應用，通過利用網絡神經的結構，不僅可以做一些化學分析，還可以通過神經網絡來檢測環境監測中涉及到的紅外譜圖等的分析，這為環境分析提供了非常有意義的方向，并且給環境監測提供了新的檢測方法[6]。

5 環境監測中的色譜法的研究

在關于色譜法的研究中，人工神經網絡也有可以應用的方向[7]。色譜法中的小波分析，與人工神經網絡的結合，小波分析的主要目的是為了得到重疊的色譜峰的信息，運用神經網絡分析之后，可以在其中建立相關的模型，通過兩者的結合來分開重疊的色譜峰信息，眾所周知，把重疊色譜分開是一個非常復雜的工程，它們之間需要運用大量的元素來分開，效率極低，極其浪費時間。因為其內里復雜的重疊組織，而現在，人工神經網絡為其分離提供了一種新的嘗試[8]，不僅如此，通過人工神經網絡的方法不僅可以分離，而且可以在分離之后得到更加精確的色譜信息。研究工作者在模擬退火神經網絡的時候，會運用藥物來優化整個分離的條件，這對于提高色譜精確度也非常有效。

6 環境監測中的評價

通過之前提到的BP網絡，通過介紹與人工神經網絡模型的結合，來闡述了整個模型應用的原理，通過綜合相關的分析方法可以對環境監測中的適用性進行分析評價，這樣表現出來的結果會更加客觀。研究者可以從有預測模型中表現的結果，在水庫里進行抽樣，提取水庫中的相關元素進行預測，確認是否與實際結果一致，可以通過建立人工神經網絡來對水質中的污染指數進行評價，然后得出相應的成果。

7 結語

人工神經網絡在整個環境監測中有著非常重要的作用，它擁有一些比較有意義特性，總共可以總結為以下3個方面：第一，人工神經網絡具有自學習的特性。可以通過大量的圖像來設計，進行相關的圖像識別，把不同的幾個圖像進行整合分析，并且把與之相互對應的結果嵌入到神經網絡系統中，系統會根據自己特有的自學功能，對以后相關的圖像進行識別操作，它可以給人們提供一些預測結果，甚至在未來的無論是經濟還是政治等方面提供一些預測，預測經濟和市場，給未來的發展提供引導。第二，系統具有可存儲的特性。人工神經網絡里面包含了一種反饋的功能，而通過輸入信息和模型整合，聯系不同元素之間的關系，得出一些可能的聯想信息。最后，神經網絡還有一項功能便是優化得出答案的能力。

一般問題的因果關系都會涉及到多個方面，那么如何在多個元素中抽絲剝繭，不斷地優化整個系統，是神經網絡的一個主要的功能，它可以通過計算來得到最優化的解，即便其中的運算量牽連的比較多，但是結合神經網絡中反饋聯想的功能，再包括計算機強大的運算效率，那么得到答案有時候也是比較容易的。

人工神經網絡在環境監測中表現的效果比較好，但是除此之外，在其他領域，運用神經系統也可以得到一些相關的數據，比如經濟領域，它可以通過建立信息模型，來進行市場預測和風險評估，這些都是很好的應用方式。在未來的實踐中，隨著經驗的積累，神經網絡的應用在環境監測中會不斷地深入，通過在色譜、光度等領域的剖析，為未來的環境監測效果提供了更多的可能性。

參考文獻

[1] 黃勝林.遺傳優化神經網絡在大壩變形監測中的應用[D].遼寧工程技術大學，2012.

[2] 熊勛.人工神經網絡在環境質量評價和預測中的應用研究[D].華中科技大學，2009.

[3] 王學.無線傳感器網絡在遠程環境監測中的應用[D].山東師范大學，2011.

[4] 武藝.人工神經網絡在土壤質量監測中的應用[D].浙江海洋學院，2015.

[5] 黃湘君.基于主成分分析的BP神經網絡在電力系統負荷預測中的應用[J].科技信息：科學·教研，2008（16）：313-314.

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[10] 李冰，郭祀遠，李琳，等.人工神經網絡在食品工業中的應用[J].食品科學，2013（6）：161-164.