基于改進的遺傳算法的土壤電阻率檢測系統的開發研究

曲阜師范大學網絡信息中心 高 慧

日照市人民醫院計算機網絡中心 劉 濤

針對固體廢物填埋場網狀電阻率檢測模型，本文設計了一套完整的軟、硬件模型。利用Socket通信，控制數據采集盒EM9336BD進行AD采樣，實現了戶管理權限設置，定時采樣，手動采樣，數據管理，記錄查詢等功能。系統對數據采集和建模之后，經過牛頓迭代改進的遺傳算法進行處理，利用COM技術實現matlab和C#的混合編程，實現了滲漏位置的精準定位和顯示。

固體廢物填埋場網狀電阻率檢測模型是在研究偶極子滲漏檢測法的基礎之上研究得到的新型檢測方法，利用不銹鋼作為檢測電極，在HDPR膜下鋪成網狀結構，并對其供電采樣，得到實時的土壤接觸電阻數據，經過數據分析和處理，實現了滲漏的實時監控。

1.檢測原理

每次采樣控制水平繼電器和豎直繼電器閉合，形成供電回路，獲得一個等效土壤接觸電阻阻值，后續利用有限元劃分法對場地劃分成5乘9的均勻區域，以便更精準的定位滲漏。詳見參考文獻2。

2.硬件系統

本文研發的數據采集箱，包含兩個供電電源，對箱子內部和場外線路進行供電，兩個繼電器板，一個CPU保護隔離運放，以及核心CPU。后面板有電源指示燈，外部供電口，外接電源口，開關，網口。

3.軟件系統

3.1 系統簡介

以MicrosoftVisualStudio2010為開發平臺，C#作為編程語言，SQLSEVER2008作為數據管理軟件，主要實現的功能有：數據采集，手動采樣和定時采樣；數據存儲，采樣數據和采集日志自動保存；數據處理；查詢功能，用戶可根據需要查詢任意時間的數據和場地情況。

3.2 COM技術

本技術主要實現了matlab和C#的混合編程使得數據變成可視化界面。主要步驟為：

a.生成COM組件。編寫matlab的M文件來對數據進行成圖。把matlab函數轉變成.net的編譯庫，并添加m文件，生成.dll文件。

b.在vs2010中調用COM組件。在C#.NET應用程序中添加引用.dll文件，使用COM組件，把matlab窗口嵌入到vs的winform中。

4.滲漏檢測算法

本文利用主要算法分為前期采樣的快速離散傅里葉變換算法，建模中使用的有限元算法以及最后數據處理的改進的遺傳算法。

遺傳算法（geneticalgorithm，GA）是一種進化算法，把參數進行編碼，利用迭代的方式進行選擇、交叉和變異等運算，最終生成符合優化目標的解。其優點是全局優化，適應性強，缺點是收斂速度慢，精確度差，局部搜索能力不足。牛頓迭代算法優點是收斂速度快，局部搜索能力強，缺點是容易陷入局部最優，將二者取長補短，作為本系統的核心數據處理算法，具體步驟如圖1所示。

圖1 改進的遺傳算法

5.系統實驗和數據分析

為了驗證該系統的可用性，本文進行了大量的實驗，為了不破壞試驗場地，本文利用底部有小漏洞的水桶，緩慢進行灌清水實驗來模擬滲漏，相應在實際場地中，填埋場的滲漏液將富含大量離子，敏感度會變得更強。

本文均勻選取了三個時刻的電阻值來進行數據分析。把采樣值轉變為三個時刻的土壤接觸電阻率，再利用變化率的思想，求出兩時刻相當于時刻1的土壤接觸電阻變化率，如圖2所示。經過分析可以判斷出漏點坐標為（4，6），和實際情況相符合。

圖2 兩時刻土壤變化率