基于改進(jìn)的遺傳算法的土壤電阻率檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究

曲阜師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心 高 慧

日照市人民醫(yī)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心 劉 濤

針對(duì)固體廢物填埋場(chǎng)網(wǎng)狀電阻率檢測(cè)模型，本文設(shè)計(jì)了一套完整的軟、硬件模型。利用Socket通信，控制數(shù)據(jù)采集盒EM9336BD進(jìn)行AD采樣，實(shí)現(xiàn)了戶管理權(quán)限設(shè)置，定時(shí)采樣，手動(dòng)采樣，數(shù)據(jù)管理，記錄查詢等功能。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和建模之后，經(jīng)過(guò)牛頓迭代改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行處理，利用COM技術(shù)實(shí)現(xiàn)matlab和C#的混合編程，實(shí)現(xiàn)了滲漏位置的精準(zhǔn)定位和顯示。

固體廢物填埋場(chǎng)網(wǎng)狀電阻率檢測(cè)模型是在研究偶極子滲漏檢測(cè)法的基礎(chǔ)之上研究得到的新型檢測(cè)方法，利用不銹鋼作為檢測(cè)電極，在HDPR膜下鋪成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并對(duì)其供電采樣，得到實(shí)時(shí)的土壤接觸電阻數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析和處理，實(shí)現(xiàn)了滲漏的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.檢測(cè)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(gè)等效土壤接觸電阻阻值，后續(xù)利用有限元?jiǎng)澐址▽?duì)場(chǎng)地劃分成5乘9的均勻區(qū)域，以便更精準(zhǔn)的定位滲漏。詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)2。

2.硬件系統(tǒng)

本文研發(fā)的數(shù)據(jù)采集箱，包含兩個(gè)供電電源，對(duì)箱子內(nèi)部和場(chǎng)外線路進(jìn)行供電，兩個(gè)繼電器板，一個(gè)CPU保護(hù)隔離運(yùn)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(kāi)關(guān)，網(wǎng)口。

3.軟件系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

以MicrosoftVisualStudio2010為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，C#作為編程語(yǔ)言，SQLSEVER2008作為數(shù)據(jù)管理軟件，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：數(shù)據(jù)采集，手動(dòng)采樣和定時(shí)采樣；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，采樣數(shù)據(jù)和采集日志自動(dòng)保存；數(shù)據(jù)處理；查詢功能，用戶可根據(jù)需要查詢?nèi)我鈺r(shí)間的數(shù)據(jù)和場(chǎng)地情況。

3.2 COM技術(shù)

本技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)了matlab和C#的混合編程使得數(shù)據(jù)變成可視化界面。主要步驟為：

a.生成COM組件。編寫(xiě)matlab的M文件來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行成圖。把matlab函數(shù)轉(zhuǎn)變成.net的編譯庫(kù)，并添加m文件，生成.dll文件。

b.在vs2010中調(diào)用COM組件。在C#.NET應(yīng)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(cè)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(shù)據(jù)處理的改進(jìn)的遺傳算法。

遺傳算法（geneticalgorithm，GA）是一種進(jìn)化算法，把參數(shù)進(jìn)行編碼，利用迭代的方式進(jìn)行選擇、交叉和變異等運(yùn)算，最終生成符合優(yōu)化目標(biāo)的解。其優(yōu)點(diǎn)是全局優(yōu)化，適應(yīng)性強(qiáng)，缺點(diǎn)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(yōu)點(diǎn)是收斂速度快，局部搜索能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是容易陷入局部最優(yōu)，將二者取長(zhǎng)補(bǔ)短，作為本系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)處理算法，具體步驟如圖1所示。

圖1 改進(jìn)的遺傳算法

5.系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析

為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的可用性，本文進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，為了不破壞試驗(yàn)場(chǎng)地，本文利用底部有小漏洞的水桶，緩慢進(jìn)行灌清水實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬滲漏，相應(yīng)在實(shí)際場(chǎng)地中，填埋場(chǎng)的滲漏液將富含大量離子，敏感度會(huì)變得更強(qiáng)。

本文均勻選取了三個(gè)時(shí)刻的電阻值來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。把采樣值轉(zhuǎn)變?yōu)槿齻€(gè)時(shí)刻的土壤接觸電阻率，再利用變化率的思想，求出兩時(shí)刻相當(dāng)于時(shí)刻1的土壤接觸電阻變化率，如圖2所示。經(jīng)過(guò)分析可以判斷出漏點(diǎn)坐標(biāo)為（4，6），和實(shí)際情況相符合。

圖2 兩時(shí)刻土壤變化率