基于SOM的河口水环境质量评价系统的构建与实现

来源 :中国海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:falconcarmack
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水污染是我国最严重的环境问题之一,其中海水资源污染中,我国近岸海域尤其是河口地区和城市附近的污染尤为严重。入海河口在沿海区域的交通运输和工农业生产中占有重要地位,其位于河流注入海洋的区域,河流和海洋两种生态系统交替作用,生态环境复杂而多变。而在人类活动的不断影响下,大量的河口出现了入海污染物增多、湿地退化等问题,造成水质恶化、河口生态系统被破坏,对河口区域的人类居住、经济增长和社会发展产生了重大制约。对河口及湖泊、海洋等区域的水环境进行质量评价和预测研究,探索合理的方法,建设并应用对应的水环境管理评价系统,是改善目前水环境质量的有效途径之一。基于ArcEngine组件进行可视化系统构建,是当今GIS技术应用的走向,其构建的实用信息系统已在多个领域得到了良好应用。而SOM神经网络是非监督性、竞争学习的聚类网络,具有自稳定性、复杂数据的降维简化和过程的可控制性等特点,可以自行识别向量空间中最有意义的特征并进行归类。将SOM与ArcEngine组件开发结合到对应系统中,可以综合两者的优势,为水环境质量评价提供有力支持。本次研究通过集成模型的GIS二次开发,构建出一款应用型的水质评价软件——河口水环境质量评价系统,可以实现对评价区域地理信息及空间数据的可视化显示,同时利用SOM神经网络模块,对采集的指标数据进行评价分类,进一步可视化显示在视图中,达到对河口区域水环境质量评价的目的,为有需要的管理部门提供数据服务。系统开发过程中,使用C#.NET开发语言,利用Visual Studio 2010软件平台构建出了系统的基本界面,结合ArcEngine 10开发组件完成对地理数据的显示和管理。用户在使用时,可以在系统主界面中,通过工具栏中的各项简化工具对图层或整个视图进行基本操作,通过鹰眼视图掌握整体布局,通过图层控制栏对图层进行调整。系统核心功能为SOM分类,是根据SOM神经网络模型的原理,对其编码并模块化,以此方式集成到系统中,并针对实际应用中的需要,根据是否有标准对照数据分为两种分类方式,对代表水质情况的指标数据进行分析分类,实现水质的评价功能。系统开发完成后,选取大辽河流域某次调研所得的数据进行系统测试,依次进行添加测试区域底图、添加Excel数据、对数据进行评价分类、分类结果插值分析、结果可视化并整饰输出。测试表明,系统运行流畅顺利,结果直观合理。且系统界面良好,便于用户操作,可以应用在河口或者其他的水环境质量评价中,为科研工作者提供一个简便有效的评价方法。同时,系统实质上是一个集成指定功能的地理信息系统二次开发的成果,本身具有开放性,可以通过移植或扩展后应用在其他领域,促使形成涵盖范围更广、功能更为全面的专业软件。
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