[发明专利]基于混杂动态系统的水质机理建模及健康风险评估方法

权利要求书

1.一种基于混杂动态系统的水质机理建模及健康风险评估方法，其特征在于，包括：

步骤一：建立水质机理模型，其中，由水质指标组成的向量表示为x，由水质机理模型的未知参数组成的向量表示为θ，水质机理模型函数表示为f(x,θ)；

步骤二：对待研究的水体，将水质机理模型和混杂动态系统结合，建立描述水体不同状态和水质退化过程的混杂水质机理模型；

所述的混杂水质机理模型表示其中：

(1)对水体环境分析获得M个离散模态，不同离散模态表示水体的不同状态，对应水质机理模型的不同模型参数；将第i个离散模态表示为q_i，离散模态空间

(2)n表示给离散模态q分配连续过程变量空间，离散模态q的连续过程变量空间表示为将在混杂水质机理模型的混杂状态空间上的混杂状态表示为s＝(q,x)，x为连续过程变量；

(3)F＝[f₁,f₂,…,f_M]，表示连续动态方程集合，f_i＝f(x,θⁱ)表示离线模态q_i的连续动态方程，由水质机理模型函数得到，θⁱ为离散模态q_i的模型参数向量；

(4)表示模态转移概率矩阵，转移概率π_ij为：

其中，表示k-1时刻的模态q_i转移到k时刻的模态q_j的概率；且转移概率满足条件：表示M×M维的实数矩阵空间；设p＝[p₁,p₂,…,p_M]表示混杂水质机理模型的离散模态概率向量，其中，第i个离散模态q_i的概率表示为p_i；根据马尔科夫性，有p(k)＝p(k-1)·Π，其中，p(k)、p(k-1)分别表示在k时刻和k-1时刻的离散模态概率向量；

(5)Init表示混杂水质机理模型的初始条件，由初始时刻的混杂状态的分布来描述；

对混杂水质机理模型中的模型参数通过参数敏感性分析方法计算出敏感性参数，设θⁱ＝(αⁱ,β),i＝1,2,…,M，其中αⁱ为模型敏感性参数向量，β为模型非敏感性参数向量，设敏感性参数个数为η；

步骤三：基于果蝇优化算法辨识混杂水质机理模型中的水质参数；

混杂水质机理模型中的敏感性参数是未知参数，根据待研究的水体的历史数据，通过果蝇优化算法求解所有模态的未知参数的最优值；果蝇优化算法中的味道浓度根据水质指标在各时刻的误差来设置，误差越小，味道浓度越佳，代表未知参数越优；

步骤四：利用步骤三输出的混杂水质机理模型对待研究的水体的水质健康风险进行评估。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤二中，初始时刻的混杂状态表示为s(0)＝(q(0),x(0))，第j个模态q_j的初始概率密度函数表示为如下：

其中，x(0)表示初始时刻的连续过程变量向量，q_j(0)表示初始时刻的第j个模态，是高斯分布，μ_j(0)为初始时刻x的均值，Σ_j(0)初始时刻x的方差，表示第j个模态q_j的初始概率，模态q_i的初始概率p_j(0)满足条件：p_j(0)≥0，且