[發(fā)明專利]一種地下水污染源辨識(shí)方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010511223.X
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN111667116A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張新明
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）（哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳科技創(chuàng)新研究院）
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06N3/00;G06F17/13;G06F17/11
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 杜陽陽

1.一種地下水污染源辨識(shí)方法，其特征在于，所述方法包括：

根據(jù)地下水污染擴(kuò)散現(xiàn)象建立數(shù)學(xué)模型；所述數(shù)學(xué)模型包括污染物濃度函數(shù)；

根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，基于三次B樣條方法，將分?jǐn)?shù)階微分方程數(shù)值求解問題轉(zhuǎn)化為線性方程組求解問題，求解得到污染濃度；

根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型以及所述污染濃度，確定額外附加條件；

根據(jù)獲得的額外附加條件，基于數(shù)學(xué)物理反問題框架，將模型中的源項(xiàng)反演問題轉(zhuǎn)化為極小化泛函；

對建立的極小化泛函，采用正則化布谷鳥算法進(jìn)行求解，所述解表示污染源的位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水污染源辨識(shí)方法，其特征在于，所述根據(jù)地下水污染擴(kuò)散現(xiàn)象建立數(shù)學(xué)模型，具體包括：

假設(shè)擴(kuò)散體系為一維空間擴(kuò)散，時(shí)間分?jǐn)?shù)階對流擴(kuò)散方程的形式為：

初始條件：

U(x,0)＝h(x) (2)

邊界條件：

U(1,t)＝φ(t)，U(0,t)＝ψ(t) (3)

其中x表示空間位置，t表示時(shí)間，且0≤x,t≤1，f(x,t)表示源項(xiàng)，p(x,t)為對流項(xiàng)系數(shù)，q為擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)，α是已知的時(shí)間分?jǐn)?shù)階參數(shù)，U(x,t)是待確定的未知函數(shù)，表示污染物濃度，h(x)表示初始污染濃度，φ(t)和ψ(t)分別表示求解區(qū)域邊界x＝0和x＝1處的污染濃度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水污染源辨識(shí)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，基于三次B樣條方法，將分?jǐn)?shù)階微分方程數(shù)值求解問題轉(zhuǎn)化為線性方程組求解問題，求解得到污染濃度，具體包括：

根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，基于三次B樣條方法，確定所述污染物濃度函數(shù)的近似函數(shù)；

根據(jù)所述近似函數(shù)，將分?jǐn)?shù)階微分方程數(shù)值求解問題轉(zhuǎn)化為線性方程組求解問題，求解得到污染濃度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水污染源辨識(shí)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型以及所述污染濃度，確定額外附加條件，具體包括：

以所述數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，假設(shè)源匯項(xiàng)僅與時(shí)間相關(guān)，對流項(xiàng)系數(shù)為零，擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)僅與空間相關(guān)；

所述額外附加條件為：

其中，x表示空間位置，t表示時(shí)間，U(x,t)表示污染物濃度，g(t)表示t時(shí)刻的額外附加條件。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水污染源辨識(shí)方法，其特征在于，所述對建立的極小化泛函，采用正則化布谷鳥算法進(jìn)行求解，所述解表示污染源的位置，具體包括：

給定源項(xiàng)初始值；

基于所述源項(xiàng)初始值f₀經(jīng)由算子方程A(f₀)＝g₀計(jì)算t時(shí)刻對應(yīng)于源項(xiàng)初始值的額外附加條件g₀(t)，計(jì)算||g₀(t)-g(t)||；f₀表示源項(xiàng)初始值，g₀表示對應(yīng)于源項(xiàng)初始值f₀的額外附加條件；

由布谷鳥算法確定下一個(gè)源項(xiàng)迭代值f_i(i＝1,2,…)；

基于源項(xiàng)迭代值f_i經(jīng)由算子方程A(f_i)＝g_i計(jì)算t時(shí)刻對應(yīng)于源項(xiàng)迭代值f_i的額外附加條件g_i(t)，計(jì)算||g_i(t)-g(t)||，g_i表示對應(yīng)于源項(xiàng)迭代值f_i的額外附加條件；

若||g_i(t)-g(t)||小于給定誤差限，則停止計(jì)算。