CN114925554B - 一种北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟方法 - Google Patents

一种北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟方法 Download PDF

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CN114925554B CN202210865335.4A CN202210865335A CN114925554B CN 114925554 B CN114925554 B CN 114925554B CN 202210865335 A CN202210865335 A CN 202210865335A CN 114925554 B CN114925554 B CN 114925554B
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Abstract

本发明公开一种北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟方法，涉及控制技术领域，解决的技术问题是地下水补给径流区污染控制模拟，以提高污染源控制能力。本发明采用以下技术方案步骤一、通过仿真平台输入北方岩溶发育带地下水补给径流区污染的区域数据信息；步骤二、根据北方岩溶发育带地下水补给径流区污染区域数据信息提取污染信息，并通过计算模型计算污染信息；步骤三、根据北方岩溶发育带地下水补给径流区污染区域数据信息；步骤四、通过施密特正交管控算法验证北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟。本发明大大提高了北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制能力和仿真能力。

Description

一种北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟方法
技术领域
本发明涉及控制技术领域，且更具体地涉及一种北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟方法。
背景技术
受到工业生产废水、生活污水、固体废弃物的污染，区域性水环境问题日益恶化，特别是在岩溶地区，由于其自身的脆弱性，导致存在一系列区别与非岩溶地区的特殊地质环境问题，比如岩溶地下水污染问题。地下水资源是水环境系统中的重要组成部分，在人类的生产、生活以及社会经济发展中的作用和地位是不可替代的。然而，进入21世纪以来，工农业迅速发展，用水需求不断增加，随之而来的生活污水、工业废水的排放量也逐年增加，大量污水、废水流入地表或地下水体中，对地下水资源造成了严重污染，另外，地下水污染在造成生态环境恶化、阻碍区域和城市发展的同时，还威胁着人类身体健康。因此岩溶地区地下水污染的综合治理是一项系统复杂的工程，各个地区应积极应用信息采集传输系统和监测系统加强水质监测，比如可根据岩溶地区地下水水文地质结构特点在各个典型部位根据污染的严重程度建立监测站，形成高水平、高效率、高分辨率的监测网络，根据监测结果和岩溶地下水活动特点对监测方案和监测指标做出适当调整，并从无机指标、有机指标、微生物指标等方面做好区域内地下河的水质评价工作、地下河自净能力评估工作。
如何对岩溶地区地下水污染的治理提供有效的控制方法，提高污染控制能力是亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明公开一种北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟方法，能够提高北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制能力。
本发明采用以下技术方案：一种北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟方法，其中包括以下方法：
步骤一、通过仿真平台输入北方岩溶发育带地下水补给径流区污染的区域数据信息、地质数据信息、污染物数据信息、污染源数据信息和位置信息，搭建模拟平台，将北方岩溶发育带地下水补给径流区污染信息输入仿真平台实现污染信息模拟；
步骤二、根据北方岩溶发育带地下水补给径流区污染区域数据信息提取污染信息，并通过计算模型计算污染信息，在计算模块中施加外界因素干扰参数，以仿真外界数据信息环境信息；
步骤三、根据北方岩溶发育带地下水补给径流区污染区域数据信息，在Simulink中建立控制模块模型并离线仿真，分析北方岩溶发育带地下水补给径流区污染原因；
步骤四、通过施密特正交管控算法验证北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟。
作为本发明进一步的技术方案，仿真平台包括dSPACE实时仿真系统、上位机、控制器及信息数据库，其中控制器分别与dSPACE实时仿真系统、上位机和信息数据库连接。
作为本发明进一步的技术方案，dSPACE实时仿真系统基于MATLAB或者Simulink平台实现北方岩溶发育带地下水补给径流区污染数据信息的模拟仿真。
作为本发明进一步的技术方案，信息模拟的方法为：
（1）在Simulink环境中构建污染控制模型和污染源数据信息，并对北方岩溶发育带地下水补给径流区污染数据信息离线仿真，通过调整控制策略和数据参数，改变数据信参数，进而改变模拟结果；
（2）设置dSPACE实时仿真系统测试所需的通讯接口，在Simulink中启动数据程序，数据程序利用RTI拖放操作进行I/O接口设置；
（3）使用RTW Build功能编译生成北方岩溶发育带地下水补给径流区污染区域数据信息、地质数据信息、污染物数据信息、污染源数据信息和位置信息相应的代码；
（4）在ControlDesk软件中设置不同数据信息的采集界面；
（5）通过北方岩溶发育带地下水补给径流区信息仿真的结果判断是否需要修改控制策略，当需要修改时，返回第一步，重新进行操作，当不需要修改时，则进行下一步。
作为本发明进一步的技术方案，控制器为ARM+DSP双核处理器，ARM+DSP双核处理器设置有12通道的DMA控制器，3种16通道A/D转换和2通道的12位D/A转换器。
作为本发明进一步的技术方案，计算模型包括污染信息提取模块、污染信息分解模块、关联分析模块和控制策略输出模块，其中所述污染信息提取模块用于提取污染数据信息，并将提取到的数据信息分类，污染信息分解模块用于分解提取出的数据信息，将提出的数据信息转换为信息点或者数据信息分解隐含的数据含义，所述关联分析模块用于将污染信息以及引起污染信息的各种因素关联，以分析造成污染原因，控制策略输出模块用于输出造成污染信息的原因及控制方案，其中所述污染信息提取模块的输出端与污染信息分解模块的输入端连接，污染信息分解模块的输出端与关联分析模块的输入端连接，所述关联分析模块的输出端与控制策略输出模块的输入端连接。
作为本发明进一步的技术方案，污染信息提取模块通过选择模块提取污染数据信息，至少包括区域数据信息、地质数据信息、污染物数据信息、污染源数据信息或者位置信息；
污染信息分解模块通过小波变换方式或者模数转换实现数据信息的分解；
关联分析模块通过随机矩阵将不同的数据信息关联起来，随机矩阵函数为：
Figure 122053DEST_PATH_IMAGE001
（1）
在公式（1）中，
Figure 929735DEST_PATH_IMAGE002
表示随机矩阵函数，
Figure 588249DEST_PATH_IMAGE003
表示影响北方岩溶发育带地下水补给径 流区污染的数据集合，
Figure 815968DEST_PATH_IMAGE004
北方岩溶发育带地下水补给径流区输出的数据信息，M表示影响 北方岩溶发育带地下水补给径流区污染的数据种类在矩阵中的行向量，N表示北方岩溶发 育带地下水补给径流区输出的数据信息输出种类在矩阵中的行向量，其中:
Figure 709975DEST_PATH_IMAGE005
（2）
公式（2）中，
Figure 480485DEST_PATH_IMAGE006
表示矩阵
Figure 168955DEST_PATH_IMAGE007
的规模，
Figure 24916DEST_PATH_IMAGE008
表示矩阵列向量，
Figure 224078DEST_PATH_IMAGE009
（3）
通过公式（1）-（3）将影响北方岩溶发育带地下水补给径流区污染的数据集合和北方岩溶发育带地下水补给径流区输出的数据信息输出种类数据信息关联起来；
控制策略输出模块根据关联分析模块计算的数据结果输出控制方案。
作为本发明进一步的技术方案，施密特正交管控算法工作方法为：
构建评估指标均值计算函数，函数为：
Figure 708149DEST_PATH_IMAGE010
(4)
式(4)中，
Figure 708466DEST_PATH_IMAGE011
表示北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态指标均值，T表示评 估进行周期，
Figure 910777DEST_PATH_IMAGE012
表示北方岩溶发育带地下水补给径流区污染模拟仿真的环境参数，
Figure 412166DEST_PATH_IMAGE013
表示 污染模拟仿真的评估系数；通过建立正交化的评估矩阵将北方岩溶发育带地下水补给径流 区污染状态的指标进行信息交叠，相互影响迭代过程函数为：
Figure 626109DEST_PATH_IMAGE014
(5)
式(5)中，
Figure 689005DEST_PATH_IMAGE015
表示各指标相互交叠函数，污染模拟仿真污染与控制达到平衡的函 数记作为：
Figure 581875DEST_PATH_IMAGE016
(6)
式(6)中，
Figure 293479DEST_PATH_IMAGE017
表示污染输出值，
Figure 486563DEST_PATH_IMAGE018
表示试验室环境下模拟仿真的控制参数，
Figure 94262DEST_PATH_IMAGE019
表示幅 值变化，
Figure 5586DEST_PATH_IMAGE020
表示污染模拟仿真过程中的相角条件，
Figure 84663DEST_PATH_IMAGE021
表示污染模拟仿真时不同数据信息的 平衡因数；污染模拟过程中约束条件为：
Figure 538778DEST_PATH_IMAGE022
(7)
式(7)中，
Figure 176433DEST_PATH_IMAGE023
表示一次运行周期内污染模拟仿真的稳定时间，
Figure 840632DEST_PATH_IMAGE024
表示污染模拟 仿真时间范围，
Figure 97301DEST_PATH_IMAGE025
表示污染模拟仿真过程中的标准条件；
目标函数推算得到控制限制条件为：
Figure 530557DEST_PATH_IMAGE026
(8)
式(8)中，
Figure 840577DEST_PATH_IMAGE027
表示污染模拟仿真污染计算值，
Figure 929756DEST_PATH_IMAGE028
表示污染模拟仿真污染最大控制 输出值，最优解控制方案为：
Figure 786854DEST_PATH_IMAGE029
(9)
式(9)中，
Figure 277878DEST_PATH_IMAGE030
表示污染模拟仿真初次控制的约束数据，
Figure 522915DEST_PATH_IMAGE031
表示邻域范围内污染 模拟仿真迭代计算过程中的约束条件，
Figure 771493DEST_PATH_IMAGE032
表示污染模拟仿真的标准，污染模拟仿真误差公 式为：
Figure 261643DEST_PATH_IMAGE033
(10)
式(10)中，
Figure 138332DEST_PATH_IMAGE034
表示污染模拟仿真正交化安全矩阵，
Figure 695215DEST_PATH_IMAGE035
表示正交化矩阵安全运行系 数。
本发明区别于常规技术在于：
本发明通过通过仿真平台输入北方岩溶发育带地下水补给径流区污染的区域数据信息、地质数据信息、污染物数据信息、污染源数据信息和位置信息，搭建模拟平台，将北方岩溶发育带地下水补给径流区污染信息输入仿真平台实现污染信息模拟；能够提高北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制能力。通过计算模型计算污染信息，在计算模块中施加外界因素干扰参数，以仿真外界数据信息环境信息，大大提高了北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制能力和仿真能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1为本发明模拟方法流程示意图；
图2为本发明仿真平台结构示意图；
图3为本发明计算模型结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图3所示，一种北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟方法，包括以下方法：
步骤一、通过仿真平台输入北方岩溶发育带地下水补给径流区污染的区域数据信息、地质数据信息、污染物数据信息、污染源数据信息和位置信息，搭建模拟平台，将北方岩溶发育带地下水补给径流区污染信息输入仿真平台实现污染信息模拟；
步骤二、根据北方岩溶发育带地下水补给径流区污染区域数据信息提取污染信息，并通过计算模型计算污染信息，在计算模块中施加外界因素干扰参数，以仿真外界数据信息环境信息；
步骤三、根据北方岩溶发育带地下水补给径流区污染区域数据信息，在Simulink中建立控制模块模型并离线仿真，分析北方岩溶发育带地下水补给径流区污染原因；
步骤四、通过施密特正交管控算法验证北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟。
在具体实施例中，污染物数据信息包括生活污水污染、生活垃圾污染、农业污染源污染、农药污染、化肥污染、污水灌溉污染、重金属及放射性污染源等，比如Hg、Cd、Pb、Cr、Zn、Co、Ni、Sn及类金属As等,以Hg、Cd、Cr及As的污染最为突出；放射性污染主要是由放射性核元素引起的一类特殊污染,包括放射性水污染等。出除此之外，还有一些地下水污染（ground water pollution），比如人类活动引起地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变而使质量下降的现象。不同污染信息，产生的原因有所不同，比如工业废水向地下直接排放，受污染的地表水侵入到地下含水层中，人畜粪便或因过量使用农药而受污染的水渗入地下等。污染的结果是使地下水中的有害成分如酚、铬、汞、砷、放射性物质、细菌、有机物等的含量增高等。
在上述实施例中，仿真平台包括dSPACE实时仿真系统、上位机、控制器及信息数据库，其中控制器分别与dSPACE实时仿真系统、上位机和信息数据库连接。
在上述实施例中，dSPACE实时仿真系统基于MATLAB或者Simulink平台实现北方岩溶发育带地下水补给径流区污染数据信息的模拟仿真。
本发明方法通过控制器进行实时在线的测试，dSPACE拥有强大的计算能力和通用的I/O接口，可以方便的下载代码，而且具有良好的组合行、实时性、可靠性，本发明能够实现北方岩溶发育带地下水补给径流区信息采集、仿真和分析，提高了北方岩溶发育带地下水补给径流区污染防控能力。
在上述实施例中，信息模拟的方法为：
（1）在Simulink环境中构建污染控制模型和污染源数据信息，并对北方岩溶发育带地下水补给径流区污染数据信息离线仿真，通过调整控制策略和数据参数，改变数据信参数，进而改变模拟结果；
（2）设置dSPACE实时仿真系统测试所需的通讯接口，在Simulink中启动数据程序，数据程序利用RTI拖放操作进行I/O接口设置；
（3）使用RTW Build功能编译生成北方岩溶发育带地下水补给径流区污染区域数据信息、地质数据信息、污染物数据信息、污染源数据信息和位置信息相应的代码；
（4）在ControlDesk软件中设置不同数据信息的采集界面；
（5）通过北方岩溶发育带地下水补给径流区信息仿真的结果判断是否需要修改控制策略，当需要修改时，返回第一步，重新进行操作，当不需要修改时，则进行下一步。
在具体实施例中，控制器为ARM+DSP双核处理器，ARM+DSP双核处理器设置有12通道的DMA控制器，3种16通道A/D转换和2通道的12位D/A转换器。
可以采用ARM+DSP双核处理的计算方案，能够实现北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态不同数据信息的采集、传递、控制以及上层数据管理。在具体数据应用时，通过采用了ARM+DSP技术的双控方式。通过STC12C4A60S单片机对北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态的运行状态进行控制，该主控芯片通过STM32控制器完成，在结构上，通过连接ZigBee协调模块和WIFI通讯模块实现数据信息的传递，其中STM32控制器还设计了基于ARM32位的CortexTM-M3 CPU，该模块实现北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态数据信息的计算与应用。在具体设计中，通过这种方式能够实现北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态检测数据的快速转换，除此之外，ARM Cortex应用处理器还采用16/32位RISC微处理，在该模块的数据接口处还设置有SDIO接口、SD卡接口、串口、网口、USB接口等，通过这种方式设置，能够实现多种不同通信方式的交互。为了提高数据计算能力，还设置了DSP处理模块，该处理模块设置有扩展电路、A/D转换模块、显示模块、D/A转换模块等，将DSP模块在硬件架构中作为计算适配器，在ARM控制器工作时，实现北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态数据信息输入的高精度计算，通过DSP模块设计，能够实现北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态的快速计算与处理。
在上述实施例中，dSPACE实时仿真系统的出现能够完美解决了上述问题。dSPACE基于MATLAB/Simulink平台开发，可以对控制器进行实时在线的测试，dSPACE拥有强大的计算能力和通用的I/O接口，可以方便的下载代码，而且具有良好的组合行、实时性、可靠性。下面对快速控制方案进行设计。
在上述实施例中，计算模型包括污染信息提取模块、污染信息分解模块、关联分析模块和控制策略输出模块，其中所述污染信息提取模块用于提取污染数据信息，并将提取到的数据信息分类，污染信息分解模块用于分解提取出的数据信息，将提出的数据信息转换为信息点或者数据信息分解隐含的数据含义，所述关联分析模块用于将污染信息以及引起污染信息的各种因素关联，以分析造成污染原因，控制策略输出模块用于输出造成污染信息的原因及控制方案，其中所述污染信息提取模块的输出端与污染信息分解模块的输入端连接，污染信息分解模块的输出端与关联分析模块的输入端连接，所述关联分析模块的输出端与控制策略输出模块的输入端连接。
在上述实施例中，污染信息提取模块通过选择模块提取污染数据信息，至少包括区域数据信息、地质数据信息、污染物数据信息、污染源数据信息或者位置信息；
污染信息分解模块通过小波变换方式或者模数转换实现数据信息的分解；
关联分析模块通过随机矩阵将不同的数据信息关联起来，随机矩阵函数为：
Figure 290145DEST_PATH_IMAGE036
（1）
在公式（1）中，
Figure 957886DEST_PATH_IMAGE002
表示随机矩阵函数，
Figure 954661DEST_PATH_IMAGE037
表示影响北方岩溶发育带地下水补给径 流区污染的数据集合，
Figure 42965DEST_PATH_IMAGE038
北方岩溶发育带地下水补给径流区输出的数据信息，M表示影响 北方岩溶发育带地下水补给径流区污染的数据种类在矩阵中的行向量，N表示北方岩溶发 育带地下水补给径流区输出的数据信息输出种类在矩阵中的行向量，其中:
Figure 266136DEST_PATH_IMAGE039
（2）
公式（2）中，
Figure 331044DEST_PATH_IMAGE040
表示矩阵
Figure 323271DEST_PATH_IMAGE007
的规模，
Figure 346590DEST_PATH_IMAGE041
表示矩阵列向量，
Figure 650533DEST_PATH_IMAGE042
（3）
通过公式（1）-（3）将影响北方岩溶发育带地下水补给径流区污染的数据集合和北方岩溶发育带地下水补给径流区输出的数据信息输出种类数据信息关联起来；
控制策略输出模块根据关联分析模块计算的数据结果输出控制方案。
在具体实施例中，根据计算出的不同数据信息进而衡量出不同的污染控制方案。
在上述实施例中，施密特正交管控算法工作方法为：
构建评估指标均值计算函数，函数为：
Figure 394498DEST_PATH_IMAGE043
(4)
式(4)中，
Figure 855611DEST_PATH_IMAGE044
表示北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态指标均值，T表示 评估进行周期，
Figure 784253DEST_PATH_IMAGE045
表示北方岩溶发育带地下水补给径流区污染模拟仿真的环境参数，
Figure 982016DEST_PATH_IMAGE046
表 示污染模拟仿真的评估系数；通过建立正交化的评估矩阵将北方岩溶发育带地下水补给径 流区污染状态的指标进行信息交叠，相互影响迭代过程函数为：
Figure 388726DEST_PATH_IMAGE047
(5)
式(5)中，
Figure 355545DEST_PATH_IMAGE015
表示各指标相互交叠函数；污染模拟仿真污染与控制达到平衡的函 数记作为：
Figure 189509DEST_PATH_IMAGE048
(6)
式(6)中，
Figure 500667DEST_PATH_IMAGE049
表示污染输出值，
Figure 852014DEST_PATH_IMAGE050
表示试验室环境下模拟仿真的控制参数，
Figure 532394DEST_PATH_IMAGE051
表示幅 值变化，
Figure 943784DEST_PATH_IMAGE020
表示污染模拟仿真过程中的相角条件，
Figure 709615DEST_PATH_IMAGE052
表示污染模拟仿真时不同数据信息的 平衡因数；污染模拟过程中约束条件为：
Figure 723707DEST_PATH_IMAGE053
(7)
式(7)中，
Figure 665118DEST_PATH_IMAGE054
表示一次运行周期内污染模拟仿真的稳定时间，
Figure 342349DEST_PATH_IMAGE055
表示污染模 拟仿真时间范围，
Figure 736422DEST_PATH_IMAGE056
表示污染模拟仿真过程中的标准条件；
目标函数推算得到控制限制条件为：
Figure 288626DEST_PATH_IMAGE057
(8)
式(8)中，
Figure 943598DEST_PATH_IMAGE058
表示污染模拟仿真污染计算值，
Figure 555845DEST_PATH_IMAGE059
表示污染模拟仿真污染最大控制 输出值，最优解控制方案为：
Figure 437213DEST_PATH_IMAGE060
(9)
式(9)中，
Figure 294573DEST_PATH_IMAGE061
表示污染模拟仿真初次控制的约束数据，
Figure 944997DEST_PATH_IMAGE062
表示邻域范围内污染 模拟仿真迭代计算过程中的约束条件，
Figure 728145DEST_PATH_IMAGE063
表示污染模拟仿真的标准，污染模拟仿真误差公 式为：
Figure 955864DEST_PATH_IMAGE064
(10)
式(10)中，
Figure 990817DEST_PATH_IMAGE065
表示污染模拟仿真正交化安全矩阵，
Figure 620381DEST_PATH_IMAGE066
表示正交化矩阵安全运行系 数。
施密特正交化并不是说矩阵是正交矩阵，而是两个矩阵正交。线性表示的非齐次线性方程组的解互相减一定是齐次方程的解，但是解的集合不一定是全部齐次解的集合，但是至少可以证明系数包括解的秩的范围。在具体实施例中，施密特正交化（Schmidtorthogonalization）是求欧氏空间正交基的一种方法。从欧氏空间任意线性无关的向量组α1，α2，…，αm出发，求得正交向量组β1，β2，…，βm，使由α1，α2，…，αm与向量组β1，β2，…，βm等价，再将正交向量组中每个向量经过单位化，就得到一个标准正交向量组，这种方法称为施密特正交化。在线性代数中，如果内积空间上的一组向量能够X成一个子空间，那么这一组向量就称为这个子空间的一个基。Gram－Schmidt正交化提供了一种方法，能够通过这一子空间上的一个基得出子空间的一个正交基，并可进一步求出对应的标准正交基。
本发明将北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态指标信息通过施密特正交化函数计算出来，以提高地下水补给径流区污染状态控制能力。
本发明基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，利用dSPACE中的ControlDesk工具，实现数据信息的采集与仿真，在本发明方法中，通过ControlDesk允许用户以图形化的方式对硬件进行管理，通过虚拟仪表的方式建立数据实时检测系统，还可以方便的修改相关参数，实现整个实验过程的自动化，
由于北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态运维过程中存在多种影响因素，北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态以及污染状态中的数据信息影响。通过模拟仿真，通过工业生成、农业生产、城镇建设、企业排污等多种不同的形式和各种因素进行dSPACE实时仿真系统、上位机电脑、北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态控制器及实物部分。该发明方法通过控制器进行实时在线的测试，dSPACE拥有强大的计算能力和通用的I/O接口，可以方便的下载代码，而且具有良好的组合行、实时性、可靠性，该发明能够实现污染数据信息采集、仿真和分析，实时仿真系统包括北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态动力传动系统、实物部分为北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态信息采集控制系统、污染状态辅助部件等，北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态控制器在具体实施例中可以选用华海科技的快速原型控制器。dSPACE系统与间的信号，通过CAN总线实现传递。试验数据的显示、采集以及设置，主要通过dSPACE系统的ControlDesk软件在上位机电脑上实现，实现数据信息的采集与仿真。在该发明方法中，通过ControlDesk允许用户以图形化的方式对硬件进行管理，通过上述方法提高了数据信息控制能力。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (3)

1.一种北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟方法，其特征在于：包括以下方法：
步骤一、通过仿真平台输入北方岩溶发育带地下水补给径流区污染的区域数据信息、地质数据信息、污染物数据信息、污染源数据信息和位置信息，搭建模拟平台，将北方岩溶发育带地下水补给径流区污染信息输入仿真平台实现污染信息模拟；
步骤二、根据北方岩溶发育带地下水补给径流区污染区域数据信息提取污染信息，并通过计算模型计算污染信息，在计算模块中施加外界因素干扰参数，以仿真外界数据信息环境信息；
步骤三、根据北方岩溶发育带地下水补给径流区污染区域数据信息，在Simulink中建立控制模块模型并离线仿真，分析北方岩溶发育带地下水补给径流区污染原因；
步骤四、通过施密特正交管控算法验证北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟；仿真平台包括dSPACE实时仿真系统、上位机、控制器及信息数据库，其中控制器分别与dSPACE实时仿真系统、上位机和信息数据库连接；dSPACE实时仿真系统基于MATLAB或者Simulink平台实现北方岩溶发育带地下水补给径流区污染数据信息的模拟仿真；
信息模拟的方法为：
（1）在Simulink环境中构建污染控制模型和污染源数据信息，并对北方岩溶发育带地下水补给径流区污染数据信息离线仿真，通过调整控制策略和数据参数，改变数据信参数，进而改变模拟结果；
（2）设置dSPACE实时仿真系统测试所需的通讯接口，在Simulink中启动数据程序，数据程序利用RTI拖放操作进行I/O接口设置；
（3）使用RTW Build功能编译生成北方岩溶发育带地下水补给径流区污染区域数据信息、地质数据信息、污染物数据信息、污染源数据信息和位置信息相应的代码；
（4）在ControlDesk软件中设置不同数据信息的采集界面；
（5）通过北方岩溶发育带地下水补给径流区信息仿真的结果判断是否需要修改控制策略，当需要修改时，返回第一步，重新进行操作，当不需要修改时，则进行下一步；
计算模型包括污染信息提取模块、污染信息分解模块、关联分析模块和控制策略输出模块，其中所述污染信息提取模块用于提取污染数据信息，并将提取到的数据信息分类，污染信息分解模块用于分解提取出的数据信息，将提出的数据信息转换为信息点或者数据信息分解隐含的数据含义，所述关联分析模块用于将污染信息以及引起污染信息的各种因素关联，以分析造成污染原因，控制策略输出模块用于输出造成污染信息的原因及控制方案，其中所述污染信息提取模块的输出端与污染信息分解模块的输入端连接，污染信息分解模块的输出端与关联分析模块的输入端连接，所述关联分析模块的输出端与控制策略输出模块的输入端连接；
污染信息提取模块通过选择模块提取污染数据信息，至少包括区域数据信息、地质数据信息、污染物数据信息、污染源数据信息或者位置信息；
污染信息分解模块通过小波变换方式或者模数转换实现数据信息的分解；
关联分析模块通过随机矩阵将不同的数据信息关联起来，随机矩阵函数为：
Figure 710232DEST_PATH_IMAGE002
（1）
在公式（1）中，
Figure 194084DEST_PATH_IMAGE004
表示随机矩阵函数，
Figure 239400DEST_PATH_IMAGE006
表示影响北方岩溶发育带地下水补给径流区 污染的数据集合，
Figure 962506DEST_PATH_IMAGE008
北方岩溶发育带地下水补给径流区输出的数据信息，M表示影响北方 岩溶发育带地下水补给径流区污染的数据种类在矩阵中的行向量，N表示北方岩溶发育带 地下水补给径流区输出的数据信息输出种类在矩阵中的行向量，其中:
Figure 839195DEST_PATH_IMAGE010
（2）
公式（2）中，
Figure 927236DEST_PATH_IMAGE012
表示矩阵
Figure DEST_PATH_IMAGE013
的规模，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示矩阵列向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
（3）
通过公式（1）-（3）将影响北方岩溶发育带地下水补给径流区污染的数据集合和北方岩溶发育带地下水补给径流区输出的数据信息输出种类数据信息关联起来；
控制策略输出模块根据关联分析模块计算的数据结果输出控制方案。
2.根据权利要求1所述的一种北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟方法，其特征在于：控制器为ARM+DSP双核处理器，ARM+DSP双核处理器设置有12通道的DMA控制器，3种16通道A/D转换和2通道的12位D/A转换器。
3.根据权利要求1所述的一种北方岩溶发育带地下水补给径流区污染控制模拟方法，其特征在于：施密特正交管控算法工作方法为：
构建评估指标均值计算函数，函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
(4)
式(4)中，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
表示北方岩溶发育带地下水补给径流区污染状态指标均值，T表示评估进 行周期，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表示北方岩溶发育带地下水补给径流区污染模拟仿真的环境参数，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
表示污染 模拟仿真的评估系数；通过建立正交化的评估矩阵将北方岩溶发育带地下水补给径流区污 染状态的指标进行信息交叠，相互影响迭代过程函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
(5)
式(5)中，
Figure 630488DEST_PATH_IMAGE028
表示各指标相互交叠函数，污染模拟仿真污染与控制达到平衡的函数记作 为：
Figure 891705DEST_PATH_IMAGE030
(6)
式(6)中，
Figure 389945DEST_PATH_IMAGE032
表示污染输出值，
Figure 445625DEST_PATH_IMAGE034
表示试验室环境下模拟仿真的控制参数，
Figure 465534DEST_PATH_IMAGE036
表示幅值变 化，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
表示污染模拟仿真过程中的相角条件，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
表示污染模拟仿真时不同数据信息的平衡 因数；污染模拟过程中约束条件为：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
(7)
式(7)中，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
表示一次运行周期内污染模拟仿真的稳定时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
表示污染模拟仿真 时间范围，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
表示污染模拟仿真过程中的标准条件；
目标函数推算得到控制限制条件为：
Figure DEST_PATH_IMAGE049
(8)
式(8)中，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
表示污染模拟仿真污染计算值，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
表示污染模拟仿真污染最大控制输出 值，最优解控制方案为：
Figure DEST_PATH_IMAGE055
(9)
式(9)中，
Figure DEST_PATH_IMAGE057
表示污染模拟仿真初次控制的约束数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE059
表示邻域范围内污染模拟仿 真迭代计算过程中的约束条件，
Figure DEST_PATH_IMAGE061
表示污染模拟仿真的标准，污染模拟仿真误差公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE063
(10)
式(10)中，
Figure DEST_PATH_IMAGE065
表示污染模拟仿真正交化安全矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE067
表示正交化矩阵安全运行系数。
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