基于BP人工神经网络的小城镇生态环境质量评价模型_李丽
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街道绿化作为城市绿地系统中重要的组成部分,是居民接触最频繁的城市绿化形式,会对城市生态改善、环境品质提升、行人心理感知体验产生最直接的影响。
因此,对于街道绿化的测度与评估显得尤为重要。
国内传统的城市绿化评价指标包括绿地率、植被覆盖率和人均公园绿地面积等二维绿化平面指标。
随着国家新型城镇化规划工作的展开,把对人的关注度提升到了新的高度,呼吁以人为本的城市规划与设计[1],基于人视角对绿化进行评估量化的绿视率(green viewindex, GVI)指标,因其可以更好地反映人在街景中实际感受到的绿化程度[2],可作为以人为本的绿化评价方法。
已有学者借助街景大数据对街道绿视率展开研究,并尝试与植被覆盖率结合进行街道绿化的综合评价,但植被覆盖率大多以片区、街区或大网格为单元来测算[3,4],超出了街道尺度,缺乏街道微观尺度下的植被覆盖率测度。
另外,绿视率仅能测量绿化量的大小,同样的绿视率可能存在植物配置的不同。
绿化配置的效果表征着绿化效果的美感体验,同样影响着街道绿化的质量。
因此,本次研究将微观尺度下街廊视角[5]的植被覆盖率与绿视率相结合进行对比研究,同时考虑街道绿化配置构成,更加综合地评估街道绿化质量。
研究以辽宁省大连市中心城区为例,运用卫星遥感影像、百度街景数据及机器学习算法和线上调查,对街道植被覆盖率、绿视率和绿化配置展开测度与评价,探究街道植被覆盖率、绿视率及绿化配置的分布特征,并进一步分析不同功能街区的绿化综合质量。
通过深入探究多维度视角下的街道绿化质量,可以全面地了解街道绿化的现状与问题,为城市街道绿化规划与设计提供参考。
摘要 文章以辽宁省大连市中心城区为例,基于卫星遥感影像、百度街景数据及图像语义分析和线上调查,提取街道植被覆盖率、绿视率及绿化配置数据,进行绿化质量测度与评价。
结果显示:①研究区域整体的街道绿化质量一般,植被覆盖率均值为32.84%,绿视率均值为22.40%,绿化配置简单占比61.53%;②商业型街区的3项绿化指标表现最差,景观休闲型街区的街道绿视率与绿化配置水平最高;③行道树冠幅、街道和路幅宽度、乔灌草的搭配,以及街旁绿地的布置均是影响街道绿化质量的因素。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610280987.6(22)申请日 2016.04.28(71)申请人 大连理工大学地址 116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人 于权 王宇新 王磊 柳德义 左利忠 薛立群 (74)专利代理机构 大连理工大学专利中心21200代理人 梅洪玉 侯明远(51)Int.Cl.G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/20(2012.01)G06N 3/02(2006.01)(54)发明名称一种基于BP神经网络的院校教学质量评价方法(57)摘要本发明属于教学管理领域,涉及一种基于BP神经网络的院校教学质量评价方法。
本发明是利用BP神经网络的方法进行教学质量评价,网络架构为两层三角度BP神经网络。
第一层是由学员评价子系统,课程评价子系统和集训班评价子系统即三个角度的评价组成。
第二层是由第一层中的各个子系统下的“子系统”组成。
本发明结合院校教学工作的实际特点和教育教学质量的要求,将BP神经网络引入到院校教学质量评价中,建立相关的数学模型,综合多项复杂的指标并予以量化,科学合理可行。
权利要求书2页 说明书4页 附图2页CN 105976098 A 2016.09.28C N 105976098A1.一种基于BP神经网络的教学质量评价方法,其特征在于以下步骤,第一步,初始化并输入数据数据1)评价数据初始化处理为了保证输入数据范围是[0,1]之间,使用公式(1)对输入数据进行归一化处理:其中:P是BP神经网络的输入值,I是评价原始数据,Imin是BP神经网络输入的最小值,Imax是BP神经网络输入的最大值;2)初始化权值矩阵、计数器、学习速率、误差输入层节点与隐含层节点的权值矩阵为V,隐含层节点与输出层节点的权值矩阵为W;分别对V和W矩阵赋予随机值,将样本模式计数器p和训练次数计数器q置为1,误差E设置为0,学习速率η设为0.001,网络训练后达到的精度Emin设为一正的小数;3)输入训练样本对,计算各层输出;用当前样本Xp、dp对向量X、d赋值,用公式(2)和公式(3)计算Y和O中的各分量;y j=f(net j) j=1,2,…,m (2)o k=f(net k) k=1,2,…,1 (3)第二步,计算各层误差并调整权值;1)计算网络输出误差;设共有P对训练样本,网络对应不同的样本具有不同的误差Ep,用其中最大的Emax代表网络的总误差E;或用其均方根作为网络的总误差E;2)计算各层误差信号;利用公式(3)和公式(4)计算和3)调整各层权值;利用公式(6)和公式(7)W和V中的各分量;第三步,检查是否结束本轮轮巡;1)检查计数器是否达标;若p<P(或p`<P`),计算器p(p`)和q(q`)都加1,返回第二步,否则进行精度检查;2)检查精度是否符合要求;检查网络总误差是否达到精度要求:若E<E min(或E`<E`min),训练结束,否则E(E`)置0,p (p`)置1,返回第二步继续迭代;3)检查是否进入第二层神经网络;若本次迭代为第一层神经网络则进入第二层神经网络迭代,本次的输出为第二层神经网络的输入,否则结束迭代;在该方法中,有如下参数设置:对于BP网络层数:三层;输入层单元的个数:第一层为5;第二层的成绩部分为3,评价表部分为18;其中课程成绩有平均成绩:全部学员课程的平均成绩/100;均方差成绩:全部学员课程成绩的均方差;浮动成绩:(课程平均成绩-历史该课程平均成绩)/历史该课程平均成绩;输出层神经单元个数:1;隐含层神经元的个数,综合经验公式以及该方法结构且通过实验检验为7;训练函数通过实验:LM;学习速率是保持不变的,通过实验检验,学习速率为0.03;在隐层单元上的激活函数:tagsig双曲正切函数;在输出层单元的激活函数:Sigmoid函数。
中国人口·资源与环境2013年第23卷第11期专刊CHINA POPULATION ,RESOURCES AND ENVIRONMENT Vol.23No.112013收稿日期:2013-06-08作者简介:李莉,硕士,工程师,主要研究方向为环境科学和环境工程。
基金项目:天津市环保专项“天津市生物多样性保护战略与行动计划(2013-2030年)”。
中新天津生态城生物多样性现状调查及保护建议李莉张征云宋文华宋兵魁(天津市环境保护科学研究院,天津300191)摘要为了维持并提高中新生态城的生态环境质量,保护当地生物多样性,对中新天津生态城规划区域生物多样性进行调查,发现生态城共有动植物469种,其中动物332种,植物137种。
生物空间分布不均,动植物主要分布在生境较好的湿地,动物以昆虫、鸟类种类相对较多,盐生植物资源丰富。
建议采取突出原生态的保护和修复、重视水环境修复和控制土壤盐度的措施,保证城市绿地的景观多样性、物种多样性和系统的稳定性。
关键词中新生态城;生物多样性;调查中图分类号X835文献标识码A文章编号1002-2104(2013)11专-0329-04中新天津生态城是中国与新加坡两国政府合作,以生态发展的理念建设的新型城市,位于天津滨海新区内塘沽区与汉沽区之间,距离滨海新区核心区15km 、距离天津中心城区45km 。
中新天津生态城作为世界上第一个国家间合作开发建设的生态城市,将为中国乃至世界其他城市可持续发展提供样板;为生态理论创新、节能环保技术使用和展示先进的生态文明提供国际平台;为中国今后开展多种形式的国际合作提供示范。
1目标为了维持并提高中新生态城的生态环境质量,保护当地生物多样性,首先应当对其生物多样性的本底进行调查。
通过对中新生态城生物多样性本底调查,以期达到如下目的:现分布于该区域内生物;主要资源物种的数量等级、分布及生境状况;影响生物多样性的主要因子;合理开发利用建议。
应用BP神经网络实现环境监测的优化布点
彭荔红;李祚泳
【期刊名称】《环境保护》
【年(卷),期】2000()4
【摘要】环境测点的合理布设关系到只用少量测点的监测数据就能客观、准确地反映区域环境质量 ,采用传统的优化统计模型对监测数据进行分析处理一般较繁。
基于人工神经网络应用于模式分类与识别具有适应能力强、客观性好的特点 ,提出将人工神经网络BP算法与逐步聚类分析的思想相结合 ,实现对环境测点的逐步聚类优选 ,用该方法对贵阳市1992~1993年期间的16个大气环境测点的监测数据进行优选。
【总页数】3页(P17-19)
【关键词】神经网络;BP算法;优化布点;聚类分析;环境监测
【作者】彭荔红;李祚泳
【作者单位】厦门大学环境科学研究中心;成都气象学院大气电子研究所
【正文语种】中文
【中图分类】X830.1
【相关文献】
1.熵权多目标决策环境监测优化布点模型及应用 [J], 许丽忠;张江山;王菲凤
2.熵权物元分析法在辐射环境监测优化布点中的应用 [J], 林鸿雁;张江山;林少玲;温烨明
3.熵权TOPSIS法在新疆辐射环境监测优化布点中的应用 [J], 冯光文;胡有华;刘茜
4.最优分割分析在水环境监测优化布点中的应用 [J], 周劲;董吉文;张平
5.城市大气环境监测优化布点应用实例 [J], 陈珊珊
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第40卷第4期2012年2月广州化工Guangzhou Chemical Industry Vol.40No.4February.2012新重氮盐水解法制备2,4-二甲基苯酚祁生奎1,章国栋1,黄宝雷2,刘云1(1金华双宏化工有限公司,浙江金华321000;2山东滨农科技有限公司,山东滨州256600)摘要:以2,4-二甲基苯胺为原料,经重氮化、水解及水汽蒸馏法合成2,4-二甲基苯酚。
将生成的2,4-二甲基苯酚迅速萃取到混合溶剂中并利用水汽蒸馏法及时从反应体系中移出,有效抑制重氮盐水解的串联副反应,极大地提高了产品收率。
同时溶剂与水解液回收套用,大大降低成本且降低废酸排放。
在本工艺条件下,平均收率88.2%。
关键词:重氮;水解;2,4-二甲基苯酚中图分类号:TQ243.1文献标识码:A文章编号:1001-9677(2012)04-0045-03Synthesis of 2,4-Dimethylphenol with Diazotization and HydrolysisQI Sheng -kui 1,ZHANG Guo -dong 1,HUANG Bao -lei 2,LIU Yun 1(1Jinhua Shuanghong Chemical Co.,Ltd.,Zhejiang Jinhua 321000;2Shandong Binnong Technology Co.,Ltd.,Zhejiang Binzhou 256600,China )Abstract :Based on 2,4-dimethylaniline ,2,4-dimethylphenol was prepared using diazotization and hydrolysis andazeotropic distillation with water.Active 2,4-dimethylphenol was extracted in mixed solvent quickly and was separated from reaction mass using azeotropic distillation with water.It may increase yield because it may availably restrain side re-action during hydrolyzation of diazonium salts.It also may reduce cost and acid wastewater discharge using recovery of sol-vent and hydrolysis mother liquor.Average yield was 88.2%under this reaction condition.Key words :diazotization ;hydrolysis ;2,4-dimethylphenol作者简介:祁生奎(1974-),男,助工,主要从事酸性染料及其中间体的合成。
浅析小城镇生态规划设计发表时间:2019-07-31T10:06:01.933Z 来源:《防护工程》2019年8期作者:罗馨黄磊昌[导读] 工业化在为人类带来飞跃发展的同时也带来了一系列的生态危机问题,至今一直是全球关注的问题。
大连工业大学辽宁省大连市 116000摘要:随着我国社会经济的不断发展,小城镇的生态环境问题受到越来越多的重视,而在加快建设步伐的同时,在一些小城镇的开发建设中出现了土地资源浪费、小城镇产业模式需升级、小城镇的非可持续发展、经济与环境不能共存、城乡二元化不协调等问题。
合理的生态规划就是协调人与自然的关系,在以人为本的同时要以尊重的态度面对自然,要对生态有足够的了解,这应该是对小城镇生态规划设计的核心任务。
关键词:小城镇;生态规划;环境保护工业化在为人类带来飞跃发展的同时也带来了一系列的生态危机问题,至今一直是全球关注的问题,各国都相应的做出了措施,提出可持续发展的理念。
我国也早在十八大期间提出,把生态文明建设融入城乡建设的全过程,加快推进建设资源节约型和环境友好型城镇。
小城镇介于城市和乡村之间,地位特殊,是联系城市与乡村的桥梁,而小城镇的合理规划发展和生态环境建设就已然成为了社会发展的必然趋势。
一、小城镇生态环境现状及问题1.盲目跟风造成资源浪费一些城镇在搞建设规划时,因想高效率、高回报、高利用而盲目跟风大城市或者成熟城镇的规模理念,不管地方特色,没有做到因地制宜,导致浪费当地资源。
例如,一味地进行房地产开发,而忽视城镇的总人口与当地人民的购买力,占用大面积的土地盖楼房而很少考虑绿化率和周边配套基础设施,出现烂尾楼或者入住率极低的小区,导致土地资源浪费。
2.过分重视经济效益,忽视生态环境保护为了提高地方经济,重视经济效益高的项目,反而忽视了生态系统平衡、基础设施设计和基本环境改造。
有些政府为了经济效益不受影响,对于一些污染工厂不予及时的制止,对生态环境造成恶劣的影响,也为当地居民的身体健康带来很大威胁。
《基于层次分析法的某城市生态环境质量评价研究》篇一一、引言随着城市化进程的加速,生态环境问题日益凸显,成为影响城市可持续发展的重要因素。
对城市生态环境质量进行评价,是了解城市生态环境现状、发现问题、制定改善措施的重要手段。
本文以某城市为例,采用层次分析法进行生态环境质量评价研究,以期为该城市的生态环境改善提供科学依据。
二、研究区域与方法1. 研究区域本文以某城市为研究对象,该城市具有代表性的生态环境问题,对区域乃至国家生态环境具有重要影响。
2. 研究方法本文采用层次分析法进行生态环境质量评价。
层次分析法是一种定性与定量相结合的多目标决策分析方法,可以有效地处理复杂的社会、经济、技术等问题。
三、层次分析法应用1. 建立层次结构模型根据生态环境质量评价的实际情况,建立包括目标层、准则层和指标层的层次结构模型。
目标层为该城市生态环境质量评价;准则层包括自然环境、社会环境、经济环境和人为活动等四个方面;指标层则根据准则层的具体内容,选取具有代表性的指标。
2. 确定指标权重采用专家打分法、层次单排序及其一致性检验等方法,确定各指标的权重。
权重反映了各指标在生态环境质量评价中的重要程度。
3. 数据采集与处理收集该城市近几年的生态环境相关数据,包括空气质量、水资源、绿化率、噪音污染、人口密度、经济发展水平等。
对数据进行标准化处理,消除量纲和数量级的影响。
4. 计算综合评价指数根据层次分析模型和指标权重,计算各准则层和目标层的综合评价指数。
综合评价指数反映了该城市生态环境质量的总体水平。
四、结果分析1. 生态环境质量评价结果根据综合评价指数,对该城市生态环境质量进行评价。
评价结果包括自然环境、社会环境、经济环境和人为活动等方面的得分及总体得分。
2. 结果分析结合该城市实际情况,对评价结果进行分析。
分析各准则层和指标层的得分情况,找出影响生态环境质量的关键因素。
同时,将该城市的生态环境质量与同类城市进行比较,找出差距和不足。
城市综合环境质量评价的B—P网络模型
李祚泳
【期刊名称】《系统工程》
【年(卷),期】1995(13)2
【摘要】为了探索人工神经网络用于综合环境质量评价的可能性,提出了基于B-P
算法的人工神经网络城市综合环境质量的二级评价模型.该模型应用于某市的大气、地面水和噪声综合环境质量评价结果表明,B—P网络用于环境质量评价简便实用,
具有客观性和通用性.
【总页数】5页(P9-13)
【关键词】环境质量评价;神经网络;B-P网络模型;城市
【作者】李祚泳
【作者单位】成都气象学院大气电子工程系
【正文语种】中文
【中图分类】X822
【相关文献】
1.福建省主要城市蔬菜地综合环境质量评价 [J], 徐志平
2.海岛型城市人居环境质量评价——基于厦门市和平潭综合实验区的对比 [J], 金
星星;叶士琳;吴小影;王怡;程煜
3.基于GIS城市规划综合环境质量评价的研究 [J], 赵俊兰;冯仲科
4.模糊综合评价法在城市环境质量评价中应用 [J], 张文涛;汪桂林
5.BP神经网络模型在城市环境质量评价中的应用 [J], 白润才;殷伯良;孙庆宏因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
0引言生态效率是生态资源满足人类需要的效率。
一般而言,采用单位资源消耗和环境污染所对应的地区生产总值来衡量生态效率。
经济活动个体的负外部性导致了生态环境问题的产生,负外部性只依赖市场“无形的手”调控会导致市场失灵,此时政府对于环境保护制定的相关政策尤为重要。
学者们将环境规制的含义最早界定为政府的直接规制,即政府以行政命令为主对环境资源利用进行直接干预,手段包括禁令、非市场转让性的许可制等。
随后,环境税、补贴、押金退款、经济刺激手段同样具备环境规制的功能,环境规制的含义被修正,概括为政府对环境资源利用直接和间接的干预,涵盖行政法规、经济手段及利用市场机制政策等。
生态标签、环境认证、自愿协议的实施,环境规制的含义再次被修正,不仅包括了政府的命令控制型规制,还包括了市场激励型环境规制和自愿性协议等。
学者们研究环境规制对生态效率的影响,通常从生态环境和经济发展两个方面展开。
关于环境规制对生态环境的影响存在3种观点。
一是环境规制能促进生态环境的改善。
钱争鸣和刘晓晨(2015)研究认为,在一定范围内环境规制有利于企业群体性调整内部结构,驱动地区产业结构升级使生产更加绿色化。
二是环境规则对生态环境的影响呈非线性特征。
张华等人(2014)利用中国省级面板数据的研究发现,环境规制对生态环境的直接影响轨迹呈倒“U ”形。
三是环境规制对生态环境的改善不显著或者负向影响。
傅京燕、李丽莎(2010)研究发现,环境规制会影响我国产业的国际竞争力。
部分学者认为环境规制对生态效率的影响受众多因素的影响。
姬晓辉和汪健莹(2016)基于面板门槛模型发现,外商投资规模、开放化程度和研发投入具有显著的门槛特征,在越过一定的门槛值后,环境规制对于生态效率由负面作用变为正向溢出。
可见,大量研究关注环境规制对工业生态效率的影响,但鲜有研究不同类型的环境规制对区域生态效率的影响。
本文以我国30个省(直辖市、自治区)为研究对象,研究不同类型环境规制对区域生态效率的影响效应,为促进我国经济绿色发展提供理论依据。
BP人工神经网络在生态环境脆弱性评价方面的应用——以乌拉特前旗为例孙国军【期刊名称】《西北师范大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2012(048)005【摘要】Take Wulate County as study area, and the ecological environment as evaluation target, basing on the natural and man-made factors, 11 evaluation indicators are selected to establish I , II and III grade standards of network input and network expectation ouput, thus the vulnerability assessment model of ecological environment in Wulate County is constructed. The outputs of network simulation are 0. 2059,1.0076 and — 0.1756. The vulnerability is determined to the second level, which belongs to the moderately fragile. At the end of this study, the reasons of vulnerability formation are discussed.%以乌拉特前旗为研究区域,生态环境为评价目标,依据自然和人为因素要求,选取11个评价指标,建立网络输入和网络期望输出的Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ三级标准,构建生态环境脆弱性评价模型,运用BP人工神经网络方法进行评价.结果表明,网络仿真的输出值为0.205 9,1.007 6,-0.1756,判定乌拉特前前旗的生态环境脆弱性为Ⅱ级,属于中度脆弱.最后对脆弱性形成的原因进行了分析.【总页数】5页(P105-108,114)【作者】孙国军【作者单位】河西学院历史文化与旅游学院,甘肃张掖734000【正文语种】中文【中图分类】X144【相关文献】1.BP人工神经网络在估计织物热湿阻方面的应用 [J], 楚艳艳;汪青;禹建丽;崔世忠2.城市化与生态环境相互作用系统脆弱性评价——以黑龙江省东部煤电化基地为例[J], 吴广斌;陈晓红3.基于DPRISM概念框架的生态环境脆弱性评价——以岷江上游为例 [J], 郭梦迪;韩继冲;施玥;邵怀勇;杨青林4.基于模糊层次分析法的生态环境脆弱性评价——以三峡水库生态屏障区湖北段为例 [J], 范语馨;史志华5.岩溶山区城市饮用水源地生态环境脆弱性评价——以凯里市水源地为例 [J], 尚海龙;蒋焕洲;徐宏;史正涛因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于BP神经网络的中国城镇化质量差异研究
刘学;孙泰森
【期刊名称】《湖北农业科学》
【年(卷),期】2015(54)1
【摘要】改革开放以来,中国的城镇化进程快速推进,在城镇化快速发展的同时,也产生了诸多问题,城镇化质量状况逐渐受到高度重视.为探清中国城镇化质量状况,通过构建指标体系,应用BP神经网络方法,对中国31个省级行政区(包括直辖市和自治区)的城镇化质量状况进行了差异研究和分析,并提出了具有针对性和可行性的建议.
【总页数】6页(P229-234)
【作者】刘学;孙泰森
【作者单位】山西农业大学资源环境学院,山西太谷030801;山西农业大学资源环境学院,山西太谷030801
【正文语种】中文
【中图分类】F291.1
【相关文献】
1.基于主成分分析的我国省域城镇化质量差异研究 [J], 郝华勇
2.河北省市域城镇化质量差异研究 [J], 周鸿飞
3.中国新型城镇化质量评价指标体系构建及评价方法——基于2003-2014年31个省市的空间差异研究 [J], 蓝庆新;刘昭洁;彭一然
4.怀化市新型城镇化质量测度及时空差异研究 [J], 李丽;周芸
5.《中国经济周刊》与中国社科院城环所联合发布《中国城镇化质量报告》哪个城市的城镇化质量更高 [J], 李凤桃;赵明月;张伟;魏后凯;王业强;苏红键;郭叶波
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基于B P 人工神经网络的小城镇生态环境质量评价模型*李 丽 张海涛**(华中农业大学资源与环境学院,武汉430070)摘 要 针对中国小城镇生态环境质量综合评价存在的问题,以生态环境质量指标体系作为神经网络的输入、以生态环境等级评分作为输出,基于B P 人工神经网络,建立了具有20个隐含层节点、3层网络的小城镇生态环境质量评价模型;以生态环境指标的各级评价标准作为模型的训练样本,以训练样本数量的10%以及各指标各等级的临界值、中间值作为检验样本,以研究区生态环境质量的实际监测值作为预测样本,利用M A T L A B 软件对B P 人工神经网络进行训练,并对鄂州市杜山镇生态环境质量等级进行了模式识别.结果表明:利用B P 人工神经网络方法对小城镇生态环境质量进行预测是可行的、可靠的,它不仅能很好地评价区域生态环境质量,而且能够与区域生态环境的实际特征相结合.关键词 生态环境质量 B P 人工神经网络 小城镇 评价模型文章编号 1001-9332(2008)12-2693-06 中图分类号 X 821 文献标识码 AA s s e s s m e n t m o d e l o f t o w n l e t e c o -e n v i r o n m e n t a l q u a l i t yb a s e do nB P -a r t i f i c i a l n e u r a l n e t -w o r k .L I L i ,Z H A N GH a i -t a o (C o l l e g e o f R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e n t ,H u a z h o n g A g r i c u l t u r a l U n i -v e r s i t y ,W u h a n 430070,C h i n a ).-C h i n .J .A p p l .E c o l .,2008,19(12):2693-2698.A b s t r a c t :A i m i n g a t t h e p r o b l e m s i n t h e t o w n l e t e c o -e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y a s s e s s m e n t i n C h i n a ,a c o m p r e h e n s i v e a s s e s s m e n t m o d e l o f t o w n l e t e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y b a s e d o nB P -a r t i f i c i a l n e u r a l n e t w o r k w a s s e t u p ,w h i c h c o n t a i n e d 20c r y p t i c l a y e r n o d e s a n d 3l a y e r s .T h e r a n k c l a s s i f i -c a t i o n c r i t e r i o n o f e c o -e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y 's a s s e s s m e n t i n d i c a t o r s y s t e mw e r e c h o s e n a s t h e t r a i n -i n g s a m p l e o f t h e m o d e l ,t h e 10%o f t r a i n i n g s a m p l e a s w e l l a s t h e m i d d l e a n d c r i t i c a l v a l u e s w e r e r e g a r d e d a s e x a m i n i n g s a m p l e ,a n d t h e m o n i t o r i n g v a l u e s o f a s s e s s m e n t r e g i o nw e r e t r e a t e d a s t e s t s a m p l e .C h o o s i n g t h eD u s h a n T o w n i nE z h o u C i t y a s a n e x a m p l e ,t h e t r a i n i n g a n d p r e d i c t i o n w e r e m a d e b y u s i n g M A T L A Bs o f t w a r e .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t B P -a r t i f i c i a l n e u r a l n e t w o r k w a s n o t o n l y f e a s i b l e a n d d e p e n d a b l e ,b u t a l s o c o u l d p r o v i d e a c c e p t a b l e r e s u l t s i n a c c o r d w i t h t h e r e g i o n a l r e a l -i s t i c e c o -e n v i r o n m e n t a l f e a t u r e .K e y w o r d s :e c o -e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y ;B P -a r t i f i c i a l n e u r a l n e t w o r k ;t o w n l e t ;a s s e s s m e n t m o d e l .*湖北省小城镇发展研究中心开放基金资助项目(2006K 06).**通讯作者.E -m a i l :z h t @m a i l .h z a u .e d u .c n 2008-05-12收稿,2008-09-22接受. 生态环境质量评价是生态环境管理的重要手段之一.通过环境质量评价可对某一区域的生态环境质量状况做出科学评估,并为生态环境管理、生态环境工程、生态环境标准的制订、生态环境规划、生态环境建设等提供科学依据.多年来,国内外学者对环境质量评价方法进行了大量研究[1-2],传统的评价方法主要包括指数评价法[3-4]、层次分析法(A H P 法)[5-6]、主成分分析法[7-8]和模糊聚类评价法[9-10]等,但多数方法的实际操作性不够,存在一定的局限性和不合理性.因此,本文试图将人工神经网络方法引入小城镇生态环境质量评价,采用B P算法建立了生态环境质量评价模型,并用于实际的环境质量评价,旨在为小城镇生态环境质量评价提供一种新的方法理论.1 研究地区与研究方法1.1 研究区概况本研究区为位于鄂州市西南城郊的杜山镇(30°05′—30°20′N ,114°31′—114°43′E ),属亚热带季风气候过渡区,年均气温17℃,无霜期268~272d ,年均降水量1200~1500m m ,年日照时数2038~应用生态学报 2008年12月 第19卷 第12期 C h i n e s e J o u r n a l o f A p p l i e dE c o l o g y ,D e c .2008,19(12):2693-2698DOI :10.13287/j .1001-9332.2008.00472083h .该区四季分明,光照充足,雨量充沛,土质肥沃,适宜发展各类种养业.杜山镇地形呈不规则的锐角三角形,低洼平坦,全镇人少地多,水利设施完善,具有发展规模生产、集约经营的优越条件.随着杜山镇工业经济规模与效益的与日俱增,该镇生态环境质量问题也日益突出,工业、农业、交通、生活等带来的环境压力越来越严重.1.2 B P 人工神经网络模型人工神经网络(a r t i f i c i a l n e u r a l n e t w o r k s ,A N N )是20世纪40年代产生、80年代发展起来的模拟人脑生物过程的人工智能技术,是由大量简单的神经元广泛互连形成的复杂非线性系统.它不需要任何先验公式,就能从已有数据中自动地归纳规则,获得这些数据的内在规律,具有自学习性、自组织性、自适应性和很强的非线性映射能力,特别适于对因果关系复杂的非确定性推理、判断、识别和分类等问题的处理[11].B P 人工神经网络是A N N 技术中应用最广泛的一种网络类型,是一种多层前向型神经网络,其权值的调整采用反向传播(b a c kp r o p a g a t i o n )学习算法,体现了神经网络理论中最为精华的部分[12].它是一种包含输入层、隐含层和输出层的中向传播的多层前向网络(图1),可解决多层网络中隐含单元连接权的学习问题.其输入信号从输入节点依次传过各隐含层,然后传到输出节点,每一层节点的输出只影响下一层节点的输出.B P 人工神经网络的学习过程包括正向传播和反向传播.当正向传播时,输入信息从输入层经隐含层单元处理后传向输出层,每一层神经元的状态只影响下一层神经元的状态.如果在输出层得不到希望的输出,则转入反向传播,将误差信号沿原来的神经元连接通路返回,返回过程中,逐一修改各层神经图1 B P 神经网络结构F i g .1 S t r u c t u r e o f B P -n e u r a l n e t w o r k .元连接的权值.这种过程不断迭代,最后使信号误差达到允许的误差范围内[13].1.3 数据来源与处理采用B P 神经网络方法建模的首要和前提条件是有足够的典型性好、精度高的样本.而且,为监控训练(学习)过程使之不发生“过拟合”,以提高网络模型的性能和泛化能力,必须将收集到的数据随机分成训练样本、检验样本(10%以上)和测试样本3部分.此外,数据分组时还应尽可能考虑样本模式间的平衡.1.3.1训练样本 生态环境质量评价本质上是模式识别问题,即将生态环境质量评价指标系统的实际监测结果与对应生态环境质量评价标准值构成的数组进行比较,与监测值构成的数组最为接近的标准值数组所对应的生态环境质量等级即为B P 人工神经网络模型的识别结果,也就是对应区域的生态环境质量评价结果.以往关于环境质量评价B P 人工神经网络模型的研究中[14-18],通常都是直接将国家制定的环境质量标准作为训练样本,但对于小城镇生态环境质量的评价而言,如果按照国家生态环境质量标准作为训练样本,那么该小城镇中各行政村的生态环境质量可能就集中于某1个级别或某2个级别,以至于整个乡镇的生态环境质量评价差异性不够显著.因此,本研究参照《全国环境优美小城镇考核指标(试行)》和《生态环境质量评价技术规定》,并结合生态环境质量评价的相关文献资料[19-23],采用频率统计法、理论与实际分析法、特尔菲专家咨询法和相关性分析法对预选指标进行筛选[24],构建了由自然资源、区域环境水平和区域社会经济水平3个层面、12个分项、29个单项评价因子组成的评价指标体系.以杜山镇生态环境系统29个指标的极大值和极小值为边界,根据杜山镇8个村的各个指标值的分布状况,研究区生态环境质量等级可划分为5个等级(表1).相关研究表明[25-28],训练样本过少会造成网络模型的鲁棒性、适用性较差,因此不能对实测数据作出准确的识别,从而对环境质量状况做出明确判别.针对模型存在的这一问题,本研究尝试在上述等级划分的基础上,用M A T L A B 软件n o r m r n d 函数在每级标准对应数组之间,根据数据呈正态分布的原则生成部分(本研究选择21对)训练样本,对训练样本集进行扩充,取其中100个样本为训练样本,从而提高B P 人工神经网络模型的鲁棒性和适用性[29-31].2694 应 用 生 态 学 报 19卷表1 杜山镇生态环境质量评价指标体系的等级划分及其预期输出T a b.1 R a n kc l a s s i f i c a t i o na n da n t i c i p a t e do u t p u t o f e n v i-r o n me n t a l q u a l i t ye v a l u a t i o n i n d i c a t o rs y s t e m i n D u s h a n T o w n指标I n d i c a t o r等级划分标准R a n k d i v i s i o n s t a n d a r dⅠⅡⅢⅣⅤ预期输出A n t i c i p a t e d o u t p u tW R A D0.130.180.310.461(1,0.8,0.6,0.4,0.2)A P P H L0.200.290.400.550.99(1,0.8,0.6,0.4,0.2)A P P F0.590.670.770.871(1,0.8,0.6,0.4,0.2)I G R0.790.880.960.981(1,0.8,0.6,0.4,0.2)G S C F00.040.180.371(1,0.8,0.6,0.4,0.2)B A I0.020.060.180.531(1,0.8,0.6,0.4,0.2)R A D0.610.830.880.921(1,0.8,0.6,0.4,0.2)R A P I0.940.970.980.991(1,0.8,0.6,0.4,0.2)S S P R0.200.400.600.801(1,0.8,0.6,0.4,0.2)H W W E I0.560.670.890.941(1,0.8,0.6,0.4,0.2)R S E Q0.500.600.700.801(1,0.8,0.6,0.4,0.2)H S P R0.200.400.600.801(1,0.8,0.6,0.4,0.2)A U C F A I0.150.170.220.751(1,0.8,0.6,0.4,0.2)P A R0.320.480.650.771(1,0.8,0.6,0.4,0.2)A M C U F0.250.380.510.560.99(1,0.8,0.6,0.4,0.2)C S S C U F0.560.670.890.941(1,0.8,0.6,0.4,0.2)P D0.570.600.780.851(1,0.8,0.6,0.4,0.2)R C L0.410.670.780.891(1,0.8,0.6,0.4,0.2)B C R0.800.890.930.971(1,0.8,0.6,0.4,0.2)F N I0.860.890.910.961(1,0.8,0.6,0.4,0.2)R D I0.860.890.930.981(1,0.8,0.6,0.4,0.2)E C0.590.660.780.901(1,0.8,0.6,0.4,0.2)L F R0.330.560.720.891(1,0.8,0.6,0.4,0.2)I S0.400.450.560.651(1,0.8,0.6,0.4,0.2)P U C D0.590.710.820.941(1,0.8,0.6,0.4,0.2)C E P R0.080.160.250.541(1,0.8,0.6,0.4,0.2)R W P R00.410.670.731(1,0.8,0.6,0.4,0.2)P U0.500.600.700.800.95(1,0.8,0.6,0.4,0.2)R N D0.460.570.750.891(1,0.8,0.6,0.4,0.2) WR A D:水资源丰缺度W a t e r r e s o u r c e s a b u n d a n t d e g r e e;A P P H L:人均居住用地A v e r a g e p e rp e r s o nh o u s i n gl a n d;A P P F:人均耕地A v e r a g e p e r p e r s o n f a r m i n g;I G R:灌溉保证率I r r i g a t i o ng u a r a n t e er a t e;G S C F:绿地覆盖率G r e e n s p a c e c o v e r a g e f r a c t i o n;B A I:生物丰度指数B i o l o g i-c a l a b u n d a n c ei n d e x;R A D:资源丰缺度R e s o u r c e sa b u n d a n t d e g r e e; R A P I:区域空气污染指数R e g i o na i r p o l l u t i o ni n d e x;S S P R:生活污水处理率S a n i t a r y s e w a g e p r o c e s s i n gr a t i o;H W WE I:有害废水排放强度H a r m f u l w a s t e w a t e r e m i s s i o n s i n t e n s i t y;R S E Q:区域声环境质量R e g i o n s o u n d e n v i r o n m e n t q u a l i t y;H S P R:生活垃圾处理率H o m e s c r a p p r o c e s s-i n g r a t i o;A U C F A I:农用化肥施用强度A g r i c u l t u r a l u s e c h e m i c a l f e r t i l i z-e r a p p l i c a t i o ni n t e n s i t y;P A R:农药施用强度P e s t i c i d e a p p l i c a t i o nr a t e;A M C U F:农膜循环利用率A g r i c u l t u r a l m e m b r a n e c i r c u l a t i o nu s e f a c t o r;C S S C U F:农作物秸秆综合利用率C r o p s s t r a ws t a l kc o m p r e h e n s i v eu s e f a c t o r;P D:人口密度P o p u l a t i o n d e n s i t y;R C L:居民文化水平R e s i d e n t c u l t u r a l l e v e l;B C R:计划生育率B i r t hc o n t r o l r a t e;F N I:农民纯收入F a r m e r n e t i n c o m e;RD I:居民可支配收入R e s i d e n t d i s p o s a b l ei n c o m e;E C:恩格尔系数E n g e l's c o e f f i c i e n t;LF R:劳动力资源L a b o r f o r c e r e-s o u r c e s;I S:产业结构I n d u s t r i a l s t r u c t u r e;P U C D:公共设施完善程度分值P u b l i c u t i l i t y c o n s u m m a t i o nd e g r e e;C E P R:清洁能源普及率C l e a n e n e r g y p o p u l a r r a t e;R W P R:自来水普及率R u n n i n g w a t e r p o p u l a r r a t e; P U:道路通达度P a t hu n d e r s t a n d i n g;R N D:路网密度R o a dn e t w o r kd e n s i t y.下同T h e s a m e b e l o w.1.3.2检验样本 考虑到检验样本对等级区域的包含,分别取各指标各等级的临界值、中间值(共11组)作为检验样本.检验样本数量以训练样本的表2 标准化处理后的杜山镇生态环境质量监测值T a b.2 Mo n i t o r i n gv a l u e o f e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y o f D u s h-a nT o w na f t e r s t a n d a r d i z a t i o n指标I n d i c a t o r东港D o n g g a n g杜山D u s h a n范墩F a n d u n柯营K e y i n g路口L u k o u下王X i a w a n g先台X i a n t a i旭东X u d o n g W R A D0.131.000.560.140.280.230.340.37 A P P H L0.440.420.200.670.391.000.370.98 A P P F0.800.601.000.900.590.750.740.85 I G R1.000.790.961.000.971.000.890.98 G S C F0.070.380.371.000.000.180.030.03 B A I0.170.060.030.190.021.000.530.10 R A D0.920.620.801.000.800.880.620.60 R A P I0.980.940.930.961.000.970.990.98 S S P R0.400.200.200.600.101.000.800.30 H W W E I0.940.560.940.891.000.560.890.67 R S E Q0.700.601.001.000.500.800.800.70 H S P R0.500.500.500.251.000.500.251.00 A U C F A I0.170.141.000.230.150.720.200.79 P A R0.661.000.760.480.320.470.770.64 A M C U F0.560.980.531.000.500.250.500.38 C S S C U F0.560.940.891.000.890.890.670.94 P D1.000.810.780.890.580.770.600.56 R C L0.670.890.380.900.430.781.000.67 B C R0.960.891.001.000.900.800.971.00 F N I0.920.980.861.000.890.970.950.91 R D I0.910.950.861.000.860.950.950.91 E C0.670.900.581.000.600.780.680.63 L F R0.930.720.361.000.560.290.840.34 I S0.650.400.520.650.591.000.450.56 P U C D0.941.000.820.710.940.590.710.94 C E P R1.000.500.250.580.170.080.170.15 R W P R0.000.730.000.670.410.000.001.00 P U0.700.800.500.501.000.600.800.90 R N D0.460.930.750.851.000.561.000.5810%以上为宜.1.3.3测试样本 测试样本即待评价样本,是由各评价单元的生态环境质量实际监测值构成的输入样本集.本文的杜山镇生态环境质量监测值来源于《2006鄂州年鉴》、《2006杜山镇年度报表》以及现场踏勘数据.为了便于比较,需将不同量纲的指标用标准化处理的方法统一起来,本文采用直线型无量纲化方法对测试样本进行标准化处理(表2).2 B P人工神经网络模型的建立与验证2.1 B P人工神经网络层数的确定在B P人工神经网络拓扑结构中,输入层与输出层是必须具备的,因而隐含层层数是确定网络层数的关键所在,隐含层层数选择的恰当与否直接影响到网络性能的优劣.关于B P人工神经网络模型隐含层的层数,有研究证明,当各节点具有不同的界限时,对于在闭区间内的一个连续函数可用一个隐269512期 李 丽等:基于B P人工神经网络的小城镇生态环境质量评价模型 含层的网络来逼近,一个3层的B P 网络可以完成任意的n 维到m 维的映射[32].因此,本研究中小城镇生态环境质量评价的B P 人工神经网络模型层数取3层,即输入层、隐含层和输出层.2.2 传递函数和训练参数的确定为保证B P 人工神经网络模型的非线性,从输入层到隐含层采用非线性S 型传递函数t a n s i g 函数;从隐含层到输出层采用线性函数p u r l i n 函数.为保证B P 网络模型的快速收敛,采用L e v e n b e r g -M a r -q u a r d t 学习规则,算法中需要设定的训练参数及其取值如图2所示.2.3 B P 人工神经网络拓扑结构的确定输入层节点数是由模型需要解决的实际问题本身所决定的,由于本研究参评的生态环境质量指标数为29个,故本模型的输入层节点数为29.与B P 人工神经网络模型输入层节点数确定的出发点相同,输出层节点数的确定也是基于问题本身而决定的,杜山镇生态环境质量评价B P 网络模型的目标输出为各个行政村对应的生态环境质量等级,因此,本模型输出层节点数确定为1.在B P 人工神经网络中,隐含层节点数的选择非常重要,本研究采用“黄金分割的隐含层节点数的优化算法”[33-36],初步确定隐含层节点数为15~30,然后再进行网络训练检验以确定最终隐含层节点数(表3). 使用N N T O O L 工具箱的检验结果表明,当隐含层节点数为20时,本模型在速度和精度两方面都达到最优.据此,可确定杜山镇生态环境质量评价的图2 B P 神经网络模型的训练参数F i g .2 T r a i n i n g p a r a m e t e r f o r B P -n e u r a l n e t w o r km o d e l .B P 人工神经网络模型29-20-1的拓扑结构.2.4 B P 人工神经网络模型的训练、检验和测试依据上述神经网络结构、传输函数和参数设置,在M A T L A B 软件中对杜山镇生态环境质量评价的B P 人工神经网络模型进行训练、检验和测试:采用n e t =n e w f f (t h r e s h o l d ,[20,1],{`t a n s i g ',`p u r e l i n ',`t r a i n g d m ',`l e a r n g d m '})指令创建一个新的前向神经网络,用t h r e s h o l d 控制输入值的范围在[0,1];采用n e t =t r a i n (n e t ,p ,t )指令实现网络训练,p 表示训练样本,t 表示预期输出;采用y =s i m (n e t ,p t e s t )指令完成网络仿真检验,p t e s t 为检验样本;采用y 2=s i m (n e t ,j c z )指令完成网络模式识别,j c z 表示测试样本,y 2的结果值隶属预期输出的某个值,即对应某个生态环境质量等级.经过上述过程得到杜山镇生态环境质量等级图(图3).由图3可以看出,B P 人工神经网络模型模拟的杜山镇生态环境质量等级由中心向南北、东西方向递减,中间区位的生态环境质量最为脆弱;南部和北部地区的生态环境质量次之;西部和东南地区的生图3 杜山镇生态环境质量等级图F i g .3G r a d e m a po f e n v i r o n m e n t a l q u a l i t yi nD u s h a nT o w n .表3 B P 人工神经网络模型隐含层节点的检验*T a b .3 P r o o f -t e s t p r o c e s s o f B P -a r t i f i c i a l n e u r a l n e t w o r k 's c r y p t i c l a y e r n o d e隐含层节点N o d e o f c r y p t i c l a y e r15161718192021222324252627282930训练次数T r a i nt i m e s2875277540252800290025503575525025754150507553003425512530254075*目标误差为0.0001G o a l e r r o r w a s 0.0001.2696 应 用 生 态 学 报 19卷态环境质量一般;东部地区的生态环境质量良好,西南地区的生态环境质量最优.模拟结果基本符合当地的实际情况.3 讨 论与传统的生态环境质量评价模型相比,基于B P 人工神经网络的杜山镇生态环境质量评价模型具有以下特征:1)B P网络实现了相关影响因素与生态环境质量之间的非线性隐式表达,杜山镇生态环境质量评价指标体系的多元性与生态环境质量多变性决定了指标体系对生态环境质量影响的多维度性,用传统的线性模型不能对二者之间的内在关系进行客观描述,B P神经网络模型正好克服了上述缺点并实现了其非线性映射关系;2)B P神经网络是采用各级标准值之间随机生成的样本对网络进行训练,使B P 网络模型学习并“记忆”了不同生态环境质量状况所对应的影响因素的值,从而对环境质量状况作出判别,排除了人为因素的干扰,使评价结论客观可靠;3)由于B P人工神经网络模型应用了具有强大非线性逼近功能的神经网络工具,采用具有修正作用的反向传播算法,在训练样本数据足够并保证质量的前提下,只需适当地增加网络的隐含层节点数或隐含层层数来提高神经网络的学习能力及训练效果,就可以实现既定的精度和效度;4)B P网络在学习和训练时,能根据各因子对生态环境质量所起作用的大小自动调节权重,它摒弃了传统的单因子权重同值的现象,实现了等级间权重的差异,使权重的确定更为精准.B P神经网络用于小城镇生态环境质量评价只需以各生态环境评价参数的分级标准为基础来生成学习样本,用训练后的网络模型的权值和阈值就可以对需评价的监测样本进行评价.一旦训练好一个网络模型,就可以推广应用于该类生态环境问题的评价,具有很好的通用性.而且,B P人工网络的生态环境质量评价可直接借助于M A T L A B软件实现,过程相对方便简捷.因此,B P人工神经网络模型是运算速度快以及容错和自学能力较强的智能型评价方法,具有很好的应用前景.但如何按照生态环境质量评价国标进行小城镇生态环境质量评价标准的制定,仍是值得进一步探讨的问题.参考文献[1] H u a Y-Z(华玉之),L i Q-X(李清雪).B r i e f i n t r o-d u c t i o nf o re v a l u a t i n ge n v i r o n m e n t a l q u a l i t y.J o u r n a l o fH e b e i I n s t i t u t eo f A r c h i t e c t u r a l S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y(河北建筑科技学院学报),1996(3):19-22(i nC h 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g e(洛阳师范学院学报),2005(2):67-70(i n C h i n e s e)作者简介 李 丽,女,1982年生,硕士研究生.主要从事城市生态环境学研究,发表论文2篇.E-m a i l:l u c y0919@126.c o m责任编辑 杨 弘2698 应 用 生 态 学 报 19卷。