本文關(guān)鍵詞：噪聲干擾下水環(huán)境中微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型研究　出處：《華北電力大學(xué)》2015年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來(lái),隨著水體污染的日益加重,生物修復(fù)技術(shù)以其成本低、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)成為人們研究的熱點(diǎn)。微生物修復(fù)技術(shù)作為生物修復(fù)中的核心技術(shù),主要利用自身分解能力,將水體中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定無(wú)害的無(wú)機(jī)物,例如氧化、還原、光合、同化和異化等,從而修復(fù)水體,改善水體的質(zhì)量。由于微生物細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程的復(fù)雜性與各種條件的局限,研究學(xué)者一般采用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述微生物細(xì)胞在自然實(shí)際環(huán)境中的生長(zhǎng)過(guò)程,即在未對(duì)微生物細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)的前提下預(yù)測(cè)微生物的生長(zhǎng)情況。但是非線性隨機(jī)系統(tǒng)與自然環(huán)境之間不可能完全處于隔絕狀態(tài),無(wú)規(guī)則變化的擾動(dòng)可能會(huì)對(duì)隨機(jī)系統(tǒng)起消極作用,但在一定條件下也有可能起著非常積極的促進(jìn)作用。目前,運(yùn)用噪聲模擬非線性隨機(jī)系統(tǒng)的無(wú)規(guī)則擾動(dòng)已經(jīng)引起了廣泛的注意,在物理、化學(xué)和生物等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用都非常廣泛。對(duì)于常用的微生物成長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型來(lái)說(shuō),環(huán)境因子一般包括：氧氣、溫度、pH和添加劑等,然而實(shí)際自然環(huán)境中影響微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的隨機(jī)因素還有許多,例如營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的匱乏、微生物之間的生存競(jìng)爭(zhēng)、突發(fā)自然環(huán)境的改變等,這些因素對(duì)微生物系統(tǒng)都具有不可忽視的影響,導(dǎo)致微生物細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程的模擬值與觀測(cè)值產(chǎn)生了較大的誤差。因此,為了更加精確地模擬微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)規(guī)律,可以考慮噪聲的影響作用。本論文基于Box-Muller算法,構(gòu)建了噪聲驅(qū)動(dòng)下的水中微生物降解有機(jī)底物動(dòng)力學(xué)成長(zhǎng)模型,分析研究了微生物增長(zhǎng)模型受環(huán)境噪聲影響時(shí)的動(dòng)力學(xué)行為,即在白色噪聲、彩色噪聲及復(fù)合噪聲的驅(qū)動(dòng)下微生物模型的變化行為；然后在不同強(qiáng)度與不同自關(guān)聯(lián)時(shí)間的噪聲環(huán)境中觀察微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)代謝過(guò)程。結(jié)果分析表明：噪聲對(duì)模型的影響作用十分明顯且彩色噪聲比白色噪聲的影響作用大；噪聲的強(qiáng)度和自關(guān)聯(lián)時(shí)間與驅(qū)動(dòng)影響效果都呈正相關(guān)性,當(dāng)噪聲強(qiáng)度小于10-4或噪聲自關(guān)聯(lián)時(shí)間小于0.1的數(shù)量級(jí)時(shí),噪聲不會(huì)影響微生物物種的正常生長(zhǎng)代謝過(guò)程,即模型中的噪聲驅(qū)動(dòng)影響作用可以忽略不計(jì)。本文將采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方法估計(jì)模型中的彩色噪聲強(qiáng)度與自關(guān)聯(lián)時(shí)間,進(jìn)一步分析彩色噪聲對(duì)微生物動(dòng)力學(xué)生長(zhǎng)過(guò)程的影響。觀察分?jǐn)?shù)階傅里葉變換之后得到的噪聲參數(shù)估計(jì)值與估計(jì)比例,發(fā)現(xiàn)該參數(shù)估計(jì)方法對(duì)噪聲強(qiáng)度與自關(guān)聯(lián)時(shí)間的估計(jì)是有效的。在不同運(yùn)行次數(shù)下模擬估計(jì)多個(gè)參數(shù)樣本,發(fā)現(xiàn)計(jì)算過(guò)程的運(yùn)算次數(shù)越多,分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方法的估計(jì)精度越高。隨后,為了更深層次地討論模型特性參數(shù)的不同取值對(duì)估計(jì)值的影響作用,本文設(shè)置了十六組不同的噪聲參數(shù)值情景,并通過(guò)估計(jì)模擬得出結(jié)果。分析可知,當(dāng)噪聲強(qiáng)度與自關(guān)聯(lián)時(shí)間很大時(shí),分?jǐn)?shù)階傅里葉變換方法估計(jì)越不精確�？傮w來(lái)說(shuō),本論文研究了高斯白色噪聲、彩色噪聲及復(fù)合噪聲對(duì)微生物動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的影響作用,分析了不同噪聲強(qiáng)度與自關(guān)聯(lián)時(shí)間下噪聲對(duì)微生物動(dòng)力學(xué)模型的影響效應(yīng),并進(jìn)一步采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換法對(duì)噪聲中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了估計(jì)。然而由于現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的不確定隨機(jī)問(wèn)題常常較為復(fù)雜,因此有必要將更多類(lèi)型的噪聲引入到微生物動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中作進(jìn)一步研究。
[Abstract]:In recent years , with the increasing of water pollution , the biological repair technology has become a hot spot in people ' s research with the advantages of low cost and no pollution . The higher the estimation accuracy of the fractional Fourier transform method . Then , to discuss the effect of different values on the estimated value of the model characteristic parameters in a deeper level , the effect of Gaussian white noise , color noise and composite noise on the microbial dynamic system is estimated .

【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：X172

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1415073