【摘要】：為實現(xiàn)水質(zhì)綜合生物毒性的遠程在線監(jiān)測,文中在水質(zhì)綜合生物毒性分析儀研究基礎上,基于Windows和Android平臺開發(fā)了包括改進曲線擬合算法的,以Fabonacci法進一步優(yōu)化改進的曲線擬合模型的各項系數(shù),編寫毒性物質(zhì)成分和濃度預測的遠程在線水質(zhì)生物毒性預測軟件。通過探討磁力攪拌時間、培養(yǎng)溫度、暴露時間及p H值范圍對EC50測定值的作用,分析各條件對發(fā)光菌生物毒性實驗的影響。經(jīng)驗證,加入該軟件的分析儀測量精度高、穩(wěn)定性好,實現(xiàn)了遠程在線監(jiān)測。
【圖文】：

108InstrumentTechniqueandSensorFeb.2017手機主要實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程便攜式在線監(jiān)測。(a)(b)圖1系統(tǒng)的基本框圖與分析儀電氣原理框圖2基于曲線擬合預測模型的研究本系統(tǒng)除了實現(xiàn)對水質(zhì)分析儀的遠程在線監(jiān)測外，還需實現(xiàn)毒性物質(zhì)成分及濃度的預測，利用改進曲線擬合算法輔助提高發(fā)光菌與毒性物質(zhì)反應機理曲線識別與毒性物質(zhì)預測的計算速率以及體現(xiàn)發(fā)光菌的活性因素，并采用Fabonacci法對擬合曲線進行優(yōu)化。2．1算法研究該算法是基于數(shù)值相近以及形態(tài)相似的曲線擬合算法的結(jié)合，其中，基于形態(tài)相似的曲線擬合算法能改善數(shù)值相近算法在拐點處預測準確性不足，擬合速度以及無法反應發(fā)光菌隨時間的存活率的問題。而基于形態(tài)相似的曲線擬合算法利用powell算法提高計算速度，但powell算法在迭代時前n個搜索方向必須線性無關。本改進的曲線擬合算法利用權值變量可以避免形態(tài)相似當powell算法無法求解最優(yōu)的情況。設數(shù)值相近準則的曲線擬合算法的權重為w1，曲線模型為y1，形態(tài)相似準則的曲線擬合算法權重為w2，模型為y2，設改進的曲線擬合模型為:y(x)=w1y1(x)+w2y2(x)，約束條件為:0＜w1≤1，0＜w2≤1，因此改進的曲線擬合模型為y(x)=w1y1(x)+w2y2(x)，w1∈(0，1］，w2∈(0，1］，要求擬合的曲線值與對應的真實值的誤差和最小，即Δ=min(∑ni=1|y(xi)－yi|2)得出最優(yōu)的權重值。該算法的基本思路為:利用最小二乘解法得到曲線擬合的參數(shù)方程y1，，并求出精確值。設形態(tài)相似擬合曲線為:y2(x)=a0+a1x+a2x2+…+anxn，結(jié)合形系數(shù)方程S12=1n∑ni=1|x12i－e12|，并采用罰函數(shù)的外點法將該問題的求解轉(zhuǎn)?

第2期黃靜等:遠程在線預測水質(zhì)生物毒性與異常變量的研究109使得到的擬合曲線最接近真實曲線。擬合的曲線值與對應的真實值的誤差為Δ=min(∑ni=1|y(xi)－yi|2)=0.0071圖2模型之間的對比由圖2可以看出，最小二乘的擬合曲線較平坦，形態(tài)相似準則的擬合曲線很好地反應了真實曲線的變化和抖動情況，但是在數(shù)值的精度擬合上不足，而改進的擬合曲線擬合效果最好，且體現(xiàn)出發(fā)光菌的生命活性受到時間影響因子的影響。3異常變量對EC50的影響探討與系統(tǒng)穩(wěn)定性驗證發(fā)光細菌的發(fā)光機理是細菌體內(nèi)正常的生化反應，其發(fā)光效果極易受到環(huán)境條件的影響。在研究的過程中分別研究磁力攪拌時間、培養(yǎng)溫度、暴露時間以及pH值范圍對EC50測定值的影響。儀器為水質(zhì)綜合生物毒性分析儀，試劑為苯酚、氯苯，均為分析純，用3%NaCl溶液配制，明亮發(fā)光桿菌T3小種凍干粉。3．1pH值范圍的影響采用發(fā)光細菌測定水樣毒性傳統(tǒng)方法中，一般先將樣品pH值調(diào)節(jié)至7．0左右，而這有可能改變待測樣品中毒物的存在形態(tài)和性質(zhì)。測定不同pH值對發(fā)光細菌發(fā)光度的影響，實驗結(jié)果表明:若水樣的pH值在5．0～9．0，則不需調(diào)節(jié)pH值;若水樣的pH值低于5.0或高于9．0，則需調(diào)節(jié)至5．0或9．0之間。3．2培養(yǎng)溫度的影響明亮發(fā)光桿菌屬低溫菌種，生長溫度為0～25℃，最適生長溫度為18℃。熒光素酶在0～30℃活性最大，并且穩(wěn)定，45℃時產(chǎn)生不可逆失活。實驗溫度為0～25℃時，如表2所示為培養(yǎng)溫度對化合物EC50的影響。表2培養(yǎng)溫度對化合物EC50的影響溫度t/℃苯酚氯苯15±1206．437．5120±1214．241．6825±1298．557．54注:發(fā)光菌選用T3，發(fā)光菌培養(yǎng)時間為12h。在(15±1)℃～(20±1)℃，化合物EC50相差不大，但當溫度升至(25±1

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本文編號：2582376