第四章 結果與討論
第五節 模糊規則庫
本研究透過 MATLAB 所提供之 ANFIS 功能來建立模式、推估結果，Matlab 全文為「matrix laboratory」，以是提供完整的矩陣運算指令為原始發展理論，將 資料元素專換成是矩陣來處理，其主要用途就是作矩陣式的數學運算。隨日後需 求提高，而增加系統模擬、訊號處理、數值分析及圖形等功能，也容許使用者建 立、運算其他不同的資料型態，滿足更多樣、更深入的運算需求，使 Matlab 應 用範圍更為廣大。
因此，本研究將彙整好之各項參數，輸入 MATLAB 內建的 toolbox 學習，以 DO 為例之學習架構如圖 4-1，透過自動產生之模糊規則庫進行自我學習及訓練，
進行水質模式之建構，學習時間自 2006 年 2 月起自 2012 年 1 月(70 筆)，預測時 間則自 2012 年 2 月至 2012 年 11 月(9 筆)，經測定結果顯示 ANFIS 預測 DO 部份，
採高斯隸屬函數 4 個影響參數對應 1 個輸出參數的平均絕對百分比誤差值（Mean Absolute Percentage Error，MAPE）5.94%為最佳，表示其預測值已相當接近實際 的測值如圖 4-2；COD 學習架構如圖 4-3，預測部份以鐘形函數 3 個影響參數對 應 1 個輸出參數 MAPE 值 23.06%為最佳，預測如圖 4-4，DO 與 COD 之準確性 屬良好範圍，由此顯示該模型可實際應用氣候條件預測水質 DO 與 COD 濃度，
預測效能佳可供水質預測作業參考。而本研究預測 SS 之 MAPE 值偏高，本研究 僅列出學習架構(圖 4-5)與模糊規則，其預測值與實際的測值誤差大，後續不予探 討及採用。
管理者透過模糊規則庫進行數據載入，預測未來河川水質 DO 與 COD 濃度，
相信於河川水質好壞之評估以及管理者之決策有參考價值。
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圖 4-1 模擬 DO 之系統架構
圖 4-2 DO 實際值與 ANFIS 預測值比較
4 5 6 7 8 9 10 11 12
4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006/2/1 2006/6/1 2006/10/1 2007/2/1 2007/6/1 2007/10/1 2008/2/1 2008/6/1 2008/10/1 2009/2/1 2009/6/1 2009/10/1 2010/2/1 2010/6/1 2010/10/1 2011/2/1 2011/6/1 2011/10/1 2012/2/1 2012/6/1 2012/10/1
預測值 實際值
76
以 ANFIS 預測 DO 之最佳模糊規則(隸屬函數個數=2，4V1)，故模糊規則為
2
4，計有以下 16 條:1. If TW低，P 低，pH 低，TA低，then DO=-14.94 x TW -1.424 x P +49.06 x pH + 10.99 x TA -152.5
2. If TW低，P 低，pH 低，TA高，then DO=46.37 x TW +2.646 x P +15.45 x pH -10.31 x TA -64.96
3. If TW低，P 低，pH 高，TA低，then DO=3.832 x TW +0.4753 x P +27.87 x pH +1.503 x TA -434.3
4. If TW低，P 低，pH 高，TA高，then DO=-16.87 x TW -0.8852 x P +76.22 x pH + 4.267 x TA-642.3
5. If TW低，P 高，pH 低，TA低，then DO=31.02 x TW -28.18 x P +102.3 x pH -181.8 x TA -11.17
6. If TW低，P 高，pH 低，TA高，then DO=-172 x TW -0.0345 x P +162.9 x pH -270.2 x TA -7.252
7. If TW低，P 高，pH 高，TA低，then DO=164.7 x TW -13.14 x P -27.78 x pH -57.83 x TA -19.82
8. If TW低，P 高，pH 高，TA高，then DO=82.11 x TW +1.189 x P -53.85 x pH +77.57 x TA -27.73
9. If TW高，P 低，pH 低，TA低，then DO=80.93 x TW +0.0409 x P -140.1 x pH -4.853 x TA -111.6
10. If TW高，P 低，pH 低，TA高，then DO=14.75 x TW +1.574 x P +7.116 x pH +1.732 x TA -261.2
11. If TW高，P 低，pH 高，TA低，then DO=-17.52 x TW -0.2628 x P +26.48 x pH +11.72 x TA -410.3
12. If TW高，P 低，pH 高，TA高，then DO=-9.2 x TW -0.60 1 x P +46.39 x pH +4.701 x TA -416
13. If TW高，P 高，pH 低，TA低，then DO=-281.2 x TW +17.81 x P +184.2 x
77
pH -244.4 x TA -10.83
14. If TW高，P 高，pH 低，TA高，then DO=-192.1 x TW +7.771 x P +313 x pH -68.93 x TA -23.85
15. If TW高，P 高，pH 高，TA低，then DO=110.8 x TW -7.881 x P -107.8 x pH +141.9 x TA -17.47
16. If TW高，P 高，pH 高，TA高，then DO=92.28 x TW -3.258 x P -262.8 x pH +46.03 x TA -18.74
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圖 4-3 模擬 COD 之系統架構
圖 4-4 COD 實際值與 ANFIS 預測值比較
0 20 40 60 80 100 120
0 20 40 60 80 100 120
預測值 實際值
79
以 ANFIS 預測 COD 之最佳模糊規則(隸屬函數個數=2，3V1)，故模糊規則 為 24，計有以下 8 條:
1. If SS低，TA低，P低，then COD=-0.23 x SS +23.68 x TA +1.512 x P +8.096 2. If SS低，TA低，P 高，then COD=5.478 x SS -10.61 x TA +20.48 x P -82.66 3. If SS低，TA高，P低，then COD=0.1808 x SS -9.828 x TA -0.2103 x P +32.7 4. If SS低，TA高，P高，then COD=-2.163 x SS +34.6 x TA -5.84 1 x P-317.2 5. If SS高，TA低，P低，then COD=-3.611 x SS -397.6 x TA -25.55 x P +11.42 6. If SS高，TA低，P高，then COD=-146.6 x SS +81.74 x TA -342.9 x P-3.358 7. If SS高，TA高，P低，then COD=-0.66 x SS+144.9 x TA +3.427 x P +41.54 8. If SS高，TA高，P高，then COD=-23.42 x SS -316.9 x TA +95.5 x P-13.47
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圖 4-5 模擬 SS 之系統架構
圖 4-6 SS 實際值與 ANFIS 預測值比較
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以 ANFIS 預測 SS 之最佳模糊規則(隸屬函數個數=2，3V1)，故模糊規則為 23，計有以下 8 條:
1. If SS 低，TA低，P 低，then SS=17.27 x SS -0.6083 x TA -89.73 x P +71.98 2. If SS 低，TA低，P 高，then SS=-3.44 x SS -45.63 x TA -12.05 x P -0.117 3. If SS 低，TA高，P 低，then SS=22460x SS +57.32 x TA +6235 x P -67340 4. If SS 低，TA高，P 高，then SS=95.5 x SS +144.9 x TA +45.63 x P -25900 5. If SS 高，TA低，P 低，then SS=41.51 x SS +0.9758 x TA +44.85 x P +7.27 6. If SS 高，TA低，P 高，then SS=-10.36 x SS +31.85 x TA -87.48 x P -0.4284 7. If SS 高，TA高，P 低，then SS=5537 x SS -13.11 x TA -1960 x P -148000 8. If SS 高，TA高，P 高，then SS=6.747 x SS +136.8 x TA +9.33x P +0.2083
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