数学建模社区-数学中国
标题:
PM2.5 扩散预测模型及相关问题研究
[打印本页]
作者:
madio
时间:
2014-8-30 18:48
标题:
PM2.5 扩散预测模型及相关问题研究
摘 要：
- C0 B, o; J$ M% Q7 S7 f
本文以武汉为例，就PM2.5 污染物的影响因素、扩散与衰减规律、预测与
$ M6 E% d' M$ n0 s" b4 u0 Y) B
评估及污染治理等相关问题进行了研究，取得了以下成果。
& A* I7 Q$ P6 @7 ^# P
问题一：
b7 v; T# ^& g6 r$ C! W4 |( c
1、研究二氧化硫X1、二氧化氮X2、可吸入颗粒物PM10X3、一氧化碳X4、
# k, w9 L! _5 m% e6 P4 R7 O$ H
臭氧X5和细颗粒物PM2.5Y这6 个基本监测指标之间的相关性及独立性，并对影
/ r, a4 I! d( M& X. X- Q0 S
响PM2.5 的其它5 项分指标做出主成分分析及回归分析，得出二氧化硫、二氧
8 T) ^# N/ t( g& u
化氮 、可吸入颗粒物PM10、和一氧化碳与PM2.5 正相关，而臭氧与PM2.5 负
) f5 D7 X- W6 Y$ Y
相关。最终给出PM2.5 与其他5 个物质IAQI 值的拟合函数为：
" q2 q3 t6 G3 v
0.2262 0.2416LnX 0.3526LnX 0.3546LnX - 0.2154LnX 0.969 1 2 3 4 5 LnY LnX
# b9 ~6 q- H0 n2 _: [: s
2、探求其他影响PM2.5 的因素，分析得出，气象的变化对PM2.5 值得影响非常
3 t4 J0 W4 x1 \1 o/ d/ ^
剧烈，其中PM2.5 值与湿度X6、气压X8成正相关，与大型蒸发量X7、风速X9、
X0 Y$ a! f( }' `! V7 q
气温X10、水汽压X11则负相关，并且在所有影响因素中，风速和水汽压对PM2.5
& k8 J3 H$ a% h$ f) W" Z. o
值的影响相对较大。最终给出PM2.5 与其他7 个大气因素之间的拟合函数：
9 y, s7 Z6 ]9 Z) w, ^
LnY = 2.3975Ln𝑋6 − 14.903𝐿𝑛𝑋7 + 19.4621Ln𝑋8 − 44.323𝐿𝑛𝑋9 − 21.929𝐿𝑛𝑋10 −
& u' J3 C4 _$ u7 D
45.905𝐿𝑛𝑋11 − 85.1032
' s1 U+ m n3 A5 z: H
问题二：
3 B. }( E( J: L% a' K) Z# M; V+ j5 X
1、客观描述武汉地区PM2.5 的时空分布规律，以高斯扩散模型为基础，充
g( } W! w; A. T, V$ G
分考虑影响PM2.5 扩散的因素，分析地面与建筑物边界反射、干沉积、雨洗湿
% w$ o9 M1 Z0 K/ {9 q1 B" h c7 L
沉积及湿度的影响，逐步改进高斯扩散模型，并引入时间t ，计算当点源持续污
8 J6 u* r/ H5 r9 U
染情况下，污染源上风和下风L公里处的浓度。
1 i* H- ` ^; a5 S0 d: j. ?5 o
2、通过数值仿真，得到距污染源下风向距离一定条件下污染扩散浓度的分
7 X% @ N( S; Q
布规律：1）在恒定条件下，PM2.5 扩散浓度呈正态分布，扩散浓度逐渐达到最
. C1 s: h2 E5 `0 z
- 3 -
; U4 E( O' p. _ O
大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 2）随着距 ）随着距 ）随着距 污染源下风向距离的 增大，扩散浓度变化渐趋平缓但所能影响污染源下风向距离的 增大，扩散浓度变化渐趋平缓但所能影响范围有所增加； 3）随着风速逐渐增大， PM2.5 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 变大，扩散速度增加； 4）源高的增大将导致污染物浓度最值向下风偏移， ）源高的增大将导致污染物浓度最值向下风偏移， 扩散与稀释速度加快，污染浓最大值明显降低。
, s7 i) {2 p" S: {7 y% z; }: Y1 y2 j
3、预估突发情形下 PM2.5 的扩散距离及安全区域，以武汉为例浓度值突 的扩散距离及安全区域，以武汉为例浓度值突 的扩散距离及安全区域，以武汉为例浓度值突 增至 300mg/𝑚3并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 区。
: |' c. U2 s1 e6 f$ [* @: E
4、结合小波理论及神经网络，提出的构算法并通 结合小波理论及神经网络，提出的构算法并通 结合小波理论及神经网络，提出的构算法并通 过 Matlab 实现了对 PM2.5 值的预测，拟合度较高。
+ a* a- h, Q G7 k _
问题三：
6 z( H# {4 a4 ^) u `* g
1、提出三种治理 方案：长期、快速全面。
3 s$ x8 m* p6 x
长期 治理 方案 着眼于 经济 的可持续 发展 ，其每年 完成 计划 为：
- S* f. p* k% Z1 F, x; I) L
年份
* K; w( W p6 W, \2 P
第一年
+ m: u8 O, F/ x
第二年
" { f! m) f3 ]3 j8 w
第三年
! B' x# f6 b* s5 M* a
第四年
9 Q8 \3 ?. n H8 D
第五年
4 y0 t& }2 ]' Z
PM2.5 PM2.5PM2.5PM2.5值变化额
, a% Y# _! H% E# k* O! |: {
2.32.32.3
! a/ ]3 e! |, a: Q+ ~
7.37.37.3
. B: {/ t* ]$ J6 {$ e% ]5 r1 r
18.318.318.318.3
; p& d, a9 k3 d( q7 n$ a1 T
61.361.361.361.3
, Z6 V8 [$ Q' W5 M
155.9155.9155.9155.9155.9
& c" x5 S* M& N6 J( o
快速 治理 考虑 治理 成效 ，其每年 的治理 计划 为：
$ v* _# z( ?8 p, z: A3 H1 D: w# y
年份
$ j. Z- m2 g: `2 J! G( j
第一年
0 J9 z+ I1 q) g- a: [* f
第二年
5 ~* k5 j, `- Y* f- K
第三年
: J' S, {2 N& @6 F+ l2 v- p
第四年
. L/ L- ?1 e6 `
第五年
_' r$ G) l: n* ^7 }
PM2.5 PM2.5PM2.5PM2.5值变化 额
4 k% g" f- {# \: P) W# h4 K# p; T
36.7536.7536.7536.7536.75
9 T8 o1 R) V0 H" W" }8 L* D
36.7536.7536.7536.7536.75
* o- {6 B! Y& j. g4 K7 V! }
73.5073.5073.5073.5073.50
+ y; O0 M2 v+ n7 P5 F
49.0049.0049.0049.0049.00
" P& q+ I6 a+ a* ]& h4 [
49.0049.0049.0049.0049.00
1 v& C* f0 i! w" b/ w6 i! Y
全面 治理 根据 第一问 中得出 的 PM 2.5 与其他 5个指标 的关系 ，通过 降低 其他 5个指标 浓度 达到 对 PM 2.5 的治理 ，其每年 的治理 计划 为：
3 f7 G; a) B" f6 c
名称
1 D$ h* p: ]# |: R6 @0 R
二氧
6 {: w# R: g1 a" E
化硫
1 F! `8 ]- l8 f
二氧
, ^) F. y- r ^
化氮
+ y5 q2 i& x a2 d2 k/ b0 j1 X* V
可吸入颗 粒物
8 F6 b& D" v+ N2 J# j) N( G
一氧化碳
D& I6 {" K) Z; b* I6 U
臭氧
# ~6 W2 c c g$ j$ o
PM2.5
; E! J5 e0 k* p3 r* I i6 W2 |
PM2.5 的 减少幅度
" s2 Q6 ^ D- R
一年后 终值
( `+ k& V' N, [6 P$ \. F
47.88
; U, ?, y: C$ c q1 J; b
74.76
0 ~; F7 i% w/ n, r
121.80
P: `* |3 _7 P9 W- E
50.02
. z5 E! R! S f4 M- O, y( h
14.10
7 u- [# r! P6 m6 ~
220.77
% } o, O, p. z2 u# V% c3 c
18%
+ I- M, ], O9 o4 ~, \" O7 ]2 N
二年后终值
0 M& c6 \0 z c% v- s9 W% x
38.76
" x2 p5 q" N: q" K; I, B) D- t9 C
60.52
# B; T; o. e7 R( V7 F
98.60
1 }2 @+ S) v6 S# z" }9 T
39.04
2 o( n/ }( c/ R+ q( i& p% r
13.20
- g" `3 v2 a$ }5 b d" Y0 Q
172.44
* x. l8 j0 w0 [% o% O s4 G; |
36%
! [) x: ]$ `+ `
三年后终值
- E' \) X+ A6 i- i
29.64
& Y! j! }3 X5 n6 Q8 p# \
46.28
$ S. I9 f" g& M" j( P7 H6 g' d
75.40
. S3 M y5 c9 ^" ?2 t% U2 I! Z
28.06
) e% m- p0 L+ W9 ^. {2 x
12.30
* O5 _& H; z0 O% J! x8 t
124.97
( Q+ W; i* e9 ]; D: A, J
54%
% @& i6 ^5 B+ R+ Z6 s& Y0 N; c
四年后终值
* |& R2 N4 c1 ]% B! e5 i: v" ^
20.52
' k# E, q$ p2 Q! F# k/ k+ L
32.04
& T! s Y& a( Q
52.20
0 a# _; @6 u3 p6 T
17.08
7 @. H! c7 P* p. Y
11.40
7 D5 X! l F% Y) f% D
78.79
2 `2 W" W6 f |% Y- J r
74%
+ ?8 k( f( F# \7 V7 M
五年后终值
) z" Y$ B* b$ m
11.40
7 Z! e; z" p2 i' [1 x( W
17.80
- |; o8 D" X* J- n# q
29.00
1 h* {$ Y. }6 n! J
6.10
! b) N' [; f9 J6 n
10.50
( }" |7 d) |: t) b' N
34.37
' q+ c/ ]; c$ `
87%
& i1 h# ` Y2 J a
2、以全面治理计划 作为 治污 方案 ，根据 本文 提供 的综合 治理 与专项 治理 费用 与 PM2.5 浓度 减少 的关系 ，建立 最优化方程 。
* g/ o. s8 g+ r% U2 o# N2 c4 m
关键词：主成分析，多元回归改进高斯模型小波神经网络最优化 关键词：主成分析，多元回归改进高斯模型小波神经网络最优化
$ o+ c$ V- d* O
! K4 m- f7 Q+ _1 G5 h
D题上海理工大学10252094队.pdf
2014-8-30 18:47 上传
点击文件名下载附件
下载积分: 体力 -2 点
2.88 MB, 下载次数: 860, 下载积分: 体力 -2 点
作者:
鹏程万里2014
时间:
2014-8-30 19:22
这个也下来看看
作者:
此号被盗
时间:
2014-8-30 20:08
这篇可以参考下
* X- I3 F/ W+ C& `
作者:
wjgvflg
时间:
2014-8-30 20:47
可作为培训模拟题
作者:
望者！
时间:
2014-8-30 23:00
的DDD
作者:
更多云
时间:
2014-8-30 23:26
楼主好人~ 我找了 好久了~
作者:
奥霸马2014
时间:
2014-8-31 14:32
顶一个。。。。。。。。。。
作者:
模天大楼
时间:
2014-9-3 01:27
还不错诶O(∩_∩)O~
作者:
sytuljs
时间:
2014-9-6 19:24
感谢楼主分享！！！！
作者:
anjofan910
时间:
2014-9-9 19:47
感谢分享！！
作者:
shadow猫猫
时间:
2014-9-17 14:41
感谢分享！！
欢迎光临 数学建模社区-数学中国 (http://www.madio.net/)
Powered by Discuz! X2.5
