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：
2 k" s* Q+ _7 ` X
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
8 X5 E% L1 `* j
评估及污染治理等相关问题进行了研究，取得了以下成果。
, `1 E# h4 O. M9 O
问题一：
# ^% g8 D" z: L- S- ]% i' J& K
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、
* H1 c8 H% F3 q5 A0 ~1 w: v, I5 r
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
4 v. S* W# c7 ~# U( a
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
) x$ }* z! |2 A& M* ?: x' _9 l
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
6 H/ I( G5 v4 c6 V( U6 w) Z' Q3 U
相关。最终给出PM2.5 与其他5 个物质IAQI 值的拟合函数为：
% m0 m# C% ^# \
0.2262 0.2416LnX 0.3526LnX 0.3546LnX - 0.2154LnX 0.969 1 2 3 4 5 LnY LnX
) W. e# G- T/ w) i, I2 i
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
& K9 D0 d o# e4 Z$ ^7 x1 J
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、
6 ^5 L( P$ |: F# i9 Z
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
4 G: f' ~! x" U5 h
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：
# ^* P$ e* A+ Q+ E* f
LnY = 2.3975Ln𝑋6 − 14.903𝐿𝑛𝑋7 + 19.4621Ln𝑋8 − 44.323𝐿𝑛𝑋9 − 21.929𝐿𝑛𝑋10 −
0 K# I Q( d+ v! V( v5 P) }4 A- l
45.905𝐿𝑛𝑋11 − 85.1032
1 N0 H1 }8 ?% s# l- g+ G: J
问题二：
9 `9 _$ F( h1 a5 b9 ?* k# U3 s
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
. h5 \' \! n. q1 n, V
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
4 q3 W2 V2 k1 L3 R, |
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
# q; A# j) m6 o8 P, z9 m. A
染情况下，污染源上风和下风L公里处的浓度。
l) t0 u$ f8 U) N& p2 \
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
r6 J- k, Y7 {
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
! [) |% H; ]+ O
- 3 -
: X% p2 \, k8 |3 e" l n
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。
, I* ~, `* D: G3 F0 n# E' t! u
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。
, ]& u& A4 d; j& X% B8 s
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。
$ n8 z: ]/ F* m! s
问题三：
3 V0 V) O E5 [8 S8 Z% }
1、提出三种治理 方案：长期、快速全面。
6 q- g0 N- H9 {% ]! U* X. I+ [5 M
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：
+ Y+ m$ y8 ^& d) V
年份
+ X+ n+ W/ J5 c" F, L9 e
第一年
( }/ l& {6 I6 q- O7 n" B4 ^& j
第二年
$ A9 z2 ?6 D$ a* F, f ]
第三年
^5 a8 n+ d6 s- q8 k* H7 C
第四年
* e+ |4 I; z) v2 n2 K' a/ ]3 f
第五年
( W& c/ k8 ~* N% [5 i* L
PM2.5 PM2.5PM2.5PM2.5值变化额
% t" E8 ?: T I3 K% V& F
2.32.32.3
F! r7 B* J/ `3 S! g I* G' ~
7.37.37.3
2 Z) v; y$ r! a1 F
18.318.318.318.3
2 G I0 R! J, n F/ x- ~9 Z. h
61.361.361.361.3
" z- w8 D0 ^0 }" ?7 v. q
155.9155.9155.9155.9155.9
+ O2 O) Z# O: L2 G* @8 S4 u
快速 治理 考虑 治理 成效 ，其每年 的治理 计划 为：
% s2 q# i+ n( ~/ M; G- y
年份
1 W* v/ X3 `& }8 F+ a: d
第一年
7 a# b3 Z; V" g" Q$ S$ j
第二年
8 Q) [' o! a/ ?! `; z& y1 Q
第三年
' j& ?& s8 e9 U
第四年
+ [1 _) t& F P
第五年
( A8 E; t* k6 B: `8 A0 e5 {7 V3 J: a
PM2.5 PM2.5PM2.5PM2.5值变化 额
" U b) u, k2 E3 F5 z$ p- K# U
36.7536.7536.7536.7536.75
; @$ v* X- H+ ~' K# B8 q) Y# h- I
36.7536.7536.7536.7536.75
3 X) M1 j4 Z; y0 l2 z3 o
73.5073.5073.5073.5073.50
' C( X/ D3 Q/ P
49.0049.0049.0049.0049.00
) i4 N& n8 u* k. k5 r ~7 o$ }2 w- n" }
49.0049.0049.0049.0049.00
7 l9 c6 P/ U% _# f) k3 c- q
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：
$ O' `% h" `. ]! C. k
名称
. |* K& F8 A8 A5 h
二氧
% M3 s; p# }7 }
化硫
. M+ k2 h0 Q ~
二氧
# @! s6 s7 H% H: [* D/ U: ~
化氮
3 C3 v1 ~4 o8 j
可吸入颗 粒物
6 P3 K7 b/ J7 v- |' z6 c
一氧化碳
2 R! S) A' f4 _7 Z0 y A
臭氧
. \+ ?; E/ M- j7 r4 m
PM2.5
z% I$ T9 t2 `, z2 v+ K5 g t
PM2.5 的 减少幅度
+ c' Y# A, K2 x E6 o5 d) c- D/ ^
一年后 终值
6 l( k' R, ?- E
47.88
6 M9 l- l( C4 w+ Y) `- r' K
74.76
9 D0 f- M& m/ L' D0 ]5 P
121.80
) t$ c& {$ ~8 ^1 ?3 s
50.02
# @5 j% \& `# U8 h+ o5 q7 U. T2 c
14.10
- t8 N, U# E8 S. Z
220.77
' }+ A8 g) k) D1 G
18%
, Z# z( G+ a) g) \$ V9 b' y
二年后终值
9 r( O9 Y3 K5 v* ?; i/ s
38.76
& S6 w# Z. _2 p; D3 a U/ q5 z" a
60.52
) m0 }0 S6 X7 F% p" v
98.60
$ q5 R) X i1 X5 F- C
39.04
# N7 @8 o, Q( v* w, n
13.20
) d4 v4 n( f# {: _& j5 b
172.44
" y9 W& }# O/ j7 K4 |1 A
36%
5 q& ?5 o, k, S) L! M
三年后终值
! X! M2 O, w4 S
29.64
. E, s) [ @! j1 |' p# F
46.28
, T2 O3 X1 @6 c( Y- |& o8 U
75.40
3 i% h8 _% h2 b# v7 p
28.06
V5 `/ w6 j2 ^
12.30
6 W5 w" [1 U1 I. t: r
124.97
5 O. Q$ v- d- G% S
54%
: B0 r; S8 ?/ w/ R3 N
四年后终值
3 D) H2 j6 L* @+ S/ h( E5 [
20.52
7 e1 d8 M+ r" _& ^4 D, W
32.04
2 L/ h+ [& l" y; \
52.20
8 l6 H! W& z+ x: B* Y
17.08
# x5 [% K& g+ C9 s: w; M" M: R
11.40
/ X" K; G8 X/ ` W. b
78.79
3 E( @: L% `4 J, c9 S6 [# }6 v- {
74%
' m% [8 `3 p) s+ E4 ?, _) j# B
五年后终值
7 H' q9 ?- Y5 |* q& ?
11.40
; N7 N: D7 ? W. h& Y
17.80
; A! ]7 z2 j6 Y) e5 F
29.00
7 Z. w0 S, D/ ~ F
6.10
J9 ?7 a( V6 t: M
10.50
: C1 g! _) Z0 O/ j1 F8 ?0 \
34.37
4 b+ W- E- Z3 z' K' B' i
87%
: S+ _# @, y3 J
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 。
0 g C5 n# ^5 s* J+ s
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
+ t/ R& B8 }! t% ?6 E: Q1 j
. u/ S* [% c$ ? Z1 M1 j4 z4 h5 |
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
9 R' p+ Q& Y# s' p* u" X
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
