对空气中PM2.5 问题的建模研究

madio

摘 要：
0 J, B) R/ A* W! L, [3 \本文针对空气中PM2.5 的相关因素分析、分布与演变及应急处理和空气质
! N1 t- m- \% Q8 x量控制管理的问题，采用相关分析、回归分析、二维插值、微分方程、非线性规
, I/ n; o- [3 I/ U8 B4 @3 V9 O划等方法，建立了相关性分析模型、多元线性回归方程模型、Shepard 二维插值
5 ?; [2 r: ^6 x9 [2 {) \! m' e模型、偏微分方程模型和多目标非线性规划模型，运用最小二乘估计算法、数值
插值算法等对问题进行了求解与分析。
6 k) \( w: t2 @% n9 `# s. s" J! o问题一中，要求对PM2.5 进行相关因素分析。首先，运用相关性分析方法，
* v3 B% c: [) w% n& q+ D8 ]% O建立AQI 中6 个基本监测指标间的相关性分析模型，利用SPSS 软件进行求解，
得到各指标间的相关性，如PM2.5 与一氧化碳间相关系数为0.822，呈显著正相
, z% p7 n. y3 V( ]8 D: G( W0 J& n关；然后，建立了PM2.5 与其它5 项分指标间的两两回归分析模型并分析；最
后，运用回归分析的方法，建立PM2.5 与其它5 项分指标间的多元线性回归模
# O. v/ o6 T( p  d  `" T! @型，采用最小二乘估计方法对回归系数进行估计，并对回归方程进行了残差检验，
/ A' r2 K3 J& j9 Q5 V- r( {对异常点进行了逐次剔除最终得到拟合度达到97.1%的多元线性回归方程。
问题二中，要求对PM2.5 的分布与演变及应急处理进行研究。针对第1 小问，
* Y& [3 `! q7 _, m7 l5 U! f首先，研究了PM2.5 随时间的变化规律，建立了基于三次样条插值法的PM2.5
随时间变化模型；然后，建立了Shepard 二维插值模型，利用MATLAB 软件编
4 f( g6 \& Y9 z0 z/ j/ K程求解，得到了PM2.5 的空间分布规律，如PM2.5 在高压开关厂的含量最大；
最后，建立了分区污染评估模型，并得到了其评估结果，如属于一级区的草滩为
& ]. R1 ]" n6 H5 R2 u" p中度污染，属于二级区的长安区为轻度污染。
% \) [* t: z8 ^  B7 Q7 L针对问题二第2 小问，首先，运用回归分析的方法，建立了PM2.5 与气象
因素间的多元线性回归模型来分析气象因素对PM2.5 的影响，如在冬季时，
" g9 Z  U: y) c9 ]0 m$ ~" V5 GPM2.5 浓度与湿度和温度呈正相关；然后，在建立PM2.5 在边界层中扩散的物
9 C; h$ y- N4 {理模型和迁移、转化的基本模型的基础上建立了PM2.5 扩散的偏微分方程模型，
并利用MATLAB 软件编程求解得到了PM2.5 扩散的偏微分方程模型的解析解。
2
针对问题二第3 小问，首先，建立了PM2.5 在地面的浓度分布模型和PM2.5
污染扩散的预测模型；然后，对PM2.5 污染扩散预测模型进行了参数估计；最
后，代入实例得到了各个监测点PM2.5 浓度的预测评估结果，如高新西区为重
4 G/ [) U2 O, D( }& y" V8 K; r度污染区域，广运潭为安全区域。针对问题二第4 小问，用残差检验与稳定性检
验了模型合理性，并总结已有研究成果给出了PM2.5 的成因、演变等一般性规
律。
问题三中，要求对空气质量进行控制管理。针对第1 小问，引入了效用函数
建立以满意度最大为目标的非线性规划模型，利用了LINGO 13.0 版优化软件进
: f- `4 i, V3 N: f: v, X' I7 C行了编程求解，得到未来五年PM2.5 每年的全年年终要求达标的年平均浓度分
别为：226.1835，174.89086，126.00372，79.40928，35（单位为3  g / m ）。针对
第2 小问，建立了以投入总费用最少和PM2.5 减排计划实施满意度最大为目标
的多目标非线性规划模型。在求解过程中，利用了主要目标法将双目标简化为单
$ W- ?- ]* ^( ?4 Y+ W; A. J* D9 n目标；然后利用了LINGO 13.0 版优化软件进行了编程求解，得出了五年投入的
/ E. B- \6 J9 Z2 m" D. O  R- u( x& d9 R总费用最少为64.13053 费用单位（百万元），并对方案的合理性进行了论述。
* T, v- R0 g- X8 {0 F$ k5 K( d4 b本文的特色在于，在问题一中，采用了最小二乘估计方法对回归系数进行
估计，并对回归方程进行了残差检验，且对异常点进行了逐次剔除最终得到拟合
度达到97.1%的多元线性回归方程；在问题二中，考虑了多方面情况，建立了
Shepard 二维插值模型和偏微分方程模型；在问题三中，引入了效用函数建立以
$ x# z1 Z1 S1 E# f满意度最大为目标的非线性规划模型，在对多目标非线性规划模型求解过程中，
利用了主要目标法将双目标简化为单目标。
  N2 }+ S7 B2 E( Q  O关键词：相关分析、回归分析、二维插值、最小二乘估计、残差检验、偏微分方
! ~6 q, u8 q* T  e( w5 `# O程模型、多目标非线性规划模型

几分之几的时间

沙发，支持了，下来看看，

caiyuhao007

谢谢楼主分享

king.w

空气污染问题，希望有大的帮助啊！