对空气中PM2.5 问题的建模研究

madio

摘 要：
. i1 @' i- l; O( q& ^' b, d5 q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
! Z3 }6 t- A7 O+ q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
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
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
8 \* O6 ]# \1 H- ^9 k# W插值算法等对问题进行了求解与分析。
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，
  L# o! i/ O. y3 r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，
' x1 t5 M% I* e( P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
( U/ ^. @+ X: ?8 z9 R6 Y4 L% Y' M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
, i9 X& O! j& f! t4 K: L- Q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
& ~- j; I' E8 `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，
7 }) }0 r/ b5 r0 W" O! s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，
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
% a, j9 l8 g& a+ G6 {* t) G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
中度污染，属于二级区的长安区为轻度污染。
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
: \; l4 V$ G8 g2 X5 ]# Y7 ^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，
PM2.5 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
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，
. I$ R; h3 m. Y8 x: ]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。
: n' q7 a) J% m2
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
; `, v$ E; L7 [+ ~  b0 F: N( A3 G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
9 Z0 V9 A$ y6 q1 ]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
- J0 ?5 P! l2 A6 l: G- S( N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
( f, w5 d1 h, A, b9 t  q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
! ]8 b3 H% x" T1 M# ?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
; S5 z% f$ [2 Z5 f; H* q' \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
/ M0 Z) @5 }* o7 ^1 m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
8 s( d$ t+ a% e5 F9 `* B+ l3 O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
, t/ u% g! m$ Z4 R. G6 l' h' k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
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。
! Q, L4 c# [7 o8 M+ G) C; R( 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
: h8 ~7 G4 N3 `8 q% X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
8 Z9 X! Z4 y1 F8 J& \) W# o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。
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
' e2 T. m3 Z& D$ x程模型、多目标非线性规划模型

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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！