人工神经网络法在大气污染预报中的应用

以鞍山市为例,应用人工神经网络方法,模拟人脑的思维方式,建立了大气污染物浓度的神经网络预报模型,并将计算结果与监测值进行了对比验证,计算结果表明,BP模型应用于大气污染物浓度预报具有较高的预报精度。     

基于BP模型的大气污染预报方法的研究

BP模型是目前最为广泛应用的神经网络模型之一,它是一种简单而又非常有效的算法.笔者将BP网络模型引入到大气污染预报领域,并根据大气污染物含量与气象要素的关系建立了大气污染物含量的神经网络预报模型.计算结果表明,BP模型应用于大气污染预报具有较高的预测精度和良好的泛化能力,它为信息社会的城市空气污染预报工作提供了一种全新的思路和方法.      

方位聚散因子及其在PM2.5浓度预报中的应用

污染物浓度预报是应对大气污染问题的重要手段.现有的模式类预报方法受限于排放源清单的准确性,而在污染物排放源短期少变的条件下,基于气象要素的统计类预报方法是一种更具实用性的方法.但现有统计类预报方法的计算模型输入量缺乏对气象要素累积效应的表征,以及对气象因素影响大气污染物聚散过程的表征,严重影响了预报的精度.为此,本文提出了一种着眼于改善计算模型输入量的统计类PM_(2.5)浓度预报方法.该方法采用方位聚散因子作为计算模型输入量,既可表征出PM_(2.5)累积与消散的过程,又考虑了气象要素在一定时段内的累积效应,为提高预报精度奠定了良好的基础.同时,通过BP神经网络训练,本方法在方位聚散因子与PM_(2.5)浓度值之间建立起关联模型,从而完成对PM_(2.5)浓度值的准确预报.     

大气污染物浓度的神经网络预报

首次将神经网络应用于实测大气污染物浓度的预报.结果表明,预报值与观测值符合得较好.由于人工神经网络具有逼近精度高、学习速度快、对资料长度要求不高等优点,因而在非线性时间序列的预报中显示出了独特的优越性,并将会在大气环境和气候预报中得到越来越多的应用.     

基于Matlab的BP神经网络在大气污染物浓度预测中的应用

为了寻求有效控制和改善环境质量的相应措施,选用了英国伦敦Bloomsbury监测站的PM10小时平均浓度监测资料,采用“提前终止法”泛化改进的BP神经网络模型,预测PM1024 h内的小时平均浓度。结果表明：采用BP神经网络法对大气污染物浓度进行预测,预测相对误差在2%-48%之间,且绝大部分在2%-17%之间,预测精度较高,泛化能力较好,为大气污染物浓度预测提供了一种全新的思路和方法。     

基于HHO-CNN-LSTM的CMAQ修正模型及其在上海市空气质量预报中的应用

建立空气质量预报模型，预测污染物浓度对人类健康和社会经济发展具有重要意义。然而，传统的空气质量模型CMAQ对污染物浓度的预报精度并不理想。对此，本文提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和长短期记忆神经网络(LSTM)的空气质量预报修正模型，并使用哈里斯鹰算法(HHO)对模型的超参数进行优化；用CMAQ模型对上海市2022年12月六种大气污染物(SO₂、NO₂、PM₁₀、PM_2.5、O₃、CO)浓度的预报数据以及监测站的气象数据和污染物浓度实测数据作为HHO-CNN-LSTM模型的输入，对CMAQ模型预报结果进行修正。使用均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和一致性指数(IOA)作为评价指标。结果显示，修正模型显著提高了六项污染物浓度的预测精度，RMSE减少了73.11%～91.31%,MAE减少了67.19%～89.25%,IOA提升了35.34%～108.29%。同时针对HHO算法陷入局部最优而导致修正模型对CO浓度预测效果不佳的问题，使用高斯随机游走策略对HHO算...     

基于小波分解和ARMA模型的空气污染预报研究

细颗粒物PM2.5为首要污染物的空气污染严重影响了公众健康,对空气污染进行有效预报具有十分重要的意义。而目前常用的空气污染物浓度预报方法在短时事件和意外事件预测方面存在不足。利用小波多尺度分析方法改进ARMA预测模型,并将其应用于短时空气污染物浓度预测。改进模型通过小波分解方法将时间序列分解为一个近似序列和多个细节序列,分别采用ARMA模型进行预测,然后将各序列预测结果进行重构,得到最终预测结果。以天津市2014年PM2.5浓度数据为例,分别采用ARMA模型、支持向量回归(SVR)模型、人工神经网络(ANN)模型以及基于小波多尺度分解改进的SVR模型和基于小波多尺度分解改进的ARMA模型进行了对比分析。结果表明:1)小波多尺度分解能够显著提高SVR模型和ARMA模型预报精度;2)ARMA、SVR、ANN等传统模型在重污染情况下预报精度显著下降,而小波分解改进策略能够较好地解决这个问题;3)基于小波多尺度分解改进的ARMA模型预报精度较高,是城市污染物浓度预报的有效手段。     

基于BP神经网络的污染物浓度多模式集成预报

基于中国气象局雾-霾数值预报系统CUACE、北京区域环境气象数值预报系统BREMPS和华东区域大气环境数值预报系统WRF-Chem三个环境气象模式预报产品,利用BP神经网络方法建立多模式集成预报模型.首先通过实验得到BP神经网络的训练函数、隐含层节点数和训练样本长度分别为贝叶斯归一化训练函数trainbr、10和50.随后选取北京、天津和石家庄站点的预报结果检验该模型的预报性能.结果表明：（1）相对于单模式,BP神经网络集成预报的3~72h逐3h污染物浓度和观测之间的归一化平均偏差从-100%~200%降低到-20%~20%,污染物浓度和观测的均方根误差比各单模式降低15%以上,相关系数从0.1~0.8提升到0.3~0.85之间,说明其预报结果优于各单模式.（2）2016年AQI等级评估表明,集成模型预报的北京轻度和中度污染的TS评分分别比CUACE提高22%和10%,在天津重度污染的空报率和漏报率分别降低31%和25%.（3）2016年12月份的重污染过程评估发现,集成模型预报的PM_2.5浓度的演变趋势和实况基本相符.     

城市空气质量的BP和RBF人工神经网络建模及分类评价

根据MATLAB提供的人工神经网络模型,将其应用到城市空气质量评价,研究并对比分析BP和RBF两种人工神经网络的建模方法及评价结果。首先构建BP神经网络模型,确定输入层、隐含层和输出层的神经元数,选择Sigmoid型函数作为激励函数,应用内插扩展出的训练样本对BP网络进行学习,再用训练成熟的BP网络对待评价样本进行仿真;其次构建RBF神经网络模型,确定其输入层和输出层的神经元数,选择Gauss函数作为隐含层激励函数,再用同样的训练样本进行学习和仿真;最终进行归一化论证,验证归一化预处理在空气质量评价中的必要性。结果表明:应用BP和RBF人工神经网络可以得出较好的城市空气质量分类评价结果,其中RBF神经网络模型与改进的灰色聚类法评价结果一致,具有较高的准确率,是一种快捷、有效的综合评价方法。     

基于GA-ANN改进的空气质量预测模型

基于人工神经网络的空气质量预测模型优于传统的逐步回归模型,但由于性能差异不明显而较少在空气质量预报中应用. 设计了将遗传算法和神经网络算法相结合的基于GA_-ANN的空气质量预测模型,并利用天津市2003—2007年气象和污染物监测资料对该模型进行验证. 对2007年全年的ρ(SO₂),ρ(NO₂)和ρ(PM₁₀₎进行预测,预测值与实测值的相关系数分别为0.899 6,0.828 3和0.600 0. 与一般的人工神经网络预测模型相比较,GA_-ANN模型将空气质量等级预报的准确率从77.57%提高到79.67%. GA_-ANN模型可结合其他方法进行日常空气质量预报.      

基于CEEMD-BiGRU模型的徐州市大气污染物浓度预测

目前大气污染物对于地区经济以及人体健康的影响不容忽视。选取徐州市2016-01-01—2021-01-24大气污染物和气象要素数据,针对大气污染物浓度波动性强等特点,运用互补集成经验模态分解(CEEMD)将污染物数据分解为本征模态分量,提取出原始数据的各项特征,再对分解出的各本征模态分量构建双向门控循环单元模型(BiGRU),通过双向循环训练,学习各分量的特征趋势并获得最优训练参数,将输出结果重构,得到最终的预测值。结果表明:与BiGRU、BP模型相比,CEEMD-BiGRU模型预测各项大气污染物的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别下降15%、20%和2百分点以上,预测精度有较大提升。在此基础上,利用CEEMD-BiGRU模型预测后一时间段残差,以修正原预测值,得到大气污染物预测区间上界,进一步扩展模型的适用性。     

Numerical simulation study on air quality in aircraft cabins

Air pollution is one of the main factors that affect the air quality in aircraft cabins, and the use of different air supply modes could influence the distribution of air pollutants in cabins. Based on the traditional ceiling air supply mode used on the B737NG, this study investigated another 3 different kinds of air supply modes for comparison: luggage rack air supply mode, joint mode combining ceiling and luggage rack air supply, and joint mode combining ceiling and individual air supply. Under the above 4 air supply modes, the air velocity, temperature and distribution of air pollutants in a cabin full of passengers were studied using computational fluid dynamics (CFD), and carbon dioxide (CO₂) and formaldehyde were selected as 2 kinds of representative air pollutants. The simulation results show that the joint mode combining ceiling and individual air supply can create a more uniform distribution of air velocity and temperature, has a better effect on the removal of CO₂ and formaldehyde, and can provide better air quality in cabins than the other 3 modes.     

济南市大气污染物时空变化及预测分析

大气污染影响生产生活和人体健康,了解大气污染物时空分布特征及污染源是大气污染治理的基础和前提。基于济南市2014-2018年空气质量实时监测数据,主要污染物浓度数据和气象要素数据,运用相关分析法和BP神经网络预测模型,分析了济南市大气污染物时空分布特征及污染物来源,并对济南市6种主要污染物进行预测。结果表明:在时间维度上,空气质量呈逐年好转趋势,季节上则表现出冬季污染最严重,夏季最轻,采暖期污染物浓度远远高于非采暖期的特点;从日变化看,上下班高峰段是污染最严重时段。在空间维度上,城市外围污染较为严重,市区污染相对较轻。在污染物成分上,PM₁₀逐渐成为颗粒物污染的主体。通过济南市污染物浓度预测结果,分析未来3年内污染物浓度变化情况,进一步提出合理优化的污染治理方案来改善济南市大气污染状况。     

室内空气质量指数评价模式的研究

提出室内空气质量的三级评价标准和五个评价等级,建议依据评价目的,选择相应污染物质作为评价因子。分析常用指数评价模式的特点,建立适用于室内空气质量评价的综合指数模式,该模式是一种客观有效的评价方法。     

基于卫星遥感和地面观测资料分析苏皖两省一次空气污染过程

2012年6月8~11日,江苏安徽2省发生了一次持续性的空气污染过程.利用MODIS观测的气溶胶产品和地面气象资料,结合火点监测资料和HYSPLIT后向轨迹模式,分析气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子比例(FMF)、空气污染指数(API)的特征,探究这次空气污染的形成原因.研究表明,这次过程中苏皖2省8个代表城市的能见度大部分时间低于10km,相对湿度低于90%,API均达到或超过污染等级,AOD显著增长,且污染物以人类活动产生的细粒子为主.区域细粒子比例(RFMF)达0.79,高FMF(>0.6)出现的概率高达74.8%.另外,苏皖2省稳定的天气形势,不利于污染物扩散.6月8~11日,苏皖2省(北部地区为主)出现大量的火点,表明有秸秆焚烧现象的存在.从HYSPLIT模式的模拟结果来看,苏皖2省8个代表城市在此期间主要受到偏西方向的气流以及局地气流的影响,偏西方向的气流有利于外部秸秆焚烧的污染物经过输送影响本地区,同时局地气流不利于扩散,从而造成污染物积累,形成污染.     

沈阳市大气污染物总量控制的探讨

根据辽宁省下达给沈阳市的大气污染物总量控制目标，对沈阳市大气污染物进行总量目标分配．提出总量控制措施，实现对沈阳市大气污染的总量控制管理，为经济发展提供一定的环境容量，推动全市技术进步和经济发展     

基于Web-GIS的环境空气自动监测系统研究

为使空气自动监测技术更加完善,实现以环境空气实时监控为主的各项基础信息的快速查询、统计、分析,建立基于浏览器/服务器模式的采用W eb-G IS技术的空气自动监测系统,采用数据库、中间层服务器和浏览器组成的三层体系结构。导入鞍山市城区电子地图,实现各监测子站、各污染物及各气象参数的图形动态演示,直观地表现子站及周边污染源分布及污染物监测浓度的动态变化,实现了环境空气污染的空间信息、属性信息的综合管理。     

2015—2021年南京市大气污染特征及污染个例研究

探究细颗粒物(PM_2.5)和臭氧(O₃)污染的时间变化特征,阐明PM_2.5和O₃复合污染过程中不同阶段环境空气污染物及气溶胶粒径分布的详细演变过程,对南京及长三角地区的大气污染防治具有重要指导意义.本文使用2015—2021年南京市环境空气污染物小时浓度数据,分析了该地区多年大气污染演变过程,并选取2015年10月12—17日时间段作为复合污染典型个例,对其生消过程和内在机理进行了详细分析.结果表明：(1)2015—2021年南京市各种大气污染物的变化特征具有明显差异. PM_2.5、PM₁₀和SO₂浓度的年下降率分别为8.9%、6.2%和15.4%,O₃浓度变化较小. CO浓度在2016年达峰后以每年7.6%的速率下降.NO₂浓度在2015—2019年呈增加趋势.(2)2015—2021年污染特征发生较大变化,由PM_2.5为主导变为由O₃为主导的大...     

公路施工中空气污染物净化成本对企业财务状况的影响研究

公路建设企业为了不违反施工中空气污染物排放标准,需要追加环保投入,购买先进的空气污染物净化设备,这种情况必然给企业财务状况带来一定的影响。传统的净化技术采用自然通风法来稀释公路施工中的空气污染物,通过空气的流通降低污染物浓度,用于施工段通风的能耗费用和建设费用过大,会给企业造成较大的财务负担。采用ESP技术达到了空气污染物高净化度指标,节省了企业空气污染物净化成本费用。由于企业整个施工项目收益会随着净化成本的降低而增加,所以该技术会对企业财务状况产生一定的影响,污染物净化负债的支付、净化收益费用、支出和产品成本随着净化成本的增加而减少。