A spatial clustering perspective on autocorrelation and regionalization

We revisit one of the classical problems in geography and cartography where multiple observations on a lattice (N) need to be grouped into many fewer regions (G), especially when this number of desired regions is unknown a priori. Since an optimization through all possible aggregations is not feasible, a hierarchical classification scheme is proposed with an objective function sensitive to spatial pattern. The objective function to be minimized during the assignment of observations to regions (classification) consists of two terms: the first characterizes accuracy and the second, model complexity. For the latter, we introduce a spatial measure that characterizes the number of homogeneous patches rather than the usual number of classes. A simulation study shows that such a classification procedure is less sensitive to random and spatially correlated error (noise) than non-spatial classification. We also show that for conditional autoregressive error (noise) fields the optimal partitioning is the one that has the highest within-units generalized Moran coefficient. The classifier is implemented in ArcView to demonstrate both a socio-economic and an environmental application to illustrate some potential applications.

模糊聚类分析在中国火灾危害分类中的应用

火灾现象具有随机性、模糊性,是个复杂的模糊系统行为。运用模糊聚类分析方法,借助于M ATLAB计算软件,对中国火灾的危害程度进行了分类。根据2000年中国火灾统计资料,把31个省市分为重灾区、较重灾区、一般灾区、轻灾区等4类,与传统的概率统计方法相比,本方法更符合客观实际。城市火灾分类是动态的,重灾区吸取教训,增强消防意识,增大消防投入,可减少火灾隐患;而轻灾区如不注意防范,也会增加火灾隐患。因此不论轻重灾区,均应时时增强防范意识,把火灾危害降至最低。     

官厅水库入库断面水质多指标评价与演变特征分析

水体质量状况及其污染特征是流域水污染防治规划和治理措施制定的前提和基础。采用主成分分析和层次聚类分析等多元统计分析方法,选取溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量等10个不同类型的监测指标,综合评价了官厅水库入库断面八号桥2006—2017年丰水期和枯水期水质年际变化特征,识别了不同阶段关键污染指标。结果表明:各年份丰水期(9月)大多数水质指标均优于枯水期(5月),特别是粪大肠菌群和氨氮,但总磷和高锰酸盐指数的差异较小。根据水质指标年际变化情况,可将研究期分为污染严重阶段(2006—2007年)、污染改善阶段(2008—2015年)和污染全面好转阶段(2016—2017年)。大部分水质指标呈现逐年好转的趋势,特别是粪大肠菌群、氨氮和五日生化需氧量,但总磷仍是官厅水库入库河流的重要污染指标。     

徐州大气颗粒物污染特征及传输途径分析

利用徐州2015年PM2.5和PM10逐小时质量浓度数据,分析了徐州颗粒物时空变化特征。同时基于HYSPLIT后向轨迹模式,结合GDAS气象数据和空气质量数据,利用轨迹聚类及潜在源分析法研究徐州不同季节气流轨迹对颗粒物浓度的影响及PM2.5和PM10的潜在来源。结果显示,2015年徐州环境空气中PM2.5和PM10的年均值为65和122μg/m3,分别超过国家《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)二级标准限值86%和63%。各国控站点ρ(PM2.5)和ρ(PM10)月变化呈现一致的冬季高夏季低的"V"型变化特征,这与气象条件和气流轨迹特征季节性变化有关。秋冬季污染较高时期徐州主要受西北内陆性气团和较为稳定的气象条件影响,而春夏季来自较为干净的东部海洋性气团利于污染扩散。潜在源分析显示,山东、安徽、苏中南、浙西北等地区是影响徐州市PM2.5和PM10的主要潜在源区。各季节潜在源区分布范围有一定差异,冬季时潜在源区分布最广,并有明显向西北方向转移延伸的趋势。     

工业污染治理投资完成状况分析研究——以我国沿海省市为例

运用多元统计中的主成分分析法和系统聚类法对我国东部地区工业污染的治理投资完成情况进行了分析。根据主成分分析结果,对选取的11个省市进行分类,并在此基础上提出加强各区域环境污染治理的几点建议。     

工业园区循环经济绩效评价方法研究

针对当前循环经济绩效内涵不明确,评价指标体系多局限于对循环经济发展水平等循环经济绩效评价中存在的问题,在系统归纳总结该领域研究现状基础上,明确了循环经济绩效的概念;进一步构建了基于生态效率-物质流分析的循环经济绩效评估指标体系,利用模糊数学和灰色聚类方法分别建立了循环经济绩效评估模型;最后,以上海化工园区和南通农药化学工业园为案例,对2个园区循环经济绩效进行评估。结果表明:从理论和方法上,构建的工业园区循环经济绩效评价指标体系是适用的;模糊综合评价和灰色聚类评价的结果存在一定的差异,模糊评价结果更为合理,而且该模型可以直观地表示出园区循环经济绩效的优劣势所在。进而,以上海化工园区作为标杆,针对南通农药化学工业园存在的资源效率偏低等问题,提出若干循环经济绩效改进措施。     

动态污水处理过程的多模型动态矩阵控制

针对活性污泥法污水处理系统的强耦合和动态变化特性,提出一种用于前置反硝化脱氮工艺的多模型动态矩阵(DMC)解耦控制方法;通过K-均值聚类分析法对外界入水中氨氮浓度进行聚类,获得以聚类中心为入水氨氮浓度的静态模型集合,分别设计线性DMC解耦控制器;再以当前时刻外界进水氨氮浓度和聚类中心为基本元素,构造切换函数,实现多模型切换。将该方法应用于活性污泥1号模型(ASM1)中,获得了较好的动态仿真效果。     

基于可变模糊集理论及其模型的水利规划环境影响综合评价

地区水利规划环评处于起步阶段,存在评价形式化、方法单一化以及指标权重确定的主观性较强等问题。针对以往评价中的不足,提出了运用可变模糊集理论及其模型进行综合评价的方法。以江苏省水利发展规划作为研究实例,建立指标体系,采用模糊聚类循环迭代模型进行主客观综合指标权重的计算;从重点工程空间布局角度出发,运用调整后的可变模糊识别模型进行各市环境影响的相对优属度计算。结果表明,全省规划方案的环境影响相对优属度大于现状和零方案,南通市的相对优属度最大,其次是苏州和无锡。与层次分析法进行对比,该理论及其模型适用于地区水利规划环境影响综合评价     

混凝土大坝震害评估模型的研究及对黄河上游大坝的分析

利用前人所编的历代(共四代)地震烈度(地震动)区划图,组合叠加后得到一个综合烈度(地震动)。这种叠加是一个集成的专家系统综合认识结果,以此作为坝体可能遭受地震破坏危险的因素。初步研究建立了混凝土大坝震害评估模型,此模型是考虑了坝体的结构类型、建设年代、使用现状、场地条件、抗震设防水平等因素,用逐步线性拟合方法进行回归分析得到的。用此模型对汶川地震破坏的坝体进行了实例分析,分析结果比较符合实际。最后,用这个模型对黄河上游10座重点混凝土大坝做了震害评估分析。     

基于星座图法的湖北省农业功能分区

农业功能分区是准确把握县域农业功能定位、推动区域农业功能拓展和向现代农业转型的基础工作。旨在探索运用一种新的分类方法即星座图法在农业功能分区中的应用。剖析现代农业的功能定位问题,从农产品供应、就业与社会保障、生态调节和文化传承与休闲4大类综合功能选取30个定量指标和2个定性指标,构建了湖北省农业功能分区指标体系。采用星座图法,根据星座图中各星点的位置,确定各县（市）单项功能的分等类型;并以此为基础结合分区单元的实际地理位置和社会经济及环境现状,作出湖北省农业功能分区方案。分区结果以县级行政区域为分区单元,按照农业功能分区的基本原则,湖北省分4个农业主导功能区,各主导功能区分为3个二级区共12个二级农业功能区