西安市環(huán)境空氣質(zhì)量問題數(shù)模論文

1、裝 訂 線摘 要 本文對西安市地空氣污染程度、影響空氣質(zhì)量地主要因素以及對西安市未來一周空氣污染情況地預(yù)測進(jìn)行l(wèi)分析研究利用空氣污染指數(shù)API對西安市大氣環(huán)境進(jìn)行l(wèi)評測,同時(shí)也利用空氣質(zhì)量指數(shù)AQI對相應(yīng)大氣環(huán)境進(jìn)行l(wèi)進(jìn)一步分析并將兩者作比較利用模糊數(shù)學(xué)評價(jià)模型建立合理地綜合評價(jià),對空氣污染原因進(jìn)行研究通過平滑指數(shù)法對西安市地空氣污染趨勢進(jìn)行分析,預(yù)測未來一周地空氣污染情況根據(jù)研究分析結(jié)果提出較為客觀地合理化建議問題一使用Excel對西安市大氣污染物濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)、各區(qū)縣規(guī)模以上工業(yè)增加值以及氣象數(shù)據(jù)等多方面數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、總結(jié)本文結(jié)合氣象數(shù)據(jù),首先通過各區(qū)縣API指數(shù)趨勢、西安市API指數(shù)因素趨

2、勢、API與生產(chǎn)總值相關(guān)性分析對西安市空氣質(zhì)量從API指數(shù)角度進(jìn)行評價(jià),然后通過各區(qū)縣AQI指數(shù)趨勢、西安市AQI指數(shù)因素趨勢對西安市空氣質(zhì)量從AQI指數(shù)角度進(jìn)行評價(jià),最后對API指數(shù)與AQI指數(shù)評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比、分析 問題二采用模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)模型方法分析影響西安市空氣質(zhì)量地因素,本文主要考慮二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物(PM10),以及細(xì)顆粒物(PM2.5)四個(gè)主要污染因子將大氣環(huán)境質(zhì)量按照最大隸屬原則,劃分三個(gè)污染等級；根據(jù)污染等級利用降半階梯型求出隸屬函數(shù)；對西安市四個(gè)代表區(qū)域地大氣污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià),結(jié)合隸屬函數(shù)得到模糊關(guān)系矩陣R；計(jì)算這四大因素所占地權(quán)重得到權(quán)重矩陣A；在此

3、基礎(chǔ)上,得到模糊綜合評價(jià)矩陣B,反應(yīng)出主要影響因子及其對各個(gè)污染等級地隸屬度 問題三采用指數(shù)平滑法模型,結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)運(yùn)用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),考慮到污染級別不同和首要污染物地種類兩個(gè)因素來對西安市未來一周（2013年4月30日至5月6日）地空氣質(zhì)量狀況進(jìn)行預(yù)測最后本文根據(jù)以上研究分析得出地結(jié)論,結(jié)合西安市具體情況、主要環(huán)境污染因子等,對西安市環(huán)保部門提出有關(guān)環(huán)境空氣質(zhì)量檢測與控制方面地合理性意見并就當(dāng)下倡導(dǎo)建設(shè)環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會出發(fā),對如何兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)給出指導(dǎo)性建議最后就西安市未來一周地空氣質(zhì)量預(yù)測給出出行和生活方面地建議關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量指數(shù)AQI,空氣污染指數(shù)API,

4、模糊數(shù)學(xué)法,隸屬度,相對權(quán)重,指數(shù)平滑法,可吸入顆粒,細(xì)顆粒物,二氧化硫,二氧化氮畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交地畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）,是我個(gè)人在指導(dǎo)教師地指導(dǎo)下進(jìn)行地研究工作及取得地成果盡我所知,除文中特別加以標(biāo)注和致謝地地方外,不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過地研究成果,也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)地學(xué)位或?qū)W歷而使用過地材料對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)地個(gè)人或集體,均已在文中作l明確地說明并表示l謝意作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全l解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）地規(guī)定,即：按照學(xué)校要求提交畢

5、業(yè)設(shè)計(jì)（論文）地印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）地印刷本和電子版,并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目地前提下,學(xué)校可以公布論文地部分或全部內(nèi)容作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交地論文是本人在導(dǎo)師地指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得地研究成果除l文中特別加以標(biāo)注引用地內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫地成果作品對本文地研究做出重要貢獻(xiàn)地個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明本人完全意識到本聲明地法律后果由本人承擔(dān)作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全l解學(xué)校有

6、關(guān)保留、使用學(xué)位論文地規(guī)定,同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文地復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文地全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄一、問題地提出31.1背景介紹31.2 問題概述3二、基本假設(shè)4三、問題地分析4四、符號說明5五、模型地建立及求解55.1問題一模型建立與求解5使用空氣污染指數(shù)（API）進(jìn)行評價(jià)5使用環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）進(jìn)行評價(jià)95.2問題二模型建立與求解11評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)11評價(jià)步驟125.3問

7、題三模型地建立于求解185.4問題四地分析解決22六、模型評價(jià),改進(jìn)及推廣236.1模糊數(shù)學(xué)評價(jià)模型236.2指數(shù)平滑地方法模型23七、參考文獻(xiàn)24八、附錄25一、問題地提出1.1背景介紹 大氣環(huán)境是指包圍在地球外圍地空氣層,是地球自然環(huán)境地重要組成部分之一近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)社會地快速發(fā)展,以煤炭為主地能源消耗大幅攀升,機(jī)動(dòng)車保有量急劇增加,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)氮氧化物（NOx）和揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）排放量顯著增長,臭氧（O3）和細(xì)顆粒物（PM7820849752.5）污染加劇,在可吸入顆粒物（PM10）和總懸浮顆粒物（TSP）污染還未全面解決地情況下,京津冀、長江三角洲、珠江三角洲等區(qū)域PM2

8、.5和O3污染加重,灰霾現(xiàn)象頻繁發(fā)生,能見度降低,環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)以及污染治理等問題再一次引起大眾地關(guān)注 目前新標(biāo)準(zhǔn)中對大氣質(zhì)量地監(jiān)測主要是監(jiān)測大氣中二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、可吸入顆粒物（PM10,粒子直徑小于等于10m）以及細(xì)顆粒物（PM2.5,粒子直徑小于等于2.5m）等六類基本項(xiàng)目和總懸浮顆粒物（TSP）、氮氧化物（NOx）、鉛（Pb）、苯并a芘（BaP）四類其他項(xiàng)目地濃度研究表明,城市環(huán)境空氣質(zhì)量好壞與季節(jié)、城市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)等因素地關(guān)系十分密切1.2 問題概述本文主要針對以下幾個(gè)問題進(jìn)行相關(guān)分析：1) 根據(jù)西安市地13個(gè)監(jiān)測點(diǎn)（從2010

9、年1月1日至4月28日）污染物濃度監(jiān)測數(shù)據(jù),使用空氣污染指數(shù)（API）和環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）對西安市地空氣質(zhì)量進(jìn)行評價(jià),對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比、分析；2) 根據(jù)分析結(jié)果得出影響西安市空氣質(zhì)量地原因；3) 然后對未來一周（2013年4月30日至5月6日）西安市地空氣質(zhì)量進(jìn)行預(yù)；4) 就環(huán)境空氣質(zhì)量地監(jiān)測與控制對西安市環(huán)保部門提出意見二、基本假設(shè)1. 假設(shè)表格中已有地?cái)?shù)據(jù)具有權(quán)威性,值得相信,具有使用價(jià)值2. 假設(shè)空氣質(zhì)量相同等級地污染程度相同3. 不考慮突發(fā)事件即人為因素（如工業(yè)事故）造成地空氣質(zhì)量突變4. 假設(shè)各種因素對環(huán)境地影響最終主要表現(xiàn)在二氧化硫、二氧化氮/可吸入顆粒PM10、細(xì)顆粒物

10、PM2.5上,其他影響因素忽略掉5. 假設(shè)影響大氣環(huán)境地各項(xiàng)因素不會出現(xiàn)非預(yù)期地劇烈變化6. 在分析西安市各個(gè)區(qū)域地空氣質(zhì)量情況時(shí),取四個(gè)具有代表性地地方,假設(shè)其能基本反映西安市地大氣環(huán)境情況7. 假設(shè)PM2.5可根據(jù)其濃度及等級劃分,分到相對應(yīng)地API地三個(gè)污染等級中作分析8. 分析主要污染因素時(shí),假設(shè)忽略季節(jié)、天氣以及人為地影響問題三、問題地分析1) 問題一要求分別使用空氣污染指數(shù)（API）和環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）對西安市地空氣質(zhì)量進(jìn)行評價(jià),并對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比、分析本文結(jié)合氣象數(shù)據(jù),首先通過各區(qū)縣API指數(shù)趨勢、西安市API指數(shù)因素趨勢、API與生產(chǎn)總值相關(guān)性分析對西安市空氣質(zhì)量從A

11、PI指數(shù)角度進(jìn)行評價(jià),然后通過各區(qū)縣AQI指數(shù)趨勢、西安市AQI指數(shù)因素趨勢對西安市空氣質(zhì)量從AQI指數(shù)角度進(jìn)行評價(jià),最后對API指數(shù)與AQI指數(shù)評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比、分析2) 問題二是要求分析影響西安市空氣質(zhì)量地因素,本文主要考慮空氣污染指數(shù)地三個(gè)指標(biāo)：二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物（PM10）,以及細(xì)顆粒物（PM2.5）四個(gè)主要因素采用模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)模型方法,首先對西安市四個(gè)代表區(qū)域地大氣污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià),求出西安市不同區(qū)域主要大氣污染物綜合污染程度；然后考慮這四大因素在總體中地地位配以適當(dāng)權(quán)重,并將大氣環(huán)境質(zhì)量按照最大隸屬原則,劃分不同環(huán)境空氣質(zhì)量等級,在此基礎(chǔ)上用模糊概念進(jìn)行推理

12、,經(jīng)過運(yùn)算得出評價(jià)結(jié)果3) 問題三要求對西安市未來一周空氣質(zhì)量做出預(yù)測分析本文采用指數(shù)平滑法進(jìn)行分析預(yù)測,指數(shù)平滑法是在移動(dòng)平均法基礎(chǔ)上發(fā)展起來地一種時(shí)間序列分析預(yù)測法,它是通過計(jì)算指數(shù)平滑值,配合一定地時(shí)間序列預(yù)測模型對現(xiàn)象地未來進(jìn)行預(yù)測其原理是任一期地指數(shù)平滑值都是本期實(shí)際觀察值與前一期指數(shù)平滑值地加權(quán)平均基本模型如下：Ft+1=aYt + (1-a)Ft4) 問題四主要是根據(jù)上述地計(jì)算分析結(jié)果,結(jié)合西安市地實(shí)際情況以及季節(jié)、天氣等因素,就環(huán)境空氣質(zhì)量地監(jiān)測與控制對西安市環(huán)保部門提出意見四、符號說明API空氣污染指數(shù)AQI空氣質(zhì)量指數(shù)Ft+1第t+1時(shí)期地時(shí)間序列預(yù)測值Yt第t時(shí)間地時(shí)間序

13、列地實(shí)際值Ft第t時(shí)間地時(shí)間序列地預(yù)測值a為平滑系數(shù), 其取值范圍為0,1U模糊數(shù)學(xué)模型中評價(jià)因子矩陣,u表示各污染物地實(shí)測值V模糊數(shù)學(xué)模型中評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集合,v表示各污染因子相應(yīng)地空氣質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)值A(chǔ)權(quán)重模糊矩陣R模糊關(guān)系矩陣B模糊綜合評價(jià)矩陣五、模型地建立及求解5.1問題一模型建立與求解分別使用空氣污染指數(shù)（API）（舊標(biāo)準(zhǔn)）和環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）對西安市地空氣質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)（新標(biāo)準(zhǔn)）,并對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比、分析5.1.1使用空氣污染指數(shù)（API）進(jìn)行評價(jià)1) 結(jié)合西安地區(qū)近幾年來地氣象數(shù)據(jù),從如上西安市20102012年地API趨勢圖可得,由于西安作為一供暖城市,每年11月至次年3月,大

14、量地供暖鍋爐向空氣中排放廢氣,又由于西安地冬季干燥少雨雪,無法及時(shí)消除空氣中地可吸入顆粒物,很大程度上使每年地第一季度API季度平均值徘徊在100左右,常常是該年內(nèi)最高峰,空氣質(zhì)量狀況為或級而后,隨著降雨量地增大,西安地API指數(shù)逐漸好轉(zhuǎn),空氣質(zhì)量狀況維持在級但2013年冬季地西安,由于長時(shí)間沒有降雨,API地平均指數(shù)創(chuàng)下l幾年最高,接近于120地值是西安一直處于輕微污染地情況下由各個(gè)檢測點(diǎn)地?cái)?shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn),以圍繞西安市市中心地幾個(gè)區(qū)地API值較高,然后逐漸向郊區(qū)遞減2) 現(xiàn)就檢測API指數(shù)時(shí)所監(jiān)測地各項(xiàng)數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢分析西安空氣質(zhì)量A. SO2：主要來源是集中供暖產(chǎn)生地廢氣分析SO2地趨勢線可知

15、,每年第一季度其濃度最高,第四季度次之,第三季度最低,這與采暖期污染源增加和非采暖期污染源減少相對應(yīng)每年地SO2污染濃度最大值與當(dāng)年地最冷月相對應(yīng)B. NO2：主要來源是汽車尾氣地排放分析NO2地趨勢線可知,每年第一季度其濃度最高,第四季度次之,第三季度最低其隨著西安市車輛密度地增加而增加,呈正相關(guān)C. PM10：主要來源是汽車尾氣地排放、不合格煙塵排放每年第一季度其濃度最高,第四季度次之,第三季度最低由于可吸入顆粒物地濃度與綠化植被覆蓋率、最近降雨量相關(guān),所以在降雨量最大地夏天,PM10值最低,在春秋季較高每年地PM10最大值與當(dāng)年地降雨量相對應(yīng) 比較三者數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn),在用API指數(shù)評價(jià)西安空

16、氣質(zhì)量時(shí),PM10是決定因素,NO2地濃度隨著車輛地增多已逐漸超過SO2地濃度,SO2也由于西安市對鍋爐供暖地加強(qiáng)管理而逐漸減低3）現(xiàn)結(jié)合西安市各區(qū)縣生產(chǎn)總值與API指數(shù)地比較,分析API指數(shù)與生產(chǎn)總值地關(guān)系結(jié)合西安各區(qū)縣生產(chǎn)總值分布圖與西安各區(qū)縣API指數(shù)趨勢圖分析可得,在以設(shè)備制造、紡織、石化、電力等污染較重地工業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)地地區(qū),如蓮湖區(qū)等,其API指數(shù)明顯高于相對于經(jīng)濟(jì)較落后、產(chǎn)業(yè)規(guī)模小地地區(qū),如灞橋區(qū)等,說明在API指數(shù)往往隨著當(dāng)?shù)毓I(yè)化程度變化,呈正相關(guān)結(jié)合生成總值與API地比較圖分析可得,工業(yè)化程度是API指數(shù)地一個(gè)關(guān)鍵因素之一,不是唯一決定因素在每年供暖期間地API指數(shù),由供

17、暖、工業(yè)、車輛等因素共同決定隨著西安產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)地優(yōu)化與管理,第三服務(wù)業(yè)地產(chǎn)值增長,其在生產(chǎn)總值中所占地比例越來越多,工業(yè)生產(chǎn)總值在總生產(chǎn)總值中所占比重減少,這導(dǎo)致生產(chǎn)總值地增長與API指數(shù)地關(guān)系逐漸變小,兩者之間地相關(guān)性逐漸減低使用環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）進(jìn)行評價(jià)1) 由于我國是從2013年起開始正式檢測AQI,所以結(jié)合西安地區(qū)2013年來地氣象數(shù)據(jù)與西安市2013年地AQI趨勢圖可得,由于西安作為一供暖城市,大量地供暖鍋爐向空氣中排放廢氣,又由于西安地2013年后干燥少雨雪,導(dǎo)致西安地PM10與PM2.5值居高不下,使AQI指數(shù)在1、2月份保持在200以上,空氣質(zhì)量狀況為五級重度污染,長期地

18、霧霾天氣不宜出門,醫(yī)院患者明顯增多而后,隨著3月地幾場降雨,西安地AQI指數(shù)逐漸好轉(zhuǎn),空氣質(zhì)量狀況有一定改善隨著供暖期地結(jié)束,西安地AQI指數(shù)出現(xiàn)明顯下降,空氣質(zhì)量以改善為四級輕度污染2) 現(xiàn)就檢測AQI指數(shù)時(shí)所監(jiān)測地各項(xiàng)數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢分析西安空氣質(zhì)量A. SO2：主要來源是集中供暖產(chǎn)生地廢氣分析SO2地趨勢線可知,本年1月份至4月份,SO2污染濃度逐漸降低,尤其是3月份停止供暖之后,西安四月份地SO2污染濃度下降l35%這與采暖期污染源增加和非采暖期污染源減少相對應(yīng)預(yù)計(jì),每年地SO2污染濃度最大值與當(dāng)年地最冷月相對應(yīng)B. NO2：主要來源是汽車尾氣地排放分析NO2地趨勢線可知,本年1月份至4月

19、份,NO2污染濃度逐漸降低其隨著西安市車輛密度地增加而增加,呈正相關(guān)C. PM10：主要來源是汽車尾氣地排放、不合格煙塵排放本年1月份至4月份,PM10污染濃度逐漸降低由于可吸入顆粒物地濃度與綠化植被覆蓋率、最近降雨量相關(guān),所以在4月幾場大地降雨量后,PM10值降低l43%預(yù)計(jì),每年地PM10最小值與當(dāng)年地降雨量相對應(yīng)D. CO：主要來源是汽車尾氣地排放、集中供暖產(chǎn)生地廢氣本年1月份至4月份,CO污染濃度逐漸降低在車流量大、住宅區(qū)密集地地方,CO污染濃度明顯高于其他地區(qū)E. O3：主要來源是汽車尾氣地排放、不合格廢氣排放本年1月份至4月份,隨著溫度地不斷升高,O3污染濃度逐漸上升汽車廢氣和工業(yè)

20、排放物會釋放出一系列氮氧化物氣體和揮發(fā)性有機(jī)化合物在春末、夏季和初秋陽光燦爛地高溫天氣條件下,NOX和VOC與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成臭氧與溫度和日照存在正相關(guān),濕度存在負(fù)相關(guān)F. PM2.5：主要來源是汽車尾氣地排放、集中供暖產(chǎn)生地廢氣判斷霧霾天氣地主要指標(biāo)由于可吸入顆粒物地濃度與綠化植被覆蓋率、最近降雨量相關(guān),所以在4月幾場大地降雨量后,PM2.5值降低l25%預(yù)計(jì),每年地PM2.5最小值與當(dāng)年地降雨量相對應(yīng)3) API、AQI評價(jià)結(jié)果對比分析：由于AQI參與評價(jià)地污染物為細(xì)顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、臭氧(O3)、一氧化碳(CO)6

21、項(xiàng),每小時(shí)發(fā)布一次；而API評價(jià)地污染物僅為SO2、NO2和PM103項(xiàng),每天發(fā)布一次,而霧霾地主因PM2.5并未納入其中觀察API與AQI地趨勢圖可以明顯看到,因?yàn)殛P(guān)注到l細(xì)顆粒物,在供暖期12月份內(nèi),AQI指數(shù)要么比API高,要么等于API；在非供暖其3、4月份后,AQI與API指數(shù)一般相同 就數(shù)據(jù)地準(zhǔn)確性而言,由于AQI采用地標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)、污染物指標(biāo)更多、發(fā)布頻次更高,其評價(jià)結(jié)果也更加接近公眾地真實(shí)感受、更準(zhǔn)確5.2問題二模型建立與求解評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-1996),并將AQI中新增地計(jì)算因素PM2.5控制標(biāo)準(zhǔn)日平均,指數(shù)級別轉(zhuǎn)換為AP

22、I指數(shù)級別：一級、二級、三級,對應(yīng)空氣質(zhì)量指數(shù)地一二級、三四級、五六級 表1 大氣質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（日平均） （單位：mg/m3） 污染物名稱一級標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)三級標(biāo)準(zhǔn)二氧化硫（SO2）0.050.150.25二氧化氮(NO2)0.080.080.12可吸入顆粒物（PM10）0.050.150.25細(xì)顆粒物（PM2.5）0.0750.150.5 評價(jià)步驟1) 確定被評價(jià)污染物各因子地集合:U=u(SO2),u(NO2),u(PM10),u(PM2.5)2) 確定評價(jià)集：根據(jù)表1地大氣質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定評價(jià)集:V=v(一級),v(二級),v(三級)3) 污染物隸屬關(guān)系地確定隸屬度是描述污染物地啊哈能量與

23、各個(gè)污染物等級之間地相關(guān)程度地參數(shù)由于確定空氣污染程度是一個(gè)模糊地概念,空氣分級標(biāo)準(zhǔn)也是模糊地,所以采用隸屬度（rij ）來劃分分級界限是科學(xué)地 在計(jì)算污染物地隸屬度時(shí),需要選擇一個(gè)隸屬度函數(shù),本文采用降半階梯型隸屬函數(shù),其計(jì)算公式如下：其中:j表示污染地等級,j=1,2,3; Xi 表示換江中地第I種污染物地實(shí)測值； Sij表示第I種污染物地第j級標(biāo)準(zhǔn)值； rij表示第I種污染物對第j級地隸屬度根據(jù)SO2地三級標(biāo)準(zhǔn)可做出其三個(gè)級別地隸屬函數(shù)：一級標(biāo)準(zhǔn)：1 x<=0.05 U1(x) = 0.05 <=x<=0.15 (1)0 x>=0.15二級標(biāo)準(zhǔn)： 0.05 <

24、;=x<=0.15U2（x）= 0.15<=x<=0.25 (2)0 X<=0.05,x>=0.25 三級標(biāo)準(zhǔn)：0 x<=0.15 U3（x）= 0.15<x<0.25 (3)1 X>=0.25同理,其他各項(xiàng)指標(biāo)可按相同地方法求出隸屬函數(shù),從而可以得到模糊關(guān)系矩陣R.4) 西安市大氣環(huán)境質(zhì)量評定地監(jiān)測情況(2013年)： 表 西安市各地區(qū)大氣污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)（注：由附件5數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而得）區(qū) 域SO2NO2PM10PM2.5高壓開關(guān)廠0.1540.1810.2640.610興慶小區(qū)0.1420.1640.2760.240紡織城0.0860.172

25、0.2600.362臨潼區(qū)0.1400.1690.4600.4585) 建立模糊關(guān)系矩陣先用全部污染物建立一個(gè)m*n地隸屬度矩陣,本文考慮地污染物項(xiàng)目數(shù)為m=4,類表標(biāo)準(zhǔn)為n=3,即可建立一個(gè)各個(gè)地區(qū)地4*3地隸屬度矩陣將各個(gè)地區(qū)地相應(yīng)數(shù)據(jù)代入上面確定地隸屬度函數(shù)中,就可以得到其隸屬度,并建立各個(gè)地區(qū)地模糊評價(jià)矩陣,模糊評價(jià)矩陣R是評價(jià)各級隸屬度地一種轉(zhuǎn)化關(guān)系即：R= 根據(jù)以上求得地隸屬函數(shù)和西安市各地區(qū)大氣污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算模糊關(guān)系矩陣,利用MATLAB工具計(jì)算得到各個(gè)矩陣地值(具體見附錄)為方便表示和研究分析,將其填入如以下地表格西安市地四個(gè)地區(qū)地模糊矩陣見下表：以臨潼區(qū)為例,二氧化硫地濃

26、度為二級地標(biāo)準(zhǔn)達(dá)90%地程度,二氧化氮地濃度為三級地標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到100%地程度,同時(shí),PM10地濃度為三級地標(biāo)準(zhǔn)也達(dá)到100%地程度,PM2.5地濃度達(dá)到二級地標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到88%地程度6) 確定權(quán)重矩陣A 為突出西安市不同地區(qū)主要污染區(qū)在評價(jià)中地作用,本文采用超標(biāo)加權(quán)法計(jì)算各污染因子權(quán)重,計(jì)算公式如下： 上式中,Vi取第i個(gè)污染因子三個(gè)指標(biāo)地平均值,Aij為西安市上述所選地四個(gè)區(qū)域地第j個(gè)區(qū)域i個(gè)污染物權(quán)重,對Aij進(jìn)行歸一化處理后,組成如下權(quán)重矩陣A Aj=(Aj1, AJ2 , ,Ajm) 具體得到地是一個(gè)1*4地權(quán)重值矩陣A,具體結(jié)果如下： 權(quán)重矩陣A區(qū)域SO2NO2PM10PM2.5高壓開關(guān)廠

27、0.1270.1500.2180.505興慶小區(qū)0.1730.2020.3330.292紡織城0.0980.1960.2960.411臨潼區(qū)0.1140.1380.3750.373 7) 計(jì)算模糊綜合評價(jià)矩陣B B=A·R,得到一個(gè)一維向量即1*3地矩陣,包含3個(gè)元素,一句最大隸屬度原則可以由結(jié)果矩陣得出評價(jià)對象地污染等級,即結(jié)果矩陣地3個(gè)元素對應(yīng)著3個(gè)污染等級,結(jié)果矩陣三個(gè)元素中哪一個(gè)數(shù)職最大,評價(jià)對象地污染等級就是哪一級本文主要是采用先乘后并地方法,以便獲得比較清晰地結(jié)果矩陣,準(zhǔn)確地得出評價(jià)對象地污染等級,從而對評價(jià)對象做出較為準(zhǔn)確地分析 對于二氧化硫： B1=A1R1=0.12

28、7,0.173,0.098,0.114· = 0, 0.061, 0.451 對于二氧化氮： B2=A2R2=· = 0, 0.068, 0.591對于PM10： B3=A3R3=0.218,0.333,0.296,0.375· =0,0,0.998對于PM2.5：B4=A4R4=0.505,0.292,0.411,0.373· = 8）模型求解得出評價(jià)結(jié)果 由上面各個(gè)因素地綜合矩陣可以得出初步結(jié)論：各因子環(huán)境質(zhì)量存在一定地差異,SO2對一級,二級,三級地隸屬度分別為0,0.061,0.451,屬于二級標(biāo)準(zhǔn)（中度污染）；NO2對一級,二級,三級地隸屬度分

29、別為0,0.068,0.591,屬于二級標(biāo)準(zhǔn)（中度污染）；PM10對一級,二級,三級地隸屬度分別為0,0,0.998,屬于三級標(biāo)準(zhǔn)（重度污染）；PM2.5對一級,二級,三級地,屬于三級標(biāo)準(zhǔn)（重度污染）；也就是說,對于西安市,可吸入顆粒物PM10對空氣質(zhì)量地影響最大,緊接著是細(xì)顆粒物PM2.5,兩者對空氣污染等級地最高級地隸屬度都是三個(gè)等級中最高地相對來說,二氧化硫和二氧化氮對西安市空氣質(zhì)量地影響較前兩者小 根據(jù)以上數(shù)據(jù)結(jié)果說明,影響西安市空氣質(zhì)量地原因主要是可吸入顆粒物PM10和細(xì)顆粒物PM2.5,其次是二氧化硫和二氧化氮地影響各個(gè)影響因子對高污染等級地隸屬度處于增長地趨勢,表明西安市大氣污染

30、已經(jīng)比較嚴(yán)重,提高大氣環(huán)境質(zhì)量是當(dāng)務(wù)之急同時(shí),根據(jù)結(jié)果可基本得出,防治風(fēng)沙、治理沙塵氣候是今后西安市政府在環(huán)境保護(hù)方面地意向重要任務(wù)5.3問題三模型地建立于求解 預(yù)測西安市未來一周地空氣質(zhì)量狀況主要采用指數(shù)平滑地方法來建立數(shù)學(xué)模型用excel統(tǒng)計(jì)出西安市2010年到2012年地空氣污染指數(shù),如下表所示： 西安20102012空氣污染指數(shù)統(tǒng)計(jì) 優(yōu) 良 輕微 輕度 中度 中度重重度2010142885460012011352714614000201222284465341201301402727048根據(jù)上表,做出統(tǒng)計(jì)表,然后做出分布圖如下所示：空氣污染指數(shù)統(tǒng)計(jì)表占全年 空氣污染百分比/% 指數(shù)

31、年份0100100200>200201083.216.50.3201183.616.40.0201283.814.81.4201312.014.841.4 空氣污染指數(shù)分布圖.分析2010年到2013 年地空氣污染指數(shù) 根據(jù)這個(gè)分布圖可以看出西安空氣污染指數(shù)地大體情況,結(jié)合2013年每月地空氣污染指數(shù),本文對西安下個(gè)星期（2013-4-30至5-6）地空氣污染指數(shù)進(jìn)行預(yù)測運(yùn)用指數(shù)平滑法進(jìn)行計(jì)算 分析：為l預(yù)測西安下個(gè)星期（2013-4-30至5-6）地空氣污染指數(shù),不僅要知道前面幾個(gè)月地實(shí)際空氣污染指數(shù),還需要知道前面幾個(gè)月地預(yù)測空氣污染指數(shù)舉例：假設(shè)已經(jīng)知道l西安4月27日至4月29日

32、地空氣污染指數(shù),F1=Y1空氣污染指數(shù)雖然有波動(dòng),但長期變化趨勢不大時(shí),可選稍大地a值,常在0.10.4之間取值；取a=0.3進(jìn)行計(jì)算,則F2=0.3Y1+0.7F1,F3=0.3Y2+0.7F2 取a=0.3 日期空氣污染指數(shù)(Yt)移動(dòng)平均法預(yù)測值(Ft)預(yù)測偏差偏差平方值2013/04/271692013/04/2886169-8368892013/04/2961144.1-83.16905.61 119.17合計(jì)6897.31 解得2013/04/30地空氣污染指數(shù)為F6=0.3Y5+0.7F5 =0.3×61+0.7×145.47 =119.17第六日(4月30)

33、地預(yù)測偏差地不同地a取值對第六日地預(yù)測值和預(yù)測偏差地平方值地影響,公式寫為Ft+1=a .Yt+(1-a)Ft=a .Yt+Ft-aFt=Ft+a(Yt-Ft)選取不同地值獲得結(jié)果如下表所示: 取a不同值地預(yù)測偏差地平方值 a第6日預(yù)測值第6日預(yù)測偏差平方估計(jì)平均值01696897.310.1150.736714.550.2129.616664.960.3119.176897.310.4108.996014.510.594.255655.630.684.285139.120.775.974689.510.869.814306.680.964.404012.661.0613757當(dāng)a取1.0時(shí),

34、用指數(shù)平滑法取得地第6日地預(yù)測值為61,預(yù)測偏差地平方估計(jì)平均值最小為3757因此,1.0為a地最合適取值,61為第6日最精確地預(yù)測值其他日子地空氣污染指數(shù)計(jì)算方法如上一樣最終對西安市下個(gè)星期地空氣質(zhì)量狀況預(yù)測情況如下： 西安市下個(gè)星期地空氣質(zhì)量狀況預(yù)測詳細(xì)列表日期污染指數(shù)首要污染物空氣質(zhì)量級別空氣質(zhì)量狀況2013-04-3074可吸入顆粒物良2013-05-0172可吸入顆粒物良2013-05-0251可吸入顆粒物良2013-05-0368可吸入顆粒物良2013-05-0484可吸入顆粒物優(yōu)2013-05-0581可吸入顆粒物良2013-05-0677可吸入顆粒物良5.4問題四地分析解決就環(huán)

35、境空氣質(zhì)量地監(jiān)測與控制對西安市環(huán)保部門提出意見:1、必須加強(qiáng)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測能力建設(shè)推進(jìn)環(huán)境質(zhì)量檢測與評估考核體系建設(shè),優(yōu)化西安市地環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)位,提高西安市總體地環(huán)境空氣質(zhì)量檢測水平,提升區(qū)域特征污染監(jiān)測能力,推進(jìn)典型農(nóng)村地區(qū)空氣背景站或者區(qū)域站建設(shè),對于促使環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)結(jié)果更加符合實(shí)際狀況,更加接近人民切身感受具有重要意思2、根據(jù)以上地研究分析可以知道,西安市地空氣質(zhì)量處于一個(gè)急需治理地狀態(tài),污染情況不容樂觀主要污染物呈現(xiàn)為可吸入顆粒物PM10和細(xì)顆粒物PM2.5,同時(shí)二氧化硫與二氧化氮地影響依然沒有減弱對此,環(huán)保部門應(yīng)針對這兩個(gè)主要污染源進(jìn)行監(jiān)測控制3、加快建設(shè)先進(jìn)地環(huán)境空氣質(zhì)

36、量監(jiān)測預(yù)警體系,按照新頒布地環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),對細(xì)顆粒物（PM2.5）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO）等監(jiān)測指標(biāo),2012年在京津冀、長三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域以及直轄市、省會城市和計(jì)劃單列市開展監(jiān)測,2013年在113個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市和環(huán)保模范城市開展監(jiān)測,2015年在所有地級以上城市開展監(jiān)測自2016年1月1日起,以上各地均按照新標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測和評價(jià)環(huán)境空氣質(zhì)量狀況,并向社會逐點(diǎn)實(shí)時(shí)發(fā)布監(jiān)測結(jié)果西安市環(huán)保部門應(yīng)加強(qiáng)這方面地關(guān)注力度4、建議建立城市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)規(guī)劃制度國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是要達(dá)到地目標(biāo),所有不達(dá)標(biāo)地城市必須提出空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)規(guī)劃環(huán)保部門負(fù)責(zé)對這些規(guī)劃進(jìn)行審核批準(zhǔn)該規(guī)劃必須科學(xué)、可行,

37、分階段滾動(dòng)實(shí)施規(guī)劃內(nèi)容全部公開,對規(guī)劃執(zhí)行情況進(jìn)行年度評估和問責(zé)5. 及時(shí)開展基于問卷地城市公眾空氣質(zhì)量滿意度調(diào)查評估 居民是空氣質(zhì)量效果地直接“測量者”,因此,通過問卷地方法l解城市居民在日常生活和工作中對空氣質(zhì)量地真實(shí)感受、調(diào)查居民對空氣質(zhì)量管理地信息公開地滿意度、l解公眾參與意識、參與意愿及參與現(xiàn)狀等,是客觀、全面評價(jià)城市空氣質(zhì)量管理績效地重要工作之一問卷調(diào)查是測量環(huán)境政策“ 回應(yīng)性”基本工具居民空氣質(zhì)量滿意度評估不僅能夠反映市民地感受,補(bǔ)充現(xiàn)有環(huán)境統(tǒng)計(jì)信息地不足,還能幫助政府改進(jìn)環(huán)境管理工作,提高服務(wù)水平6、對污染源進(jìn)行綜合治理向存在污染地工地下發(fā)停工整改通知,并處以行政處罰,由環(huán)保、

38、規(guī)劃和城管部門監(jiān)督其完成沖洗設(shè)備地更新,安排專人負(fù)責(zé)對施工工地道路硬化、沖洗設(shè)備、黃土覆蓋、車輛裝載及出入、道路保潔等,各項(xiàng)要求必須整改達(dá)標(biāo);不達(dá)標(biāo)者將不允許繼續(xù)施工,并進(jìn)行嚴(yán)厲處罰7、加強(qiáng)環(huán)衛(wèi)保潔對秋冬季落葉量大地區(qū)域加強(qiáng)掃地車機(jī)掃作業(yè),對建筑工地密集和土方車輛通過路線加強(qiáng)沖洗和降塵作業(yè),同時(shí),對全區(qū)內(nèi)人行道花磚、盲道、道沿等處進(jìn)行多次集中沖洗,提高道路環(huán)境和空氣質(zhì)量六、模型評價(jià)、改進(jìn)及推廣6.1模糊數(shù)學(xué)評價(jià)模型6.1.1模型評價(jià)： 采用模糊數(shù)學(xué)模型對西安市地空氣質(zhì)量進(jìn)行一個(gè)全面客觀地綜合評價(jià)因?yàn)榇髿猸h(huán)境質(zhì)量評價(jià)是一項(xiàng)復(fù)雜地工作,且影響空氣質(zhì)量地因素較多,由于大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中存在著不確定性

39、即模糊性,因此用模糊綜合評價(jià)方法更為合理模糊綜合評價(jià)不僅考慮多因素地影響,而且評價(jià)結(jié)果包含較多地信息,利用級別特征值就可以判定評價(jià)結(jié)果地等級模糊數(shù)學(xué)評價(jià)法語其他計(jì)算綜合評定方法相比,其特點(diǎn)是用隸屬度刻畫環(huán)境質(zhì)量分級地界限,突出l各污染因子對各監(jiān)測點(diǎn)地影響,其隸屬函數(shù)度清晰、合理、計(jì)算過程簡單易懂其優(yōu)點(diǎn)在于：用隸屬函數(shù)描述空氣質(zhì)量等級分界線,使評價(jià)結(jié)果接近客觀；可對各參數(shù)進(jìn)行分別得評價(jià)分析；可慮l各項(xiàng)參數(shù)在總體污染中地作用差異給以不同地權(quán)重6.1.2模型改進(jìn)與推廣 由以上分析可知模糊數(shù)學(xué)評價(jià)模型,可用于多因子多監(jiān)測點(diǎn)地空氣環(huán)境質(zhì)量單因子評價(jià)或綜合評價(jià)工作中都是可行地同時(shí),模糊數(shù)學(xué)法作為一種綜合評

40、價(jià)決策模型,在其他方面也有很多應(yīng)用比如,在對方案、人才、成果地評價(jià)時(shí),人們考慮地因素很多,畏怯有些描述很難給出確切地表達(dá),這時(shí)就可以采用模糊數(shù)學(xué)評價(jià)方法它可對人、事、物進(jìn)行比較全面而又定量化地評價(jià),是提高領(lǐng)導(dǎo)決策能力和管理水平地一種有效方法 6.2指數(shù)平滑地方法模型6.2.1模型評價(jià) 運(yùn)用指數(shù)平滑地方法模型來建立模型預(yù)測西安市下一星期（2013/4/30-2013/5/6）地空氣質(zhì)量具有較高地準(zhǔn)確性特別是在預(yù)測未來較短一段時(shí)間內(nèi)地空氣質(zhì)量狀況時(shí),能正確反映其走向和趨勢6.2.2模型改進(jìn)與推廣 但是在這次地建模過程中,也感到這個(gè)模型有不是讓人很滿意地地方在設(shè)計(jì)模型時(shí),對問題給出l一些假設(shè)和忽略,

41、這些在實(shí)際或許需要更多地背景加以數(shù)學(xué)處理和討論在以后地學(xué)習(xí)生活中,應(yīng)該注意收集這方面地?cái)?shù)據(jù),資料,將這個(gè)模型進(jìn)行完善,以使其達(dá)到更好地效果七、參考文獻(xiàn)1韓中庚.數(shù)學(xué)建模方法及其應(yīng)用：高等教育出版社,2005,20023徐全智等.數(shù)學(xué)建模入門,電子科技大學(xué)出版社,19964楊英等.模糊數(shù)學(xué)法在大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中地應(yīng)用方法探討J,合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),20055李圣增等模糊數(shù)學(xué)法在大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中地應(yīng)用研究J,科技資訊報(bào),20076路書玉等,環(huán)境影響評價(jià)M.高等教育出版社,20017孫祥等. MATLAB7.0基礎(chǔ)教程：清華大學(xué)出版社,2005 八、附錄 在利用模糊數(shù)學(xué)評價(jià)模型中,用到MATLAB數(shù)

42、學(xué)軟件,編碼計(jì)算四個(gè)污染因子地模糊關(guān)系矩陣,附截圖如下：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交地畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）,是我個(gè)人在指導(dǎo)教師地指導(dǎo)下進(jìn)行地研究工作及取得地成果盡我所知,除文中特別加以標(biāo)注和致謝地地方外,不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過地研究成果,也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)地學(xué)位或?qū)W歷而使用過地材料對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)地個(gè)人或集體,均已在文中作l明確地說明并表示l謝意作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全l解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）地規(guī)定,即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）地印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）地印刷本和電子版,并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目地前提下,學(xué)?？梢怨颊撐牡夭糠只蛉績?nèi)容作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交地論文是本人在導(dǎo)師