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節(jié)能減排數(shù)學(xué)建模論文-展示頁(yè)

2025-01-26 02:47本頁(yè)面
  

【正文】 一圖中畫(huà)出折線(xiàn)圖,并比較分析采取節(jié)能減排與為采取節(jié)能減排的空氣質(zhì)量發(fā)展趨勢(shì)。再建立綜合評(píng)價(jià)模型[5],利用全國(guó)年均污染指標(biāo)定量計(jì)算出全國(guó)整體的污染狀況并繪成折線(xiàn)圖,即可通過(guò)觀(guān)察折線(xiàn)圖的走向分析出節(jié)能減排實(shí)施前后全國(guó)總體大氣環(huán)境質(zhì)量改善情況。四、符號(hào)說(shuō)明及名詞解釋符號(hào)說(shuō)明: 污染物項(xiàng)目P的空氣質(zhì)量分指數(shù)污染物項(xiàng)目P的質(zhì)量濃度值與相近的污染物濃度限值的高位數(shù)與相近的污染物濃度限值的低位數(shù)與對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)與對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)發(fā)展灰度內(nèi)生控制灰度名詞解釋?zhuān)海耗P褪?階方程,包含有1個(gè)變量的灰色模型。根據(jù)所給公式:分別計(jì)算出各個(gè)年份各個(gè)省會(huì)的三個(gè)指標(biāo)的,再根據(jù)公式:(其中為空氣質(zhì)量分指數(shù),為污染物項(xiàng)目,在此題中,分別代表可吸入顆粒、二氧化硫以及二氧化氮),計(jì)算出結(jié)果,然后將數(shù)據(jù)用進(jìn)行排序,得到的結(jié)果排序柱形圖為:圖1 31個(gè)省會(huì)空氣質(zhì)量柱形圖通過(guò)圖發(fā)現(xiàn),海口和拉薩的空氣質(zhì)量處于三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而北京、蘭州、重慶、烏魯木齊等的空氣質(zhì)量處于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。從另一角度出發(fā),可得31個(gè)省會(huì)城市空氣質(zhì)量分級(jí)比例如下:圖2 31個(gè)省會(huì)城市空氣質(zhì)量分級(jí)比例圖即31個(gè)城市中達(dá)到或優(yōu)于一級(jí)以上的占32%,達(dá)到或優(yōu)于二級(jí)占61%,三級(jí)以及三級(jí)以下的占7%。 對(duì)2012年各地區(qū)大氣污染狀況進(jìn)行分析比較由于已知數(shù)據(jù)只有2005年到2010年的,要對(duì)2012年各地區(qū)大氣污染狀況進(jìn)行分析比較,利用05年到10年的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,運(yùn)用編程擬合得到2012年的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表(只顯示出14個(gè)城市的數(shù)據(jù),其他數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄):表1 2012年預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)圖城 市空氣質(zhì)量達(dá)到及可吸入顆粒物二氧化硫二氧化氮好于二級(jí)的天數(shù)北 京天 津石 家 莊太 原呼和浩特沈 陽(yáng)長(zhǎng) 春哈 爾 濱上 海南 京杭 州326合 肥福 州南 昌對(duì)2012年各省會(huì)的空氣質(zhì)量進(jìn)行分析比較,建立基于主成分分析的綜合評(píng)價(jià)模型,此題中選可吸入顆粒、二氧化硫以及二氧化氮為影響城市空氣質(zhì)量的主成分,利用對(duì)這三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值[3]以及貢獻(xiàn)率為:表2 相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值以及貢獻(xiàn)率序號(hào)特征值貢獻(xiàn)率123從此表看出效果很好,用這三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),三個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量:表3 三個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量特征向量第一個(gè)特征向量第二個(gè)特征向量第三個(gè)特征向量由此得到三個(gè)指標(biāo)分別為:從系數(shù)可看出反映了可吸入顆粒的比重,反映了二氧化硫的比例,反映了二氧化氮的比例,把各地區(qū)原始三個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)代入三個(gè)指標(biāo)的表達(dá)式,就可以得出各個(gè)省會(huì)的三個(gè)主成分值,分別以三個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率為權(quán)重,構(gòu)建主成分綜合評(píng)價(jià)模型:將各地區(qū)的可吸入顆粒、二氧化硫以及二氧化氮的數(shù)據(jù)代入上式,可得到各地區(qū)空氣質(zhì)量水平綜合評(píng)價(jià)值以及排序結(jié)果如下表:表4 各地區(qū)空氣質(zhì)量水平綜合評(píng)價(jià)值以及排序地區(qū)烏魯木齊蘭州武漢西安鄭州北京哈爾濱杭州名次12345678綜合評(píng)價(jià)值地區(qū)南昌成都沈陽(yáng)天津南京長(zhǎng)春昆明西寧名次910111213141516綜合評(píng)價(jià)值地區(qū)石家莊廣州長(zhǎng)沙上海重慶貴陽(yáng)濟(jì)南呼和浩特名次1718192021222324綜合評(píng)價(jià)值地區(qū)合肥太原銀川福州南寧拉薩??诿?5262728293031綜合評(píng)價(jià)值通過(guò)結(jié)果發(fā)現(xiàn), 2012年烏魯木齊、蘭州、武漢的空氣質(zhì)量綜合水平良好,??凇⒗_以及南寧的空氣質(zhì)量水平有待改善。由已知數(shù)據(jù),對(duì)于20052007年某項(xiàng)指標(biāo)記為矩陣,每年的各數(shù)據(jù)值記為: (1)對(duì)作一次累加,則記: (2)取的加權(quán)均值,則:為確定參數(shù),記: (3)的白化微分方程方程模型為: (4)其中是發(fā)展灰度,是內(nèi)生控制灰度。用最小二乘法求得參數(shù)的估計(jì)值為: (6)于是方程有相應(yīng)的(特解): 則: (7)由(7式)可以得到2012年的平均值為,則預(yù)測(cè)2012年的總值為。 模型的求解以北京為例,計(jì)算可吸入顆粒的20082010的預(yù)測(cè)值:20052007數(shù)據(jù)為,將預(yù)測(cè)值與實(shí)際值進(jìn)行比較如下表所示:表5 可吸入顆粒預(yù)測(cè)值與實(shí)際值年份200820092010預(yù)測(cè)值 實(shí)際值 用相同的方法計(jì)算二氧化硫的20082010的預(yù)測(cè)值,20052007數(shù)據(jù)為:運(yùn)用編程得到20082010年二氧化硫的預(yù)測(cè)值為:,將預(yù)測(cè)值與實(shí)際值進(jìn)行比較如下表所示:表6 二氧化硫預(yù)測(cè)值與實(shí)際值年份200820092010預(yù)測(cè)值實(shí)際值同理可以得出二氧化氮預(yù)測(cè)值與實(shí)際值如下表:表7 二氧化氮預(yù)測(cè)值與實(shí)際值年份200820092010預(yù)測(cè)值實(shí)際值、將以上三表的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均,運(yùn)用得到20052010年空氣質(zhì)量水平數(shù)據(jù)如下表:表8 20052010年空氣質(zhì)量水平數(shù)據(jù)年份200520062007200820092010加權(quán)平均值將2007年之前的數(shù)據(jù)(未采取節(jié)能減排工作)與20082010年的數(shù)據(jù)組合畫(huà)圖,得到未采取節(jié)能減排工作我國(guó)大氣環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)圖圖3 未采取節(jié)能減排工作我國(guó)大氣環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)圖由圖可知若不采取節(jié)能減排工作,我國(guó)大氣環(huán)境污染程度隨時(shí)間的增加而越來(lái)越嚴(yán)重,所以,我國(guó)大氣環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)不容樂(lè)觀(guān)。針對(duì)于問(wèn)題要求對(duì)節(jié)能減排實(shí)施前后各省會(huì)城市大氣環(huán)境質(zhì)量改善情況進(jìn)行科學(xué)分析,可通過(guò)運(yùn)用分別對(duì)05年到10年的31個(gè)城市的可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮這3項(xiàng)指標(biāo)和達(dá)到及好于二級(jí)的天數(shù)進(jìn)行繪圖,基于所繪圖過(guò)多這一問(wèn)題,可根據(jù)第一問(wèn)中對(duì)各城市的排名選取出北京(圖5),拉薩(圖6)等具有代表性城市的污染物折線(xiàn)圖。圖 7 05年至10年南昌4項(xiàng)指標(biāo)的變化折線(xiàn)圖通過(guò)對(duì)南昌等空氣質(zhì)量綜合水平一般城市的污染物變化折線(xiàn)圖可看出,節(jié)能減排實(shí)施前可吸入顆粒物,二氧化硫基本保持穩(wěn)定,而節(jié)能減排實(shí)施后可吸入顆粒物仍沒(méi)有明顯變化,說(shuō)明節(jié)能減排對(duì)空氣質(zhì)量綜合一般城市可吸入顆粒物及二氧化硫的影響是不顯著的;而從二氧化氮的走勢(shì)來(lái)看,節(jié)能減排實(shí)施后二氧化氮的含量不但沒(méi)有減少反而增加了,說(shuō)明節(jié)能減排對(duì)二氧化氮的含量并沒(méi)有起到減少的作用;從達(dá)到及好于二級(jí)的天數(shù)的折線(xiàn)圖走勢(shì)可看出節(jié)能減排對(duì)此類(lèi)城市的環(huán)境影響并不是顯著的。最后運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)模型,將全國(guó)年均污染指標(biāo)定量計(jì)算出全國(guó)各年的污染狀況并繪成折線(xiàn)圖(圖9),即可通過(guò)觀(guān)察折線(xiàn)圖的走向分析出節(jié)能減排實(shí)施前后全國(guó)總體大氣環(huán)境質(zhì)量改善情況。六、模型評(píng)價(jià):(1) 利用擬合的方法預(yù)測(cè)得出2012年吸入顆粒、二氧化硫以及二氧化氮的數(shù)據(jù),并建立了基于主成分分析的綜合評(píng)價(jià)模型進(jìn)行排序,使結(jié)果更準(zhǔn)確。(3) 合理的選取幾個(gè)有代表意義的城市進(jìn)行分析比較,結(jié)果更具有代表性,簡(jiǎn)單明了。(2) 只搜集04年到10年的各指標(biāo)數(shù)據(jù),預(yù)測(cè)結(jié)果存在誤差。七、參考文獻(xiàn)[1] 胡運(yùn)權(quán),運(yùn)籌學(xué)基礎(chǔ)及運(yùn)用(第四版)[],高等教育出版社,2008。[3] 汪浩,嚴(yán)偉,典型AQM算法的性能評(píng)價(jià)模型[J],計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2006,29(4):552~560。[5] 宗大華,宋濤,操作系統(tǒng)教程[J],人民郵電出版社,2008。for j=1:4。y05(i,j)。y07(i,j)。y09(i,j)。x0=[05 06 07 08 09 10]。 a=polyfit(x0,y0,1)。endendA程序二:(預(yù)測(cè))%預(yù)測(cè)clc,clear load m=size(han1,2)。 x1=cumsum(x0) alpha=。 z1=alpha*x1(2:n)+(1alpha)*x1(1:n1)
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