【摘要】：城市霧霾(PM_(2.5)、PM_(10))的治理(“治霾”)是一個周期較長的過程,在短期無法徹底改善空氣質(zhì)量的前提下,通過及時有效地預測城市霧霾,對減少霧霾帶來的危害意義重大,然而由于霧霾預測受多種因素影響,現(xiàn)有的城市霧霾預測方法中未全面考慮到時間和空間上的影響因子,對多源大數(shù)據(jù)未充分利用等問題造成預測模型的準確度和自適應性還有待提高。針對上述問題,本文重點研究城市霧霾預測方法面臨的準確度和自適應性問題,提出了一種AMLSTM預測模型,同時為了尋求較優(yōu)的網(wǎng)絡結構,對該模型進行了深度優(yōu)化。主要內(nèi)容如下:(1)對于多源大數(shù)據(jù),將時間上具有時間序列特性的空氣污染要素、氣象要素和空間上不同地址位置的監(jiān)測站納入霧霾預測中的影響因子,作為輔助輸入數(shù)據(jù)融入城市霧霾預測模型中,利用相關顯著性,改善了霧霾預測模型數(shù)據(jù)集的質(zhì)量,從而提高了霧霾預測模型的準確度;(2)將改進的注意力機制(AM)引入長短期記憶網(wǎng)絡(LSTM),提出了一種新的基于深度學習的城市霧霾預測方法(AMLSTM)。通過多次使用Attention機制對多個LSTM單元進行計算,積極關注霧霾預測中的關鍵信息,在整體信息處形成區(qū)分度高的特征,使得網(wǎng)絡能夠自適應分配權重,提高了預測模型的準確度和自適應性。實驗結果表明:AMLSTM預測模型霧霾濃度(PM_(2.5)和PM_(10)平均值)均方根誤差RMSE達到11.33μg/m~3;(3)為尋求較優(yōu)的網(wǎng)絡結構,利用條件受限玻爾茲曼機(CRBM)對AMLSTM網(wǎng)絡深度進行了優(yōu)化。CRBM層將預測霧霾的特征從底層提取到LSTM層,從而提高了模型的預測準確度和自適應性,預測模型霧霾濃度(PM_(2.5)和PM_(10)平均值)均方根誤差RMSE達到9.16μg/m~3,比AMLSTM預測模型減小了2.20μg/m~3;(4)對提出的深度學習預測方法進行了城市霧霾預測的示范性應用,并與其他常用的霧霾預測方法進行了對比實驗,且為驗證不同季節(jié)對霧霾預測的影響,對冬夏兩季進行了相關霧霾預測。結果均表明:提出的AMLSTM預測模型及深度優(yōu)化后的模型(CDBN-LSTM)在預測準確度方面均優(yōu)于其他常用的霧霾預測方法。本文所提出的基于深度學習的預測方法能夠有效實現(xiàn)對城市霧霾的預測預報,可為城市霧霾的防治工作提供技術參考。
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X513;TP18
【圖文】：

闡述了城市霧霾的產(chǎn)生、危害及影響，在大數(shù)據(jù)時代和深度學習快速發(fā)展的背景下，明確了本文對建立城市霧霾預測研究的意義，分析了城市霧霾預測的研究現(xiàn)狀與深度學習在相關領域的預測應用優(yōu)勢。1.1 背景與意義本課題來源于吉林省科技發(fā)展計劃項目重點科技攻關項目“城市霧霾網(wǎng)絡化連續(xù)監(jiān)測與大數(shù)據(jù)分析關鍵技術研究”（項目編號：20150204005GX）；長春市重大科技攻關計劃項目“基于物聯(lián)網(wǎng)的城市環(huán)境質(zhì)量連續(xù)監(jiān)測與大數(shù)據(jù)分析關鍵技術研究”（項目編號：14KG082）。隨著全球社會經(jīng)濟的爆發(fā)式增長，城市化和工業(yè)化水平的不斷提高，出現(xiàn)了一系列的環(huán)境惡化等問題[1]。而霧霾作為環(huán)境惡化的罪魁禍首之一，高頻次的出現(xiàn)在全球各地，影響了人們的正常生活與身心健康，危害了人們賴以生存的自然生態(tài)環(huán)境，同時阻礙了社會的可持續(xù)發(fā)展。如圖 1.1 所示，具體的如下：

轉的傷害[3]。并且會給人們帶來壓抑、暴躁等負面情緒，影響人們的身心健康；（3）霧霾破壞了人們賴以生存的自然生態(tài)環(huán)境。霧霾的范圍和程度在過去的幾年里不斷加劇，使得森林、草地、湖泊等生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)了嚴重的受損和退化現(xiàn)象，給地表自然系統(tǒng)造成了極大危害，敲響了必須治理城市霧霾的警鐘[4]；（4）霧霾阻礙了社會的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設。2013 年以來，我國部分地區(qū)頻繁出現(xiàn)嚴重的霧霾污染事件，影響了人們的正常生活與工作，生存與居住環(huán)境受到了嚴峻挑戰(zhàn)，成為了阻礙社會進步的重要問題[5]。如圖 1.2 所示，NASA 發(fā)布的 PM2.5在世界各地區(qū)長期分布情況。從圖中可以直觀看出，受到霧霾嚴重侵害的地區(qū)主要在亞洲、歐洲和中非等地，其中我國的華北華東地區(qū)尤甚。2012 年，我國將 PM2.5檢測指標列入《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中，正式向霧霾污染宣戰(zhàn)。2013 年 9 月 10 日，國務院正式發(fā)布《大氣污染防治行動計劃》，提出“經(jīng)過五年努力，使全國空氣質(zhì)量總體改善”的奮斗目標，這為空氣質(zhì)量管理帶來新的機遇，同時對城市空氣質(zhì)量的監(jiān)測水平提出了更高的要求[6]。因此，針對城市霧霾的相關研究極具重要的現(xiàn)實意義。

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王小輝;;城市霧霾天氣監(jiān)測系統(tǒng)設計[J];實驗室研究與探索;2019年10期

2 殷蓉;;城市霧霾環(huán)境下景觀有氧流動站的普適性設計[J];區(qū)域治理;2019年30期

3 張曉毅;賀惠民;魏巍;鄧德敏;廖洪強;;“電能替代”是治理城市霧霾的重要途徑探討[J];環(huán)境科學與管理;2016年12期

4 陳楠;;關于我國城市霧霾原因及對策的幾點思考[J];中小企業(yè)管理與科技(下旬刊);2017年01期

5 李衛(wèi)東;黃霞;康春婷;;英國治理城市霧霾的經(jīng)驗及啟示[J];改革與開放;2017年03期

6 孫艷麗;韓昊男;董文天;劉娟;張正濤;;國外霧霾治理方式借鑒及我國城市霧霾治理研究——以沈陽市為例[J];遼寧經(jīng)濟;2017年02期

7 陸小成;;倫敦城市霧霾治理的階段、經(jīng)驗及對北京的啟示[J];唐山學院學報;2017年03期

8 鄧克尋;;聊城市霧霾天氣成因及防治對策[J];科技創(chuàng)新導報;2017年09期

9 屠羽;彭本紅;;城市霧霾風險的多維分析與行動者網(wǎng)絡治理[J];青海社會科學;2017年02期

10 吳葉;;綠地規(guī)劃在城市霧霾治理中的機制研究[J];科技傳播;2015年21期

相關會議論文 前10條

1 鞠英芹;馬德栗;;利用分離綜合法定量分析城市霧霾危害[A];2016中國環(huán)境科學學會學術年會論文集（第三卷）[C];2016年

2 鞠英芹;馬德栗;;利用分離綜合法定量分析城市霧霾危害[A];第33屆中國氣象學會年會 S10 城市、降水與霧霾——第五屆城市氣象論壇[C];2016年

3 楊鐵性;陳其歡;屠德紀;;城市霧的自動監(jiān)測系統(tǒng)[A];第一屆長三角地區(qū)傳感技術學術交流會論文集[C];2004年

4 洪瑞;范天瑜;李元豪;李媛;;城市霧霾天氣成因新解及控制措施[A];第十八屆全國二氧化硫、氮氧化物、汞污染防治暨細顆粒物（PM2.5）治理技術研討會論文集[C];2014年

5 程愛珍;李瑩;黃琳;;近10年來廣西主要城市霧霾和酸雨分布特征及危害分析[A];第32屆中國氣象學會年會S13 氣候環(huán)境變化與人體健康[C];2015年

6 譚柏平;;城市霧霾防治的理念反思與制度重構——兼談環(huán)保部門相對獨立的法律地位[A];2014 年《環(huán)境保護法》的實施問題研究——2015 年全國環(huán)境資源法學研討會（年會）論文集[C];2015年

7 王志強;岳耀杰;周俊菊;;中國大陸各省會城市霧災孕災環(huán)境評價[A];認識地理過程 關注人類家園——中國地理學會2003年學術年會文集[C];2003年

8 王強;鄧北勝;徐懷剛;周小剛;李金香;張薔;;北京城市霧及其對環(huán)境影響的研究[A];城市氣象服務科學討論會學術論文集[C];2001年

9 蔣彬;張景怡;梁詠梅;徐春明;史權;;北京城市霧霾天大氣氣溶膠有機硫酸酯分子組成[A];中國化學會第二屆全國質(zhì)譜分析學術報告會會議摘要集[C];2015年

10 黃夢宇;張薔;劉建忠;;2007年北京秋冬季霧中氣溶膠特征[A];第十五屆全國云降水與人工影響天氣科學會議論文集（Ⅱ）[C];2008年

相關重要報紙文章 前10條

1 韋賢忠;從英國設計標準看城市霧霆治理新路徑[N];建筑時報;2017年

2 中南林業(yè)科技大學黨委副書記 教授 秦立春;政府必須構建依法治理城市霧霾戰(zhàn)略[N];湖南日報;2015年

3 陳慶貴;半數(shù)城市霧霾籠罩呼喚加快“美麗中國”建設[N];中國財經(jīng)報;2013年

4 本報記者 周小丁;治理揚塵 趕走城市霧霾[N];廣元日報;2015年

5 國家發(fā)改委氣候戰(zhàn)略中心戰(zhàn)略規(guī)劃部副主任、六盤水市鐘山區(qū)（掛職）副區(qū)長 柴麒敏　中國證監(jiān)會期貨監(jiān)管一部信息統(tǒng)計處處長、貴州省金融辦（掛職）副主任 李樹憬;城市霧霾的“微”治理模式[N];21世紀經(jīng)濟報道;2014年

6 許海清;大城市霧霾形成原因再探[N];光明日報;2014年

7 本報記者 李禾;九大城市霧霾源找到了[N];科技日報;2015年

8 本報記者 宋京平;倡導綠色建筑 遏制城市霧霾[N];中國建設報;2013年

9 鄭曉奕;火電多污染物協(xié)同集成技術治理城市霧霾初見效[N];中國國門時報;2013年

10 柯卞;江西建設城市霧霾監(jiān)測設備[N];中國氣象報;2012年

相關碩士學位論文 前10條

1 宋靜靜;基于深度學習的城市霧霾預測方法研究[D];長春工業(yè)大學;2019年

2 康春婷;社會經(jīng)濟因素對中國城市霧霾的影響研究[D];北京交通大學;2017年

3 柳玉清;我國城市霧霾天氣成因及其治理的哲學思考[D];武漢理工大學;2014年

4 馮齊友;成都城市霧霾成因及其治理對策研究[D];成都理工大學;2017年

5 孟兆佳;基于數(shù)據(jù)融合技術的城市霧霾檢測算法研究[D];沈陽大學;2016年

6 靳會超;RS和GIS在四川省城市霧霾分析及評價中的應用[D];成都理工大學;2014年

7 張燕美;西南酸雨區(qū)城市霧霾天PM_(2.5)污染特征研究[D];貴州大學;2016年

8 王彥囡;城市霧霾的外部成因及對公眾的影響分析[D];中國科學技術大學;2015年

9 郭方興;我國治理霧霾的法律對策研究[D];四川省社會科學院;2014年

10 曲鑫;針對城市霧霾環(huán)境下的個人防護用品的設計與研究[D];齊齊哈爾大學;2016年

本文編號：2739944