PM2.5监测站优化布点方法研究

摘要

随着我国社会与经济的高速发展，能源消耗和城市机动车数量迅速增加，PM2..5已成为我国城市大气污染的重要污染物之一。以PM2.5污染为典型代表的区域大气复合污染，已成为社会各界高度关注和亟待解决的重大环境问题。PM2.5浓度监测是一项非常重要的工作，合理布设监测站点有助于环保部门掌握大气颗粒物浓度的时空分布特点，从而达到以下目的:检测大气颗粒物浓度是否达标;检测治理措施是否有效降低了大气颗粒物浓度;为环境治理提供决策支持。通过优化布点，可以在达到同样效果的同时，减少监测点的布设数量，从而节约时间、资金、人力、物力。
　　本研究针对我国在PM2.5监测方面尚处于起步阶段这一实际情况，对PM2.5的优化布点方法和框架进行了研究，建立了一套适合于我国的PM2.5优化布点方法，并通过其在山东省的应用研究，评估了该方法的实用性和指导价值。主要研究工作如下:
　　首先，在对国内外空气监测网络优化布点的方法分析和研究的基础上，针对我国的PM2.5监测网络发展刚起步的实际国情，探讨了采用的不同优化方法在我国应用的实用性。同时也确定了目前条件下我国PM2.5优化布点研究的基本原则，综合考虑环境、经济、社会多种因素设计进行问题建模，确定优化目标函数和约束条件。
　　其次，本研究应用不同类型城市大气监测站点的PM2.5自动监测数据，对Models-3/CAMQ模型的模拟结果进行了校验。校验结果证明了Models-3/CAMQ模型的输出结果作为优化布点数据来源的可行性。
　　最后，运用本研究提出的优化布点方法，研究了山东省PM2.5空气监测网络的优化布点方案，分别采用遗传算法和模拟退火算法求解该优化布点问题，分析了遗传算法在求解优化布点的优越性和该方法在我国应用的可行性，并提出下一步改善的建议。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 研究背景

第二节 国内外研究现状

1．2．1 优化布点的原则

1．2．2 优化布点的技术路线

第三节 研究内容和意义

第四节 论文的组织结构

第二章 PM2．5优化布点的原则、数据来源及模型建立

第一节 PM2．5优化布点的基本原则

2．1．1 大气环境监测布点点位选取所采用的基本原则

2．1．2 PM2．5优化布点的原则

第二节 CMAQ模式及其可信性的验证

2．2．1 Models-3／CMAQ模式概述

2．2．2 模拟结果评价方法

2．2．3 CMAQ模型模拟结果校验

第三节 优化目标设计

2．3．1 优化目标函数设计

2．3．2 约束条件的设计

第三章 求解PM2．5优化布点模型的基本算法

第一节 组合优化问题

3．1．1 概述

3．1．2 组合优化的特点及计算复杂性

第二节 启发式算法

3．2．1 遗传算法

3．2．2 遗传算法的基本实现方法

3．2．3 模拟退火算法

第四章 PM2．5优化布点算法求解及山东省优化布点方案

第一节 求解PM2．5优化布点模型遗传算法的设计

4．1．1 染色体编码

4．1．2 种群初始化

4．1．3 选择算子操作

4．1．4 交叉算子操作

4．1．5 变异算子操作

4．1．6 计算适应度值

4．1．7 遗传算法的终止条件

4．1．8 遗传算法的伪代码

第二节 遗传算法求解PM2．5优化布点模型

第三节 求解PN2．5优化布点模型模拟退火算法的设计

4．3．1 模拟退火伪代码算法改进

4．3．2 接受条件

4．3．3 概率P的计算

4．3．4 判定新解是否接受之后的工作

4．3．5 模拟退火伪代码

第四节 模拟退火算法求解PM2．5优化布点模型

第五节 两种算法的结果分析及山东省优化方案

4．5．1 两种算法的结果分析

4．5．2 山东省优化布点方案

第五章 总结和展望

第一节 总结

第二节 展望

参考文献

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果