[法律资料]节能减排对大气环境影响评价与预测模型.doc
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1、2008高教社杯全国大学生数学建模竞赛承 诺 书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白,在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式(包括电话、电子邮件、网上咨询等)与队外的任何人(包括指导教师)研究、讨论与赛题有关的问题。我们知道,抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料(包括网上查到的资料),必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。我们郑重承诺,严格遵守竞赛规则,以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为,我们将受到严肃处理。我们参赛选择的题号是(从A/B/C/D中选择一项填写): A 我们的参赛报名号为(如果赛区设置
2、报名号的话): 所属学校(请填写完整的全名): 天津农学院 参赛队员 (打印并签名) :1. 陈金鑫 2. 赵泉长 3. 张蔓 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名): 刘琦 日期:2012年8月20日赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):2008高教社杯全国大学生数学建模竞赛编 号 专 用 页赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):赛区评阅记录(可供赛区评阅时使用):评阅人评分备注全国统一编号(由赛区组委会送交全国前编号):全国评阅编号(由全国组委会评阅前进行编号):节能减排对大气环境影响评价与预测模型摘要近几年来随着经济与科学技术的不断发展、生活水平的提高,人们越来越注重环境
3、质量与能源节约。在过去大量的工业发展过程中,世界各国尤其是西方国家以大量消耗能源资源为代价,并且造成了生态环境的日益恶化。节约能源资源,保护生态环境,已成为世界人民的广泛共识。为了熟知我国的节能减排与环境的关系。为了综合评价节能减排对大气环境质量的影响并预测未来环境变化趋势,本文利用Matlab软件建立模型计算我国各省会城市的环境空气质量指数(AQI);建立灰色预测模型对我国大气环境的发展趋势做出预测分析。就问题一,依据中国统计年鉴【1】整理出相关数据,建立对31个省会城市各年份的大气质量进行综合评价的数学模型,并计算空气质量指数(AQI)以便于排名分析。得出海口、拉萨、南宁的空气指数最低,空
4、气质量指数分别为35.0、52.7、60.3,空气质量最好;而兰州、石家庄、太原空气质量指数最高,分别为157.3、118.2、115.3,空气质量最差。通过对我国各省会城市的大气环境质量做出的定量综合评价,依据往年数据,应用GM(1,1)模型预测出2012年各省会城市大气环境质量指数。根据我国重工业分布和各城市人口密度的实际情况,得出重工业和人口聚集对于大气环境影响很大。就问题二,由于节能减排计划是从2007年8月起提出实施的,因此,若要预测不采取节能减排的发展趋势,我们需要选取2003-2006年的相关数据,将其整理并从中提取出完整的数据指标。基于GM(1,1)模型,用Matlab软件编程
5、,预测20072010年各省会城市的空气质量指数,作出柱形图,发现若根据2007年以前的数据来预测,大多数城市的大气环境质量处于逐年下降的趋势。就问题三,根据实际数据中20072010年的空气质量指数(AQI),用Excel做出对比图表,可以看到在节能减排实施下多数城市每年污染物数值都在降低。就问题四,比较问题二中20072010年的空气质量指数(AQI)的预测值,依据问题三中2007-2010年空气质量指数的对比图表,得到节能减排政策使多数省会城市每年大气环境质量都有所改善。就问题五,实际上就是对上述四个问题求解的过程及结果进行分析和总结,从而建议在实施节能减排工作中调整能源利用结构,提高能
6、源利用率;完善高耗能、重污染的企业退出机制;因地制宜,狠抓重点,积极推进节能减排工作。本文最大的特色就是利用Matlab软件编程,以求得我国各省会城市每年的空气质量指数(AQI),并用灰色系统GM(1,1)模型对数据加以预测。我们尽可能在大块数据的处理上使用Matlab软件,使本文更具有实际应用的意义。关键词:GM(1,1)、MATLAB、空气质量指数(AQI)EXCEL 一、问题提出环境保护是重大民生问题,能源的大量消耗造成严重的环境问题。尤以工业革命以来,世界各国尤其是西方国家经济的飞速发展是以大量消耗能源资源为代价的,并且造成了生态环境的日益恶化。我国从2007年8月起,中央财政开始实施
7、节能减排工作,国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要【2】提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右,主要污染物排放总量减少10%的约束性指标。现根据我国近年污染物总量减排和大气环境相关数据,并结合经济发展情况,根据附录中的数据,收集相关资料,建立数学模型。我们应完成以下问题:1、建立模型对我国各省会城市的大气环境质量做出定量的综合评价,并对2012年各地区大气的污染状况进行分析比较。2、在不采取节能减排的情况下,依照过去几年的主要统计数据,对我国大气环境的发展趋势做出预测分析。3、建立模型分析讨论节能减排对大气环境质量改善所起的作用。4、建立模型对节能减排实施前后各省会城市大气环
8、境质量改善情况进行科学分析。5、对下一步实施节能减排提出建议。二、模型假设1 数据来源中国统计年鉴,其在收集过程中没有任何差错且真实可靠;2 评价空气质量的各个影响因素之间没有任何关联,互不影响;3 所查数据为每年的污染物日排放量的统计平均值,能客观反映当年空气污染物浓度的实际情况;4 在未来数年内,我国各省会城市不会出现重大环境变革;5 在未来五年内我国每年的GDP呈稳定增长。三、符号说明符号意义 P 污染物污染物P的质量浓度值AQI 空气质量分指数污染物项目P的空气质量分指数与相近的污染物浓度的高位值与相近的污染物浓度的低位值与相应的空气质量分指数与相应的空气质量分指数初始值的一次累加生成
9、序列的紧邻均值生成序列C后残差t各年份对应的编号B消耗燃煤量(t)S燃煤中全硫份N治理设施的脱硫率A燃煤中灰分含量Dfh烟气中灰分占燃煤灰分比例Cfh烟气中可燃物比例 四、问题分析大气污染问题愈加严重,加强大气质量的监测和预报十分必要。由于环境改善是一个长期的过程,其影响因素也是多角度的。本文从节能减排角度出发,分别对节能减排对环境的影响以及预测未来发展建立模型,以经济的拟GDP变化为指标,来定量评价节能减排对环境的影响力。问题中要求解决五个问题:一是利用Matlab软件以及excel(排序)对我国各省会城市大气环境质量做出定量综合评价分析以及用GM(1,1)模型预测分析2012年各地区大气的
10、污染状况;二是建立数学模型,假如不采取节能减排,主要是利用2003-2006的数据,预测出我国大气环境的发展趋势;三是建立模型分析讨论节能减排对大气环境质量改善所起作用;四是对节能减排前后各省会城市大气环境质量改善情况进行科学分析;最后根据以上模型对下一步实施节能减排提出建议。就问题一,依据中国统计年鉴整理出相关数据,建立对31个省会城市各年份的大气质量进行综合评价的数学模型,并计算空气质量指数(AQI)以便于排名分析。通过对我国各省会城市的大气环境质量做出的定量综合评价,依据往年数据预测出2012年各地区大气环境质量指数。就问题二,由于节能减排计划是从2007年8月起提出实施的,因此,若要预
11、测不采取节能减排的发展趋势,我们需要选取2003-2006年的相关数据,将其整理并从中提取出完整的数据指标。基于(1,1)模型,用Matlab软件编程,进行预测分析。就问题三,利用实际数据中20072010年的空气质量指数(AQI),利用Excel做出对比图表,可以看到节能减排对大气环境质量改善所起的作用.就问题四,比较问题二中20072010年的空气质量指数(AQI)的预测值,依据问题三中2007-2010年空气质量指数的对比图表,可以看出在节能减排的政策下多数省会城市每年大气环境质量都有所改善。就问题五,实际上就是对上述四个问题求解的过程及结果进行分析和总结,从而对如何实施节能减排提出正确
12、有效的建议。五、模型建立及求解本文讨论了大气环境质量的合理评价和对未来环境变化趋势进行预测。在进行相关资料数据的查找后,通过GM(1,1)模型建立综合评价模型;对数据进行均值处理后建立了灰色预测模型,通过图像拟合验证并做出预测分析;根据实际数据与预测数据的比较,用Excel做出实行节能减排前后的空气质量指数的对比图形,参考图形提出了自己的合理化建议。5.1 问题一模型的建立与求解5.1.1 问题一模型建立通过查阅中国统计年鉴整理出所需要的相关数据,详见附表1。根据数据建立对31个省会城市各年份的大气质量进行综合评价的数学模型,并根据HJ633-2012环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)
13、中的空气质量分指数的各个成分的计算公式: (I)通过Matlab编程计算出各省会城市的各年份的空气质量指数(AQI): (II) 再把结果导入Excel做出各城市的AQI年份柱形图,在图上可以很直观的显示每个城市的(AQI)随年份的变化而变化的结果,还可以在各个城市之间做比较,以便于排名分析。通过对我国各省会城市的大气环境质量做出的定量综合评价,依据往年数据预测出2012年各地区大气环境质量指数。然后对2007-2010年我国各省会城市的空气质量指数做出折线图,并针对其比较分析2012年各地区大气的污染状况。5.1.2 用Matlab软件对全国各省会城市的大气环境质量进行求解根据搜集整理到的数
14、据,依据HJ633-2012环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)中的空气质量分指数的各个成分的计算公式,建立如下模型:根据以上的公式用编辑程序(详见附件一),计算出各个城市的规定年份AQI值,计算结果如下: 表一 各省会城市的各年份的空气质量指数(AQI)表2003年2004年2005年2006年2007年2008年2009年2010年平均排名海 口3033404143.5433840351拉 萨57.551605653.550.5504852.752南 宁616458.55857535059.560.253福 州6562616158.860.55761.563.254昆 明6867.5
15、6670.562.458.558.56164.55上 海73.574.5696868.96765.564.5696广 州8081.37573.871.360.56059.569.757贵 阳77726366.567.5666262.569.758呼和浩特836573.57667.1606259719长 春7467.574.574.574.77367.569.571.7510南 昌7574.569.56866.766.564.568.571.7511合 肥758072.574.583.19280.582.578.7512杭 州84.5808180.578.58073.57479.2513郑 州7
16、8.580.579.580.577.67274.580.579.514长 沙92.5958680.577.173.57166.579.515哈 尔 滨85.581.5777776.17675.575.580.516成 都8482.587.586.580.780.580.57780.517银 川91867073.570.9677071.581.2518天 津91.580.5788272.26975.57382.2519南 京8585.58079.578.474758283.520沈 阳92.593.58483.584.7848075.58421武 汉91.59084.585.586.681.57
17、7.57985.2522重 庆98.5968580.579.17877.57687.2523乌鲁木齐88.5828315192.997.59591.59024北 京95.599.595.515699.286.585.585.590.525西 安939689.591.592.581.581.58890.526西 宁94.588.58292.582.68495.58790.7527济 南99.399.5898284.28886.583.591.428太 原161162.594.59687.2727869.5115.329石 家 庄162.586.5919688.8837774118.330兰 州1
18、6216115417189.391100152.5157.331将统计年鉴上得到的各省会城市的数据代入,得到2003-2010年度各城市的空气质量指数,在中绘出折线图,如下:图1 2003-2010年度各城市的空气质量指数根据图表直观的对各省会城市的空气质量指数给出综合评价。 表二 各省会城市AQI均值排名省 会海 口拉 萨南 宁福 州昆 明上 海广 州贵 阳AQI均值3552.7560.2563.2564.56969.7569.75排名 12345678省 会呼和浩特长 春南 昌合 肥杭州郑州长 沙哈尔滨AQI均值 7171.7571.7578.7579.2579.579.580.5排名 9
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