灰色動(dòng)態(tài)預(yù)測在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用探析

張文靜 付旭東

內(nèi)容摘要? 文章主要針對(duì)灰色動(dòng)態(tài)預(yù)測在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用展開研究分析，根據(jù)我國學(xué)術(shù)界著名學(xué)者鄧聚龍所提出的灰色預(yù)測理論，提出了灰色動(dòng)態(tài)預(yù)測在環(huán)境監(jiān)測工作中的適用性。為了使本研究更具有實(shí)際意義，文章以空氣環(huán)境監(jiān)測為研究對(duì)象，探討了灰色動(dòng)態(tài)預(yù)測在環(huán)境監(jiān)測工作中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞? 灰色動(dòng)態(tài) 環(huán)境監(jiān)測 GM（1，1）模型

1 引言

我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心提出了一系列的針對(duì)策略來處理環(huán)境污染現(xiàn)象[1]，但目前來看，我國的環(huán)境監(jiān)測體系仍然有待完善，其效率和性能方面都存在著缺陷，面對(duì)這種現(xiàn)象，本文提出了國內(nèi)近些年來較為流行的灰色動(dòng)態(tài)預(yù)測系統(tǒng)來解決這種問題，希望能對(duì)相關(guān)研究人士提供借鑒幫助。

2 灰色預(yù)測理論

灰色預(yù)測理論體系也被稱為灰色系統(tǒng)理論體系，該體系早在20年前就已經(jīng)被著名學(xué)者鄧聚龍所提出，直到近些年才被再度提出并構(gòu)建更為完全的理論體系[2]。目前，該理論主要包含以灰色朦朧集為核心，依靠關(guān)聯(lián)空間來建立分析系統(tǒng)，依靠序列生成為核心建立方法體系，依靠灰色模型為基礎(chǔ)構(gòu)建系統(tǒng)模型，通過最終完成的系統(tǒng)進(jìn)行建模、控制、評(píng)估、分析和優(yōu)化等一系列行為?；疑A(yù)測也即是對(duì)已知信息中的不確定信息采取分析預(yù)測的手段，預(yù)測出指定范圍內(nèi)與時(shí)間相關(guān)聯(lián)的預(yù)測方法，利用對(duì)原始數(shù)據(jù)的生成處理和構(gòu)建灰色模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終獲取數(shù)據(jù)的運(yùn)作規(guī)律和變動(dòng)規(guī)律[3]。

3 灰色動(dòng)態(tài)預(yù)測在環(huán)境監(jiān)測工作中的適用性

灰色預(yù)測能夠?qū)Σ淮_定的信息采取預(yù)測行為，進(jìn)而控制系統(tǒng)并優(yōu)化系統(tǒng)，在環(huán)境監(jiān)測期間通常會(huì)因各類不穩(wěn)定因素干擾而導(dǎo)致工作遭到阻礙，比如天氣情況突然出現(xiàn)變化等，在這期間所采用的大多數(shù)儀器設(shè)備都會(huì)因電磁等干擾因素而形成不穩(wěn)定現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，這種現(xiàn)象會(huì)對(duì)整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)都造成惡劣的影響[4]?；疑珓?dòng)態(tài)預(yù)測可以按照數(shù)據(jù)的變動(dòng)趨勢對(duì)未來可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，這種方法可以在外界干擾的情況下起到一定的數(shù)據(jù)修正和系統(tǒng)輔助，因此，構(gòu)建灰色動(dòng)態(tài)預(yù)測模型可以加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的跟蹤能力，進(jìn)而有效展開接下來的環(huán)境監(jiān)測工作[5]。

4 灰色動(dòng)態(tài)預(yù)測在環(huán)境監(jiān)測工作中的應(yīng)用——以空氣環(huán)境監(jiān)測為例

4.1 某地空氣質(zhì)量概況

某地的地勢屬于北高南低，位于魯中地區(qū)丘陵與沖積平原交匯處，因長期受到太陽輻射、大氣流和地理環(huán)境的影響，該地區(qū)四季分明，并且平均溫度為14℃。但是某地的空氣質(zhì)量相對(duì)較差，該地區(qū)的SO2、NO2和PM10的平均量為0.045mg/m3、0.038mg/m3、0.127mg/m3，其中的可吸入顆粒物PM10已經(jīng)屬于嚴(yán)重超標(biāo)，按照空氣污染綜合指數(shù)法計(jì)算，能夠決定SO2、NO2和PM10的污染分擔(dān)率分別為12%～40%，26%～39%和48%～56%，其中PM10作為首要污染物未能達(dá)到國家環(huán)境局制定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從目前的數(shù)據(jù)來看，SO2和NO2能夠得到有效的控制。

4.2 灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型的構(gòu)建

構(gòu)建步驟如下：

針對(duì)研究對(duì)象的數(shù)值按照時(shí)間順序進(jìn)行排序，并且構(gòu)建原始數(shù)據(jù)序列。

原始數(shù)據(jù)序列：X（0 ）=[X（0 ）（1），X（0 ）（2），…，X（0 ）（n）]，作1-AGO，也即是一次累加生成：X（1 ）（t）=ΣX（0 ）（i），t=1，2，3…，得到生成數(shù)列：X（1 ）=（X（1 ）（1），X（1 ）（2），…，X（1 ）（n）。

創(chuàng)建GM（1，1）模型的一般形式的微分方程：dx（1 ）/dt+ax（1 ）=u。

創(chuàng)建微分方程相對(duì)的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)：

X（1 ）（t+1）=[X（0 ）（1）-u/a]e+u/a。

4.3 預(yù)測結(jié)果分析與建議

按照灰色預(yù)測GM（1，1）模型的構(gòu)成原理對(duì)三種空氣污染濃度數(shù)據(jù)采取精準(zhǔn)的計(jì)算處理，若是模型預(yù)測的數(shù)據(jù)不符合制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)采取殘差休整，最終構(gòu)建相應(yīng)的時(shí)間相應(yīng)方程，并且最終給出定量預(yù)測。

從某地的分析上來看具體如下：

（1）某地的能源結(jié)構(gòu)主要以燃煤作為主業(yè)，在2017年內(nèi)針對(duì)煤炭的消耗率占據(jù)整體能源消耗率的80%以上，每年某地生產(chǎn)、消費(fèi)和運(yùn)輸煤炭的總量高大1111萬噸，并且從2017年至2019年，某地區(qū)的煤炭總量仍然處于上升趨勢。在燃煤期間會(huì)形成大量的粉塵、氮氧化物等物質(zhì)，此類物質(zhì)沒有經(jīng)受過有效處理就排放在某地的空氣當(dāng)中，導(dǎo)致某地的空氣環(huán)境越來越惡劣。

（2）城市建設(shè)在施工期間會(huì)形成數(shù)量極高的PM10，這也是某地PM10濃度過高的主要影響因素，因該地區(qū)屬于城市化建設(shè)的重點(diǎn)對(duì)象，其中包括舊城區(qū)改造建設(shè)、城市道路施工建設(shè)、房地產(chǎn)開發(fā)建設(shè)等工程在不斷增長，建設(shè)所涉及的面積、工程的數(shù)量、施工點(diǎn)的分散等問題都導(dǎo)致某地?zé)o法對(duì)PM10形成有效的控制，在這種現(xiàn)象下某地區(qū)的空氣污染問題會(huì)變得越來越嚴(yán)重，無法控制住可吸入顆粒物對(duì)空氣環(huán)境所造成的危害。

（3）現(xiàn)階段，機(jī)動(dòng)車和小型汽車的數(shù)量在不斷增長，在面對(duì)這種情況下汽車尾氣逐漸成為危害空氣環(huán)境的主要原因，某地政府部門在針對(duì)汽車尾氣和機(jī)動(dòng)車排氣物方面缺少必要的重視度，對(duì)汽車缺少必要的管理手段。

（4）某地因氣象、地理等因素也提升了空氣污染的危害程度，該地區(qū)的降水季節(jié)普遍集中在夏天，在春季、秋季和冬季的時(shí)間都缺少降雨量，在這種現(xiàn)象下無法利用正常的雨天現(xiàn)象對(duì)空氣中所含有的污染物進(jìn)行沖刷。另外，該地區(qū)屬于內(nèi)陸地區(qū)，與黃河之間的距離非常近，并且地形不利于空氣污染物的自然擴(kuò)散。從地形來看，該地區(qū)南部屬于山區(qū)，植被覆蓋度相對(duì)較低，無法形成完善的生態(tài)鏈，并且北部屬于沖積平原，土壤相對(duì)松軟，很容易造成較為強(qiáng)烈的沙塵現(xiàn)象，并且因該地區(qū)的風(fēng)速普遍屬于4.2m/s，很容易產(chǎn)生沙塵暴的天氣[6]。

某地的SO2、NO2和PM10變化趨勢具體如圖1所示，在未來5年內(nèi)SO2的濃度呈現(xiàn)下滑的趨勢，NO2和PM10則是呈現(xiàn)出輕微的增長趨勢，通過濃度值的變化能夠得出SO2和NO2的濃度能夠在未來5年內(nèi)能夠符合國家環(huán)保局所指定的空氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但是PM10的濃度每年都會(huì)超過標(biāo)準(zhǔn)，并且仍然處于增長趨勢，這代表某地區(qū)的主要空氣污染成分就是PM10。

面對(duì)這種現(xiàn)象某地應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)有效的空氣環(huán)保手段對(duì)PM10進(jìn)行有效的預(yù)控，具體如下：

（1）大力整治并對(duì)能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改革，對(duì)煤炭能源等具有污染性質(zhì)的能源進(jìn)行有效的控制，政府可以制定相關(guān)的政策規(guī)定，如規(guī)定用戶使用“煤改氣”等工程，對(duì)汽車的為其進(jìn)行嚴(yán)格要求，并且采用完善的歐二標(biāo)準(zhǔn)體系[7]。

（2）大力宣傳并建設(shè)城鎮(zhèn)綠化工程，號(hào)召地區(qū)人民共同參加到綠化建設(shè)當(dāng)中，以此來加強(qiáng)對(duì)SO2、NO2和PM10的吸收能力。

（3）該地區(qū)重點(diǎn)綠化對(duì)象是PM10，應(yīng)當(dāng)有效減少其排放和產(chǎn)生的濃度，從根源上采取嚴(yán)格的監(jiān)管手段，比如加強(qiáng)對(duì)各類建設(shè)工程的質(zhì)量監(jiān)督，制定嚴(yán)格的運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)，避免在運(yùn)輸期間產(chǎn)生大量的粉塵[8]。

5 結(jié)語

（1）灰色預(yù)測系統(tǒng)擁有較強(qiáng)的可操作性，其中的GM（1，1）模型對(duì)數(shù)據(jù)的要求并不嚴(yán)格，并且原理方面比較簡單，具有較高的精準(zhǔn)性，從目前的情況來看，灰色預(yù)測系統(tǒng)能夠?qū)Νh(huán)境空氣質(zhì)量問題形成良好的預(yù)測效果和控制效果。

（2）從預(yù)測結(jié)果中能夠發(fā)現(xiàn)，某地的SO2和NO2的濃度負(fù)荷相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但是某地的PM10屬于嚴(yán)重的超標(biāo)現(xiàn)象。

（3）該地區(qū)重點(diǎn)綠化對(duì)象是PM10，應(yīng)當(dāng)有效減少其排放和產(chǎn)生的濃度，從根源上采取嚴(yán)格的監(jiān)管手段。

（第一作者系定西市生態(tài)環(huán)境局安定分局 助理工程師）

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