基于灰色預(yù)測模型的北京市垃圾量預(yù)測

高澤梅 韓欣諾 霍艷鳳

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.037

摘? 要：隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和社會的不斷進步，人們的生活水平日益提升，消費水平相比之前也有了很大的提高。因此，對城市生活垃圾產(chǎn)生量的預(yù)測是實施垃圾分類管理的一個重要前提條件。該文首先對北京市垃圾產(chǎn)生量現(xiàn)狀及研究現(xiàn)狀進行分析，根據(jù)北京市2010—2019年垃圾產(chǎn)生量建立灰色預(yù)測模型，對未來10年的垃圾產(chǎn)生量進行預(yù)測，分析預(yù)測結(jié)果并提出合理有效的建議。

關(guān)鍵字：城市生活垃圾;垃圾量;灰色預(yù)測模型

中圖分類號：TP391.44;X799.3? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）08-0130-03

Prediction of Waste Volume in Beijing Based on Grey Prediction Model

GAO Zemei，HAN Xinnuo，HUO Yanfeng

（Shandong Huayu University of Technology，Dezhou? 253034，China）

Abstract：With the continuous development of economy and social progress，our living standard is improving day by day，and the consumption level has also been greatly improved than before. Therefore，the prediction of municipal solid waste production is an important prerequisite for implementing waste classification management. Firstly，this paper analyzes the current situation of waste generation amount in Beijing and research status. Based on the waste generation amount in Beijing from 2010 to 2019，a grey prediction model is established to predict the waste generation amount in the next 10 years，analyze the prediction results and put forward reasonable and effective suggestions.

Keywords：municipal solid waste;waste volume;grey prediction model

0? 引? 言

近年來，全國各大中型城市紛紛試點垃圾分類回收新模式，并在電視、報紙、網(wǎng)絡(luò)等傳媒上進行大力宣傳。城市生活垃圾的產(chǎn)生量、清運量不斷增加，這給城市生活垃圾管理和處置帶來巨大壓力，城市垃圾管理業(yè)已成為城市發(fā)展過程中所面臨的重要問題。城市生活垃圾的產(chǎn)生量是建設(shè)城市生活垃圾處理工程的重要依據(jù)。比如說，現(xiàn)有的垃圾分類系統(tǒng)還存在諸多不足之處，要想進行改革創(chuàng)新，首先要對未來的垃圾產(chǎn)生量進行精準(zhǔn)的評估，據(jù)此做到有效地對垃圾箱進行容量的設(shè)計。在調(diào)查的過程中，發(fā)現(xiàn)有大部分城市并沒有認(rèn)真地統(tǒng)計每年的垃圾產(chǎn)生量或清運量，這將導(dǎo)致無法準(zhǔn)確地為這些城市提出相應(yīng)的垃圾分類對策和建議。同時，垃圾分類數(shù)據(jù)的欠準(zhǔn)確也會給政府、環(huán)衛(wèi)等相關(guān)部門帶來許多問題。因此，利用預(yù)測模型對垃圾產(chǎn)生量進行準(zhǔn)確預(yù)測具有舉足輕重的作用。根據(jù)北京市2010—2019年垃圾清運量的數(shù)據(jù)，預(yù)測未來十年北京市垃圾清運量，并通過預(yù)測結(jié)果對未來北京市垃圾產(chǎn)生量的控制提出有效的建議。

1? 現(xiàn)狀分析

1.1? 研究現(xiàn)狀分析

用于預(yù)測垃圾產(chǎn)生量的方法有很多，主要有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多元回歸分析法、線性回歸模型、指數(shù)平滑模型、最小二乘法預(yù)測等。國內(nèi)外對城市生活垃圾產(chǎn)量預(yù)測的研究較多。如郭衛(wèi)廣、雍毅、吳怡、侯江、鄭玲玲利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測分析的協(xié)變量來預(yù)測成都市生活垃圾產(chǎn)量;張二麗、王玉龍、汪太行、馮宇運用GM（1，1）模型對鄭州市東風(fēng)渠水環(huán)境質(zhì)量進行預(yù)測;曹思思、縱誠、夏尚清、陳俊提出了采用人均指標(biāo)法、平均增長率、最小二乘法、多元線性回歸方法對垃圾產(chǎn)量進行研究預(yù)測等。鑒于此，通過對北京市生活垃圾產(chǎn)生量進行預(yù)測，為北京市生活垃圾分類提供有力的政策支持。

1.2? 選取區(qū)域——北京概況

北京是全國的政治中心、文化中心，是世界著名古都和現(xiàn)代化國際城市，平原區(qū)面積為6 200平方千米，約占總面積的38%。北京的自然條件很好，地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。最重要的是它位于全國的中央位置，北進蒙古，東進東北，南進華北。城鎮(zhèn)人口占全市常住人口的比重為86.6%，據(jù)統(tǒng)計，2019年北京GDP超過3.5萬億元，經(jīng)濟保持平穩(wěn)運行，推動高質(zhì)量發(fā)展取得新成效。

1.3? 北京市的城市生活垃圾產(chǎn)量分析

表1給出了2010—2019年10年間北京市城市生活垃圾產(chǎn)生量，從表1中可以看出，自2010年至2019年，北京市的生活垃圾產(chǎn)量已由每年的635萬噸上升至1 011萬噸，平均到每一天是2.77萬噸，平均年增長率為5.36%，如果按照此趨勢發(fā)展下去將會對生態(tài)環(huán)境造成很大的危害。為了解決垃圾處理難的問題，可以對垃圾分類系統(tǒng)進行創(chuàng)新與設(shè)計。對垃圾進行有效分類的前提是，利用灰色模型GM（1，1）對城市垃圾數(shù)量進行建模，并做出未來幾年生活垃圾產(chǎn)量的預(yù)測。

2? 灰色預(yù)測模型

2.1? 灰色預(yù)測理論基礎(chǔ)

灰色預(yù)測理論的核心是灰色模型，主要思路是對原始數(shù)據(jù)進行累加生成近似指數(shù)規(guī)律，在此基礎(chǔ)上建立白化微分方程，最后求解方程并根據(jù)結(jié)果進行預(yù)測。其優(yōu)點是不用提供很多的數(shù)據(jù)，一般只需4個數(shù)據(jù)，這樣就能解決原始數(shù)據(jù)少、序列的完整性和可靠性低的問題。通過該模型可以利用微分方程充分挖掘系統(tǒng)的本質(zhì)，預(yù)測精度高，運算簡便且易于檢驗，可以使用常用的辦公軟件Excel直接進行計算，使得一些即使不會編程的人員也能夠輕松地掌握GM（1，1）預(yù)測模型的使用。其中GM（1，1）預(yù)測模型是適用范圍最廣的一種灰色預(yù)測模型。

2.2? 模型建立

若符合P和C的范圍，可以使用模型進行預(yù)測;若不符合P和C的范圍則需要建立殘差修正模型以提高精度，然后利用修改后的模型進行預(yù)測，誤差檢驗具體值如表2所示。

3? 北京垃圾產(chǎn)量預(yù)測

3.1? 具體預(yù)測過程

根據(jù)2.2建模步驟，將數(shù)據(jù)帶入灰色預(yù)測模型，利用常用的辦公軟件Excel計算并求解。數(shù)據(jù)輸入及操作如下：將北京市2010—2019年生活垃圾產(chǎn)生量數(shù)據(jù)輸入Excel表格，A15：A15為年份，B5：B15為產(chǎn)生量數(shù)據(jù)。C5進行計算累加生成，C6輸入第一年產(chǎn)量，在選定的C7單元格中輸入“=B6+B7”，用填充柄填充C8：C15區(qū)域。在D7單元格中輸入“=AVERAGE（C6：C7）”，計算出滑動平均數(shù)值，并用填充柄填充D8：D15;E7：E15區(qū)域，輸入前一列滑動平均數(shù)的負數(shù);F7：F15輸入值為1;在G7單元格中輸入“=B7-B6”，并用填充柄填充G8：G15區(qū)域;選定區(qū)域H7：I8，輸入“=MMULT（TRANSPOSE（E7：F15），E7：F15）”;選定區(qū)域H10：I11，輸入“=MINVERSE（H7：I8）”;選定區(qū)域H13：H14，輸入“=MMULT（TRANSPOSE（E7：F15），G7：G15）”;選定I16、I17單元格，分別輸入a、u，I16輸入“=MMULT（H10：I11，H13：H14）”，I17輸入“=MMULT（H10：I11，H13：H14）”;在L5：L15區(qū)域輸入0至19為2010至2029年份，在M6單元格中輸入“=$K$20*EXP（-$H$16*L6）+$J$17”，計算出預(yù)測量，并用填充柄填充M7：M25區(qū)域。（矩陣計算，如MINVERSE、MMULT、TRANSPOSE，輸入相應(yīng)的公式后，要按住“Ctrl+Shift+Enter”組合鍵）計算出：

u=10.295 232 96

a=-0.008 067 483

u/a=-1 276.139 439

將計算得出的數(shù)據(jù)帶入垃圾產(chǎn)量的時間響應(yīng)函數(shù)：

X^（1）（k+1）=1 911.139 439e^{-0.008 067 483 k}-1 276.139 439

因此計算出北京市未來幾年的垃圾產(chǎn)量值，具體數(shù)據(jù)如表3、圖1所示。

3.2? 結(jié)果分析

通過灰色預(yù)測算法對北京市垃圾產(chǎn)量進行分析與預(yù)測，對未來北京市的垃圾分類回收工作、生活垃圾的處置及系統(tǒng)規(guī)劃提供了重要的參考數(shù)據(jù)。從圖和表可以看出垃圾的產(chǎn)量仍然處在遞增階段，每年的垃圾產(chǎn)量仍呈逐年上升趨勢。由此可見，對垃圾進行分類處置具有重要意義，城市居民生活垃圾分類還有利于推進居民生活環(huán)境的改善，提高人民生活的幸福感，促進我國的生態(tài)文明建設(shè)，同時推行垃圾分類還有利于培養(yǎng)人們節(jié)約資源、保護環(huán)境的思想意識。環(huán)境衛(wèi)生問題對居民的生命健康與財產(chǎn)安全提出了挑戰(zhàn)，我們必須要正視環(huán)境問題，積極應(yīng)對環(huán)境問題所帶來的威脅。垃圾分類是我們積極應(yīng)對環(huán)境衛(wèi)生問題而邁出的第一步，因此要對現(xiàn)有垃圾分類系統(tǒng)進行更加有效的創(chuàng)新和設(shè)計，積極推進垃圾分類工作。

4? 結(jié)? 論

通過對北京市垃圾產(chǎn)量的預(yù)測分析，總結(jié)出城市生活垃圾量呈上升趨勢，對垃圾量的預(yù)測可以助力各部門進行有效的控制，可以改善生態(tài)環(huán)境，促進我國的生態(tài)文明建設(shè)，同時，推行垃圾分類對提升中華民族整體文明素質(zhì)具有重要意義。實施好城市生活垃圾分類回收和處理的工作，通過對垃圾進行科學(xué)有效的處理來減少垃圾對環(huán)境的污染與破壞，提高垃圾的回收利用率，進一步優(yōu)化城市的環(huán)境。針對如何實施好城市生活垃圾的分類回收和處理的工作提出以下四條建議：

（1）推行垃圾回收利用的有力措施，減少污染，進一步優(yōu)化城市的環(huán)境。

（2）提升垃圾處理設(shè)施建設(shè)水平，確保垃圾分類設(shè)施數(shù)量充足，功能完善。

（3）加大宣傳力度，提高公眾參與度，采取獎勵積分的辦法，吸引大眾參與垃圾分類工作，培養(yǎng)人們節(jié)約資源、保護環(huán)境的思想意識。

（4）實現(xiàn)跨區(qū)域和部門的協(xié)作，做好垃圾監(jiān)測信息的實時公開，為進一步推行垃圾分類管理作鋪墊。

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作者簡介：高澤梅（1999—），女，漢族，山東青島人，本科在讀，研究方向：智慧物流;韓欣諾（2000—），女，漢族，山東淄博人，本科在讀，研究方向：物流工程;霍艷鳳（1990—），女，漢族，山東菏澤人，教師，碩士研究生，研究方向：智慧物流、信息系統(tǒng)技術(shù)與仿真。

收稿日期：2021-03-15

基金項目：2020年度國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（S202013857001）