[發(fā)明專(zhuān)利]基于支持向量機(jī)和樹(shù)葉磁學(xué)的大氣顆粒物濃度監(jiān)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711210523.9
• 申請(qǐng)日: 2017-11-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108072597A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李慧明;冷湘梓;錢(qián)新;王金花;劉雪梅;許悅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N15/06
• 分類(lèi)號(hào): G01N15/06;G06F17/50;G06K9/62
• 代理公司: 北京棧橋知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11670
• 代理人: 劉亞娟

本發(fā)明涉及對(duì)大氣顆粒物PM2.5和PM10濃度監(jiān)測(cè)方法的技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種基于支持向量機(jī)和樹(shù)葉磁學(xué)的大氣顆粒物濃度監(jiān)測(cè)方法，所述方法的具體步驟如下：(1)樹(shù)葉樣品采集、(2)樹(shù)葉磁學(xué)參數(shù)測(cè)試、(3)大氣顆粒物濃度與樹(shù)葉磁學(xué)參數(shù)的相關(guān)性分析、(4)支持向量機(jī)模型構(gòu)建、(5)模型誤差評(píng)估；本發(fā)明方法簡(jiǎn)便，采用大氣顆粒物天然載體——樹(shù)葉的磁學(xué)特征及支持向量機(jī)工具構(gòu)建PM2.5和PM10濃度模擬模型，為環(huán)境磁學(xué)應(yīng)用于城市大氣顆粒物污染時(shí)空分布的模擬提供了一個(gè)新的實(shí)踐方向，也為城市大氣顆粒物重點(diǎn)污染區(qū)域識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)管理提供了重要參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及對(duì)大氣顆粒物PM2.5和PM10濃度監(jiān)測(cè)方法的技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及基于支持向量機(jī)和樹(shù)葉磁學(xué)的大氣顆粒物濃度監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)

大氣顆粒物又叫大氣氣溶膠，是指分散于空氣中的固態(tài)或液顆粒狀物質(zhì)，為大氣的不定組分之一，也是空氣污染的一種重要形式。隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快以及機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的增加，我國(guó)大氣顆粒物污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。近年的環(huán)境公報(bào)和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，一直以來(lái)，大氣顆粒物是影響我國(guó)眾多城市空氣質(zhì)量的首要污染物。目前大氣顆粒物濃度監(jiān)測(cè)方法已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、在線、連續(xù)監(jiān)測(cè)，很多城市也設(shè)置了環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。但由于環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站造價(jià)昂貴，無(wú)法移動(dòng)，一座城市的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)量有限，不能對(duì)較高空間分辨率的大氣顆粒物濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

自然界和人類(lèi)活動(dòng)所產(chǎn)生的次生物質(zhì)往往表現(xiàn)出不同的磁性特征，環(huán)境磁學(xué)研究的基礎(chǔ)是通過(guò)系統(tǒng)的磁性測(cè)量，揭示物質(zhì)中磁性礦物的類(lèi)型、含量和晶粒組合特征，從中提取環(huán)境信息。環(huán)境磁學(xué)測(cè)試具有簡(jiǎn)便、快捷、經(jīng)濟(jì)、無(wú)破壞性等特點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用于沉積學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣候?qū)W、環(huán)境科學(xué)、土壤學(xué)和海洋科學(xué)等領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代中期，環(huán)境磁學(xué)方法開(kāi)始應(yīng)用于大氣污染研究。城市中樹(shù)葉容易采集、分布廣泛、比表面積大、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，可通過(guò)蠟質(zhì)層以擴(kuò)散方式直接吸收大氣粉塵及懸浮顆粒物，且葉片易吸附粒徑＜10μm的顆粒物。此外，空氣監(jiān)測(cè)站通常監(jiān)測(cè)的是實(shí)時(shí)顆粒物濃度，而樹(shù)葉表面所沉積的顆粒物往往反映了短期內(nèi)大氣顆粒物污染的平均狀況，利用植物葉片作為載體可以很好地反演短時(shí)間內(nèi)的環(huán)境空氣質(zhì)量狀況。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已有利用樹(shù)葉的磁性特征來(lái)表征大氣顆粒物污染的研究，但目前還鮮有利用樹(shù)葉磁學(xué)參數(shù)構(gòu)建非線性數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬城市大氣顆粒物濃度的報(bào)道。

大氣污染物濃度的統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)是以統(tǒng)計(jì)學(xué)方法為基礎(chǔ)，不依賴(lài)于污染物的物理、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，它通過(guò)分析污染物的變化規(guī)律，找出影響其濃度變化的典型因子，然后建立這些典型因子與污染物濃度實(shí)測(cè)值之間的定量或半定量關(guān)系，最后根據(jù)這些關(guān)系作濃度預(yù)報(bào)。與數(shù)值預(yù)報(bào)模式相比，統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法不需建立復(fù)雜的數(shù)理模型及復(fù)雜的地理和氣象數(shù)據(jù)，比較簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的預(yù)報(bào)方法包括回歸分析、分類(lèi)預(yù)報(bào)、時(shí)間序列和灰色系統(tǒng)等，但這些方法在處理非線性的環(huán)境問(wèn)題上具有較大局限性，其準(zhǔn)確率也往往并不令人滿意，把它們用于處理具有非線性特征的大氣污染的預(yù)測(cè)上有其明顯的不足。支持向量機(jī)(SVM)是由Vapnik開(kāi)發(fā)的新一代基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)器，能解決小樣本、非線性、高維數(shù)和局部極小點(diǎn)等實(shí)際問(wèn)題。支持向量機(jī)遵循結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化原則，預(yù)測(cè)能力和推廣能力優(yōu)秀，已被廣泛用來(lái)對(duì)常見(jiàn)大氣污染物如SO2、NOx、CO、O3、PM10和PM2.5等進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，并獲得了較理想的效果。但目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有將樹(shù)葉磁學(xué)和支持向量機(jī)方法結(jié)合起來(lái)對(duì)城市大氣污染物進(jìn)行模擬的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容