本技術(shù)涉及數(shù)據(jù)同化領(lǐng)域，特別是涉及一種基于多重線性回歸模型的數(shù)據(jù)同化方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、碳質(zhì)組分是環(huán)境大氣中pm2.5的重要組成部分，約占pm2.5濃度的20％～50％，其化學(xué)組分復(fù)雜，主要包括有機(jī)碳(organic?carbon，oc)和元素碳(elemental?carbon，ec)等。有機(jī)碳由上百種有機(jī)物組成，不同有機(jī)碳組分對(duì)應(yīng)的污染來(lái)源存在顯著差異，既有一次直接排放的，也有二次轉(zhuǎn)化生成的；元素碳是以單質(zhì)狀態(tài)存在的碳，其理化特征與源排放類型有關(guān)。此外，不同含碳組分的光學(xué)特性不同，可直接或間接影響全球和區(qū)域氣候變化。目前，各國(guó)使用最多、公認(rèn)較成熟的含碳組分測(cè)量方法是熱/光分析法，其中，美國(guó)的沙漠研究所(desert?researchinstitute，dri)的碳組分分析儀是使用頻次最高、范圍最廣、最典型的儀器。隨著科學(xué)研究的不斷深入和科學(xué)技術(shù)的迭代升級(jí)，20多年前各國(guó)普遍使用的dri2001碳組分分析儀已停產(chǎn)，目前普遍采用dri2015碳組分分析儀測(cè)量pm2.5中碳質(zhì)組分濃度。但是，dri2001與dri2015儀器的關(guān)鍵零配件及檢測(cè)技術(shù)存在明顯差異，如前者分別使用he/ne激光器和fid作為光源和檢測(cè)器，而后者分別使用7波段調(diào)制二極管激光器和ndir作為光源和檢測(cè)器，這使得兩版儀器對(duì)同一組樣品的碳組分測(cè)量結(jié)果存在顯著差異，進(jìn)而導(dǎo)致各國(guó)近幾十年獲得的pm2.5中碳組分?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)法有效銜接，嚴(yán)重阻礙了各國(guó)對(duì)近幾十年碳質(zhì)氣溶膠污染演變的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種基于多重線性回歸模型的數(shù)據(jù)同化方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)的最優(yōu)同化。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種基于多重線性回歸模型的數(shù)據(jù)同化方法，包括：

4、獲取第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)和第二測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)；所述第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)是利用dri2001碳組分分析儀測(cè)量得到的；所述第二測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)是利用dri2015碳組分分析儀測(cè)量得到的；所述第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)包括待檢測(cè)pm2.5的第一有機(jī)碳第一濃度、第二有機(jī)碳第一濃度、第三有機(jī)碳第一濃度、第四有機(jī)碳第一濃度、第一元素碳第一濃度、第二元素碳第一濃度和第三元素碳第一濃度；所述第二測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)包括待檢測(cè)pm2.5的第一有機(jī)碳第二濃度、第二有機(jī)碳第二濃度、第三有機(jī)碳第二濃度、第四有機(jī)碳第二濃度、第一元素碳第二濃度、第二元素碳第二濃度和第三元素碳第二濃度；

5、根據(jù)所述第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)和所述第二測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)，利用有限內(nèi)存擬牛頓優(yōu)化算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)組進(jìn)行求解，確定最優(yōu)同化系數(shù)組；所述目標(biāo)函數(shù)組包括第一目標(biāo)函數(shù)、第二目標(biāo)函數(shù)、第三目標(biāo)函數(shù)、第四目標(biāo)函數(shù)、第五目標(biāo)函數(shù)、第六目標(biāo)函數(shù)和第七目標(biāo)函數(shù)；所述第一目標(biāo)函數(shù)為以第一有機(jī)碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第一有機(jī)碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值最小為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)；所述第二目標(biāo)函數(shù)為以第二有機(jī)碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第二有機(jī)碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值最小為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)；第三目標(biāo)函數(shù)為以第三有機(jī)碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第三有機(jī)碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值最小為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)；第四目標(biāo)函數(shù)為以第四有機(jī)碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第四有機(jī)碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值最小為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)；第五目標(biāo)函數(shù)為以第一元素碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第一元素碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值最小為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)；第六目標(biāo)函數(shù)為以第二元素碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第二元素碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值最小為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)；第七目標(biāo)函數(shù)為以第三元素碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第三元素碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值最小為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)；

6、根據(jù)所述第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)和所述最優(yōu)同化系數(shù)組，利用多重線性回歸模型，確定第一測(cè)量濃度同化數(shù)據(jù)；所述多重線性回歸模型為第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)與第一測(cè)量濃度同化數(shù)據(jù)之間的響應(yīng)關(guān)系。

7、可選地，根據(jù)所述第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)和所述第二測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)，利用有限內(nèi)存擬牛頓優(yōu)化算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)組進(jìn)行求解，確定最優(yōu)同化系數(shù)組，具體包括：

8、根據(jù)所述第一有機(jī)碳第一濃度、所述第二有機(jī)碳第一濃度和所述第一有機(jī)碳第二濃度，以第一最優(yōu)同化系數(shù)小于等于一為約束，利用有限內(nèi)存擬牛頓優(yōu)化算法對(duì)第一目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行擬合，確定第一最優(yōu)同化系數(shù)和第二最優(yōu)同化系數(shù)；

9、根據(jù)所述第一最優(yōu)同化系數(shù)、所述第一有機(jī)碳第一濃度、所述第二有機(jī)碳第一濃度、所述第三有機(jī)碳第一濃度和所述第二有機(jī)碳第二濃度，以第二最優(yōu)同化系數(shù)和第三最優(yōu)同化系數(shù)之和小于等于一為約束，利用有限內(nèi)存擬牛頓優(yōu)化算法對(duì)第二目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行擬合，確定第三最優(yōu)同化系數(shù)和第四最優(yōu)同化系數(shù)；

10、根據(jù)所述第二最優(yōu)同化系數(shù)、所述第三最優(yōu)同化系數(shù)、所述第二有機(jī)碳第一濃度、所述第三有機(jī)碳第一濃度、所述第四有機(jī)碳第一濃度和所述第三有機(jī)碳第二濃度，以第四最優(yōu)同化系數(shù)和第五最優(yōu)同化系數(shù)之和小于等于一為約束，利用有限內(nèi)存擬牛頓優(yōu)化算法對(duì)第三目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行擬合，確定第五最優(yōu)同化系數(shù)和第六最優(yōu)同化系數(shù)；

11、根據(jù)所述第四最優(yōu)同化系數(shù)、所述第五最優(yōu)同化系數(shù)、所述第三有機(jī)碳第一濃度、所述第四有機(jī)碳第一濃度、所述第一元素碳第一濃度和所述第四有機(jī)碳第二濃度，以第六最優(yōu)同化系數(shù)和第七最優(yōu)同化系數(shù)之和小于等于一為約束，利用有限內(nèi)存擬牛頓優(yōu)化算法對(duì)第四目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行擬合，確定第七最優(yōu)同化系數(shù)和第八最優(yōu)同化系數(shù)；

12、根據(jù)所述第六最優(yōu)同化系數(shù)、所述第七最優(yōu)同化系數(shù)、所述第四有機(jī)碳第一濃度、所述第一元素碳第一濃度、所述第二元素碳第一濃度和所述第一元素碳第二濃度，以第八最優(yōu)同化系數(shù)和第九最優(yōu)同化系數(shù)之和小于等于一為約束，利用有限內(nèi)存擬牛頓優(yōu)化算法對(duì)第五目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行擬合，確定第九最優(yōu)同化系數(shù)和第十最優(yōu)同化系數(shù)；

13、根據(jù)所述第八最優(yōu)同化系數(shù)、所述第九最優(yōu)同化系數(shù)、所述第十最優(yōu)同化系數(shù)、所述第一元素碳第一濃度、所述第二元素碳第一濃度、所述第三元素碳第一濃度、所述第二元素碳第二濃度和所述第三元素碳第二濃度，以第十最優(yōu)同化系數(shù)和第十一最優(yōu)同化系數(shù)之和小于等于一為約束，利用有限內(nèi)存擬牛頓優(yōu)化算法對(duì)第六目標(biāo)函數(shù)和第七目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行擬合，確定第十一最優(yōu)同化系數(shù)和第十二最優(yōu)同化系數(shù)；

14、將所述第一最優(yōu)同化系數(shù)、所述第二最優(yōu)同化系數(shù)、所述第三最優(yōu)同化系數(shù)、所述第四最優(yōu)同化系數(shù)、所述第五最優(yōu)同化系數(shù)、所述第六最優(yōu)同化系數(shù)、所述第七最優(yōu)同化系數(shù)、所述第八最優(yōu)同化系數(shù)、所述第九最優(yōu)同化系數(shù)、所述第十最優(yōu)同化系數(shù)、所述第十一最優(yōu)同化系數(shù)和所述第十二最優(yōu)同化系數(shù)確定為所述最優(yōu)同化系數(shù)組。

15、可選地，所述目標(biāo)函數(shù)組為：

16、minδ12＝0.5*(a*oc1+b*oc2-oc1”)2；

17、minδ22＝0.5*[(1-a)*oc1+c*oc2+d*oc3-oc2”]2；

18、minδ32＝0.5*[(1-b-c)*oc2+e*oc3+f*oc4-oc3”]2；

19、minδ42＝0.5*[(1-d-e)*oc3+g*oc4+h*ec1-oc4”]2；

20、minδ52＝0.5*[(1-f-g)*oc4+i*ec1+j*ec2-ec1”]2；

21、minδ62＝0.5*[(1-h-i)*ec1+k*ec2+l*ec3-ec2”]2；

22、minδ72＝0.5*[(1-j-k)*ec2+(1-l)*ec3-ec3”]2；

23、其中，δ1為第一有機(jī)碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第一有機(jī)碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值；δ2為第二有機(jī)碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第二有機(jī)碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值；δ3為第三有機(jī)碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第三有機(jī)碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值；δ4為第四有機(jī)碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第四有機(jī)碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值；δ5為第一元素碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第一元素碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值；δ6為為第二元素碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第二元素碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值；δ7為第三元素碳第一濃度的同化數(shù)據(jù)與第三元素碳第二濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值；a為第一最優(yōu)同化系數(shù)；b為第二最優(yōu)同化系數(shù)；c為第三最優(yōu)同化系數(shù)；d為第四最優(yōu)同化系數(shù)；e為第五最優(yōu)同化系數(shù)；f為第六最優(yōu)同化系數(shù)；g為第七最優(yōu)同化系數(shù)；h為第八最優(yōu)同化系數(shù)；i為第九最優(yōu)同化系數(shù)；j為第十最優(yōu)同化系數(shù)；k為第十一最優(yōu)同化系數(shù)；l為第十二最優(yōu)同化系數(shù)；oc1為第一有機(jī)碳第一濃度；oc2為第二有機(jī)碳第一濃度；oc3為第三有機(jī)碳第一濃度；oc4為第四有機(jī)碳第一濃度；ec1為第一元素碳第一濃度；ec2為第二元素碳第一濃度；ec3為第三元素碳第一濃度；oc1”為第一有機(jī)碳第二濃度；oc2”為第二有機(jī)碳第二濃度；oc3”為第三有機(jī)碳第二濃度；oc4”為第四有機(jī)碳第二濃度；ec1”為第一元素碳第二濃度；ec2”為第二元素碳第二濃度；ec3”為第三元素碳第二濃度。

24、可選地，所述多重線性回歸模型為：

25、oc1'＝a*oc1+b*oc2；

26、oc2'＝(1-a)*oc1+c*oc2+d*oc3；

27、oc3'＝(1-b-c)*oc2+e*oc3+f*oc4；

28、oc4'＝(1-d-e)*oc3+g*oc4+h*ec1；

29、ec1'＝(1-f-g)*oc4+i*ec1+j*ec2；

30、ec2'＝(1-h-i)*ec1+k*ec2+l*ec3；

31、ec3'＝(1-j-k)*ec2+(1-l)*ec3；

32、其中，oc1'為第一有機(jī)碳第一濃度同化數(shù)據(jù)；oc2'為第二有機(jī)碳第一濃度同化數(shù)據(jù)；oc3'為第三有機(jī)碳第一濃度同化數(shù)據(jù)；oc4'為第四有機(jī)碳第一濃度同化數(shù)據(jù)；ec1'為第一元素碳第一濃度同化數(shù)據(jù)；ec2'為第二元素碳第一濃度同化數(shù)據(jù)；ec3'為第三元素碳第一濃度同化數(shù)據(jù)；oc1為第一有機(jī)碳第一濃度；oc2為第二有機(jī)碳第一濃度；oc3為第三有機(jī)碳第一濃度；oc4為第四有機(jī)碳第一濃度；ec1為第一元素碳第一濃度；ec2為第二元素碳第一濃度；ec3為第三元素碳第一濃度；a為第一最優(yōu)同化系數(shù)；b為第二最優(yōu)同化系數(shù)；c為第三最優(yōu)同化系數(shù)；d為第四最優(yōu)同化系數(shù)；e為第五最優(yōu)同化系數(shù)；f為第六最優(yōu)同化系數(shù)；g為第七最優(yōu)同化系數(shù)；h為第八最優(yōu)同化系數(shù)；i為第九最優(yōu)同化系數(shù)；j為第十最優(yōu)同化系數(shù)；k為第十一最優(yōu)同化系數(shù)；l為第十二最優(yōu)同化系數(shù)。

33、可選地，所述dri2001碳組分分析儀采用633nm的he/ne激光器和fid檢測(cè)器測(cè)量所述第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)；所述dri2015碳組分分析儀采用635nm的二極管激光器和ndir檢測(cè)器測(cè)量所述第二測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)。

34、第二方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的基于多重線性回歸模型的數(shù)據(jù)同化方法。

35、第三方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的基于多重線性回歸模型的數(shù)據(jù)同化方法。

36、第四方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)所述的基于多重線性回歸模型的數(shù)據(jù)同化方法。

37、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本技術(shù)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

38、本技術(shù)提供了一種基于多重線性回歸模型的數(shù)據(jù)同化方法、設(shè)備、介質(zhì)及產(chǎn)品，獲取第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)和第二測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)；所述第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)是利用dri2001碳組分分析儀測(cè)量得到的；所述第二測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)是利用dri2015碳組分分析儀測(cè)量得到的；根據(jù)所述第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)和所述第二測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)，利用有限內(nèi)存擬牛頓優(yōu)化算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)組進(jìn)行求解，確定最優(yōu)同化系數(shù)組；根據(jù)所述第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)和所述最優(yōu)同化系數(shù)組，利用多重線性回歸模型，確定第一測(cè)量濃度同化數(shù)據(jù)；所述多重線性回歸模型為第一測(cè)量濃度原始數(shù)據(jù)與第一測(cè)量濃度同化數(shù)據(jù)之間的響應(yīng)關(guān)系。本技術(shù)實(shí)現(xiàn)了dri2001儀器與dri2015儀器測(cè)量碳組分濃度數(shù)據(jù)的最優(yōu)同化。