一種空氣質(zhì)量監(jiān)測站優(yōu)化布點方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及空氣質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種空氣質(zhì)量監(jiān)測站優(yōu)化布點方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 城市空氣質(zhì)量的狀況是通過城市空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)來體現(xiàn)?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測一般是 指通過對環(huán)境空氣中的主要污染物進行定期或連續(xù)的監(jiān)測，判定環(huán)境空氣質(zhì)量(或污染程 度)和其變化趨勢。由于監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性和連續(xù)性，采用手動監(jiān)測的方法無法滿足所需工 作量，需根據(jù)當(dāng)?shù)氐男姓^(qū)劃、大氣污染物分布狀況等要素，建立一定數(shù)量自動監(jiān)測站，從 而形成區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)，進行規(guī)定項目的定期自動監(jiān)測。
[0003] 由于對空氣污染物的空間分布模式的認識還不足，空間分析統(tǒng)計理論體系尚不完 善，而且缺乏相應(yīng)的規(guī)范，因此，我國在空氣質(zhì)量監(jiān)測中，對于空氣質(zhì)量監(jiān)測布點的研究還 有很多不足與缺陷，導(dǎo)致監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的很多區(qū)域點位主觀定位較多，而缺乏科學(xué)的依據(jù)，例如 監(jiān)測站點數(shù)量不合理、空間代表范圍不夠，監(jiān)測值的時間和空間精度不足等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種空氣質(zhì)量監(jiān)測站優(yōu)化布點方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中 存在的前述問題。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種空氣質(zhì)量監(jiān)測站優(yōu)化布點方法，包括如下步驟：
[0007] S1，計算研究區(qū)域內(nèi)所有布點方案的克里金方差；
[0008] S2,以所述克里金方差最小值為優(yōu)化布點目標(biāo)，確定所述研究區(qū)域內(nèi)增加的布點 數(shù)量和位置。
[0009] 進一步地，S1之前還包括步驟S0:獲取所述研究區(qū)域污染物的遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，則， S1中，利用所述遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)分析所述研究區(qū)域的空間區(qū)域變量，計算所述變量的半變異 函數(shù)，建立優(yōu)化模型，根據(jù)所述優(yōu)化模型計算研究區(qū)域內(nèi)所有布點方案的克里金方差。
[0010] 進一步地，，so和S1之間，還包括步驟:對所述遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。
[0011] 優(yōu)選地，所述預(yù)處理包括:區(qū)域格網(wǎng)化。
[0012] 優(yōu)選地，所述污染物包括PM2.5和PM10。
[0013] 優(yōu)選地，S1采用枚舉法計算研究區(qū)域內(nèi)所有布點方案的克里金方差。
[0014] 優(yōu)選地，S1采用空間模擬退火算法研究區(qū)域內(nèi)所有布點方案的克里金方差。
[0015]優(yōu)選地，所述空間模擬退火算法采用如下步驟進行實施：
[0016] 1)生成一個初始化離散布點方案xq，令Xbest = X()，計算目標(biāo)函數(shù)值E(x〇);
[0017 ] 2)設(shè)置初始溫度T (0) = Το，迭代次數(shù)i = 1;
[0018] 3)Do while T(i)>Tmin
[0019] a)for j = l~k
[0020] b)將當(dāng)前最優(yōu)解Xbe3St帶入擾動函數(shù)，產(chǎn)生一新的解^~，計算新的目標(biāo)函數(shù)值E (Xnew)，并計算目標(biāo)函數(shù)值的增量A E = E(Xnew)-E(Xbest);
[0021] C)如果 Δ E<0,則Xbest = Xnew;
[0022] d)如果 Δ E>0,則p = exp(- Δ E/T(i))，如果c = random[0，1] <p，則xbest = Xnew;否 ]3!jxbest - Xbest ；
[0023] e)End for;
[0024] 4)i = i+l；
[0025] 5)End Do；
[0026] 6)輸出當(dāng)前結(jié)果，計算結(jié)束。
[0027] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明實施例提供的空氣質(zhì)量監(jiān)測站優(yōu)化布點方法，目的 在于，在現(xiàn)有的監(jiān)測布點網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過在研究區(qū)域內(nèi)增加布點，提高監(jiān)測結(jié)果的可靠性 和準(zhǔn)確性，為城市環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢的分析提供數(shù)據(jù)支撐。而由于增加布點后，監(jiān)控 的費用會極大的提高，因此，本發(fā)明中，在增加布點的位置和數(shù)量的確定過程中，在綜合考 慮了經(jīng)濟成本等制約因素的情況下，以克里金方差最小化為布點目標(biāo)，通過使用空間模擬 退火算法，計算增加布點后研究區(qū)域的克里金方差，確定克里金方差取得最小值時增加的 布點數(shù)量和位置，從而，在經(jīng)濟成本最低的條件下，實現(xiàn)了以最少的監(jiān)測點位獲得最大范圍 空間的代表性數(shù)據(jù)，提高了監(jiān)測結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明實施例提供的空氣質(zhì)量監(jiān)測站優(yōu)化布點方法流程示意圖；
[0029]圖2是某市第一季度PM10分布狀況；
[0030]圖3是某市第一季度PM10空間變異分析結(jié)果；
[0031 ]圖4是某市第二季度PM10分布狀況；
[0032]圖5是某市第二季度PM10空間變異分析結(jié)果；
[0033]圖6是某市第三季度PM10分布狀況；
[0034]圖7是某市第三季度PM10空間變異分析結(jié)果；
[0035]圖8是某市第四季度PM10分布狀況；
[0036] 圖9是某市第四季度PM10空間變異分析結(jié)果；
[0037] 圖10是研究區(qū)域網(wǎng)格劃分示意圖；
[0038] 圖11是第一季度研究區(qū)域內(nèi)原有監(jiān)測站的克里金標(biāo)準(zhǔn)差分布結(jié)果圖；
[0039]圖12是第一季度研究區(qū)域內(nèi)增設(shè)監(jiān)測站后的克里金標(biāo)準(zhǔn)差分布結(jié)果圖；
[0040]圖13是第二季度研究區(qū)域內(nèi)原有監(jiān)測站的克里金標(biāo)準(zhǔn)差分布結(jié)果圖；
[0041]圖14是第二季度研究區(qū)域內(nèi)增設(shè)監(jiān)測站后的克里金標(biāo)準(zhǔn)差分布結(jié)果圖；
[0042]圖15是第三季度研究區(qū)域內(nèi)原有監(jiān)測站的克里金標(biāo)準(zhǔn)差分布結(jié)果圖；
[0043]圖16是第三季度研究區(qū)域內(nèi)增設(shè)監(jiān)測站后的克里金標(biāo)準(zhǔn)差分布結(jié)果圖；
[0044]圖17是第四季度研究區(qū)域內(nèi)原有監(jiān)測站的克里金標(biāo)準(zhǔn)差分布結(jié)果圖；
[0045]圖18是第四季度研究區(qū)域內(nèi)增設(shè)監(jiān)測站后的克里金標(biāo)準(zhǔn)差分布結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0046] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進 行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0047] 如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種空氣質(zhì)量監(jiān)測站優(yōu)化布點方法，包括如下步 驟：
[0048] S1，計算研究區(qū)域內(nèi)所有布點方案的克里金方差最小值；
[0049] S2,以所述克里金方差最小值為優(yōu)化布點目標(biāo)，確定所述研究區(qū)域內(nèi)增加的布點 數(shù)量和位置。
[0050] 現(xiàn)有的空氣質(zhì)量監(jiān)測布點，存在點位數(shù)量不合理、空間代表范圍不夠，監(jiān)測值的時 間和空間精度不足等問題，本發(fā)明的目的在于，在現(xiàn)有的監(jiān)測布點網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過在研究 區(qū)域內(nèi)增加布點，提高監(jiān)測結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，為城市環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢的分 析提供數(shù)據(jù)支撐。而由于增加布點后，監(jiān)控的費用會極大的提高，因此，本發(fā)明中，在增加布 點的位置和數(shù)量的確定過程中，在綜合考慮了經(jīng)濟成本等制約因素的情況下，以克里金方 差最小化為目標(biāo)，在研究區(qū)域內(nèi)確定最優(yōu)的布點方案。
[0051 ]監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)與監(jiān)測目標(biāo)密切相關(guān)。基于污染源監(jiān)控的監(jiān)測 站點應(yīng)該選擇污染源密集的區(qū)域設(shè)立，以覆蓋盡可能多的污染源為目標(biāo);而以空氣質(zhì)量總 體評價和獲取污染物空間分布為目的的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)則需要其各個站點離散分布。
[0052] 克里金誤差方差是評價監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的很好的指標(biāo)，而克里金誤差方差是由變量 的空間變異結(jié)構(gòu)和監(jiān)測站點位置的分布形式來決定。因此首先確定監(jiān)測對象的空間變異結(jié) 構(gòu)，然后計算克里金誤差方差，選取評價方差最小的點位和數(shù)量。
[0053] 克里金方差最小化（Minimization of the Ordinary Kriging Variance，M0KV) 準(zhǔn)則的目的是使抽樣點的分布處于合適的位置以使克里金插值后生成的表面