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题名

基于数据驱动的湘潭市空气质量时空动态分析与预测

其他题名
SPATIO-TEMPORAL DYNAMIC ANALYSIS AND PREDICTION OF AIR QUALITY IN XIANGTAN CITY BASED ON DATA DRIVEN
姓名
姓名拼音
YANG Mengxi
学号
11930528
学位类型
硕士
学位专业
0801 力学
学科门类/专业学位类别
08 工学
导师
胡清
导师单位
环境科学与工程学院
论文答辩日期
2022-05-07
论文提交日期
2022-06-20
学位授予单位
南方科技大学
学位授予地点
深圳
摘要

本研究选取湘潭市的雨湖区和岳塘区2020年全年的空气质量监测数据与气象数据作为研究对象,运用统计描述、曼肯德尔趋势检验、动态时间规整、层次聚类、主成分分析与克里金空间插值的方法完成了对污染指标间时空关联性的探索,并构建了LSTM-CNN的深度学习模型对重点污染物进行浓度预测。结果表明大气污染物间存在非常复杂的非线性响应关系,且均具有明显的时间分布与空间分布特征。湘潭市的PM2.5NO2SO2COO3成拮抗作用,PM2.5PM10以及O3SO2存在最相似的污染过程,主城区存在机动车排放、工业排放、重点区域排放的三大类污染模式。模型预测的结果表明,基于数据驱动的方法对包含复杂反应关系的数据具有较好的预测精度,最低均方误差低至0.02,相比基于传输与化学反应动力学的数值方法有显著优势。该模型对不同污染物、不同站点的预测准确度差异不大,对数据分布较为特殊的污染物依然有不错表现。分别以单站点7项污染物、单站点12项污染物与气象因子、双站点24项污染物与气象因子作为输入参数,模型精度依次提升,表明在预测过程中,部分参数不能代替完整参数的作用,基于数据驱动的方法能最大程度地保留原始数据的特征

其他摘要

This study focuses on the correlation between air pollution monitoring indicators and the prediction model that bases on data-driven approaches. Yuhu district and Yuetang district in Xiangtan city are selected as research objects. Air quality data as well as meteorological data from 2020 are included. Mainly use statistical description, Mann Kendall trend test, dynamic time wrapping, hierarchical cluster, principal component analysis and the kriging methods to achieve the exploration of spatio-temporal correlation between pollution indicators. The LSTM – CNN deep learning model is also built to predict the concentration of key pollutants. The results show that there are very complex nonlinear response relationships among air pollutants, and all of them have obvious temporal and spatial distribution characteristics. In Xiangtan city, PM2.5, NO, SO2, CO have antagonistic effect with O3, PM2.5 versus PM10 and O3 versus SO2 have the most similar pollution process. There are three types of pollution modes in main urban areas: motor vehicle emission, industrial emission and key area emission. The prediction results of the model show that the data-driven method has good prediction accuracy for the data containing complex reaction relations, and the lowest mean square error is as low as 0.02, which can greatly reduce the difficulty of the numerical method. There is little difference in the prediction accuracy of the model for different pollutants and different monitoring sites, and it still performs well for pollutants with special data distribution. Respectively in a single site 7 pollutants, single 12 pollutants and meteorological factors, double site 24 pollutants and meteorological factors as input parameters, the model accuracy in ascension. The reduced dimension parameters cannot replace complete parameters, and the data-driven method can preserve the features of the original data’s features to the greatest extent.

关键词
其他关键词
语种
中文
培养类别
独立培养
入学年份
2019
学位授予年份
2022-06
参考文献列表

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所在学位评定分委会
环境科学与工程学院
国内图书分类号
X831
来源库
人工提交
成果类型学位论文
条目标识符http://sustech.caswiz.com/handle/2SGJ60CL/336348
专题工学院_环境科学与工程学院
推荐引用方式
GB/T 7714
杨梦曦. 基于数据驱动的湘潭市空气质量时空动态分析与预测[D]. 深圳. 南方科技大学,2022.
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