專利名稱：一種基于道路交通流量實(shí)時(shí)估算中心城區(qū)PM_2.5濃度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估領(lǐng)域，特別涉及一種基于道路交通流量實(shí)時(shí)估算中心城區(qū)PM2.5濃度的方法。
背景技術(shù)：
細(xì)顆粒物PM2.5 (空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于或等于2.5μπι)粒徑小，形狀不規(guī)則，比表面積大，在大氣中懸浮時(shí)間較長(zhǎng)，輸送距離遠(yuǎn)，能夠吸附大量毒性化合物，因?yàn)榱叫?，能滯留在終末細(xì)支氣管和肺泡中，直接影響肺的通氣功能，使機(jī)體容易處在缺氧狀態(tài)，長(zhǎng)期暴露于高濃度的ΡΜ2.5環(huán)境中，會(huì)嚴(yán)重危及人體健康。中國(guó)是全球ρμ2.5污染的高值區(qū)，城市PM2.5濃度較高，約80%的城市不能滿足2012年2月29日國(guó)家頒布新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。特別是自2011年10月以來，包括京滬在內(nèi)的我國(guó)多地持續(xù)出現(xiàn)霧霾天氣，嚴(yán)重影響了民眾的日常生活，引發(fā)了民眾對(duì)空氣質(zhì)量問題給健康帶來的擔(dān)憂。在中心城區(qū)，由于工業(yè)、交通、人口等因素的影響，ΡΜ2.5濃度較高，同時(shí)大量的人口集中生活在中心城區(qū)，ΡΜ2.5的污染影響群體的范圍更大，因此在城市的中心城區(qū)了解ΡΜ2.5濃度空間分布具有重要的意義。由于受到 人力、資金、設(shè)備等因素的影響，中心城區(qū)的ΡΜ2.5濃度監(jiān)測(cè)的只能局限在有限的ΡΜ2.5濃度監(jiān)測(cè)站點(diǎn)上，當(dāng)需要獲得整個(gè)中心城區(qū)任意空間位置點(diǎn)的ρμ2.5濃度時(shí)，可以采用以下的方法:1、空間插值模型；2、土地利用回歸模型；3、空氣污染擴(kuò)散模型；4、個(gè)體吸入式模型；5、混合模型；6、遙感反演模型等。以上模型的應(yīng)用過程中對(duì)于輸入數(shù)據(jù)依賴程度較高、監(jiān)測(cè)所需時(shí)間較長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)的延遲性較高、對(duì)研究人員的專業(yè)知識(shí)要求較高等不足。需要一種高效、快速、準(zhǔn)確地獲取中心城區(qū)PM^5濃度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了準(zhǔn)確、及時(shí)地揭示ΡΜ2.5時(shí)空變化過程與規(guī)律，以制定科學(xué)有效的防控措施，本發(fā)明提供一種能高效、快速、準(zhǔn)確地獲取中心城區(qū)ΡΜ2.5濃度的基于道路交通流量實(shí)時(shí)估算中心城區(qū)PM2 5濃度的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于道路交通流量實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)估算中心城區(qū)ΡΜ2.5濃度的方法，包括以下步驟:步驟1:將中心城區(qū)內(nèi)交通道路污染源離散為固定間隔的點(diǎn)污染源；步驟2:在整個(gè)中心城區(qū)內(nèi)進(jìn)行地理加權(quán)函數(shù)的構(gòu)建；步驟3:依據(jù)步驟1、步驟2的結(jié)果，進(jìn)行中心城區(qū)源特征地理加權(quán)鄰近受體ΡΜ2.5污染暴露相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；步驟4:將步驟2獲得的PM2.5污染暴露相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值與PM2.5濃度值進(jìn)行回歸分析，并實(shí)時(shí)估算中心城區(qū)PM2.5濃度。所述的方法，步驟I中所述的將中心城區(qū)內(nèi)交通道路污染源離散為固定間隔的點(diǎn)污染源，包括以下步驟:
獲得中心城區(qū)交通道路的交通流量實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；將中心城區(qū)各交通道路離散為固定間隔的道路段，并計(jì)算離散后道路段的長(zhǎng)度、中點(diǎn)坐標(biāo)；按照下列公式計(jì)算各道路段的PM2.5排放量占整個(gè)中心城區(qū)PM2.5排放量的權(quán)值:
權(quán)利要求
1.一種基于道路交通流量實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)估算中心城區(qū)pm2.5濃度的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將中心城區(qū)內(nèi)交通道路污染源離散為固定間隔的點(diǎn)污染源； 步驟2:在整個(gè)中心城區(qū)內(nèi)進(jìn)行地理加權(quán)函數(shù)的構(gòu)建； 步驟3:依據(jù)步驟1、步驟2的結(jié)果，進(jìn)行中心城區(qū)源特征地理加權(quán)鄰近受體PM2.5污染暴露相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估； 步驟4:將步驟2獲得的PM2.5污染暴露相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值與PM2.5濃度值進(jìn)行回歸分析，并實(shí)時(shí)估算中心城區(qū)PM2.5濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I中所述的將中心城區(qū)內(nèi)交通道路污染源離散為固定間隔的點(diǎn)污染源，包括以下步驟: 獲得中心城區(qū)交通道路的交通流量實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)； 將中心城區(qū)各交通道路離散為固定間隔的道路段，并計(jì)算離散后道路段的長(zhǎng)度、中點(diǎn)坐標(biāo)； 按照下列公式計(jì)算各道路段 的PM2.5排放量占整個(gè)中心城區(qū)PM2.5排放量的權(quán)值:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中所述的在整個(gè)中心城區(qū)內(nèi)進(jìn)行地理加權(quán)函數(shù)的構(gòu)建，包括以下步驟: 構(gòu)建一個(gè)近高斯函數(shù)模型；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的帶寬b是以Akaike信息量為準(zhǔn)則來確定帶寬b的大小，選擇使得AIC (Akaike信息量)最小的帶寬為最優(yōu)帶寬，也即是求得使下式值最小的b值:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中所述的進(jìn)行中心城區(qū)源特征地理加權(quán)鄰近受體pm2.5污染暴露相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，包括以下步驟: 以中心城區(qū)的最東南角坐標(biāo)為起始坐標(biāo)，在城區(qū)范圍內(nèi)創(chuàng)建固定間隔的預(yù)設(shè)受體圖層，并且將所有的預(yù)設(shè)受體進(jìn)行編號(hào)； 采用鄰近計(jì)算的方法，在閾值范圍內(nèi)，計(jì)算并記錄每一個(gè)預(yù)設(shè)受體與每一個(gè)點(diǎn)污染源之間空間距離，并根據(jù)點(diǎn)污染源的編號(hào)匹配這些點(diǎn)污染源的PM2.5排放量，生成記錄預(yù)設(shè)受體編號(hào)、點(diǎn)污染源編號(hào)、預(yù)設(shè)受體與多個(gè)點(diǎn)污染源之間空間距離和點(diǎn)污染源的PM2.5排放量的記錄表，閾值范圍的大小與地理加權(quán)函數(shù)的帶寬b有關(guān)，為帶寬的兩倍，也即是2b ；根據(jù)生成的記錄表中點(diǎn)污染源的編號(hào)匹配依據(jù)步驟I生成的點(diǎn)污染源PM2.5排放量； 根據(jù)記錄預(yù)設(shè)受體與點(diǎn)污染源之間的距離記錄表，將點(diǎn)污染源i的PM2.5排放量按照步驟3平移后的近高斯函數(shù)模型進(jìn)行地理加權(quán)，計(jì)算由點(diǎn)污染源i引起的預(yù)設(shè)受體j暴露量Eij;Eij=EiWij其中，Eij表示預(yù)設(shè)受體j由點(diǎn)污染源i引起的暴露量％為點(diǎn)污染源i的排放量Jij表示由點(diǎn)污染源i排放所導(dǎo)致的預(yù)設(shè)受體j的暴露量占點(diǎn)污染源i排放量的權(quán)重。
計(jì)算預(yù)設(shè)受體在閾值范圍內(nèi)所受到的多個(gè)PM2.5點(diǎn)污染源引起的污染暴露相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值，計(jì)算公式如下:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中所述的PM2.5污染暴露相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值與ρμ2.5濃度值之間的回歸分析，并實(shí)時(shí)估算中心城區(qū)ρμ2.5濃度，包括以下步驟: 根據(jù)PM2.5監(jiān)測(cè)站的地理空間位置創(chuàng)建PM2.5監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)層； 依據(jù)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的空間位置，利用步驟3生成的中心城區(qū)ΡΜ2.5污染暴露風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)圖，提取PM2.5監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位置的PM2.5污染暴露相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值； 將提取得到的PM2.5監(jiān)測(cè)站點(diǎn)處PM2.5污染暴露相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值與監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位置的PM2.5觀測(cè)濃度值進(jìn)行回歸分析，計(jì)算得到回歸系數(shù)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于道路交通流量實(shí)時(shí)估算中心城區(qū)PM2.5濃度的方法，首先利用中心城區(qū)的道路交通流量實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，將交通道路污染源離散為固定間隔點(diǎn)污染源；然后以本發(fā)明所提出的源特征地理加權(quán)鄰近受體空氣污染暴露評(píng)估模型為基礎(chǔ)，評(píng)估中心城區(qū)PM2.5污染暴露相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值；最后再將中心城區(qū)PM2.5監(jiān)測(cè)站位置的PM2.5污染暴露相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值與觀測(cè)濃度值進(jìn)行回歸建模；并利用所構(gòu)建的回歸模型估算中心城區(qū)的任意空間位置點(diǎn)的實(shí)時(shí)PM2.5濃度。這是當(dāng)前在中心城區(qū)開展PM2.5高密度布點(diǎn)觀測(cè)難以實(shí)施條件下，發(fā)明的一種可準(zhǔn)確、高效估算中心城區(qū)任意空間位置點(diǎn)實(shí)時(shí)PM2.5濃度的方法。
文檔編號(hào)G01N15/06GK103234883SQ20131015633
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月30日
發(fā)明者鄒濱, 鄭忠, 邱永紅 申請(qǐng)人:中南大學(xué)