虛擬變量模型在污水處理廠進水量分析中的應用

張鈺琪

【摘 要】本文以青島市某污水處理廠為例，討論了虛擬變量模型在污水處理廠進水量分析中的應用。根據(jù)污水處理廠四個季度進水量的變化情況，以第3季度為基礎變量，將3個虛擬變量引入回歸模型中，以反映污水處理進水量的變化規(guī)律，并以此預測未來的進水量。

【關鍵詞】虛擬變量；進水量；預測

0 引言

進水量是設計污水處理廠的基礎數(shù)據(jù)，決定著城市污水處理廠的規(guī)模、工藝流程的選擇和工程的投資、運行費用。通常按照有關法規(guī)、城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、人口和土地規(guī)劃等確定和預測，由于經(jīng)濟和社會發(fā)展快、涉及的可變因素多等原因，使已建成后的城鎮(zhèn)污水處理廠的進水量跟設計值相差較大，影響了工程建設和運行效果。因此，應利用統(tǒng)計資料，通過分析預測下一年甚至若干年以后的進水量，以使得設計規(guī)模更加合理，蓄水池處理能力得到更有效的發(fā)揮。文獻[1]以進水量總變化系數(shù)和進水水質(zhì)指標數(shù)據(jù)為基礎對污水處理廠進水量和水質(zhì)做了統(tǒng)計和分析；文獻[2]研究了城市污水處理廠進水動態(tài)特性。本文統(tǒng)計了青島市某污水處理廠最近5年的進水量數(shù)據(jù)，通過把虛擬變量引入回歸模型中，對進水量變動情況進行分析并預測下一年的進水量。

1 虛擬變量回歸

虛擬變量[3]又稱虛設變量、名義變量，是用以反映質(zhì)的屬性的一個人工變量，是量化了的質(zhì)變量。在虛擬變量的設置中，通常取值為0或1，基礎類型、肯定類型取值為1，比較類型、否定類型取值為0。引入虛擬變量可使回歸模型變得更復雜，但對問題描述更簡明，一個方程能達到個幾方程的作用，而且更接近現(xiàn)實。

在模型中引入多個虛擬變量時，虛擬變量的個數(shù)應按下列原則確定[4]：（1）如果回歸模型有截距項，有m種互斥的屬性類型，在模型中引入（m-1）個虛擬變量，否則會導致多重共線性；如果回歸模型無截距項，有m個特征，設置m個虛擬變量。（2）關于定性變量中哪個類別取0，哪個類別取1，是任意的，不影響檢驗結果。（3）定性變量中取值為0所對應的類別稱為基礎類別。（4）基礎類別的截距代表總體上的截距，某一個類別的虛擬變量的系數(shù)則表示了該類別與基礎類別之間在截距上的估計差異。

假定有m個水平，根據(jù)有截距項時引入虛擬變量的個數(shù)應比變量數(shù)少一個的規(guī)則，我們引入（m-1）個虛擬變量來表示不同的水平：

其中，X為一個定量變量，y為因變量，Di為虛擬變量，如果將m個水平中的一種水平視為基準類，則截距c代表了這一類的截距，γ1，γ2，…，γ（m-1）代表了其他（m-1）類的截距與基準類的截距的差距有多大，u是隨機誤差項。

模型中引入虛擬變量的作用[5]：（1）用虛擬變量測量截距的變動；（2）用虛擬變量解釋變量系數(shù)的變動；（3）用虛擬變量測量斷點。

2 污水處理廠進水量的虛擬變量模型

青島某污水處理廠2009年1季度至2013年4季度的進水量（單位：噸）變化如圖1所示。首先，進水量具有明顯的季節(jié)特征，即一年四季中，每年第一季度和第四季度進水量比較少，第三季度進水量比較多，這說明季節(jié)因素對進水量具有重要影響。其次，隨著時間的變化，污水處理廠的進水量有明顯增加的趨勢。因此，可以通過建立包含截距項虛擬變量模型，考察進水量的季節(jié)變動是否具有顯著性，并利用虛擬變量模型預測未來進水量。

3 結束語

本文是對青島市某污水處理廠最近5年進水量變化情況的分析，其結果可以為環(huán)保企業(yè)制定合理的計劃提供借鑒，同時為政府加大對環(huán)保型企業(yè)的資金支持力度提供參考。改革開放以來，我國實現(xiàn)了經(jīng)濟的跨越式發(fā)展，同時也造成了一系列的環(huán)境污染問題，政府如何協(xié)調(diào)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的關系是新時期面臨的重要問題。把握污水處理廠進水量的規(guī)律 ，對科學的進行環(huán)境保護和治理具有指導性意義。

【參考文獻】

[1]張健君，呂英俊，劉章富. 某污水處理廠運行進水水量和水質(zhì)數(shù)據(jù)的初步統(tǒng)計和分析[J].中國建設信息.水工業(yè)市場，2009，11（1）：58-62.

[2]靜賀，邱勇，沈童剛，王志強，施漢昌，張榮兵，文洋. 城市污水處理廠進水動態(tài)特性及其影響研究[J].給水排水，2010，08（1）：35-38.

[3]劉俐，鄒東生，段李堅，趙瑩.量化投資[M].國家行政學院出版社，2013.

[4]攸頻，張曉峒.Eviews6.0實用教程 [M].CDAC中國財政經(jīng)濟出版社，2008.

[5]李敏，陳生可.eviews 統(tǒng)計分析與應用[M].電子工業(yè)出版社，2011.

[責任編輯：龐修平]

【摘 要】本文以青島市某污水處理廠為例，討論了虛擬變量模型在污水處理廠進水量分析中的應用。根據(jù)污水處理廠四個季度進水量的變化情況，以第3季度為基礎變量，將3個虛擬變量引入回歸模型中，以反映污水處理進水量的變化規(guī)律，并以此預測未來的進水量。

【關鍵詞】虛擬變量；進水量；預測

0 引言

進水量是設計污水處理廠的基礎數(shù)據(jù)，決定著城市污水處理廠的規(guī)模、工藝流程的選擇和工程的投資、運行費用。通常按照有關法規(guī)、城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、人口和土地規(guī)劃等確定和預測，由于經(jīng)濟和社會發(fā)展快、涉及的可變因素多等原因，使已建成后的城鎮(zhèn)污水處理廠的進水量跟設計值相差較大，影響了工程建設和運行效果。因此，應利用統(tǒng)計資料，通過分析預測下一年甚至若干年以后的進水量，以使得設計規(guī)模更加合理，蓄水池處理能力得到更有效的發(fā)揮。文獻[1]以進水量總變化系數(shù)和進水水質(zhì)指標數(shù)據(jù)為基礎對污水處理廠進水量和水質(zhì)做了統(tǒng)計和分析；文獻[2]研究了城市污水處理廠進水動態(tài)特性。本文統(tǒng)計了青島市某污水處理廠最近5年的進水量數(shù)據(jù)，通過把虛擬變量引入回歸模型中，對進水量變動情況進行分析并預測下一年的進水量。

1 虛擬變量回歸

虛擬變量[3]又稱虛設變量、名義變量，是用以反映質(zhì)的屬性的一個人工變量，是量化了的質(zhì)變量。在虛擬變量的設置中，通常取值為0或1，基礎類型、肯定類型取值為1，比較類型、否定類型取值為0。引入虛擬變量可使回歸模型變得更復雜，但對問題描述更簡明，一個方程能達到個幾方程的作用，而且更接近現(xiàn)實。

在模型中引入多個虛擬變量時，虛擬變量的個數(shù)應按下列原則確定[4]：（1）如果回歸模型有截距項，有m種互斥的屬性類型，在模型中引入（m-1）個虛擬變量，否則會導致多重共線性；如果回歸模型無截距項，有m個特征，設置m個虛擬變量。（2）關于定性變量中哪個類別取0，哪個類別取1，是任意的，不影響檢驗結果。（3）定性變量中取值為0所對應的類別稱為基礎類別。（4）基礎類別的截距代表總體上的截距，某一個類別的虛擬變量的系數(shù)則表示了該類別與基礎類別之間在截距上的估計差異。

假定有m個水平，根據(jù)有截距項時引入虛擬變量的個數(shù)應比變量數(shù)少一個的規(guī)則，我們引入（m-1）個虛擬變量來表示不同的水平：

其中，X為一個定量變量，y為因變量，Di為虛擬變量，如果將m個水平中的一種水平視為基準類，則截距c代表了這一類的截距，γ1，γ2，…，γ（m-1）代表了其他（m-1）類的截距與基準類的截距的差距有多大，u是隨機誤差項。

模型中引入虛擬變量的作用[5]：（1）用虛擬變量測量截距的變動；（2）用虛擬變量解釋變量系數(shù)的變動；（3）用虛擬變量測量斷點。

2 污水處理廠進水量的虛擬變量模型

青島某污水處理廠2009年1季度至2013年4季度的進水量（單位：噸）變化如圖1所示。首先，進水量具有明顯的季節(jié)特征，即一年四季中，每年第一季度和第四季度進水量比較少，第三季度進水量比較多，這說明季節(jié)因素對進水量具有重要影響。其次，隨著時間的變化，污水處理廠的進水量有明顯增加的趨勢。因此，可以通過建立包含截距項虛擬變量模型，考察進水量的季節(jié)變動是否具有顯著性，并利用虛擬變量模型預測未來進水量。

3 結束語

本文是對青島市某污水處理廠最近5年進水量變化情況的分析，其結果可以為環(huán)保企業(yè)制定合理的計劃提供借鑒，同時為政府加大對環(huán)保型企業(yè)的資金支持力度提供參考。改革開放以來，我國實現(xiàn)了經(jīng)濟的跨越式發(fā)展，同時也造成了一系列的環(huán)境污染問題，政府如何協(xié)調(diào)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的關系是新時期面臨的重要問題。把握污水處理廠進水量的規(guī)律 ，對科學的進行環(huán)境保護和治理具有指導性意義。

【參考文獻】

[1]張健君，呂英俊，劉章富. 某污水處理廠運行進水水量和水質(zhì)數(shù)據(jù)的初步統(tǒng)計和分析[J].中國建設信息.水工業(yè)市場，2009，11（1）：58-62.

[2]靜賀，邱勇，沈童剛，王志強，施漢昌，張榮兵，文洋. 城市污水處理廠進水動態(tài)特性及其影響研究[J].給水排水，2010，08（1）：35-38.

[3]劉俐，鄒東生，段李堅，趙瑩.量化投資[M].國家行政學院出版社，2013.

[4]攸頻，張曉峒.Eviews6.0實用教程 [M].CDAC中國財政經(jīng)濟出版社，2008.

[5]李敏，陳生可.eviews 統(tǒng)計分析與應用[M].電子工業(yè)出版社，2011.

[責任編輯：龐修平]

【摘 要】本文以青島市某污水處理廠為例，討論了虛擬變量模型在污水處理廠進水量分析中的應用。根據(jù)污水處理廠四個季度進水量的變化情況，以第3季度為基礎變量，將3個虛擬變量引入回歸模型中，以反映污水處理進水量的變化規(guī)律，并以此預測未來的進水量。

【關鍵詞】虛擬變量；進水量；預測

0 引言

進水量是設計污水處理廠的基礎數(shù)據(jù)，決定著城市污水處理廠的規(guī)模、工藝流程的選擇和工程的投資、運行費用。通常按照有關法規(guī)、城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、人口和土地規(guī)劃等確定和預測，由于經(jīng)濟和社會發(fā)展快、涉及的可變因素多等原因，使已建成后的城鎮(zhèn)污水處理廠的進水量跟設計值相差較大，影響了工程建設和運行效果。因此，應利用統(tǒng)計資料，通過分析預測下一年甚至若干年以后的進水量，以使得設計規(guī)模更加合理，蓄水池處理能力得到更有效的發(fā)揮。文獻[1]以進水量總變化系數(shù)和進水水質(zhì)指標數(shù)據(jù)為基礎對污水處理廠進水量和水質(zhì)做了統(tǒng)計和分析；文獻[2]研究了城市污水處理廠進水動態(tài)特性。本文統(tǒng)計了青島市某污水處理廠最近5年的進水量數(shù)據(jù)，通過把虛擬變量引入回歸模型中，對進水量變動情況進行分析并預測下一年的進水量。

1 虛擬變量回歸

虛擬變量[3]又稱虛設變量、名義變量，是用以反映質(zhì)的屬性的一個人工變量，是量化了的質(zhì)變量。在虛擬變量的設置中，通常取值為0或1，基礎類型、肯定類型取值為1，比較類型、否定類型取值為0。引入虛擬變量可使回歸模型變得更復雜，但對問題描述更簡明，一個方程能達到個幾方程的作用，而且更接近現(xiàn)實。

在模型中引入多個虛擬變量時，虛擬變量的個數(shù)應按下列原則確定[4]：（1）如果回歸模型有截距項，有m種互斥的屬性類型，在模型中引入（m-1）個虛擬變量，否則會導致多重共線性；如果回歸模型無截距項，有m個特征，設置m個虛擬變量。（2）關于定性變量中哪個類別取0，哪個類別取1，是任意的，不影響檢驗結果。（3）定性變量中取值為0所對應的類別稱為基礎類別。（4）基礎類別的截距代表總體上的截距，某一個類別的虛擬變量的系數(shù)則表示了該類別與基礎類別之間在截距上的估計差異。

假定有m個水平，根據(jù)有截距項時引入虛擬變量的個數(shù)應比變量數(shù)少一個的規(guī)則，我們引入（m-1）個虛擬變量來表示不同的水平：

其中，X為一個定量變量，y為因變量，Di為虛擬變量，如果將m個水平中的一種水平視為基準類，則截距c代表了這一類的截距，γ1，γ2，…，γ（m-1）代表了其他（m-1）類的截距與基準類的截距的差距有多大，u是隨機誤差項。

模型中引入虛擬變量的作用[5]：（1）用虛擬變量測量截距的變動；（2）用虛擬變量解釋變量系數(shù)的變動；（3）用虛擬變量測量斷點。

2 污水處理廠進水量的虛擬變量模型

青島某污水處理廠2009年1季度至2013年4季度的進水量（單位：噸）變化如圖1所示。首先，進水量具有明顯的季節(jié)特征，即一年四季中，每年第一季度和第四季度進水量比較少，第三季度進水量比較多，這說明季節(jié)因素對進水量具有重要影響。其次，隨著時間的變化，污水處理廠的進水量有明顯增加的趨勢。因此，可以通過建立包含截距項虛擬變量模型，考察進水量的季節(jié)變動是否具有顯著性，并利用虛擬變量模型預測未來進水量。

3 結束語

本文是對青島市某污水處理廠最近5年進水量變化情況的分析，其結果可以為環(huán)保企業(yè)制定合理的計劃提供借鑒，同時為政府加大對環(huán)保型企業(yè)的資金支持力度提供參考。改革開放以來，我國實現(xiàn)了經(jīng)濟的跨越式發(fā)展，同時也造成了一系列的環(huán)境污染問題，政府如何協(xié)調(diào)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護的關系是新時期面臨的重要問題。把握污水處理廠進水量的規(guī)律 ，對科學的進行環(huán)境保護和治理具有指導性意義。

【參考文獻】

[1]張健君，呂英俊，劉章富. 某污水處理廠運行進水水量和水質(zhì)數(shù)據(jù)的初步統(tǒng)計和分析[J].中國建設信息.水工業(yè)市場，2009，11（1）：58-62.

[2]靜賀，邱勇，沈童剛，王志強，施漢昌，張榮兵，文洋. 城市污水處理廠進水動態(tài)特性及其影響研究[J].給水排水，2010，08（1）：35-38.

[3]劉俐，鄒東生，段李堅，趙瑩.量化投資[M].國家行政學院出版社，2013.

[4]攸頻，張曉峒.Eviews6.0實用教程 [M].CDAC中國財政經(jīng)濟出版社，2008.

[5]李敏，陳生可.eviews 統(tǒng)計分析與應用[M].電子工業(yè)出版社，2011.

[責任編輯：龐修平]