基于非線性映照遺傳算法的空氣質量評價模型

王海波

摘 要：隨著科技產業的發展，人類對自然環境的開發利用也越來越頻繁。空氣中大氣污染以及霧霾天氣等問題的頻發，給人們帶來了環境危機意識。現階段，人們對空氣質量的評價不僅代表著對周圍工業園區污染物排放量的監測，同時還能根據周圍環境問題對空氣質量的變化進行預測。而非線性映照遺傳算法通過對天氣變化的相關預測，構建了空氣質量的預測研究模型，對人類生存呼吸的大氣環境有重要的監測意義。基于此，文章著重探究了非線性映照遺傳算法對空氣質量評價模型。

關鍵詞：遺傳算法；空氣質量；評價研究

中圖分類號：X823 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0008-03

Abstract： With the development of science and technology industry， the development and utilization of the natural environment is becoming increasingly frequent. The frequent occurrence of air pollution and hazy weather bring people the awareness of environmental crisis. At present， the evaluation of air quality not only represents the monitoring of the emissions of pollutants from industrial parks around， but also predicts the changes of air quality according to the environmental problems. The nonlinear mapping genetic algorithm constructs the air quality prediction research model through the correlation forecast to the weather change， which has a vital monitoring significance to the atmospheric environment where human kind breathes. Based on this， this paper focuses on the nonlinear mapping genetic algorithm for air quality assessment model.

Keywords： genetic algorithm； air quality； evaluation research

引言

生態環境的破壞造成了大氣層的污染，在各種資源、能源高速消耗的今天，環境的危機意識讓我國在發展生產力的同時也在不斷提高對生態環境的保護意識。生態系統是人類賴以生存的家園，也是國家實現可持續發展戰略計劃的根本。然而，科技工業的發展離不開對生態環境的利用，高消耗、高污染的經濟發展模式還是無可避免的對生態系統造成了極大的污染。且污染一旦造成，就無法讓環境回到一開始的狀態了，因此，污染的防治和綠色生態的環境保護勢在必行。在如何環境保護的問題中，通過對環境參數、歷史數據的分析，預測污染的排放情況，提前做好預防措施可以有效保護環境。

在保護生態系統，研究污染的防治的同時，我們可以通過各種各樣的方法對大氣中的空氣質量進行計算評價。本文旨在通過利用MATLAB的遺傳算法工具箱，對高維空間的空氣質量的評價樣本數據實現二維空間的非線性映照；通過對空氣質量模型的分析表明，該模型相較于其他的評價方式對數據的表達更加清晰、直觀。

1 非線性映照遺傳算法于評價模式的基本理論

1.1 遺傳算法 GA（Genetic Algorithm）的基本原理

（1）遺傳算法的概念

所謂遺傳算法，其是在達爾文進化論、遺傳學原理以及自然選擇的基礎上，所創造出來的一種人工智能計算模型。其能夠對生物進化的過程中進行快速的模擬，啟發式的隨機搜索尋求最優解的方法，在某種程度上來說，遺傳算法是一個交叉學科知識的深度融合。【Genetic algorithm is a simulation Darwin the evolution and its process of natural selection and genetics theory calculation model of a kind of artificial intelligence， it through the simulation of biological evolution process， heuristic random search for optimal solution method， to some extent， the depth of the genetic algorithm （ga） is an interdisciplinary knowledge integration.】

（2）遺傳算法的公式描述

1.3 評價模型的基本概念

起先，應當對大氣當中的空氣污染物質進行日平均濃度時限值的分級，之后與需要評價的樣本數據構造成高維空間數據點Yi（Yi1，Yi2，…，Yin）， 其二維顯示的對應點是Xi（Xi1，Xi2）。將其作為樣本數據，從而將高維數據映射到了二維空間之中——使用遺傳算法“取得”的結果圖，根據類比的思維，判讀樣本數據質量等級的模型。

2 評價實例

2.1 評價標準

空氣污染物每天的平均濃度時限值（GB3095-1996）體現在下表1之中。

2.2 實例

評價實例引用了相關文獻[3]，列在下表1當中。

2.3 計算與判讀

本文當中所使用的是MATLAB7.0遺傳算法工具箱，在解決的過程中更為的快捷方便。根據表1當中的相關數據，有十一個三維樣本，根據公式（3）所編寫出的目標函數，也就是映射過程中的誤差函數。之后使用gatool進行計算，實際過程需要參考文獻[2]進行參考。

將遺傳算法的GUI打開，并且在其中的“fitness function”窗口當中鍵入@myfun，將變量數目22（映射維數×樣本數）輸入到“number function”窗口當中。在“Stopping criteria”這一選項之中，將“generation”設置成300，將“fitness limit”設置成0.01，將“stall time limit”設置成150，將“stall generationd”設置成350。其余數值參數選擇缺省值，之后點擊“Start”……

根據圖1進行分析，可以讀出來大體類別歸屬為：GB-I{6、5}、GB-II{6、1、4、7}、GB-III{3、2}，也就是評價的結果，體現在表1當中。

從表1當中能夠分析出，基于非線性映照遺傳算法的評價方式，相較于表1當中的其余方法是具備可比性的。

3 結束語

（1）在二維空間之上，對將要評價的樣本構造和控制質量三級的高維數據，進行非線性映照。在實施的過程中對MATLAB遺傳算法工具箱進行妥善的使用，并且通過進行二維圖像的判讀，來評定各側地點當中的空氣質量。

（2）聚類是非線性映照空氣質量評價模型的實質，對

高維數據進行一定的轉化，將其轉變為標準的距離以及二維可視化的點，從而使分級得以實現。

（3）很明顯，上述將各環境指標當做等權。并且能夠結合不一樣的需求，進行變權。

（4）在通常情況下，環境工作人員對MATLAB語言進行一定程度的學習，牢記“輸入”、“輸出”這兩個方面，根據“照貓畫虎”的方法，就能夠十分便利的進行操作，有效的完成工作。

參考文獻：

[1]李峰，張會，楊海波.基于非線性映照遺傳算法的空氣質量評價模型[J].中國科技信息，2010（02）：35-36.

[2]詹羅成.檔案庫房空氣質量標準及調控研究[D].云南大學，2011.

[3]薛文博，王金南，楊金田，等.國內外空氣質量模型研究進展[J].環境與可持續發展，2013，38（03）：14-20.

[4]李祚泳，汪嘉楊，鄔敏.基于魚群算法優化的空氣質量評價普適模型[J].環境工程，2008：26（5）：80-82+19.