数学建模2供参习.doc

装 订 线 “工大出版社杯”第十四届西北工业大学数学 建模竞赛暨全国大学生数学建模竞赛选拔赛题目 B题 密封号 2013年5月2日 剪 切 线 密封号 2013年5月2日 动力与能源 学院 第 28 队 队员1 队员2 队员3 姓名 白李卓 王涛 张哲 班级10011106 摘要 随着西安经济的快速发展和城市人口的不断增加，我们活动对西安市环境空气质量的影响日显突出。城市工业、经济的发展，污水排放和汽车尾气排放等均能引起城市空气质量变差。而空气污染对城市环境和市民健康造成了严重的威胁，因此对西安市空气质量的研究具有重大意义。 对于问题1，根据附表中的数据，编写程序，利用空气污染指数（API）（旧标准）和环境空气质量指数（AQI）计算公式求出2013年以来的24小时平均值。然后对数据进行数理统计，做出对比图进行对比分析。 对于问题2，用曲线拟合方法拟合出各地区规模以上增加值和空气质量指数和空气污染指数之间的关系；以及每天气温环境对当天空气质量指数和空气污染指数的影响关系。进行数理统计，做出图表，更加直观的反映影响西安市空气质量的原因。 对于问题3，由上述问题的分析可以认为空气质量指数的分布是有规律的：空气污染指数（API）（旧标准）和环境空气质量指数（AQI）和温度成正相关关系。所以为了防止产生较大误差，对2013年4月30日到2013年5月6日西安市空气质量状况进行预测时，只取2013年4月1日以来的温度变化做出统计图，将温度当作一个恒定数值，再进行拟合求解：利用MATLAB软件做出4月份空气质量指数AQI进行一次线性拟合，为了使预测数值更加准确，再进行二次拟合对未来一周进行预测，对比标准HJ633—2012得到未来一周污染级别，从而做出较为准确的预测。 对于问题4，根据上述问题所得到的数据结果，结合环保理论知识，对西安市环保部门提出建议。 关键词：MATLAB 算法 曲线拟合 API AQI 数理统计  目录 一、问题重述： 4 二、符号说明及名词解释 5 （一）符号说明 5 （二）名词解释 5 三、模型的基本假设 7 四、模型建立 8 （一）问题一： 8 （二）问题二： 8 （三）问题三： 10 （四）问题四： 11 五、算法的设计和实现 12 （一）问题一： 12 （二）问题二： 12 （三）问题三： 14 （四）问题四： 17 六、模型的优缺点及改进 17 七、参考文献 18 附录1： 19 附录2： 19 附录三： 20 附录四： 20  一、问题重述： 大气环境是指包围在地球外围的空气层，是地球自然环境的重要组成部分之一。近年来，随着我国经济社会的快速发展，以煤炭为主的能源消耗大幅攀升，机动车保有量急剧增加，经济发达地区氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）排放量显著增长，臭氧（O3）和细颗粒物（PM2.5）污染加剧，在可吸入颗粒物（PM10）和总悬浮颗粒物（TSP）污染还未全面解决的情况下，京津冀、长江三角洲、珠江三角洲等区域PM2.5和O3污染加重，灰霾现象频繁发生，能见度降低，环境空气质量评价以及污染治理等问题再一次引起大众的关注。 2012年2月29日，国家环保部发布了新修订的《环境空气质量标准》（GB3095-2012），其中增加污染物监测项目，加严部分污染物限值，以客观反映我国环境空气质量状况，推动大气污染防治；而之前的评判则以GB3095-1996为依据，通过空气污染指数（API）判断空气质量。 目前新标准中对大气质量的监测主要是监测大气中二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、一氧化碳（CO）、臭氧（O3）、可吸入颗粒物（PM10，粒子直径小于等于10μm）以及细颗粒物（PM2.5，粒子直径小于等于2.5μm）等六类基本项目和总悬浮颗粒物（TSP）、氮氧化物（NOx）、铅（Pb）、苯并[a]芘（BaP）四类其他项目的浓度。研究表明，城市环境空气质量好坏与季节、城市能源消费结构等因素的关系十分密切。 请分别使用使用空气污染指数（API）（旧标准）和环境空气质量指数（AQI）对西安市的空气质量进行评价（新标准），并对评价结果进行对比、分析； 分析影响西安市空气质量的原因； 对未来一周（取2013年4月30日至5月6日）西安市空气质量状况进行预测；??? 试就环境空气质量的监测与控制对西安市环保部门提出建议。 二、符号说明及名词解释 （一）符号说明 （1）空气质量分指数计算公式及符号表示： （2）空气质量指数计算公式及符号表示： 最小二乘法计算公式及符号表示 （二）名词解释 空气质量指数air quality index（AQI） 定量描述空气质