基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)森林的空氣污染物濃度預(yù)測(cè)研究.pdf

1、工業(yè)文明和城市發(fā)展在為人類(lèi)創(chuàng)造巨大財(cái)富的同時(shí)，也把數(shù)十億噸的廢氣廢物排入到大氣當(dāng)中。當(dāng)大氣中的有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)對(duì)人類(lèi)的身心健康帶來(lái)巨大的影響。然而隨著近幾年城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大、工業(yè)化進(jìn)程的加快和人口的不斷增加，空氣質(zhì)量問(wèn)題在中國(guó)各地頻繁出現(xiàn)，從而引起人們的廣泛關(guān)注。人們對(duì)提前了解未來(lái)空氣質(zhì)量狀況的愿望越來(lái)越強(qiáng)烈。基于此背景下，本文以某市主要大氣污染物為研究對(duì)象，將研究方向分為空間因素對(duì)空氣質(zhì)量的影響和時(shí)間因素對(duì)空氣質(zhì)量的影響

2、，通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)未來(lái)一小時(shí)的污染物濃度。利用機(jī)器學(xué)習(xí)深入、系統(tǒng)的對(duì)現(xiàn)有空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析和實(shí)驗(yàn)研究。本文的主要工作包括以下幾方面：
　　首先，進(jìn)行特征提取，主要包括空間相關(guān)因素(如興趣點(diǎn)特征和路網(wǎng)特征)和時(shí)間相關(guān)因素(如溫度、天氣等)，為本文的研究和解決普遍存在的空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)問(wèn)題提供了幫助。
　　其次，針對(duì)空間數(shù)據(jù)特征中的興趣點(diǎn)特征和路網(wǎng)特征維數(shù)較多的問(wèn)題，通過(guò)計(jì)算皮爾森相關(guān)系數(shù)的方法來(lái)減少算法的輸入指

3、標(biāo)，從而減少模型訓(xùn)練的代價(jià)。
　　再次，根據(jù)提取到的時(shí)空特征，分別建立起基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的空間預(yù)測(cè)模型和基于隨機(jī)森林(Random Forest, RF)的時(shí)間預(yù)測(cè)模型。并針對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)過(guò)擬合的問(wèn)題，提出動(dòng)態(tài)改變網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)的方法來(lái)提高算法的泛化能力。并實(shí)現(xiàn)基于Spark的并行化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和隨機(jī)森林算法。
　　最后，通過(guò)時(shí)空模型預(yù)測(cè)每一個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)各種污染物未來(lái)一小時(shí)的濃度，然后利用評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本文提出的基于時(shí)空模型