[发明专利]一种基于复杂网络的区域空气污染物分析方法

权利要求书

1.一种基于复杂网络的区域空气污染物分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.根据已有数据的地区的空气质量数据，建立空气复杂网络模型；

S2.基于建立的空气污染物复杂网络模型，采用CNM算法对建立的空气污染物复杂网络模型进行区域划分；

S3.预测未知节点空气质量数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于复杂网络的区域空气污染物分析方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下子步骤：

S101.对研究区域内的节点进行抽象：

基于复杂网络的空气模型主要是建立空气中各成分变量之间的空间关联的网络模型，因此建立抽象的节点是以某一监测点的空气质量各项数据为基础的，空气质量的各项数据的时间序列是来自各个城市的监测点，根据所要研究的空气质量数据，将某一监测点的监测数据为抽象为节点，具体地：

假设针对AQI这一空气质量变量，所研究区域内共设立N个监测点，其对应的序列分别用X₁，X₂，X₃，...X_N，则将每一个序列抽象为一个节点，用V来表示节点的集合，则：

V＝{X₁，X₂，X₃，...，X_N}

式中：X_i＝(x₁，x₂，x₃，...，x_T)；i＝1，2，3，...，N，其中T代表选取时间序列的长度；

S102.对节点之间的边进行抽象：

污染物的扩散路径往往不止一条，需要选择最容易传播的路径，将这种传播的难易程度称为传播抑制值Value，传播抑制值Value最小的路径定义为关键的传播路径，站点之间存在边的条件，具体如下：

其中，D_ij表示站点i，j之间的距离；ΔF_ij(t)表示t时刻站点i，j之间的风力系数差值；ρ表示站点i，j之间的污染物相关系数；Value_ii表示站点i，j之间污染物传播抑制值；当L_ij(t)为0时表示站点之间不存在污染物传播路径，为1表示存在路径；

采用邻接矩阵A来表示连边，在邻接矩阵A中：

其中，a_j代表邻接矩阵A的第i行第j列，值为1代表节点i、j之间有一定的相关性；

S103.计算节点之间边的权重：

根据气体的扩散相关理论，在t时刻站点i和站点j之间传播的权重ω_ij(t)如下：

式中，ΔH_ij表示站点之间海拔差；ΔS_ij表示站点之间的水平距离；ΔAQI_ij(t)在t时刻表示站点之间AQI的差值；R_ij(t)表示t时刻站点之间的风力系数；γ为校正系数，取值[0，1]；ε(t)表示最大负载量ω_ij(t)的波动值；

其中风力系数R_ij(t)计算如下：

式中：是风力大小，单位为m/s；θ_ij(t)是站点实际方向与站点i处风力的夹角，当它大于90度时，污染物不传播；

S104.将空气污染物网络抽象为一个有边有权的复杂网络模型G，其基本要素包括节点集合P，边集合L，边权集合W，即：

G＝(P，L，W)。