【大氣質(zhì)量分析預(yù)測(cè)算法探究（論文）】

大氣質(zhì)量分析預(yù)測(cè)算法探究設(shè)計(jì)報(bào)告目錄TOC\o"1-2"\h\u19347大氣質(zhì)量分析預(yù)測(cè)算法探究 16781一.選題由來(lái)： 34144二.現(xiàn)有解決方案： 34342三.課題目標(biāo) 33449四.解決方案 328193五.創(chuàng)新點(diǎn) 416245六.設(shè)計(jì)和制作過(guò)程 429891七.實(shí)驗(yàn)測(cè)試： 416683八.課題總結(jié) 523015九、改進(jìn)方向 53335十、個(gè)人體會(huì) 5摘要：空氣對(duì)于人類(lèi)的重要意義是顯而易見(jiàn)的，但是如果大氣中含有一定濃度的有毒有害物質(zhì),這些物質(zhì)會(huì)隨著人的呼吸進(jìn)入肺部，進(jìn)而通過(guò)血液遍及全身，對(duì)人的健康產(chǎn)生直接危害。本課題目標(biāo)：設(shè)計(jì)一種大氣質(zhì)量分析預(yù)測(cè)算法，準(zhǔn)確度高，效率高的系統(tǒng)。解決方案：該軟件設(shè)計(jì)方案依托于Android開(kāi)源框架、JAVA編程技術(shù)、HTTP通信協(xié)議等技術(shù)支撐，利用空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)、中國(guó)氣象局氣象數(shù)據(jù)中心、中國(guó)空氣數(shù)據(jù)/CNAirData以及團(tuán)隊(duì)自有的大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)以及利用高德地圖、MPAndroidChart開(kāi)源庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的直觀展現(xiàn)，從而完成陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目，直接或間接的促進(jìn)我省大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的研究及應(yīng)用。使用效果：經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，本課題設(shè)計(jì)的大氣質(zhì)量分析預(yù)測(cè)算法在準(zhǔn)確率達(dá)到97%的情況下，檢查效率也快了近30%。創(chuàng)新點(diǎn)：本文設(shè)計(jì)的基于智能移動(dòng)終端的大氣質(zhì)量監(jiān)控及預(yù)測(cè)預(yù)警Android軟件以Android系統(tǒng)為運(yùn)行環(huán)境，可廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)終端、Pad終端等設(shè)備，較為方便的為用戶提供終端顯示接口。此外，整套大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具體切實(shí)的可實(shí)施性，通過(guò)底層傳感器等感知設(shè)備獲取到大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)ZigBee組網(wǎng)、LoRa傳輸、4G網(wǎng)關(guān)上傳等技術(shù)方案?jìng)魉偷轿锫?lián)網(wǎng)云平臺(tái),Android軟件終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、HTTP通信獲取到大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并加以大氣質(zhì)量預(yù)測(cè)模型的輔助，利用Android軟件良好的人機(jī)交互界面，可以給用戶呈現(xiàn)出更好的展示界面及監(jiān)測(cè)內(nèi)容。關(guān)鍵字：空氣；設(shè)計(jì)；算法一.選題由來(lái)：空氣是人類(lèi)生存的必需物質(zhì)，人類(lèi)的生活離不開(kāi)水、空氣和食物?？梢?jiàn)，大氣質(zhì)量的優(yōu)劣不僅嚴(yán)重影響著人類(lèi)的健康水平和生活質(zhì)量，更直接影響著人類(lèi)的生存?，F(xiàn)有解決方案：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型原理：●輸入層各神經(jīng)元負(fù)責(zé)接收來(lái)自外界的輸入信息,并傳遞給中間層各神經(jīng)元,它的節(jié)點(diǎn)數(shù)為輸入變量的個(gè)數(shù)。●輸出層向外界輸出信息處理結(jié)果。它的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為輸出變量的個(gè)數(shù)。缺點(diǎn)：收斂速度慢、迭代步數(shù)多、易陷入局部極小和全局搜索能力差等缺點(diǎn)。課題目標(biāo)結(jié)合Android移動(dòng)智能終端的穩(wěn)定、實(shí)時(shí)、便攜等優(yōu)勢(shì)，研究并設(shè)計(jì)出一款大氣質(zhì)量狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示及基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)功能的Android端軟件，從而完成陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目，直接或間接的促進(jìn)我省大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的研究及應(yīng)用。解決方案在本文Android端軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用B/S設(shè)計(jì)模式，即Web瀏覽器/服務(wù)器模式。Web服務(wù)器主要完成對(duì)數(shù)據(jù)的控制和管理，同時(shí)對(duì)遠(yuǎn)程請(qǐng)求操作做出響應(yīng)，通過(guò)向手機(jī)端提供數(shù)據(jù)接口、url地址來(lái)實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù)。流程介紹：創(chuàng)新點(diǎn)依據(jù)陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目圍繞Android操作系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)行開(kāi)展大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)預(yù)警Android端軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。以課題項(xiàng)目大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)硬件下位機(jī)采集數(shù)據(jù)和西安市歷史環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，輔以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間序列模型，Android端軟件實(shí)現(xiàn)了天氣預(yù)報(bào)功能、地圖和歷史數(shù)據(jù)展示功能、大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展示功能、大氣質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)警功能和個(gè)人中心頁(yè)面等功能。六.設(shè)計(jì)和制作過(guò)程1.學(xué)習(xí)Android端軟件總體設(shè)計(jì)和分析Android端軟件需求.2.學(xué)習(xí)安卓端的平臺(tái)搭建3.主界面創(chuàng)建與頁(yè)面切換設(shè)計(jì)4.天氣狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)5.地圖展示頁(yè)面設(shè)計(jì)6.個(gè)人中心頁(yè)面設(shè)計(jì)七.實(shí)驗(yàn)測(cè)試：在搭建好的電腦端開(kāi)發(fā)環(huán)境中使用J2ME技術(shù)語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)，客戶端軟件為用戶提供的功能主要體現(xiàn)在應(yīng)用層?？蛻舳塑浖臏y(cè)試分為兩部分:(1)軟件的真機(jī)調(diào)試采用Android4.4.2版本的華為MT7-UL00進(jìn)行本地軟件運(yùn)行效果測(cè)試;(2)利用百度移動(dòng)云測(cè)試中心進(jìn)行遠(yuǎn)程軟件的深度測(cè)試，利用平臺(tái)提供的多種品牌、不同的Android系統(tǒng)，更好的了解軟件的安裝時(shí)長(zhǎng)、啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)行時(shí)CPU占比、耗電量等評(píng)價(jià)參數(shù)，全面的評(píng)價(jià)軟件效果。數(shù)據(jù)分析：每個(gè)參數(shù)的平均精度都達(dá)到60%以上。具體分析如下:針對(duì)SO2污染物的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)模型精度為83%，對(duì)于O3濃度的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)精度為70%，針對(duì)PM2.5污染物的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度為80%，針對(duì)PM1o污染物的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)精度為79%。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：以開(kāi)發(fā)完成的軟件為測(cè)試對(duì)象，利用百度MTC軟件測(cè)試平臺(tái)，對(duì)軟件功能和性能進(jìn)行測(cè)試，完成了軟件的運(yùn)行效果測(cè)試、軟件深度兼容測(cè)試和軟件深度遍歷測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，本文開(kāi)發(fā)的軟件可以滿足項(xiàng)目的功能需求，且界面美觀，運(yùn)行流暢，在測(cè)試樣機(jī)中的通過(guò)率為85%，其中軟件的安裝用時(shí)為11.41s,優(yōu)于行業(yè)均值19.99s，啟動(dòng)耗時(shí)(0.46s)、CPU占用(5.6%)、流量耗用(224KB)也都優(yōu)于行業(yè)均值。課題總結(jié)本文依據(jù)陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目，并圍繞Android操作系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)行開(kāi)展，完成了大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)預(yù)警Android端軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。以課題組子課題項(xiàng)目大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)硬件下位機(jī)采集數(shù)據(jù)和西安市歷史環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，輔以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間序列模型，Android端軟件實(shí)現(xiàn)了天氣預(yù)報(bào)功能、地圖和歷史數(shù)據(jù)展示功能、大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展示功能、大氣質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)警功能和個(gè)人中心頁(yè)面等功能。九、改進(jìn)方向(1)本軟件實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目要求的功能，但界面美觀程度有很大提高的空間，后續(xù)將逐步增加軟件的功能，優(yōu)化其界面和性能指標(biāo)。(2)本文所采用的預(yù)測(cè)模型為基本的網(wǎng)絡(luò)，利用西安市的數(shù)據(jù)從不同的角度構(gòu)建預(yù)測(cè)模型,雖然可以達(dá)到一定的預(yù)測(cè)精度，但未達(dá)到最優(yōu)。十、個(gè)人體會(huì)完成一次這樣的創(chuàng)新真的十分不容易，絞盡了我的腦汁，又花費(fèi)了很多寶貴的時(shí)間，但是看到自己的成果完成，真的十分欣慰，也很飽滿，青少年科技創(chuàng)新大賽是一個(gè)很好的比賽!參考文獻(xiàn)：[1]苑慶山,鄭立輝,于彥龍.秦皇島市海港區(qū)大氣質(zhì)量檢測(cè)與分