一种秸秆焚烧对空气质量影响的模型预测方法

技术领域

本发明涉及环境监测领域，尤其涉及一种秸秆焚烧对空气质量影响的模型预测方法。

背景技术

中国作为农业大国，每年都会产生大量秸秆，而随着经济及农业科技的不断发展，秸秆作为生活燃料的需求大大减少，导致大多数农民将秸秆随便进行焚烧，而秸秆焚烧带来的环境污染问题又不可避免。如何解决秸秆焚烧与环境污染之间的平衡问题迫在眉睫，现有技术主要通过空气质量监控设备实时监控空气质量变化，当发现某地区空气质量变差时，才去人为的停止秸秆焚烧工作，导致必须被动的接受秸秆焚烧对大气环境造成的污染。

空气质量监控设备实时监控空气质量变化属于事后监控，造成污染问题了再制止，制止以后还需要采取一些列手段去改善污染的环境，增加人力、经济成本的同时，造成的污染也可能已不可逆转。这种针对秸秆焚烧事后监控的技术，并不能有效的控制秸秆焚烧对空气造成污染，导致一旦进入秸秆焚烧期，如何有效减低大气环境质量污染成为一个难题。

为解决秸秆焚烧导致大气质量连续变差的现状，必须结合事前预测技术，合理规划秸秆应该如何焚烧，才能从根本上有效降低秸秆焚烧对大气造成的污染。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种秸秆焚烧对空气质量影响的模型预测方法，是基于天气数据结合大数据分析模型，有计划的对秸秆进行焚烧，通过模型预测焚烧结果，选择焚烧对大气环境造成污染最少的方式进行有计划焚烧。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种秸秆焚烧对空气质量影响的模型预测方法，模型预测方法的步骤为：

步骤a，获取天气预报数据；

步骤b，获取空气质量预报数据；

步骤c，获取被预测村镇位置；

步骤d，计算预测范围；

步骤e，计算污染物扩散指标；

步骤f，计算污染物扩散方向；

步骤g，计算叠加污染物扩散指标；

步骤h，计算燃烧指标值；

步骤l，得到预测结果并判断是否可以进行烧除工作。

进一步地，步骤a通过调用环保气象监测站数据接口获取未来72小时天气预报数据，获取天气信息，包括风力、风级、风向、温度、雨雪晴，并且按照省市县日期为key进行分组。

进一步地，步骤b通过调用环保气象监测站数据接口获取未来72小时空气质量数据，并且按照气象监测站区域分组。

进一步地，步骤c根据系统预设定值动态获取需要预测的村镇名称，调用高德地图API获取被预测村镇经纬度坐标(x,y)，确定被预测位置，并将其点位标注到gis地图中。

进一步地，步骤d中使用java语言内置类库Path2D结合系统预设预测半径计算待预测区域边界坐标值，标记为被预测区域；求圆上任一点公式为：

x1＝x0+r*cos(a0*π/180)；

y1＝y0+r*sin(a0*π/180)；

其中，x0、y0为圆心坐标，r为半径，a0为角度，a0*π/180是将角度a0转换为弧度。

进一步地，步骤e根据步骤a中获取的天气信息计算标注区域的污染物扩散指标，公式如下：

其中，K为扩散指标；R1为风级指数，R1为大于0小于1的小数，根据历史数据平均值确定；Fx为当前风级，通过步骤a获取；Fn为风力等级最大值，通过系统设定预期值；R2为空气质量指数，R2为大于0小于1的小数，根据历史数据平均值确定；Ax为当前空气质量api值，根据步骤a确定；An为AQI历史最大值。

进一步地，步骤f根据步骤a获取的风向信息计算出污染物扩散方向，扩散方向分为东、西、南、北、东南、东北、西南、西北八个方向指标，并且将八个方向指标分别标注于gis地图被预测区域。

进一步地，步骤g结合步骤a获取的温度，继续叠加计算扩散指标，判断降温幅度是否大于8℃以上，如果气温降幅在8摄氏度以上，则扩散指标减去0.3；

其中，T0为冷空气流温度指标，T1为前一天温度，根据步骤a获取，T2为当天温度，根据步骤a获取，Tx为冷空气流参数，根据历史数据平均值确定。

进一步地，步骤e计算得到的指标K跟该行政区划相邻的行政区划计算结果进行交叉计算得到最终的燃烧指标值S，计算村镇与本村镇之间的距离，运用gis地图距离测量工具计算两个村镇中心点经纬度坐标相距的距离，得到距离指标值L，当距离超过50KM，则距离指标值为0，当距离在30-50KM之间，距离指标值为1，当距离在30KM之内，距离指标值为2；

其中，S为燃烧指标值，N为大于0的自然数，由相邻的村镇个数确定，K0为当前村镇污染物扩散指标，L为距离参数，Kn为相邻的村镇的污染物扩散指标值，n由相邻村镇个数确定。

进一步地，步骤l根据步骤h的燃烧指标值的大小判断是否可以进行烧除工作，燃烧指标值＞0.6，判定不可烧除；0.4≤燃烧指标值≤0.6，判定酌情可烧除；燃烧指标值＜0.4，判定可烧除；将目标预测区域在gis地图上的颜色根据预测结果值进行颜色标注，在gis地图上直观的看到，预测情况。

本发明公开了一种秸秆焚烧对空气质量影响的模型预测方法，可以解决秸秆焚烧对大气环境造成污染问题，通过模型预测，合理安排秸秆焚烧计划，将秸秆烧出对大气环境污染降到最低，实现秸秆焚烧与环境污染之间的平衡，既保证大气环境质量控制在合理范围内，又保证农民能够将多余的秸秆进行焚烧。

具体实施方式

本发明通过事前预测机制，有效解决事后发现问题再解决问题带来的环境污染不可逆转问题及为解决问题带来的人力、经济成本等问题。通过预测模型，可以合理安排计划烧除工作，减少农民任意焚烧行为。根据燃烧指标值进行烧除，可以有效降低秸秆焚烧对大气环境造成的污染。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

获取天气预报数据：调用环保气象监测站数据接口获取未来72小时天气预报，获取天气信息,包括风力，风级，风向，温度，雨雪晴。按照省市县日期为key进行分组。

获取空气质量预报数据：调用环保气象监测站数据接口获取未来72小时空气质量数据，按照气象监测站区域分组。

获取被预测村镇位置：根据系统预设定值动态获取需要预测的村镇名称，调用高德地图API获取被预测村镇经纬度坐标x,y，确定被预测位置，并将其点位标注到gis地图中。

计算预测范围：使用java语言内置类库Path2D结合系统预设预测半径计算待预测区域边界坐标值。标记为被预测区域。已知圆心坐标(x0,y0)，半径r，角度a0，求圆上任一点公式为:

x1＝x0+r*cos(a0*π/180)；

y1＝y0+r*sin(a0*π/180)；

其中a0*π/180，目的是将角度a0转换为弧度，下面将平面上的圆等分为100份，根据公式代入圆心坐标、弧度和半径计算出对应圆弧半径与圆交点的平面坐标。这样就获得了100个平面圆上的坐标点，(x1,y1)、(x2,y2)…(x100,y100)，将获得的100个坐标点转换为经纬度坐标，依次标注到gis地图中，形成一个圆形gis地图区域，将区域填充为红色，标注为被预测区域。

计算污染物扩散指标：根据步骤a获取的风力以及天气信息计算标注区域的污染物扩散指标。

其中，K为扩散指标，R1为风级指数，为大于0小于1的小数，根据历史数据平均值确定，Fx为当前风级，通过步骤a获取，Fn为风力等级最大值，通过系统设定预期值，R2为空气质量指数，为大于0小于1的小数，根据历史数据平均值确定，Ax为当前空气质量api值，根据步骤a确定，An为AQI历史最大值。

计算污染物扩散方向：根据步骤a获取的风向信息计算出污染物扩散方向。扩散方向分为东、西、南、北、东南、东北、西南、西北八个方向指标，将这个八个方向指标分别标注于gis地图被预测区域。

计算叠加污染物扩散指标：结合步骤a获取的温度，继续叠加计算扩散指标，判断降温幅度是否大于8℃以上(冷空气流)，如果气温降幅在8摄氏度以上，则扩散指标减去0.3。

其中，T0为冷空气流温度指标，T1为前一天温度，根据步骤a获取，T2为当天温度，根据步骤a获取，Tx为冷空气流参数，根据历史数据平均值确定。

计算燃烧指标值：结合以上条件计算得到的指标K跟该行政区划相邻的行政区划计算结果进行交叉计算得到最终的燃烧指标值S。计算村镇与本村镇之间的距离，运用gis地图距离测量工具计算2个村镇中心点经纬度坐标相距的距离，得到距离指标值L，当距离超过50KM，则距离指标值为0，当距离在30-50KM之间，距离指标值为1。当距离在30KM之内，距离指标值为2。

其中，S为燃烧指标值，N为大于0的自然数，由相邻的村镇个数确定，K0为当前村镇污染物扩散指标，L为距离参数，Kn为相邻的村镇的污染物扩散指标值，n由相邻村镇个数确定。

得到预测结果：根据指标值的大小判断是否可以进行烧除工作。

燃烧指标值＞0.6，判定不可烧除；0.4≤燃烧指标值≤0.6，判定酌情可烧除；燃烧指标值＜0.4，判定可烧除；将目标预测区域在gis地图上的颜色根据预测结果值进行颜色标注，其中不可烧除采用红色标注，酌情可烧除区域采用黄色标注，可烧除区域采用绿色标注。这样可以在gis地图上直观的看到，预测情况。

以下以A村为具体实例描述此模型使用过程。

首先调用环保气象监测站数据接口获取A村所在行政区划未来72小时天气预报风力，风级，风向，温度，雨雪晴数据，通过去重合并等一系列数据清洗处理，按照日期作为key进行分组划分，以待后续使用。

调用环保气象监测站数据接口获取A村所在行政区划未来72小时空气质量数据，通过去重合并等一系列数据清洗处理，按照气象监测站坐标位置进行分组划分，以待后续使用。

根据A村的名称调用高德地图API获取A村在gis地图上的经纬度坐标。并将A村标注到地图上。

使用java语言内置类库Path2D结合系统预设预测半径使用数学中圆形边界计算公式，获取A村在地图上的坐标点集合，在gis地图上描绘出A村所在位置，并填充颜色，标记为被预测区域。

使用步骤a和步骤2获取的天气数据运用模型公示计算A村的污染物扩散指标K。

使用步骤a获取的风向数据计算A村的风向变化。

使用步骤a获取的温度信息，计算A村是否有冷空气流。

先运营gis地图距离测量工具计算A村与相邻的B村，C村，D村，E村的距离，然后运用模型中的计算公式计算燃烧指标S。

根据S的值判断A村是否可以进行烧除工作。

将A村的预测结果标注到gis地图中，方便查看。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。