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专利号: 2020101167233
申请人: 河南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种城市内部PM2.5浓度模拟和人口暴露度评估方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:获得特定区域内PM2.5浓度监测数据,获取的数据包括特定区域所在城市、监测点的经度、监测点的纬度和监测点检测到的PM2.5浓度值,以监测点为中心设定第一缓冲区域,将第一缓冲区域标定为监测点相同的PM2.5浓度值,获取第一缓冲区域内的建成环境数据,以PM2.5浓度值作为因变量,建成环境数据作为自变量作为训练数据输入到随机森林模型中进行训练;

S2:以特定区域中的居住区为中心设定步骤S1中第一缓冲区域大小相同的第二缓冲区域,获取第二缓冲区域内的建成环境数据,将第二缓冲区域内的建成环境数据输入到步骤S1中训练得到的随机森林模型中预测得到居住区的PM2.5浓度;

S3:将预测得到的居住区的PM2.5浓度与居住区中实际测得的PM2.5的值进行比较确定预测的精度,当精度大于设定的阈值时则进入步骤S4,否则,则返回步骤S1中调整第一缓冲区域大小或者调整建成环境数据的种类;

S4:统计或者估算居住区中的人口数量MPopulation;

S5:根据居住区内的人口数量和居住区的PM2.5浓度值进行人口暴露强度的计算,人口暴露强度为:PEj=MPopulation×NPM2.5

其中,PEj为j居住区的人口暴露强度;MPopulation为居住区的人口数;NPM2.5为居住区的PM2.5浓度值。

2.根据权利要求1所述的城市内部PM2.5浓度模拟和人口暴露度评估方法,其特征在于,步骤S1中设定若干不同大小的第一缓冲区域和/或选取不同种类和数量的建成环境数据,以训练得到若干个不同的随机森林模型;

步骤S2中第二缓冲区域也被设定成与第一缓冲区域对应大小的若干个,建成环境数据的种类和数量也与步骤S1中的建成环境数据相同;

步骤S3中将所有随机森林模型预测得到的居住区的PM2.5浓度与居住区中实际测得的PM2.5的值进行比较确定预测的精度,筛选出精度最高的随机森林模型。

3.根据权利要求1所述的城市内部PM2.5浓度模拟和人口暴露度评估方法,其特征在于,建成环境数据包括土地利用混合度、居住区面积、人口平均密度、绿地面积、道路交叉口、水体面积和餐饮数量。

4.根据权利要求3所述的城市内部PM2.5浓度模拟和人口暴露度评估方法,其特征在于,土地利用混合度其中,Vj为区域单元范围j中的土地利用混合度,Mij为区域单元范围j中i类POI类型所占的比例,Nj为区域单元范围j中POI类型的数量。

5.根据权利要求4所述的城市内部PM2.5浓度模拟和人口暴露度评估方法,其特征在于,POI类型为居住用地、公共管理与公共服务用地、商业服务业设施用地、工业用地、物流仓储用地、道路与交通设施用地、公用设施用地或者绿地与广场用地。

6.根据权利要求1所述的城市内部PM2.5浓度模拟和人口暴露度评估方法,其特征在于,步骤S3中预测的精度采用十倍交叉验证和均方误差的值、均方根误差的值进行对比验证。

7.根据权利要求1所述的城市内部PM2.5浓度模拟和人口暴露度评估方法,其特征在于,经过步骤S3的检验后,还通过随机森林模型对不同种类的建成环境对PM2.5浓度的重要性进行检测和排序。

8.根据权利要求1所述的城市内部PM2.5浓度模拟和人口暴露度评估方法,其特征在于,S4步骤中根据人均住房建筑面积数据,结合居住区楼层高度和底面积对居住区中的人口数量估测:其中,MPopulation为居住区的人口数,F为楼层层数,S为建筑的底面积,Harea为人均住房建筑面积。

9.根据权利要求1所述的城市内部PM2.5浓度模拟和人口暴露度评估方法,其特征在于,还包括将步骤S5中得到人口暴露度值根据居住区位置标识到地图上以进行空间可视化的步骤。

10.一种城市内部PM2.5浓度模拟和人口暴露度评估装置,其特征在于,包括:模型训练模块:用于获得特定区域内PM2.5浓度监测数据,获取的数据包括特定区域所在城市、监测点的经度、监测点的纬度和监测点检测到的PM2.5浓度值,以监测点为中心设定第一缓冲区域,将第一缓冲区域标定为监测点相同的PM2.5浓度值,获取第一缓冲区域内的建成环境数据,以PM2.5浓度值作为因变量,建成环境数据作为自变量作为训练数据输入到随机森林模型中进行训练;

数据预测模块:用于以特定区域中的居住区为中心设定模型训练模块中第一缓冲区域大小相同的第二缓冲区域,获取第二缓冲区域内的建成环境数据,将第二缓冲区域内的建成环境数据输入到模型训练模块中训练得到的随机森林模型中预测得到居住区的PM2.5浓度;

精度筛查模块:用于将预测得到的居住区的PM2.5浓度与居住区中实际测得的PM2.5的值进行比较确定预测的精度,当精度大于设定的阈值时则进入人口数量获取模块,否则,则返回模型训练模块中调整第一缓冲区域大小或者调整建成环境数据的种类;

人口数量获取模块:用于统计或者估算居住区中的人口数量MPopulation;

人口暴露强度计算模块:用于根据居住区内的人口数量和居住区的PM2.5浓度值进行人口暴露强度的计算,人口暴露强度为:PEj=MPopulation×NPM2.5

其中,PEj为j居住区的人口暴露强度;MPopulation为居住区的人口数;NPM2.5为居住区的PM2.5浓度值。