فصل 2 : مبانی نظری… 13
2-1-   آلودگی هوا چیست؟ 14
2-1-1-  انواع آلاینده ها 14
ذرات آلوده یا مواد معلق در هوا ( PM10 ) 15
منوکسید کربن.. 15
اکسید های سولفور 16
اکسیدهای نیتروژن.. 17
ازن        ……………………………………………………………………………………………………………………………..18
هیدروكربن‌های فرار (VOCs) 19
2-1-2-  شاخص استاندارد آلودگی هوا 19
تعریف ppm و ppb. 21
2-2-   پارامترهای هواشناسی و اثرات آنها در عوامل آلوده کنندۀ هوا 21
2-3-   سیستم اطلاعات مکانی زمانمند. 26
2-4-   سری‌های زمانی.. 28
فصل 3:مواد و روش‌های مورد استفاده در تحقیق… 30
3-1-   معرفی ایستگاه‌ها و داده‌ها 31
3-2-   بررسی قابلیت پیش بینی داده‌ها 33
3-2-1-  آزمون تحلیل تغییر مبنای حوزۀ تغییرات (تحلیلR/S ) 34
3-3-   استفاده از تحلیل مؤلفه های اصلی و تحلیل عامل اصلی به منظور بررسی داده های اثر گذار بر CO و O3 برای ورود به یک سیستم پیش بینی کنندۀ CO و O3 36
3-3-1-  تحلیل مؤلفه های اصلی و تحلیل عامل اصلی.. 36
3-4-   تحلیل سری زمانی داده ها به منظور استخراج تأخیرهای زمانی مؤثر هر سری داده در پیش بینی O3 و CO   …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………39
3-4-1-  استفاده از توابع خود همبستگی (ACF) و خود همبستگی جزئی (PACF) به منظور پیدا کردن الگوی مناسب برای سری زمانی   40
تابع خود همبستگی.. 40
تابع خود همبستگی جزئی.. 41
فرایندهای اتورگرسیو. 41
فرایندهای میانگین متحرک… 42
فرایندهای اتورگرسیو میانگین متحرک… 42
فرآیندهای ایستا 43
تبدیل فرایندهای غیر ایستا به فرایندهای ایستا 44
3-5-   معماری‌های شبكه عصبی.. 45
3-5-1-  مدل یك نورون مصنوعی.. 47
3-6- شبکه عصبی پرسپترون چند لایه. 48
3-6-1-  ساختار شبکه های عصبی پرسپترون چندلایه. 49
3-6-2-  الگوریتم پس انتشار خطا در شبکه های پرسپترون چندلایه. 51
3-7-   شبکه المن.. 52
3-7-1-  آموزش شبکه Elaman. 54
3-8-   رگرسیون‌ خطی.. 55
3-9-   مدل‌های خطی تعمیم یافته. 55
3-10- مدل های خطی تعمیم یافته بیز. 59
3-11- زنجیره‌‌های ماركف مونت‌كارلو. 60
فصل 4: ارزیابی شبکه‌های عصبی و رگرسیون بیز با رویکرد مونت کارلو در پیش‌بینی دو آلایندۀ CO و O3.    ……………………………………………………………………………………………………………………………………62
4-1-   مقدمه. 63
4-2-   بررسی تغییرات مکانی دو آلایندۀ CO و O3 65
4-3-   بررسی قابلیت پیش بینی داده ها 67
4-4-   بررسی نتایج حاصل از تحلیل مؤلفه‌های اصلی و تحلیل عامل اصلی به منظور بررسی داده‌های اثر گذار بر دو آلایندۀ CO و O3 69
4-5-   بررسی هر یک از سری‌های زمانی به منظور تعیین تأخیرهای زمانی مؤثر برای پیش‌بینی یک گام زمانی جلوتر   73
بررسی سری زمانی رطوبت… 74
4-6- پیش پردازش داده‌ها برای ورود به شبکۀ عصبی.. 77
4-7-   پیش‌بینی دو آلایندۀ CO و O3 با استفاده از شبکه‌های عصبی.. 79
4-7-1-  پیش‌بینی به کمک شبکه‌های MLP. 80
پیش‌بینی O3 81
پیش‌بینی CO.. 84
4-7-2-  پیش بینی به کمک شبکه المن.. 88
پیش‌بینی O3 88
پیش‌بینی CO.. 91

4-8-   پیش‌بینی دو آلایندۀ CO و O3 با استفاده از رگرسیون بیز با رویکرد مونت‌کارلو. 94
فصل 5: نتیجه‌گیری و پیشنهادات… 101
5-1-   نتیجه گیری.. 102
5-2-   پیشنهادات.. 107
پیوست    108
پیوست 1- نمودارهای نمای هرست برای پارامترهای هواشناسی وآلاینده‌های هوا. 109
پیوست 2- نمودارهای توابع خودهمبستگی و خودهمبستگی جزئی پارامترهای هواشناسی وآلاینده‌های هوا و نیز نمودارهای این توابع برای باقیماندۀ مدل AR برازش داده شده. 112
پیوست 3- نمونه ای از مؤلفه‌های بدست آمده از روش تحلیل مؤلفه‌های اصلی برای تأخیرهای زمانی مؤثر هر پارامتر. ………. 119
پیوست 4- فرمول محاسبۀ RMSE و R2 122

فهرست اشكال
شکل 1-1 مراحل تحقیق.. 11
شکل 2-1 مدل نقل و انتقال شیمیایی جو. 23
شکل 3-1 موقعیت ایستگاه‌های سنجش آلودگی هوا و ایستگاه سینوپتیک مهراباد بر روی نقشۀ تهران. 32
شکل 3-2 نمونه ای از یک شبکه پیشخور 46
شکل 3-3 نمونه ای از یک شبکه پسخور 47
شکل 3- 4 مدل یک نورون مصنوعی.. 47
شکل 3- 5 ساختار شبکه عصبی پرسپترون چند لایه. 49
شکل 3- 6 ساختار شبکه المن یک لایه. 53
شکل 3- 7 ساختار دو لایه یک شبکه Elaman. 53
شکل 4-1 نمودار میزان تغییرات CO در ایستگاه‌های مورد بررسی. 65
شکل 4-2 نمودار میزان تغییرات O3 در ایستگاه‌های مورد بررسی. 66
شکل 4-3 نمودار نمای هرست برای سری زمانی O3. 68
شکل 4-4 نمودار نمای هرست برای سری زمانی CO. 69
شکل 4-5 اندازه مقادیر ویژۀ مؤلفه‌ها برای انتخاب مؤلفه‌های اصلی. 70
شکل4-6 نمودار میله‌ای مقادیر ویژۀ مؤلفه‌ها برای دو مؤلفه اصلی اول. 72
شکل4-7 تابع خودهمبستگی سری زمانی رطوبت. 74
شکل4-8 تابع خودهمبستگی جزئی سری زمانی رطوبت. 75
شکل4-9 الف- تابع خودهمبستگی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 24. ب- تابع خودهمبستگی جزئی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 24. 75
شکل4-10 الف- تابع خودهمبستگی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 36. ب- تابع خودهمبستگی جزئی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 36. 76
شکل4-11 پیش‌بینی O3 و خطای آن در مرحلۀ آموزش شبکه MLP. 82
شکل4-12 پیش‌بینی O3 و خطای آن در مرحلۀ تست شبکه MLP. 82
شکل4-13 همبستگی بین داده‌های واقعی(o3) و داده‌های پیش‌بینی شده در شبکهMLP. 83
شکل4-14 رابطۀ بین خطا و مقادیر واقعی (o3) در شبکهMLP. 83
شکل4-15 پیش‌بینی CO و خطای آن در مرحلۀ آموزش شبکه MLP. 85
شکل4-16 پیش‌بینی CO و خطای آن در مرحلۀ تست شبکه MLP. 86
شکل4-17 همبستگی بین داده‌های واقعی (CO) و داده‌های پیش‌بینی شده در شبکهMLP. 86
شکل4-18 رابطۀ بین خطا و مقادیر واقعی (CO) در شبکهMLP. 87
شکل4-19 پیش‌بینی O3 و خطای آن در مرحلۀ آموزش شبکه المن. 88
شکل4-20 پیش‌بینی O3 و خطای آن در مرحلۀ تست شبکه المن. 89
شکل4-21 همبستگی بین داده‌های واقعی (O3) و داده‌های پیش‌بینی شده در شبکه المن. 89
شکل4-22 رابطۀ بین خطا و مقادیر واقعی (O3) در شبکه المن. 90
شکل4-23 پیش‌بینی CO و خطای آن در مرحلۀ آموزش شبکه المن.. 91
شکل4-24 پیش‌بینی CO و خطای آن در مرحلۀ تست شبکه المن.. 92
شکل4-25 همبستگی بین داده‌های واقعی(CO) و داده‌های پیش‌بینی شده در شبکه المن. 92
شکل4-26 رابطۀ بین خطا و مقادیر واقعی(CO) در شبکه المن. 93
شکل4-27 الف- هیستوگرم متغیر O3. ب- هیستوگرام متغیر Ln O3. 94
شکل4-28 الف- هیستوگرم متغیر CO. ب- هیستوگرام متغیر Ln CO. 95
شکل4-29 پیش بینی CO و خطای آن با کمک مدل بیز. 98
شکل4-30 همبستگی بین مقادیر واقعی (CO) و مقادیر پیش‌بینی شده در مدل بیز. 99
شکل4-31 پیش‌بینی O3 و خطای آن با کمک مدل بیز. 99
شکل4-32 همبستگی بین مقادیر واقعی (O3) و مقادیر پیش‌بینی شده در مدل بیز. 100
شکل5-1 همبستگی بین مقادیر واقعی (O3) و مقادیر پیش‌بینی شده در شبکه MLP بدون برهم زدن ترتیب داده‌ها. 103
شکل5-2 همبستگی بین مقادیر واقعی (CO) و مقادیر پیش‌بینی شده در شبکه MLP بدون برهم زدن ترتیب داده‌ها. 103
شکل5-3 سری زمانی CO.. 105
شکل5-4 سری زمانی SO2 105
شکل5-5 سری زمانی PM10 106
شکل5-6 سری زمانی فشار 106

این مطلب را هم بخوانید :

شکل5-7سری زمانی NO2 106
نمودار نمای هرست برای سری زمانی PM10 . 109
نمودار نمای هرست برای سری زمانی NO2. 109
نمودار نمای هرست برای سری زمانیSO2 . 110
نمودار نمای هرست برای سری زمانی دما. 110
نمودار نمای هرست برای سری زمانی فشار. 110
نمودار نمای هرست برای سری زمانی رطوبت. 111
نمودار نمای هرست برای سری زمانی سرعت باد. 111
نمودار نمای هرست برای سری زمانی جهت باد. 111
الف- تابع خودهمبستگی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 48. ب- تابع خودهمبستگی جزئی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 48 . 112
تابع خودهمبستگی سری زمانی دما. 112
تابع خودهمبستگی جزئی سری زمانی دما. 112
تابع خودهمبستگی سری زمانی O3. 113
تابع خودهمبستگی جزئی سری زمانی O3. 113
الف- تابع خودهمبستگی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 24. ب- تابع خودهمبستگی جزئی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 24. 113
تابع خودهمبستگی سری زمانی NO2. 114
تابع خودهمبستگی جزئی سری زمانی NO2. 114
الف- تابع خودهمبستگی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 25. ب- تابع خودهمبستگی جزئی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 25. 114
تابع خودهمبستگی جزئی سری زمانی CO. 115
الف- تابع خودهمبستگی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 24. ب- تابع خودهمبستگی جزئی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 24. 115
تابع خودهمبستگی سری زمانی CO. 115
الف- تابع خودهمبستگی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 16. ب- تابع خودهمبستگی جزئی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 16. 116
تابع خودهمبستگی جزئی سری زمانی SO2. 116
تابع خودهمبستگی سری زمانی SO2. 116
تابع خودهمبستگی جزئی سری زمانی PM10. 117
تابع خودهمبستگی سری زمانی PM10. 117
الف- تابع خودهمبستگی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 24. ب- تابع خودهمبستگی جزئی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 24. 117
تابع خودهمبستگی سری زمانی فشار. 118
تابع خودهمبستگی جزئی سری زمانی فشار. 118
الف- تابع خودهمبستگی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 48. ب- تابع خودهمبستگی جزئی باقیمانده‌ها برای مدل AR از مرتبۀ 48. 118

فهرست جداول
جدول 2-1 رابطه بین غلظت آلاینده‌ها و شاخص PSI . 20
جدول 3-1 مقادیر میانگین، بیشینه، كمینه، میانه و انحراف معیار برای داده‌های مورد استفاده ژانویه 2007. 33
جدول 4-2 ضرایب همبستگی بین ایستگاه‌ها برای آلایندۀ CO. 66
جدول 4-1 ضرایب همبستگی بین ایستگاه‌ها برای آلایندۀ O3. 66
جدول 4-3 مشخصات مؤلفه‌های ایجادی از متغیرهای اولیه. 70
جدول 4-4 مشخصات مؤلفه‌ها پس از ایجادچرخش. 71
جدول 4-5 مقادیر بردارهای ویژه در روش آنالیز فاکتور اصلی.. 72
جدول 4-6 تأخیرهای زمانی موثر برای پیش‌بینی یک گام زمانی جلوتر. 76
جدول 4-7 تعداد مؤلفه‌های بدست آمده برای هر پارامتر. 79
جدول 4-8 تغییرات خطا برای مقادیر مختلف O3 84
جدول 4-9 تغییرات خطا برای مقادیر مختلف CO.. 87
جدول 4-10 تغییرات خطا برای مقادیر مختلف (O3) 90
جدول 4-11 تغییرات خطا برای مقادیر مختلف CO.. 93
جدول 5-1 مقایسۀ دقت های بدست آمده برای پیش‌بینی دو آلایندۀ CO و O3. 102
مؤلفه‌های بدست آمده برای تأخیرهای زمانی رطوبت… 119
مؤلفه‌های بدست آمده برای تأخیرهای زمانی دما 119
مؤلفه‌های بدست آمده برای تأخیرهای زمانی O3 120
مؤلفه‌های بدست آمده برای تأخیرهای زمانی NO2 120
مؤلفه‌های بدست آمده برای تأخیرهای زمانی فشار 120
مؤلفه‌های بدست آمده برای تأخیرهای زمانی SO2 121