面向PM2.5空气污染的多重分形与协同群体智能算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61806068
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0605.模式识别与数据挖掘
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

PM2.5, as the primary air pollutant, has attracted wide attention. How to effectively analyze and forecast PM2.5 has become a hot topic. In view of the high-dimensional and nonlinear characteristics of air pollution system, the multifractal theory and swarm intelligence optimization algorithm will be used in the research of the meteorological environment. First of all, the theory of cooperative coevolution is used to glowworm swarm optimization algorithm, combined with the MapReducde programming model for parallel processing. The fractal feature selection method based on cooperative coevolution glowworm swarm optimization algorithm is proposed, which improve the precision and efficiency of the traditional fractal feature selection method. The problem of the selection of PM2.5 the influence factors is solved. Secondly, the spatial and temporal evolution mechanism of PM2.5 based on multifractal theory is reseached, and the correlation between PM2.5 and influencing factors based on multifractal theory is also reseached; Finally, the artificial fish algorithm and glowworm swarm optimization algorithm under the framework of culture algorithm is structured, then belief space and population space are designed. The selective ensemble learning method based on the culture under the framework of swarm intelligence algorithm is proposed, which improves the generalization performance of traditional ensemble learning method. Correspondingly, the PM2.5 forecast and warning model is constructed. The implementation of this project will promote the theoretical research and practical application of multifractal and swarm intelligence optimization algorithm, which provides scientific support for the prevention and control of air pollution .
PM2.5作为首要空气污染物引起了广泛的关注,如何对其进行有效地分析和预报成为当前的研究热点。针对空气污染系统高维、非线性等特点,本课题拟引入多重分形理论与协同群体智能优化算法对其进行挖掘。首先,将协同进化引入萤火虫群优化算法,并结合MapReduce编程模式将其并行化处理,进而提出基于协同进化萤火虫算法的分形属性选择方法,提高传统分形属性选择方法的精度和效率,解决了PM2.5气象环境影响因素选取的问题;其次,研究基于多重分形理论的PM2.5空气污染时空演变机制,以及PM2.5与影响因素之间的分形相关性;最后,构建文化框架下的萤火虫和鱼群算法,设计信仰空间、种群空间,使用文化框架下的多群体智能算法进行选择性集成学习,提高传统集成学习的泛化性能,从而构建PM2.5空气污染预测预警模型。本项目的实施将对多重分形和群体智能优化算法的理论研究和实际应用起到推动作用,为空气污染的防治提供科学支持。

结项摘要

空气污染日益严重,影响到民众的日常生活。PM2.5作为首要空气污染物引起了广泛的关注,如何对其进行有效地分析和预报成为当前的研究热点。针对空气污染系统高维、非线性等特点,本项目对空气污染物影响因素的选取、空气污染物时空演化特征、空气污染物预测预警进行了研究。本项目的主要成果包括:1、研究了基于群体智能算法与多重分形维数的空气污染影响因素选择。首先对鲸鱼算法进行优化,提出了基于混合自适应策略的鲸鱼优化算法,并对其进行Spark并行化处理;然后提出基于群体智能优化算法的分形属性选择方法,使用改进后的群体智能优化算法作为搜索策略,多重分形维数作为属性子集评价准则,并将于应用于空气污染属性选择中。2、研究了基于多重分形的空气污染时空演化特征。首先使用基于EMD的MF_DFA方法分析了单个PM2.5空气污染时间序列的Hurst指数,分析PM2.5时间序列的特性;然后使用Coupling-DFA分析PM2.5与相关影响因素之间的关系。3、研究了基于群体智能算法的空气污染预测预警方法。首先,提出了文化框架下的粒子群算法与鲸鱼算法;然后提出了基于Kappa测度与人工蜂群的改进随机森林方法;最后将上述方法应用于空气污染预测预警中。此外,还研究了图像分割技术在空气污染中的应用。在本项目的资助下,项目成员发表学术论文13篇,申请发明专利3项目,培养研究生3人。项目研究成果深化了对群体智能算法以及分形理论的理解,扩宽了群体智能算法的应用范围,较好地达成了项目的预期目标。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(8)
专利数量(3)
A Modified Random Forest Based on Kappa Measure and Binary Artificial Bee Colony Algorithm
基于Kappa测度和二元人工蜂群算法的改进随机森林
  • DOI:
    10.1109/access.2021.3105796
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chen Zhang;Xiaofeng Wang;Shengbing Chen;Hong Li;Xiaoxuan Wu;Xin Zhang
  • 通讯作者:
    Xin Zhang
A study on daily PM2.5 concentrations in Hong Kong using the EMD-based MFDFA method
使用基于 EMD 的 MFDFA 方法研究香港每日 PM2.5 浓度
  • DOI:
    10.1016/j.physa.2019.121182
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chen Z'hang;Xiaofeng Wang;Shengbing Chen;Le Zou;Xin Z'hang;Chao Tang
  • 通讯作者:
    Chao Tang
A survey on regional level set image segmentation models based on the energy functional similarity measure
基于能量函数相似度测度的区域水平集图像分割模型综述
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2020.07.141
  • 发表时间:
    2021-06-08
  • 期刊:
    NEUROCOMPUTING
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Zou,Le;Song,Liang-Tu;Wu,Zhi-Ze
  • 通讯作者:
    Wu,Zhi-Ze
Coupling detrended fluctuation analysis of the relationship between PM2.5 concentration and weather elements
PM2.5浓度与天气要素关系的耦合去趋势波动分析
  • DOI:
    10.1016/j.physa.2019.121757
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chen Zhang;Xiaofeng Wang;Shengbing Chen;Le Zou;Chao Tang
  • 通讯作者:
    Chao Tang
基于AP聚类与随机森林的银行业优质客户流失预测模型研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    计算机技术与发展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡永培;张琛
  • 通讯作者:
    张琛

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其他文献

基于EEMD奇异值熵的滚动轴承故障诊断方法
  • DOI:
    10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2019.02.019
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    振动.测试与诊断
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张琛;赵荣珍;邓林峰
  • 通讯作者:
    邓林峰
Evaluation of a novel curved vortex exhaust system for pollutant removal
新型弯曲涡流排气系统去除污染物的评估
  • DOI:
    10.1016/j.buildenv.2021.107931
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    Building and Environment
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    曹智翔;张琛;翟超;王怡;王萌;赵同同;吕文超;黄艳秋
  • 通讯作者:
    黄艳秋
伴放线放线杆菌细胞致死性扩张毒素序列进化分析
  • DOI:
    10.15956/j.cnki.chin.j.conserv.dent.2017.09.001
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    牙体牙髓牙周病学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙静华;张琛;喻钢;侯本祥
  • 通讯作者:
    侯本祥
SBS改性沥青开普封层低温抗裂性能影响因素研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    公路
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张琛;党伟
  • 通讯作者:
    党伟
人参皂苷Rg1对抗辐射致造血干/祖细胞衰老
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国生物制品学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈萃;王建伟;黄国宁;王亚平;孙可;张琛;耿珊;张先平;刘俊;周玥;徐春燕;王璐
  • 通讯作者:
    王璐

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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