本發(fā)明屬于氮氧化物排放量預(yù)測(cè)，尤其涉及一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

2、氮氧化物(nox)是對(duì)流層大氣中重要的前體污染物，不僅會(huì)對(duì)人體呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生直接損害，還會(huì)引發(fā)溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧和霧霾等災(zāi)害性氣候，以及通過光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生多種二次污染物，威脅自然生態(tài)和公眾健康；隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、全球化和人口的增長,化石燃料的大量燃燒和汽車尾氣的排放導(dǎo)致nox為代表的大氣污染物的排放量不斷增加，大氣污染愈發(fā)嚴(yán)重；高時(shí)空分辨率的大氣污染排放清單是開展空氣質(zhì)量評(píng)估、制定減排政策的基礎(chǔ)，因此，通過技術(shù)手段構(gòu)建高精度多污染源排放清單，為大氣污染預(yù)警、溯源、管控等提供手段支撐刻不容緩。

3、傳統(tǒng)nox排放的估算方法，有利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)模型和排放因子等的自下而上的排放估算方法，有基于大氣化學(xué)傳輸模型以及在其基礎(chǔ)上發(fā)展出的數(shù)據(jù)同化的自上而下的排放估算方法，盡管具備一定程度上的優(yōu)勢(shì)，但依然存在諸多問題，包括耗費(fèi)時(shí)間、空間連續(xù)性不足、觀測(cè)限制以及數(shù)據(jù)更新滯后等問題；此外，這些傳統(tǒng)方法還無法有效判別排放來源，從而限制了后續(xù)對(duì)污染源分布及排放強(qiáng)度的深入分析。

4、隨著深度學(xué)習(xí)的蓬勃發(fā)展發(fā)展，研究者嘗試?yán)没瘜W(xué)再分析數(shù)據(jù)將深度學(xué)習(xí)算法引入到遙感柱濃度數(shù)據(jù)與污染物排放的關(guān)系研究中，顯著提升了模型的計(jì)算效率和精度，盡管如此，現(xiàn)有的深度學(xué)習(xí)算法在nox排放估算中仍然面臨問題與不足：這些算法依賴于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來約束nox排放，但由于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的覆蓋范圍有限，且主要集中在城市地區(qū)，這導(dǎo)致了代表性不足、空間異質(zhì)性以及難以區(qū)分排放源的問題，顯著降低了nox排放估算的準(zhǔn)確性；因此，這種數(shù)據(jù)局限性使得現(xiàn)有方法難以滿足對(duì)大區(qū)域、高分辨率nox排放時(shí)空分布及污染來源分析的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，基于遙感柱濃度數(shù)據(jù)、濃度再分析數(shù)據(jù)和氣象再分析數(shù)據(jù)組成的多源數(shù)據(jù)，進(jìn)行不同排放源的氮氧化物排放量的高效、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法。

4、一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法，包括：

5、獲取待預(yù)測(cè)地區(qū)的多源數(shù)據(jù)，包括遙感柱濃度數(shù)據(jù)、濃度再分析數(shù)據(jù)和氣象再分析數(shù)據(jù)；

6、通過空間分辨率上的統(tǒng)一和匹配，對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

7、將預(yù)處理后的多源數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練后的多源預(yù)測(cè)模型中，預(yù)測(cè)不同排放源的氮氧化物排放量；

8、其中，所述不同排放源包括氮氧化物總排放、氮氧化物人為排放、氮氧化物生物質(zhì)燃燒排放、氮氧化物閃電排放以及氮氧化物土壤排放。

9、進(jìn)一步的，所述遙感柱濃度數(shù)據(jù)包括氮氧化物柱濃度數(shù)據(jù)；

10、所述濃度再分析數(shù)據(jù)包括氮氧化物地表濃度數(shù)據(jù)；

11、所述氣象再分析數(shù)據(jù)包括10m風(fēng)速、2m露點(diǎn)溫度、2m溫度、平均海平面壓力、地面氣壓、總降水量、邊界層高度。

12、進(jìn)一步的，所述空間分辨率上的統(tǒng)一和匹配，具體為：

13、將空間分辨率不同的多個(gè)來源的數(shù)據(jù)通過重采樣、插值方式統(tǒng)一處理為預(yù)設(shè)空間分辨率的數(shù)據(jù)，然后在空間位置上匹配對(duì)應(yīng)。

14、進(jìn)一步的，所述多源預(yù)測(cè)模型，基于mamba模型構(gòu)建，包含一個(gè)輸入層、七個(gè)隱藏層和一個(gè)輸出層。

15、進(jìn)一步的，所述隱藏層由多個(gè)mambablock組成，用于學(xué)習(xí)和提取特征之間的重要信息；

16、所述輸出層由一層全連接層組成，具有五個(gè)輸出單元，分別對(duì)應(yīng)不同排放源的氮氧化物排放。

17、進(jìn)一步的，所述多源預(yù)測(cè)模型，基于構(gòu)建的模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，采用均方誤差損失函數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，通過決定系數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練效果的評(píng)估。

18、進(jìn)一步的，所述模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的構(gòu)建方法為：

19、獲取化學(xué)再分析數(shù)據(jù)和氣象再分析數(shù)據(jù)，其中，所述化學(xué)再分析數(shù)據(jù)包括二氧化氮三維濃度數(shù)據(jù)、不同排放源的氮氧化物排放量；

20、基于化學(xué)再分析數(shù)據(jù)，計(jì)算遙感柱濃度數(shù)據(jù)、濃度再分析數(shù)據(jù)；

21、以遙感柱濃度數(shù)據(jù)、濃度再分析數(shù)據(jù)和氣象再分析數(shù)據(jù)為多源數(shù)據(jù)，依次進(jìn)行預(yù)處理；

22、以預(yù)處理后的多源數(shù)據(jù)為模型的輸入，以不同排放源的氮氧化物排放量為標(biāo)簽，對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練。

23、本發(fā)明第二方面提供了一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

24、一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

25、數(shù)據(jù)獲取模塊，被配置為：獲取待預(yù)測(cè)地區(qū)的多源數(shù)據(jù)，包括遙感柱濃度數(shù)據(jù)、濃度再分析數(shù)據(jù)和氣象再分析數(shù)據(jù)；

26、預(yù)處理模塊，被配置為：通過空間分辨率上的統(tǒng)一和匹配，對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

27、多源預(yù)測(cè)模塊，被配置為：將預(yù)處理后的多源數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練后的多源預(yù)測(cè)模型中，預(yù)測(cè)不同排放源的氮氧化物排放量；

28、其中，所述不同排放源包括氮氧化物總排放、氮氧化物人為排放、氮氧化物生物質(zhì)燃燒排放、氮氧化物閃電排放以及氮氧化物土壤排放。

29、本發(fā)明第三方面提供了計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法中的步驟。

30、本發(fā)明第四方面提供了電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法中的步驟。

31、以上一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案存在以下有益效果：

32、本發(fā)明基于待預(yù)測(cè)地區(qū)的遙感柱濃度數(shù)據(jù)、濃度再分析數(shù)據(jù)和氣象再分析數(shù)據(jù)，通過深度學(xué)習(xí)的方法，學(xué)習(xí)不同排放源nox與no2濃度的非線性關(guān)系，從而高效、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)氮氧化物總排放、氮氧化物人為排放、氮氧化物生物質(zhì)燃燒排放、氮氧化物閃電排放以及氮氧化物土壤排放。

33、本發(fā)明充分利用覆蓋全面的化學(xué)再分析數(shù)據(jù)、氣象再分析數(shù)據(jù)，訓(xùn)練多源預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)空間連續(xù)、高準(zhǔn)確率的不同排放源的氮氧化物排放量預(yù)測(cè)，精確區(qū)分并輸出大范圍區(qū)域內(nèi)多種nox源排放數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了有限的數(shù)據(jù)覆蓋造成的空間異質(zhì)性問題，為高空間分辨率的空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)、模擬、評(píng)估以及多種排放源的精準(zhǔn)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，支撐大氣污染的科學(xué)減排與精確治理。

34、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述遙感柱濃度數(shù)據(jù)包括氮氧化物柱濃度數(shù)據(jù)；

3.如權(quán)利要求1所述的一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述空間分辨率上的統(tǒng)一和匹配，具體為：

4.如權(quán)利要求1所述的一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述多源預(yù)測(cè)模型，基于mamba模型構(gòu)建，包含一個(gè)輸入層、七個(gè)隱藏層和一個(gè)輸出層。

5.如權(quán)利要求4所述的一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述隱藏層由多個(gè)mambablock組成，用于學(xué)習(xí)和提取特征之間的重要信息；

6.如權(quán)利要求1所述的一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述多源預(yù)測(cè)模型，基于構(gòu)建的模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，采用均方誤差損失函數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，通過決定系數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練效果的評(píng)估。

7.如權(quán)利要求6所述的一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的構(gòu)建方法為：

8.一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種電子設(shè)備，其特征是，包括：

10.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征是，非暫時(shí)性地存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀指令，其中，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)可讀指令由計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種多源氮氧化物排放量預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，涉及氮氧化物排放量預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體方案包括：獲取待預(yù)測(cè)地區(qū)的多源數(shù)據(jù)，包括遙感柱濃度數(shù)據(jù)、濃度再分析數(shù)據(jù)和氣象再分析數(shù)據(jù)；通過空間分辨率上的統(tǒng)一和匹配，對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；將預(yù)處理后的多源數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練后的多源預(yù)測(cè)模型中，預(yù)測(cè)不同排放源的氮氧化物排放量；其中，所述不同排放源包括氮氧化物總排放、氮氧化物人為排放、氮氧化物生物質(zhì)燃燒排放、氮氧化物閃電排放以及氮氧化物土壤排放；本發(fā)明基于遙感柱濃度數(shù)據(jù)、濃度再分析數(shù)據(jù)和氣象再分析數(shù)據(jù)組成的多源數(shù)據(jù)，進(jìn)行不同排放源的氮氧化物排放量的高效、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

技術(shù)研發(fā)人員：王國強(qiáng),趙若貝,陶辰亮,張慶竹,王橋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21