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制定个人具体的时间计划.) 六、参考资料 (应列出开题阶段所用到的参考资料,并写明所选资料的出处、书刊的版本、期号等.) 一、开题报告撰写格式按照学校规定模版填写...

本科生毕业论文（设计） 题 目: 基于改进灰色马尔可夫模型对浙江省城市污 水量的预测 姓 学 专 班 学 名: 院: 业: 级: 号: 赵静 m 数理与信息工程学院 信息与计算科学 2011 级 2 班 n 职称: 讲师 指导教师: 2014 年 10 月 10 日 安徽科技学院教务处制 课题名称 基 本 情 况 教师姓名 课题来源 课题类型 基于改进灰色马尔可夫模型对浙江省城市污水量的预测 赵静 A.科研 B.生产 A.论文 职称 C.教学 B. 设计 讲师 D.其它 随着国家的经济发展，环境污染问题也越来越突出，浙江省经济发达，人 口也很多，所以就带来了环境污染。本论文运用改进马尔可夫模型对浙江省污 水量进行预测，对降低浙江省污染的排放和解决环境污染问题有很大的好处。

通过预测结果，可建议浙江省在全省的角度来建设污水处理厂，和建设相关工 选 程来治理省内江河湖泊的污染。符合当前可持续发展的国家战略。

题 理 由 签字：

年 月 日 指 导 教 师 意 见 签字：

年 月 日 审 题 意 见 教学院（部）签章: 年 月 日 1 安徽科技学院本科生毕业论文（设计）开题报告书 题 目 基于改进灰色马尔可夫模型对浙江省城市污水量的预测 苗世军 指导教师 赵静 职 称 讲师 学生姓名 研究目的意义及国内外研究状况和应用前景（附参考文献） ：

一、研究的目的及意义 浙江省城市污水排放数据是浙江省污水治理和解决污染问题的核心数据， 该研究可以对城市建设及配套基础设施建设提供依据，它的预测准确性将严重影响 城市建设规划及资金的计划与支出[1]。本论文依据 2002 至 2013 年中 12 个数据进行 建模并预测浙江省 2014 至 2018 年污水排放量数据，并根据预测结果对浙江省的污 染物防治和江河湖泊水污染治理提供相应的建议。

二、国内外研究状况 主要有以下几种方法对污水排放量排水量进行预测:回归法，灰色模型，随机 森林回归，指标法，系统动力学法。在现实中的数据预测中,为提高结果的准确度一 般采取几种模型一同预测的方式。

崔文龙提出了随机样本的随机森林回归年污水排放量预测模型[2]。饶世雄，明 丹[3]利用遗传算法-人工神经网络应用于城市污水量预测。李晓东，曾光明，黄国[4] 等建立城市污水量短时预测的混沌神经网络模型。李梅，黄廷林，徐志嫱 [5]应用系 统动力学法研究污水处理。

金建华等[6]利用 BP 神经网络对某水厂的时需水量进行预 测。

张宏伟等[7]采用极差正规化法对原始数据进行归一化处理， 然后建立多元线性回 归方程进行预测。

张雅君等[8]将通过回归分析并建立多元回归分析方程对于北京市的 需水量进行预测。

孟清旭等[9]对山西省大同市城区的废水排放总量时间序列同样采用 建立 GM(1,1)模型进行预测， 预测结果有很高的精确度。

HeoJeong-Sook 等[10]采用模 糊神经网络对于某城市的四个监测点的日最大臭氧浓度进行预测，预测精度很高。

Ashu J 等[11]采用 AR(P)（自回归模型）和神经网络的组合模型来预测某条河流的流 量，结果表明该组合模型对于非线性的数据系列具有很好的预测结果。朱石清等[12] 采用指标分析法对于 2020 年上海市的城市污水排放总量进行预测。

周云龙，柳长昕，洪文鹏[13]采用自回归–连续隐马尔可夫模型的方法对离心泵故障 进行诊断。李士进，杨静宇，陆建峰[14]采用奇异值特征和隐马尔可夫模型对人脸检 测。王彩乎[15]采用滑动平均马尔可夫模型对高速公路沿线降雨进行预测。李小芳 [16] 采用改进灰色马尔可夫模型对城市污水量和 COD 总量预测。 2 三、应用前景 城市污水年排放量是环境规划和水污染防治的主要依据。较准确地预测出各水 平年的废水排放总量以及需要处理的污水量，关系到浙江省财政的划拨，直接关系 到环境规划的实施效果和水环境质量能否得到改善。

目前，有关环境预测的技术方法大致可分为两类：定性预测技术、定量（或半 定量）预测技术。定性预测常常带有强烈的主观色彩，在某种意义上跟现代化的管 理水平不相适应。定量预测是以运筹学、系统论、控制论和统计学为基础，通过建 立各种模型，用数学或物理模拟来进行的预测技术。通常人们采用定量预测的方法 进行预测。本文试图建立灰色马尔可夫预测模型，定量预测浙江省城市污水排放量， 以期能为其污染控制规划提供决策支持。 3 四、参考文献 [1] 王凡．城市污水排放量预测研究[D]．上海：华东师范大学，2011． [2] 崔 文 龙 . 随 机 森 林 回 归 模 型 及 其 在 污 水 排 放 量 预 测 中 的 应 用 [J]. 供 水 技 术.2014(1):31-36. [3] 饶世雄，明丹．遗传算法-人工神经网络应用于城市污水量预测［J］ ． 山西建筑，2010， 36(9) : 175-176． [4] 李晓东，曾光明，黄国和，等．城市污水量短时预测的混沌神经网络模型［J］ ． 环境 科学学报，2006，26( 3) :416-419． [5] 李梅，黄廷林，徐志嫱． 系统动力学在城市污水再生回用系统中的应用［J］ ． 数学的 实践和认识，2005，38( 8) : 78-83． [6] 金建华，史义雄，史永刚．基于 BP 神经网络构建城市时需水量预测模型[J]．城市管 理与科技，2005,7(1)：29-31. [7] 张宏伟，岳琳，王亮．城市污水排放量预测模型研究[J]．中国给水排水，2005，21(9)：

40-42． [8] 张雅君， 刘全胜， 冯萃敏． 多元线性归分析在北京城市生活需水量预测中的应用[J]． 给 水排水，2003，29(4)：26-28． [9] 孟清旭， 陈卫玉． 城市废水排放量的灰色预测[J]． 中国环境监测， 1995， 11(5)：

50-51． [10] Heo J S，Kim D S．A new method of ozone forecasting using fuzzy expert and neural network systems[J]．Science of Total Environment，2004,325(3)：221-237． [11] Ashu J，Avadhnam M K．Hybrid neural network model for hydrologic time series forecasting[J]．Applied Soft Computing，2007，7(2)：585-592． [12] 朱石清．上海市 2020 年规划污水量预测[J]．上海市政工程,1998(4)：17-20. [13] 周云龙，柳长昕，赵 鹏，孙 斌，洪文鹏. 基于自回归–连续隐马尔可夫模型的离心 泵故障诊断[J].中国机电学报，2008,28（20） ：88-93. [14] 李士进,杨静宇,陆建峰. 基于奇异值特征和隐马尔可夫模型的人脸检测[J]. 中国图 像图形学报,2001,6(7):681-688. [15] 王彩乎.滑动平均马尔可夫模型在高速公路沿线降雨预测中的应用 [D]. 昆明理工大 学,2007. [16] 李小芳. 基于改进灰色马尔可夫模型的城市污水量和 COD 总量预测 [D]. 天津大学， 2012. 4 主要内容、研究方法和思路：

主要内容：

。

（1）针对传统灰色马尔可夫模型不同的预测过程和对应优缺点，尝试建立一种改 进的灰色马尔可夫模型，能够避免传统灰色马尔可夫预测结果的最差结果，从而扩 大灰色马尔可夫模型的应用范围。

（2）利用改进的灰色马尔可夫模型对浙江省生活污水排放量、工业废水排放量进 行预测，并将灰色模型、灰色马尔可夫模型、改进灰色马尔可夫模型的预测结果进 行比较分析。

主要方法：

灰色马尔可夫模型是将灰色模型和马尔可夫模型进行组合的模型，它的预测过 程是：首先根据原始数据序列进行灰色生成，根据生成的序列确定灰色模型的参数； 然后利用建立的灰色模型进行模拟预测，根据预测值和实际值来检验建立模型的精 度；之后将灰色预测结果适当的划分为几个状态，建立马尔可夫模型，并对灰色预 测结果的状态进行预测和修正。

根据灰色模型和马尔可夫模型的组合方式，传统的 灰色马尔可夫模型预测方法主要包括以下两种：

（1）利用马尔可夫过程对于灰色预测结果残差模型的符号进行预测。对于 给定的时间序列进行处理后建立灰色模型，根据灰色模型预测结果和实际值进行比 较，可以得到残差数据序列。将残差数据序列的绝对值作为原始数据，并进行灰色 预测，得到灰色残差模型，为提高预测精度，利用马尔可夫过程对未来时刻残差模 型的符号进行预测。

（2）利用马尔可夫过程对于灰色预测结果的相对误差进行预测。依据原始 数据系列建立灰色模型，对灰色预测结果的相对误差进行划分状态，并根据当前的 状态转移情况，对于未来时刻灰色预测结果的相对误差所处的状态进行预测，进而 提高灰色预测结果的准确性。

当采用马尔可夫过程对灰色结果相对误差进行预测时，有两种方式：一种是依 据系统的初始状态和 n 步状态转移矩阵， 直接对于未来时刻系统所处的状态进行预 测；另一种是根据系统的初始状态和一步状态转移矩阵来预测下一个时刻所处于的 状态， 然后根据下一个时刻的状态和一步状态转移矩阵来预测系统之后时刻的状态。

改进的灰色马尔可夫模型是对于马尔可夫过程的预测进行优化，因此灰色建模部分 和 GM(1,1)模型的保持一致， 不同的是马尔可夫过程对于灰色预测结果的修正作用。

改进的灰色马尔可夫模型建立具体步骤主要包括：

首先对于预测序列进行灰色生成， 根据生成的数据序列求出灰色模型的参数，确定灰色模型并进行预测；然后对于灰 色预测结果的相对误差进行划分状态，确定马尔可夫过程的状态转移情况；之后根 据第一种灰色马尔可夫模型和第二种灰色马尔可夫模型的计算方式求出相应的灰色 预测结果的修正值，从而求得改进灰色马尔可夫模型的预测值。

思路：

第一章为绪论。主要介绍研究的目的及意义。第二章为对马尔可夫模型的介绍。第 三章为对浙江省污水量的预测。第四章为总结与建议。 5 总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期） ：

①阅读资料、获得相关数据：2014 年 9 月月至 2014 年 10 月； ②撰写开题报告：2014 年 9 月 15 中旬至 2014 年 10 上旬； ③撰写改进型灰色马尔可夫模型应用论文初稿，和 GM（1,1）灰色预测模型的 应用的论文初稿 2014 年 10 月至 11 月； ④整理论文初稿：2014 年 11 月上旬； ⑤论文修改：2014 年 11 月中旬； ⑥论文定稿：2014 年 11 月下旬； 指导教师意见（研究的意义、创新点、前期基础工作、存在的难点和困难、建 议等） ： 指导教师签名：

学院领导组意见： 年 月 日 签名： 年 月 日 6 

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