城市夜間光污染現(xiàn)狀及一種評價方法

1、城市夜間光污染現(xiàn)狀及一種評價方法摘要光污染是現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步伴隨產(chǎn)生的環(huán)境問題。光污染現(xiàn)象在許多大城市里都已經(jīng)出現(xiàn)了。光污染已經(jīng)影響到人們的正常生活,在不同程度上對人們的身體造成傷害。如同水污染,大氣污染一樣,光污染也不利于城市的可持續(xù)發(fā)展。近年來,研究與控制光污染已成為國際學(xué)術(shù)界特別關(guān)注的涉及全球環(huán)境的學(xué)術(shù)問題。目前,專家們對于環(huán)境中的光污染,已經(jīng)做了許多研究,發(fā)表了很多成果。本文基于在物理性污染課堂上所學(xué)的知識，對城市光污染現(xiàn)狀做了一些總結(jié)，并提出了一種光污染評價方法:該方法通過對不同天氣情況下城市的夜間光源的區(qū)域性和時序性進(jìn)行探究，嘗試建立典型天氣情況下的城市光污染模型并找

2、到典型天氣情況下影響城市光污染狀況的主要因子，對城市整體夜間光污染情況作出評價，為城市光污染防治提供決策幫助。關(guān)鍵詞光污染污染現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采集bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時序性整體評價城市夜間光污染現(xiàn)狀隨著我國現(xiàn)代化城市建設(shè)的不斷發(fā)展，特別是城市為了美觀大量的興建玻璃幕墻以及城市霓虹，使得光污染的問題愈加嚴(yán)重。狹義的光污染指的是干擾光的有害影響。即已形成的良好照明環(huán)境由于逸散光而產(chǎn)生被損害的狀況，又由于這種損害產(chǎn)生了害的影響；廣義的光污染指的是由于人工光源導(dǎo)致人生理和心理的健康收到損害的現(xiàn)象?，F(xiàn)今城市的光污染主要來源于兩方面，一是城市大面積的采用鏡面式鋁合金裝飾的外墻及玻璃幕墻所形成的光污染；二是城市夜景照明所產(chǎn)

3、生的光污染。特別是城市夜景照明所產(chǎn)生的光污染，已經(jīng)嚴(yán)重影響人們的工作和休息，更有甚者使人白晝不分，嚴(yán)重影響了人們正常的生物節(jié)律。除此之外，現(xiàn)在人們家庭室內(nèi)的裝潢所產(chǎn)生的室內(nèi)環(huán)境光污染已逐漸引起人們的重視。城市夜間光污染的危害主要包括了對人和動植物的影響兩方面：對人的影響夜間室外的照明設(shè)施往往具有強(qiáng)大的功率，產(chǎn)生的光一般具有很高的亮度，很多情況下會直接射入附近的居民家中；另外附近的交通道路上產(chǎn)生的間斷性的光源同樣也會在一些情況下射入居所，這些都會對居民的正常生活產(chǎn)生負(fù)面影響。道路上的照明設(shè)施，城市的景觀照明設(shè)備都極有可能對其一定范圍內(nèi)的行人，駕駛者，重型設(shè)備的操作員等等造成一定的影響，并有可能導(dǎo)

4、致嚴(yán)重的后果，例如交通事故，工程事故等，另外，城市夜間光污染還可能會對一些對光線十分敏感的高精尖科學(xué)儀器設(shè)備等產(chǎn)生影響，如天文觀測等。對動植物的影響，城市夜間光污染會影響到很多植物，特別是城市里的植物的生命周期，動物的生活習(xí)性和新陳代謝等。這些影響都是很難預(yù)估和評價的?；赽p神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種城市夜間光污染的評價方法光污染屬于物理性污染，其特點是光污染是局部的，隨著距離的增加而迅速減弱；在環(huán)境中不存在殘余，光源消失。污染即消失。由于城市夜間光污染的特殊性，使得對它的評價十分困難。主要表現(xiàn)在評價模型的建立，因子指標(biāo)的選取，評價指標(biāo)的確定，數(shù)據(jù)的采集和標(biāo)準(zhǔn)化等。本文考慮到城市夜間光污染空間上的區(qū)域性

5、，時間上的時序性，嘗試提出一種基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評價方法。方法思路確定因子T采集數(shù)據(jù)T神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析T光污染多元回歸方程T假想污染點得分T污染點情況時序分析T典型天氣情況下城市整體污染狀況因子的確定本模型中確定光強(qiáng)物理量，居民人口，霓虹數(shù)量，采光方向為因子。圖1三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)BP網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的非線性映射能力，一個3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對任意非線性函數(shù)進(jìn)行逼近（根據(jù)Kolrnogorov定理）。對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本文不多做其他介紹了。數(shù)據(jù)的采集處理對于城市夜間光污染的評價是對于城市整體的光污染狀況評價，所以本模型只對城市整體的夜間光污染狀況做評價，針對城市個別地方的光污染不做探究。前面說到城市夜

6、間光污染具有區(qū)域性，所以對于城市夜間光污染的數(shù)據(jù)采集顯得比較困難。本模型首先用相似天氣情況下的城市夜間用電情況基本確定城市的整體的夜間照明情況。（用電量大的地方一般照明設(shè)施也比較多，存在光污號。染的可能性也較大）然后確定出光污染的假想污染源若干，并建立基于自然地理坐標(biāo)的二維坐標(biāo)系，以此來確定假想污染源位置，并給假想污染源編物理指標(biāo)數(shù)據(jù)考慮到光的直線傳播特性，夜間的光污染也具有一定的方向性，所以對假想污染源的每個方向上的光強(qiáng)規(guī)定了一個矩陣，GRAD=grad,grad,grad,grad,grad,grad,grad,gradwesbnwnesesw分別對應(yīng)了西、東、南、北、西北，東北，東南和西

7、南。其具體圖示如圖在這八個方向上，每個方向上的徑向相等的距離上采集該處的光強(qiáng)，列出一個矩陣，即為該假想污染源的光強(qiáng)物理數(shù)據(jù)矩陣。自然指標(biāo)數(shù)據(jù)第一，對假想污染源附近的居民進(jìn)行問卷調(diào)查。將其對該假想污染源附近的光污染狀況做評級，分為ABCDE級。并的到與方向維度對應(yīng)的居民評價等級矩陣。第二，對假想污染源的每個方向上的居民人數(shù)做居民人數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，統(tǒng)計的區(qū)間應(yīng)和光照采集點相對應(yīng)。得到假想污染源附近的居民人數(shù)矩陣。第三，采用數(shù)字012345678分別對應(yīng)著附近居民家庭采光方向（即窗戶的朝向）的西、東、南、北、西北，東北，東南和西南。得到假想污染源附近的居民采光矩陣，考慮到家庭采光的方向有多個的可能性，

8、這里的采光方向取夜間采光方向。第四，對污染源附近的面積在2勿2的霓虹廣告牌的數(shù)量，統(tǒng)計區(qū)間應(yīng)和光照采集點相對應(yīng)。即為該假想污染源的霓虹數(shù)量矩陣。指標(biāo)數(shù)據(jù)的時序統(tǒng)計本模型中時序數(shù)據(jù)的采集取15min,即對上述數(shù)據(jù)每15分鐘采集一次。Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析將收集到的數(shù)據(jù)做歸一化處理；再將歸一化處理后的光強(qiáng)物理矩陣，居民人口矩陣，霓虹數(shù)量矩陣，采光方向矩陣作為輸入層，設(shè)立四層隱含層，取居民等級評價矩陣作為輸出層，做神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析，（注意誤差和殘差分析）得到一系列因子的權(quán)重矩陣。根據(jù)權(quán)重矩陣大致列出關(guān)于該假想污染源的污染得分多元回歸方程，計算出該假想污染源的得分。根據(jù)假想污染源在多個時間點的得分情況，繪制出該假想污染源的時序光污染情況，最終確定出城市夜間光污染的污染源。在確定了污染源后，可根據(jù)得到的回歸方程，加上其他因子的約束方程，求解出該減少污染源污染情況各因子的最優(yōu)解，以此來為相關(guān)部門提供決策。方法的改進(jìn)由于時間和個人能力有限，本模型還是有很多的漏洞，下面提出一些改進(jìn)：考慮到交通流對光污染的影響很大，建立模型時應(yīng)充分考慮到交通流的因素；因子的確定考慮不完善，應(yīng)加以改進(jìn)；確定最終污染源時可采用一般的