基于非线性回归和层次分析法的塑料污染研究获奖科研报告

基于非线性回归和层次分析法的塑料污染研究获奖科研报告

摘

要：塑料工业的快速发展给人们带来了许多便利和巨大的经济效益，但同时也伴随着各种令人担忧的生态问题。首先，我们采用一元非线性回归模型，通过大量相关数据，考虑塑料廢弃物的来源、处理塑料所需资源的有效性和有效性等因素，以年份为自变量，通过多元拟合，我们估计一次性使用或处理塑料产品废物的最高水平，这些废物可以安全地减少，而不会对环境造成进一步损害。然后，改进传统的层次分析法，研究政府的相关政策，建立环境安全指标体系，并讨论了利用它可以减少多少塑料废弃物，达到环境安全水平。

关键词：一元非线性回归;层次分析法;环境安全;塑料污染

1背景

目前，大多数塑料包装材料都是100%聚烯烃材料，不采用可降解配方制成。由于其优异的化学稳定性，自然分解需要大约200年的时间[1]。因此，只有大约9%的塑料产品可以回收利用，每年大约有4-12吨塑料废物进入海洋[2]。显然，塑料垃圾不仅会造成白色污染（视觉污染），还会造成水体污染，甚至危及海洋生物的生命安全。因此，加强对塑料制品的管理正逐渐成为人类的共识，也是全球塑料生产和使用面临的重要现实问题。在这种情况下，为了解决塑料废弃物的问题，我们将提出一种方法，以减缓塑料生产的流动，改善我们如何管理塑料废弃物。

2基于一元非线性回归的塑料环保产品产量预测模型

欧美等国家被提名为亚洲国家，中国已成为全球最大的塑料生产国，占全球塑料产量的25%[4]，为此，本文将以中国为例详细回答。

首先自变量设为“年”，因变量设为“中国塑料制品数量”。然后，根据中国国家统计局提供的过去五年（2015-2019年）塑料制品数量数据，我们把这里生活垃圾的来源一般分为生活垃圾和工业垃圾。将自变量设为t年，将因变量设为可用土地资源L年，根据近5年垃圾无害化处理厂的数量和无害化处理工艺进展的相关数据，得到拟合数据的曲线，如下图所示。

为了判断拟合精度是否高，引入残差范数对拟合效果进行量化。一般来说，残差范数越小，拟合效果越好。经计算，两个数字的残差分别为1.03和1.49，说明我们的拟合是绝对准确的。

最后，当我们得到一阶导数时，我们得到了原函数的变化程度，所以计算得到的是V1和V2，我们得到：

并对两个因变量进行比较，根据两个第一素数的特点：当2020年≤x≤2030年时，我们得到：环境破坏率大于环境恢复率。相应地，最大值等于人类处理的塑料垃圾的最大量，求出最大值的一阶导数，大于零，所以：当2020年≤x≤2030年时，最大值增加。当x=2030时，最大水位取最大值6.23*t。

3基于层次分析法减少塑料废弃物模型

传统AHP判断矩阵的量化值采用Saaty提出的1-9标度法。当评价体系中指标较多时，不仅选代次数较多，计算量较大，而且由于一致性差，判断矩阵的可靠性较差。为此，本文采用改进的层次分析法，将两个指标用三个尺度（0、1、2）进行比较，建立比较矩阵，进而确定判断矩阵。IAHP的三个尺度意义是：0表示Ci比Cj重要，1表示Cj和Ci同等重要，2表示Ci比Cj重要。该方法具有自我调节功能，不需要一致性检验。与层次分析法相比，尺度值具有合理性和良好的判断沟通性，提高了比较判断过程的准确性。

在这个问题上，我们首先利用改进的层次分析法建立了环境安全评价体系，从而找出环境安全水平。首先，选取影响因素建立评价指标体系，构建评价指标体系的思路和步骤如下：

生态环境安全评价一般遵循四个原则：一是综合性原则，评价指标反映生态环境的整体性和综合性特征;二是主导因素原则，选择代表性原则，领先最能反映生态环境的本质特征;第三，可操作性原则，指标的量化数据应便于获取和更新;第四，原则简单，指标选择有针对性，评价指标尽量少，以及尽可能简单的评估方法。

因此，在环境生态安全概念和相关文献的基础上，探索并构建了由目标层、系统层和指标层（表1）组成的层次结构的环境安全水平评价指标体系。系统层由大气系统、土壤环境和水环境系统三个生态环境安全要素组成;指标层由大气中二氧化碳含量、PM2.5含量、水资源中污染物含量等代表性指标因子组成，以及土壤所能容纳的垃圾量等本模型基于指标的易取性、独立性、针对性和可比性等原则，在一些有代表性的地方查询了经济、农业、林业、水利等相关部门的大量数据资料，通过对数据和资料的筛选和选择，选择容易获得、反映环境实际情况、便于研究区纵向比较、便于与同类地区比较的区域，以区域横向比较指标构建评价指标体系。

在数据标准化之前，使用自然对数变换来缩小变化范围。为了消除量纲差异，使数据具有可比性，进一步规范了数据范围。10年13个评价指标的原始数据矩阵经自然对数变换后为，数据矩阵为。安全趋势指数为正值，数值越大，水环境安全，范围标准化处理如下：

其次，确定各指标在指标体系中的权重，确定方法如下：通过计算和整理，各体系层环境与生态安全体系比较见表2-6（见附件：表2-6），并对系统层和指标层的各项指标进行了合理的权重分配。得到了环境生态安全系统的比较矩阵A-B、B1-C、B2-C和b3-C。环境生态安全评价体系中各指标的单级排序和总级排序见表7，各指标权重为Wi。

结果表明：13项指标中，污水排放总量权重为0.2579，一次成型塑料生产量权重为0.1641，垃圾处理量权重为0.1216，污染治理资金权重为0.1172，污水处理能力权重为0.086，土壤自恢复力权重为0.0729，排名前5位;二氧化碳等三种物质的重量较小。在对环境与生态安全进行量化时，可以剔除权重较小的三个因素，从而简化评价过程。

4小结

根据环境生态安全评价标准和水平，我国正处于总体状态，环境系统的服务功能可能退化，环境可能受到一定程度的破坏，生态系统结构可能发生变化。一般来说，生态系统很可能保持其基本功能，但受到干扰后容易恶化，出现生态问题，并会出现阶段性