基于灰色預測模型的北京市垃圾量預測

高澤梅 韓欣諾 霍艷鳳

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.037

摘? 要：隨著經濟的不斷發展和社會的不斷進步，人們的生活水平日益提升，消費水平相比之前也有了很大的提高。因此，對城市生活垃圾產生量的預測是實施垃圾分類管理的一個重要前提條件。該文首先對北京市垃圾產生量現狀及研究現狀進行分析，根據北京市2010—2019年垃圾產生量建立灰色預測模型，對未來10年的垃圾產生量進行預測，分析預測結果并提出合理有效的建議。

關鍵字：城市生活垃圾;垃圾量;灰色預測模型

中圖分類號：TP391.44;X799.3? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）08-0130-03

Prediction of Waste Volume in Beijing Based on Grey Prediction Model

GAO Zemei，HAN Xinnuo，HUO Yanfeng

（Shandong Huayu University of Technology，Dezhou? 253034，China）

Abstract：With the continuous development of economy and social progress，our living standard is improving day by day，and the consumption level has also been greatly improved than before. Therefore，the prediction of municipal solid waste production is an important prerequisite for implementing waste classification management. Firstly，this paper analyzes the current situation of waste generation amount in Beijing and research status. Based on the waste generation amount in Beijing from 2010 to 2019，a grey prediction model is established to predict the waste generation amount in the next 10 years，analyze the prediction results and put forward reasonable and effective suggestions.

Keywords：municipal solid waste;waste volume;grey prediction model

0? 引? 言

近年來，全國各大中型城市紛紛試點垃圾分類回收新模式，并在電視、報紙、網絡等傳媒上進行大力宣傳。城市生活垃圾的產生量、清運量不斷增加，這給城市生活垃圾管理和處置帶來巨大壓力，城市垃圾管理業已成為城市發展過程中所面臨的重要問題。城市生活垃圾的產生量是建設城市生活垃圾處理工程的重要依據。比如說，現有的垃圾分類系統還存在諸多不足之處，要想進行改革創新，首先要對未來的垃圾產生量進行精準的評估，據此做到有效地對垃圾箱進行容量的設計。在調查的過程中，發現有大部分城市并沒有認真地統計每年的垃圾產生量或清運量，這將導致無法準確地為這些城市提出相應的垃圾分類對策和建議。同時，垃圾分類數據的欠準確也會給政府、環衛等相關部門帶來許多問題。因此，利用預測模型對垃圾產生量進行準確預測具有舉足輕重的作用。根據北京市2010—2019年垃圾清運量的數據，預測未來十年北京市垃圾清運量，并通過預測結果對未來北京市垃圾產生量的控制提出有效的建議。

1? 現狀分析

1.1? 研究現狀分析

用于預測垃圾產生量的方法有很多，主要有BP神經網絡、多元回歸分析法、線性回歸模型、指數平滑模型、最小二乘法預測等。國內外對城市生活垃圾產量預測的研究較多。如郭衛廣、雍毅、吳怡、侯江、鄭玲玲利用BP神經網絡預測分析的協變量來預測成都市生活垃圾產量;張二麗、王玉龍、汪太行、馮宇運用GM（1，1）模型對鄭州市東風渠水環境質量進行預測;曹思思、縱誠、夏尚清、陳俊提出了采用人均指標法、平均增長率、最小二乘法、多元線性回歸方法對垃圾產量進行研究預測等。鑒于此，通過對北京市生活垃圾產生量進行預測，為北京市生活垃圾分類提供有力的政策支持。

1.2? 選取區域——北京概況

北京是全國的政治中心、文化中心，是世界著名古都和現代化國際城市，平原區面積為6 200平方千米，約占總面積的38%。北京的自然條件很好，地質結構穩定。最重要的是它位于全國的中央位置，北進蒙古，東進東北，南進華北。城鎮人口占全市常住人口的比重為86.6%，據統計，2019年北京GDP超過3.5萬億元，經濟保持平穩運行，推動高質量發展取得新成效。

1.3? 北京市的城市生活垃圾產量分析

表1給出了2010—2019年10年間北京市城市生活垃圾產生量，從表1中可以看出，自2010年至2019年，北京市的生活垃圾產量已由每年的635萬噸上升至1 011萬噸，平均到每一天是2.77萬噸，平均年增長率為5.36%，如果按照此趨勢發展下去將會對生態環境造成很大的危害。為了解決垃圾處理難的問題，可以對垃圾分類系統進行創新與設計。對垃圾進行有效分類的前提是，利用灰色模型GM（1，1）對城市垃圾數量進行建模，并做出未來幾年生活垃圾產量的預測。

2? 灰色預測模型

2.1? 灰色預測理論基礎

灰色預測理論的核心是灰色模型，主要思路是對原始數據進行累加生成近似指數規律，在此基礎上建立白化微分方程，最后求解方程并根據結果進行預測。其優點是不用提供很多的數據，一般只需4個數據，這樣就能解決原始數據少、序列的完整性和可靠性低的問題。通過該模型可以利用微分方程充分挖掘系統的本質，預測精度高，運算簡便且易于檢驗，可以使用常用的辦公軟件Excel直接進行計算，使得一些即使不會編程的人員也能夠輕松地掌握GM（1，1）預測模型的使用。其中GM（1，1）預測模型是適用范圍最廣的一種灰色預測模型。

2.2? 模型建立

若符合P和C的范圍，可以使用模型進行預測;若不符合P和C的范圍則需要建立殘差修正模型以提高精度，然后利用修改后的模型進行預測，誤差檢驗具體值如表2所示。

3? 北京垃圾產量預測

3.1? 具體預測過程

根據2.2建模步驟，將數據帶入灰色預測模型，利用常用的辦公軟件Excel計算并求解。數據輸入及操作如下：將北京市2010—2019年生活垃圾產生量數據輸入Excel表格，A15：A15為年份，B5：B15為產生量數據。C5進行計算累加生成，C6輸入第一年產量，在選定的C7單元格中輸入“=B6+B7”，用填充柄填充C8：C15區域。在D7單元格中輸入“=AVERAGE（C6：C7）”，計算出滑動平均數值，并用填充柄填充D8：D15;E7：E15區域，輸入前一列滑動平均數的負數;F7：F15輸入值為1;在G7單元格中輸入“=B7-B6”，并用填充柄填充G8：G15區域;選定區域H7：I8，輸入“=MMULT（TRANSPOSE（E7：F15），E7：F15）”;選定區域H10：I11，輸入“=MINVERSE（H7：I8）”;選定區域H13：H14，輸入“=MMULT（TRANSPOSE（E7：F15），G7：G15）”;選定I16、I17單元格，分別輸入a、u，I16輸入“=MMULT（H10：I11，H13：H14）”，I17輸入“=MMULT（H10：I11，H13：H14）”;在L5：L15區域輸入0至19為2010至2029年份，在M6單元格中輸入“=$K$20*EXP（-$H$16*L6）+$J$17”，計算出預測量，并用填充柄填充M7：M25區域。（矩陣計算，如MINVERSE、MMULT、TRANSPOSE，輸入相應的公式后，要按住“Ctrl+Shift+Enter”組合鍵）計算出：

u=10.295 232 96

a=-0.008 067 483

u/a=-1 276.139 439

將計算得出的數據帶入垃圾產量的時間響應函數：

X^（1）（k+1）=1 911.139 439e^{-0.008 067 483 k}-1 276.139 439

因此計算出北京市未來幾年的垃圾產量值，具體數據如表3、圖1所示。

3.2? 結果分析

通過灰色預測算法對北京市垃圾產量進行分析與預測，對未來北京市的垃圾分類回收工作、生活垃圾的處置及系統規劃提供了重要的參考數據。從圖和表可以看出垃圾的產量仍然處在遞增階段，每年的垃圾產量仍呈逐年上升趨勢。由此可見，對垃圾進行分類處置具有重要意義，城市居民生活垃圾分類還有利于推進居民生活環境的改善，提高人民生活的幸福感，促進我國的生態文明建設，同時推行垃圾分類還有利于培養人們節約資源、保護環境的思想意識。環境衛生問題對居民的生命健康與財產安全提出了挑戰，我們必須要正視環境問題，積極應對環境問題所帶來的威脅。垃圾分類是我們積極應對環境衛生問題而邁出的第一步，因此要對現有垃圾分類系統進行更加有效的創新和設計，積極推進垃圾分類工作。

4? 結? 論

通過對北京市垃圾產量的預測分析，總結出城市生活垃圾量呈上升趨勢，對垃圾量的預測可以助力各部門進行有效的控制，可以改善生態環境，促進我國的生態文明建設，同時，推行垃圾分類對提升中華民族整體文明素質具有重要意義。實施好城市生活垃圾分類回收和處理的工作，通過對垃圾進行科學有效的處理來減少垃圾對環境的污染與破壞，提高垃圾的回收利用率，進一步優化城市的環境。針對如何實施好城市生活垃圾的分類回收和處理的工作提出以下四條建議：

（1）推行垃圾回收利用的有力措施，減少污染，進一步優化城市的環境。

（2）提升垃圾處理設施建設水平，確保垃圾分類設施數量充足，功能完善。

（3）加大宣傳力度，提高公眾參與度，采取獎勵積分的辦法，吸引大眾參與垃圾分類工作，培養人們節約資源、保護環境的思想意識。

（4）實現跨區域和部門的協作，做好垃圾監測信息的實時公開，為進一步推行垃圾分類管理作鋪墊。

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作者簡介：高澤梅（1999—），女，漢族，山東青島人，本科在讀，研究方向：智慧物流;韓欣諾（2000—），女，漢族，山東淄博人，本科在讀，研究方向：物流工程;霍艷鳳（1990—），女，漢族，山東菏澤人，教師，碩士研究生，研究方向：智慧物流、信息系統技術與仿真。

收稿日期：2021-03-15

基金項目：2020年度國家級大學生創新創業訓練計劃項目（S202013857001）