基于灰色预测模型的北京市垃圾量预测

高泽梅 韩欣诺 霍艳凤

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.037

摘  要：随着经济的不断发展和社会的不断进步，人们的生活水平日益提升，消费水平相比之前也有了很大的提高。因此，对城市生活垃圾产生量的预测是实施垃圾分类管理的一个重要前提条件。该文首先对北京市垃圾产生量现状及研究现状进行分析，根据北京市2010—2019年垃圾产生量建立灰色预测模型，对未来10年的垃圾产生量进行预测，分析预测结果并提出合理有效的建议。

关键字：城市生活垃圾;垃圾量;灰色预测模型

中图分类号：TP391.44;X799.3       文献标识码：A 文章编号：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，全国各大中型城市纷纷试点垃圾分类回收新模式，并在电视、报纸、网络等传媒上进行大力宣传。城市生活垃圾的产生量、清运量不断增加，这给城市生活垃圾管理和处置带来巨大压力，城市垃圾管理业已成为城市发展过程中所面临的重要问题。城市生活垃圾的产生量是建设城市生活垃圾处理工程的重要依据。比如说，现有的垃圾分类系统还存在诸多不足之处，要想进行改革创新，首先要对未来的垃圾产生量进行精准的评估，据此做到有效地对垃圾箱进行容量的设计。在调查的过程中，发现有大部分城市并没有认真地统计每年的垃圾产生量或清运量，这将导致无法准确地为这些城市提出相应的垃圾分类对策和建议。同时，垃圾分类数据的欠准确也会给政府、环卫等相关部门带来许多问题。因此，利用预测模型对垃圾产生量进行准确预测具有举足轻重的作用。根据北京市2010—2019年垃圾清运量的数据，预测未来十年北京市垃圾清运量，并通过预测结果对未来北京市垃圾产生量的控制提出有效的建议。

1  现状分析

1.1  研究现状分析

用于预测垃圾产生量的方法有很多，主要有BP神经网络、多元回归分析法、线性回归模型、指数平滑模型、最小二乘法预测等。国内外对城市生活垃圾产量预测的研究较多。如郭卫广、雍毅、吴怡、侯江、郑玲玲利用BP神经网络预测分析的协变量来预测成都市生活垃圾产量;张二丽、王玉龙、汪太行、冯宇运用GM（1，1）模型对郑州市东风渠水环境质量进行预测;曹思思、纵诚、夏尚清、陈俊提出了采用人均指标法、平均增长率、最小二乘法、多元线性回归方法对垃圾产量进行研究预测等。鉴于此，通过对北京市生活垃圾产生量进行预测，为北京市生活垃圾分类提供有力的政策支持。

1.2  选取区域——北京概况

北京是全国的政治中心、文化中心，是世界著名古都和现代化国际城市，平原区面积为6 200平方千米，约占总面积的38%。北京的自然条件很好，地质结构稳定。最重要的是它位于全国的中央位置，北进蒙古，东进东北，南进华北。城镇人口占全市常住人口的比重为86.6%，据统计，2019年北京GDP超过3.5万亿元，经济保持平稳运行，推动高质量发展取得新成效。

1.3  北京市的城市生活垃圾产量分析

表1给出了2010—2019年10年间北京市城市生活垃圾产生量，从表1中可以看出，自2010年至2019年，北京市的生活垃圾产量已由每年的635万吨上升至1 011万吨，平均到每一天是2.77万吨，平均年增长率为5.36%，如果按照此趋势发展下去将会对生态环境造成很大的危害。为了解决垃圾处理难的问题，可以对垃圾分类系统进行创新与设计。对垃圾进行有效分类的前提是，利用灰色模型GM（1，1）对城市垃圾数量进行建模，并做出未来几年生活垃圾产量的预测。

2  灰色预测模型

2.1  灰色预测理论基础

灰色预测理论的核心是灰色模型，主要思路是对原始数据进行累加生成近似指数规律，在此基础上建立白化微分方程，最后求解方程并根据结果进行预测。其优点是不用提供很多的数据，一般只需4个数据，这样就能解决原始数据少、序列的完整性和可靠性低的问题。通过该模型可以利用微分方程充分挖掘系统的本质，预测精度高，运算简便且易于检验，可以使用常用的办公软件Excel直接进行计算，使得一些即使不会编程的人员也能够轻松地掌握GM（1，1）预测模型的使用。其中GM（1，1）预测模型是适用范围最广的一种灰色预测模型。

2.2  模型建立

若符合P和C的范围，可以使用模型进行预测;若不符合P和C的范围则需要建立残差修正模型以提高精度，然后利用修改后的模型进行预测，误差检验具体值如表2所示。

3  北京垃圾产量预测

3.1  具体预测过程

根据2.2建模步骤，将数据带入灰色预测模型，利用常用的办公软件Excel计算并求解。数据输入及操作如下：将北京市2010—2019年生活垃圾产生量数据输入Excel表格，A15：A15为年份，B5：B15为产生量数据。C5进行计算累加生成，C6输入第一年产量，在选定的C7单元格中输入“=B6+B7”，用填充柄填充C8：C15区域。在D7单元格中输入“=AVERAGE（C6：C7）”，计算出滑动平均数值，并用填充柄填充D8：D15;E7：E15區域，输入前一列滑动平均数的负数;F7：F15输入值为1;在G7单元格中输入“=B7-B6”，并用填充柄填充G8：G15区域;选定区域H7：I8，输入“=MMULT（TRANSPOSE（E7：F15），E7：F15）”;选定区域H10：I11，输入“=MINVERSE（H7：I8）”;选定区域H13：H14，输入“=MMULT（TRANSPOSE（E7：F15），G7：G15）”;选定I16、I17单元格，分别输入a、u，I16输入“=MMULT（H10：I11，H13：H14）”，I17输入“=MMULT（H10：I11，H13：H14）”;在L5：L15区域输入0至19为2010至2029年份，在M6单元格中输入“=$K$20*EXP（-$H$16*L6）+$J$17”，计算出预测量，并用填充柄填充M7：M25区域。（矩阵计算，如MINVERSE、MMULT、TRANSPOSE，输入相应的公式后，要按住“Ctrl+Shift+Enter”组合键）计算出：

u=10.295 232 96

a=-0.008 067 483

u/a=-1 276.139 439

将计算得出的数据带入垃圾产量的时间响应函数：

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

因此计算出北京市未来几年的垃圾产量值，具体数据如表3、图1所示。

3.2  结果分析

通过灰色预测算法对北京市垃圾产量进行分析与预测，对未来北京市的垃圾分类回收工作、生活垃圾的处置及系统规划提供了重要的参考数据。从图和表可以看出垃圾的产量仍然处在递增阶段，每年的垃圾产量仍呈逐年上升趋势。由此可见，对垃圾进行分类处置具有重要意义，城市居民生活垃圾分类还有利于推进居民生活环境的改善，提高人民生活的幸福感，促进我国的生态文明建设，同时推行垃圾分类还有利于培养人们节约资源、保护环境的思想意识。环境卫生问题对居民的生命健康与财产安全提出了挑战，我们必须要正视环境问题，积极应对环境问题所带来的威胁。垃圾分类是我们积极应对环境卫生问题而迈出的第一步，因此要对现有垃圾分类系统进行更加有效的创新和设计，积极推进垃圾分类工作。

4  结  论

通过对北京市垃圾产量的预测分析，总结出城市生活垃圾量呈上升趋势，对垃圾量的预测可以助力各部门进行有效的控制，可以改善生态环境，促进我国的生态文明建设，同时，推行垃圾分类对提升中华民族整体文明素质具有重要意义。实施好城市生活垃圾分类回收和处理的工作，通过对垃圾进行科学有效的处理来减少垃圾对环境的污染与破坏，提高垃圾的回收利用率，进一步优化城市的环境。针对如何实施好城市生活垃圾的分类回收和处理的工作提出以下四条建议：

（1）推行垃圾回收利用的有力措施，减少污染，进一步优化城市的环境。

（2）提升垃圾处理设施建设水平，确保垃圾分类设施数量充足，功能完善。

（3）加大宣传力度，提高公众参与度，采取奖励积分的办法，吸引大众参与垃圾分类工作，培养人们节约资源、保护环境的思想意识。

（4）实现跨区域和部门的协作，做好垃圾监测信息的实时公开，为进一步推行垃圾分类管理作铺垫。

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作者简介：高泽梅（1999—），女，汉族，山东青岛人，本科在读，研究方向：智慧物流;韩欣诺（2000—），女，汉族，山东淄博人，本科在读，研究方向：物流工程;霍艳凤（1990—），女，汉族，山东菏泽人，教师，硕士研究生，研究方向：智慧物流、信息系统技术与仿真。

收稿日期：2021-03-15

基金项目：2020年度国家级大学生创新创业训练计划项目（S202013857001）