大气与环境光学学报 ›› 2026, Vol. 21 ›› Issue (1): 165-178.doi: 10.3969/j.issn.1673-6141.2026.01.012
魏振东 1,2, 黄舸航 2,4, 周纪彤 2,4, 雷小琦 5, 王焕钦 2,4*, 桂华侨 3,4
WEI Zhendong1,2, HUANG Gehang2,4, ZHOU Jitong2,4, LEI Xiaoqi5, WANG Huanqin2,4*, GUI Huaqiao3,4
摘要: 在道边移动源颗粒物监测领域, 小型化纳米级颗粒物粒径谱仪的研发具有重要意义。而在纳米级颗粒物粒 径分布的非直接测量问题中, 病态问题的反演算法至关重要。鉴于此, 本文首先提出了一种带有非负约束和L2 正则 化的交替方向乘子法 (ADMM) 用于求解纳米级颗粒物粒径分布病态反演问题, 并为了提高算法的数值稳定性和求解 精度, 在ADMM框架上引入了自适应调整增广参数ρ 的策略; 进而基于改进的算法开展了电迁移原理的纳米级颗粒 物粒径谱仪建模, 并构建了改进后的ADMM算法反演模型。反演实验结果表明, 改进后的ADMM在粒径分布反演问 题中, 相较于传统的非负最小二乘法 (NNLS), 在解的精度上表现出显著的优势, 有效避免了非负约束带来的振荡。 特别是在处理病态和高噪声数据时, 改进后的ADMM粒径谱反演方法能够更稳定地逼近真实解, 显著降低相对误 差, 能够在保证物理可行性的同时具有优秀的病态抑制与抗噪能力。在与商业仪器对比实验中, 以扫描电迁移粒子 计数器 (SMPS) 测量的数据作为参考, ADMM反演结果在主要峰位和粒径区间上与SMPS测量曲线高度吻合, 体现出 良好的稳健性与准确度。总之, 改进的ADMM在解决非负约束粒径谱反演问题中表现出更高的鲁棒性和精确性, 为 移动源道边颗粒物排放在线监测与准确反演提供了新的思路与手段。
中图分类号: