基于故障樹的城市霧霾天氣模糊綜合評判

吳天魁等

摘 要 以某市霧霾天氣為例，找出導(dǎo)致該市霧霾發(fā)生的原因并建立相關(guān)的故障樹，通過分析得出導(dǎo)致該市發(fā)生霧霾的主要原因為氣象和人為原因.然后利用模糊綜合評判法，對該市霧霾污染程度進行了量化評判，得出該市霧霾污染程度為重度污染，便于該市相關(guān)部門做好防范措施.結(jié)果表明，利用故障樹分析法和模糊綜合評判法對霧霾天氣進行分析是可行的，為其他霧霾城市分析提供了參考依據(jù).

關(guān)鍵詞 霧霾；故障樹；模糊綜合評價法

中圖分類號 X131； X513 文獻標(biāo)識碼 A

Fuzzy Comprehensive Evaluation of City Foghaze

Weather Based on Fault Tree

WU Tiankui1， WANG Bo1， GU Jifa2，ZHOU Xiaohui1， ZHU Junlan1

（1.Business School， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China；

2.Institute of Systems Science Academy of Mathematics and Systems Science， Chinese Academy of Science， Beijing 100080，China）

Abstract By choosing foghaze of a city and figuring out the causes of foghaze weather， this paper established a fault tree. And the analysis revealed that it was mainly atmosphere and human beings that caused foghaze weather. Then， this paper used fuzzy comprehensive evaluation to evaluate on the levels of foghaze of the city， reaching the conclusion that it ranked general. So it was easy for the city to take precautions. The results show that it is feasible to analyze and evaluate the citys foghaze weather by fault tree analysis and the fuzzy comprehensive evaluation method.

Key words foghaze； fault tree； fuzzy comprehensive evaluation

1 引 言

近來霧霾在中國的多個地區(qū)頻頻發(fā)生，其范圍之廣，時間之長，污染嚴重，給人們的健康、經(jīng)濟政治及社會心理影響之大，國人為之震驚.工業(yè)革命之都倫敦百年前的迷霧重現(xiàn)于北京及其他城市，因此研究中國霧霾的產(chǎn)生原因以及對應(yīng)策略成為了當(dāng)前最重要的問題.

許多學(xué)者對城市霧霾的產(chǎn)生進行了研究.周濤等[1]對北京市霧霾天氣成因進行了分析并提出了治理措施；劉翠等[2]對西安市霧霾天氣成因進行了具體分析并結(jié)合分析提出了合理的治理措施；孫華臣等[3]對中東部地區(qū)霧霾天氣的成因進行了研究并提出了相應(yīng)的對策；鄭峰等[4]對溫州地區(qū)霧霾氣候從時間和空間兩方面進行了深入分析并發(fā)現(xiàn)了霧霾產(chǎn)生的變化規(guī)律；黃怡民等[5]對北京霧霾天氣下氣溶膠中水溶性無機鹽粒徑分布進行了研究；林云等[6]研究了焦作市城區(qū)霧霾天氣的成因并提出了合理化措施；孫亮[7]對霧霾天氣成因的危害進行了分析并提出了控制措施；石元春[8]對中國霧霾產(chǎn)生機理進行了分析并提出了相應(yīng)的策略.然而對城市霧霾污染程度卻研究甚少.由于不同地區(qū)導(dǎo)致霧霾的原因不盡相同，本文通過總結(jié)分析找出了城市出現(xiàn)霧霾的普遍原因，并通過建立故障樹，能清晰地找出導(dǎo)致霧霾出現(xiàn)的主要原因；然后通過運用模糊綜合評判的方法對城市霧霾天氣進行分析得出城市霧霾污染程度，有利于城市及早做好防范措施.

故障樹分析法[9]（Fault Tree Analysis， FTA）是一種運用演繹法逐級分析，尋找導(dǎo)致某種故障事故的各種可能原因，直到最基本原因，并通過邏輯關(guān)系的分析確定潛在的風(fēng)險故障，以便采取防范措施的分析方法.在此方法中通常把人們不希望發(fā)生的，但可以預(yù)見的對系統(tǒng)性能、經(jīng)濟性、可靠性和安全有顯著影響的故障事件作為頂事件，把引發(fā)頂事件故障的最終原因作為底事件，把反映頂事件與底事件之間因果關(guān)系的事件稱為中間事件.然后通過各事件間的邏輯關(guān)系建立系統(tǒng)故障的數(shù)學(xué)模型.

模糊綜合評判法[10-15]主要對一些不確定和模糊的事件做出評判的一種方法，其操作步驟為：

通過分析可以看出，氣象原因是導(dǎo)致該市出現(xiàn)霧霾的主要因素，這與專家分析得出的結(jié)果相吻合，其次就是人為原因.如果氣象原因無法控制，可以盡量減小人為原因.比如可以減小城市房屋的密度，合理規(guī)劃房屋結(jié)構(gòu)，這是因為建筑物密度的增加，導(dǎo)致下墊面的阻擋和摩擦作用使區(qū)域風(fēng)明顯減弱，水平方向靜風(fēng)現(xiàn)象增多，污染物難于擴散和稀釋；控制機動車尾氣的排放，可以鼓勵大家多乘坐公交車代替私家車；嚴禁周邊地區(qū)秋后秸稈的焚燒，對違反者嚴厲懲罰；工廠“三廢”嚴格按照標(biāo)準(zhǔn)排放，對于不按標(biāo)準(zhǔn)者，給予嚴厲懲處.

3 城市霧霾的模糊綜合評判

通過對某市霧霾故障樹的分析，知道影響該市霧霾產(chǎn)生的原因，僅此還不夠，還應(yīng)該對該市霧霾污染程度進行量化分析，以便有關(guān)部門做出相應(yīng)措施.城市霧霾是一個由多種因素構(gòu)成的多層次復(fù)雜系統(tǒng)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，可以分為多層次綜合評判.endprint

1）確定城市霧霾的綜合評價集U

根據(jù)城市霧霾形成的原因，可知導(dǎo)致霧霾有3個原因，即①氣象原因；②自然原因；③人為原因.因此可以把這3個原因作為評價因素

查表2知，該城市處于重度污染狀態(tài)，空氣質(zhì)量指數(shù)為5級，此時會使心臟病和肺病患者癥狀加劇，運動耐受力降低，健康人群出現(xiàn)癥狀，因此必須采取有效措施，降低霧霾程度[16].

4 城市霧霾對策與建議

4.1 發(fā)布城市霧霾預(yù)報，提高預(yù)警能力

監(jiān)測系統(tǒng)通過了解空氣中污染物變化規(guī)律，開展地區(qū)大氣污染物預(yù)報預(yù)警，為預(yù)防大氣污染事件和采取防范措施提供決策支持，預(yù)防嚴重大氣污染事件的發(fā)生，避免或減輕污染危害.引導(dǎo)公眾采用多種方式進行防范，盡量減少霧霾天氣對人們生活的影響.同時開展相關(guān)研究，搞清霧霾天氣形成的規(guī)律，明確排放清單和控制對策，有針對性地做好防范工作.

4.2 科學(xué)規(guī)劃城市建筑結(jié)構(gòu)，避免大規(guī)模擴張

在城市規(guī)劃中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境條件，充分考慮大氣擴散條件，為空氣擴散留出通道.并且要注意研究城區(qū)上升氣流到郊區(qū)下沉距離，將污染嚴重的工業(yè)企業(yè)設(shè)置在下沉距離之外，以防工廠排出污染物從近地面流向城區(qū).

4.3 加大對機動車尾氣治理，提倡綠色出行

目前城市中有很大一部分公交車已更新為清潔能源車，但仍有少數(shù)公交車依舊為“冒黑煙”車.因此需要加快公交車更新步伐，淘汰柴油車，盡量使用天然氣、液化氣等清潔能源的新型公交車.近年私家車呈幾何數(shù)增長，而機動車尾氣排放是形成霧霾的主要因素之一，因此要采取措施加大對加油站的投入，在市區(qū)形成方便快捷的加油站網(wǎng)絡(luò)，引導(dǎo)私家車使用天然氣、液化氣等清潔能源，降低煙塵的排放量，減輕空氣污染程度.

4.4 抓好城市綠化

植物是凈化環(huán)境的最好幫手，不僅能有效吸附空氣中有毒有害物質(zhì)，還可美化、優(yōu)化城市環(huán)境.要充分利用各城市的地理優(yōu)勢，鼓動人們多種植綠色植物，發(fā)揮綠色植物涵養(yǎng)水源、凈化空氣的作用.

以創(chuàng)建綠色環(huán)保城市為契機，充分發(fā)揮環(huán)保部門及其相關(guān)部門的作用，大力開展城區(qū)立體綠化、道路綠化、屋頂綠化、居室綠化，讓更多城區(qū)綠化發(fā)揮吸霾除塵、凈化空氣及美化環(huán)境等功能.

4.5 出臺相關(guān)法規(guī)，依法治霾

隨著空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的進一步提高和監(jiān)控污染物數(shù)量的不斷增加，依據(jù)大氣污染防治法，針對實際情況，將細顆粒物 PM2.5 提到重要位置，依據(jù)地方性法規(guī)，規(guī)范相關(guān)部門，加強對產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃環(huán)境的保護.

5 結(jié) 論

通過計算表明，提出的故障樹與模糊綜合評判分析方法用于城市霧霾評價上是可行的；在實際分析時，可根據(jù)該市的實際情況，請相關(guān)專家對影響因素做出準(zhǔn)確評判，便于更加準(zhǔn)確得出該市霧霾污染程度.

由于故障樹分析和模糊綜合評判分析可程序化操作，因此可編制相應(yīng)軟件進行計算，這樣有利于現(xiàn)場推廣使用；故障樹與模糊綜合評判組合方法的評判結(jié)果為制定降低城市霧霾污染程度的合理化措施提供了依據(jù).

參考文獻

[1] 周濤，汝小龍. 北京市霧霾天氣成因及治理措施研究[J]. 華北電力大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2012，14（2）：12-16.

[2] 劉翠，薛科社.西安市霧霾天氣成因及治理措施分析[J]. 地下水，2013，35（3）：220-221.

[3] 孫華臣，盧華. 中東部地區(qū)霧霾天氣的成因及對策[J]. 宏觀經(jīng)濟管理，2013，23（6）：48-50.

[4] 鄭峰，顏瓊丹，吳賢篤，等. 溫州地區(qū)霧霾氣候特征及其預(yù)報[J]. 氣象科技，2011，39（6）：791-794.

[5] 黃怡民，劉子銳，溫天雪，等.北京霧霾天氣下氣溶膠中水溶性無機鹽粒徑分布[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報，2013，13（4）：117-121.

[6] 林云，李美玲，宋黨育. 焦作市城區(qū)霧霾天氣成因與對策分析[J]. 河南科技學(xué)院學(xué)報，2013，41（5）：27-31.

[7] 孫亮.霧霾天氣成因危害及控制治理[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2012，37（10）：71-75.

[8] 石元春. 中國霧霾的產(chǎn)生機理及應(yīng)對策略研究[J].特別推薦，2013，16（6）：1-3.

[9] 曾聲奎. 可靠性設(shè)計與分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011：225-246.

[10]曹炳元.應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)與系統(tǒng)[M].北京：科學(xué)出版社，2005：66-73.

[11]賀仲雄.模糊數(shù)學(xué)及其應(yīng)用[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1982.

[12]陳國華.風(fēng)險工程學(xué)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007：144-149.

[13]蔣曉蕓，王齊.企業(yè)核心能力測度的多層次模糊綜合評判數(shù)學(xué)模型[J].經(jīng)濟數(shù)學(xué)，2003，20（1）：55-61.

[14]謝建春.多層次模糊綜合評判法在宗地估價中的應(yīng)用[J].經(jīng)濟數(shù)學(xué)，2002，19（2）：64-67.

[15]郭立國.企業(yè)經(jīng)營敏捷性的評價指標(biāo)體系和模糊綜合評價[J].經(jīng)濟數(shù)學(xué)，2010，27（3）：98-104.

[16]王小輝，劉蕓蕓.解讀空氣質(zhì)量指數(shù)與空氣污染指數(shù)[J].中國科技術(shù)語，2011，21（6）：49-51.endprint

1）確定城市霧霾的綜合評價集U

根據(jù)城市霧霾形成的原因，可知導(dǎo)致霧霾有3個原因，即①氣象原因；②自然原因；③人為原因.因此可以把這3個原因作為評價因素

查表2知，該城市處于重度污染狀態(tài)，空氣質(zhì)量指數(shù)為5級，此時會使心臟病和肺病患者癥狀加劇，運動耐受力降低，健康人群出現(xiàn)癥狀，因此必須采取有效措施，降低霧霾程度[16].

4 城市霧霾對策與建議

4.1 發(fā)布城市霧霾預(yù)報，提高預(yù)警能力

監(jiān)測系統(tǒng)通過了解空氣中污染物變化規(guī)律，開展地區(qū)大氣污染物預(yù)報預(yù)警，為預(yù)防大氣污染事件和采取防范措施提供決策支持，預(yù)防嚴重大氣污染事件的發(fā)生，避免或減輕污染危害.引導(dǎo)公眾采用多種方式進行防范，盡量減少霧霾天氣對人們生活的影響.同時開展相關(guān)研究，搞清霧霾天氣形成的規(guī)律，明確排放清單和控制對策，有針對性地做好防范工作.

4.2 科學(xué)規(guī)劃城市建筑結(jié)構(gòu)，避免大規(guī)模擴張

在城市規(guī)劃中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境條件，充分考慮大氣擴散條件，為空氣擴散留出通道.并且要注意研究城區(qū)上升氣流到郊區(qū)下沉距離，將污染嚴重的工業(yè)企業(yè)設(shè)置在下沉距離之外，以防工廠排出污染物從近地面流向城區(qū).

4.3 加大對機動車尾氣治理，提倡綠色出行

目前城市中有很大一部分公交車已更新為清潔能源車，但仍有少數(shù)公交車依舊為“冒黑煙”車.因此需要加快公交車更新步伐，淘汰柴油車，盡量使用天然氣、液化氣等清潔能源的新型公交車.近年私家車呈幾何數(shù)增長，而機動車尾氣排放是形成霧霾的主要因素之一，因此要采取措施加大對加油站的投入，在市區(qū)形成方便快捷的加油站網(wǎng)絡(luò)，引導(dǎo)私家車使用天然氣、液化氣等清潔能源，降低煙塵的排放量，減輕空氣污染程度.

4.4 抓好城市綠化

植物是凈化環(huán)境的最好幫手，不僅能有效吸附空氣中有毒有害物質(zhì)，還可美化、優(yōu)化城市環(huán)境.要充分利用各城市的地理優(yōu)勢，鼓動人們多種植綠色植物，發(fā)揮綠色植物涵養(yǎng)水源、凈化空氣的作用.

以創(chuàng)建綠色環(huán)保城市為契機，充分發(fā)揮環(huán)保部門及其相關(guān)部門的作用，大力開展城區(qū)立體綠化、道路綠化、屋頂綠化、居室綠化，讓更多城區(qū)綠化發(fā)揮吸霾除塵、凈化空氣及美化環(huán)境等功能.

4.5 出臺相關(guān)法規(guī)，依法治霾

隨著空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的進一步提高和監(jiān)控污染物數(shù)量的不斷增加，依據(jù)大氣污染防治法，針對實際情況，將細顆粒物 PM2.5 提到重要位置，依據(jù)地方性法規(guī)，規(guī)范相關(guān)部門，加強對產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃環(huán)境的保護.

5 結(jié) 論

通過計算表明，提出的故障樹與模糊綜合評判分析方法用于城市霧霾評價上是可行的；在實際分析時，可根據(jù)該市的實際情況，請相關(guān)專家對影響因素做出準(zhǔn)確評判，便于更加準(zhǔn)確得出該市霧霾污染程度.

由于故障樹分析和模糊綜合評判分析可程序化操作，因此可編制相應(yīng)軟件進行計算，這樣有利于現(xiàn)場推廣使用；故障樹與模糊綜合評判組合方法的評判結(jié)果為制定降低城市霧霾污染程度的合理化措施提供了依據(jù).

參考文獻

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[14]謝建春.多層次模糊綜合評判法在宗地估價中的應(yīng)用[J].經(jīng)濟數(shù)學(xué)，2002，19（2）：64-67.

[15]郭立國.企業(yè)經(jīng)營敏捷性的評價指標(biāo)體系和模糊綜合評價[J].經(jīng)濟數(shù)學(xué)，2010，27（3）：98-104.

[16]王小輝，劉蕓蕓.解讀空氣質(zhì)量指數(shù)與空氣污染指數(shù)[J].中國科技術(shù)語，2011，21（6）：49-51.endprint

1）確定城市霧霾的綜合評價集U

根據(jù)城市霧霾形成的原因，可知導(dǎo)致霧霾有3個原因，即①氣象原因；②自然原因；③人為原因.因此可以把這3個原因作為評價因素

查表2知，該城市處于重度污染狀態(tài)，空氣質(zhì)量指數(shù)為5級，此時會使心臟病和肺病患者癥狀加劇，運動耐受力降低，健康人群出現(xiàn)癥狀，因此必須采取有效措施，降低霧霾程度[16].

4 城市霧霾對策與建議

4.1 發(fā)布城市霧霾預(yù)報，提高預(yù)警能力

監(jiān)測系統(tǒng)通過了解空氣中污染物變化規(guī)律，開展地區(qū)大氣污染物預(yù)報預(yù)警，為預(yù)防大氣污染事件和采取防范措施提供決策支持，預(yù)防嚴重大氣污染事件的發(fā)生，避免或減輕污染危害.引導(dǎo)公眾采用多種方式進行防范，盡量減少霧霾天氣對人們生活的影響.同時開展相關(guān)研究，搞清霧霾天氣形成的規(guī)律，明確排放清單和控制對策，有針對性地做好防范工作.

4.2 科學(xué)規(guī)劃城市建筑結(jié)構(gòu)，避免大規(guī)模擴張

在城市規(guī)劃中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境條件，充分考慮大氣擴散條件，為空氣擴散留出通道.并且要注意研究城區(qū)上升氣流到郊區(qū)下沉距離，將污染嚴重的工業(yè)企業(yè)設(shè)置在下沉距離之外，以防工廠排出污染物從近地面流向城區(qū).

4.3 加大對機動車尾氣治理，提倡綠色出行

目前城市中有很大一部分公交車已更新為清潔能源車，但仍有少數(shù)公交車依舊為“冒黑煙”車.因此需要加快公交車更新步伐，淘汰柴油車，盡量使用天然氣、液化氣等清潔能源的新型公交車.近年私家車呈幾何數(shù)增長，而機動車尾氣排放是形成霧霾的主要因素之一，因此要采取措施加大對加油站的投入，在市區(qū)形成方便快捷的加油站網(wǎng)絡(luò)，引導(dǎo)私家車使用天然氣、液化氣等清潔能源，降低煙塵的排放量，減輕空氣污染程度.

4.4 抓好城市綠化

植物是凈化環(huán)境的最好幫手，不僅能有效吸附空氣中有毒有害物質(zhì)，還可美化、優(yōu)化城市環(huán)境.要充分利用各城市的地理優(yōu)勢，鼓動人們多種植綠色植物，發(fā)揮綠色植物涵養(yǎng)水源、凈化空氣的作用.

以創(chuàng)建綠色環(huán)保城市為契機，充分發(fā)揮環(huán)保部門及其相關(guān)部門的作用，大力開展城區(qū)立體綠化、道路綠化、屋頂綠化、居室綠化，讓更多城區(qū)綠化發(fā)揮吸霾除塵、凈化空氣及美化環(huán)境等功能.

4.5 出臺相關(guān)法規(guī)，依法治霾

隨著空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的進一步提高和監(jiān)控污染物數(shù)量的不斷增加，依據(jù)大氣污染防治法，針對實際情況，將細顆粒物 PM2.5 提到重要位置，依據(jù)地方性法規(guī)，規(guī)范相關(guān)部門，加強對產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃環(huán)境的保護.

5 結(jié) 論

通過計算表明，提出的故障樹與模糊綜合評判分析方法用于城市霧霾評價上是可行的；在實際分析時，可根據(jù)該市的實際情況，請相關(guān)專家對影響因素做出準(zhǔn)確評判，便于更加準(zhǔn)確得出該市霧霾污染程度.

由于故障樹分析和模糊綜合評判分析可程序化操作，因此可編制相應(yīng)軟件進行計算，這樣有利于現(xiàn)場推廣使用；故障樹與模糊綜合評判組合方法的評判結(jié)果為制定降低城市霧霾污染程度的合理化措施提供了依據(jù).

參考文獻

[1] 周濤，汝小龍. 北京市霧霾天氣成因及治理措施研究[J]. 華北電力大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2012，14（2）：12-16.

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[5] 黃怡民，劉子銳，溫天雪，等.北京霧霾天氣下氣溶膠中水溶性無機鹽粒徑分布[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報，2013，13（4）：117-121.

[6] 林云，李美玲，宋黨育. 焦作市城區(qū)霧霾天氣成因與對策分析[J]. 河南科技學(xué)院學(xué)報，2013，41（5）：27-31.

[7] 孫亮.霧霾天氣成因危害及控制治理[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2012，37（10）：71-75.

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