灰色關(guān)聯(lián)分析理論在垃圾處理中的應(yīng)用

厲丹，孫金萍，姜代紅，陳俊鵬

(1.徐州工程學(xué)院信電工程學(xué)院，江蘇徐州221000；2.江蘇省智慧工業(yè)控制技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州221000；3.南京首佳再生資源利用有限公司，江蘇南京210000)

灰色關(guān)聯(lián)分析理論在垃圾處理中的應(yīng)用

厲丹1,2，孫金萍1,2，姜代紅1,2，陳俊鵬3

(1.徐州工程學(xué)院信電工程學(xué)院，江蘇徐州221000；2.江蘇省智慧工業(yè)控制技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州221000；3.南京首佳再生資源利用有限公司，江蘇南京210000)

由于不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不同，不同村落應(yīng)根據(jù)自身情況制定不同的生活垃圾處理方案，因地制宜。在農(nóng)村生活垃圾處理方案的選擇上，運(yùn)用灰度關(guān)聯(lián)分析方法，建立垃圾處理模型，對(duì)不同處理技術(shù)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)選優(yōu)，得出較合理的適合該地區(qū)的生活垃圾有效處理技術(shù)方案。

生活垃圾；灰色關(guān)聯(lián)分析；垃圾處理

1 概述

本文針對(duì)農(nóng)村不同地區(qū)生活垃圾的產(chǎn)出不同，研究如何利用灰色關(guān)聯(lián)算法選擇合理的垃圾處理方案。利用灰色關(guān)聯(lián)分析理論，本文根據(jù)參考文獻(xiàn)3對(duì)若干個(gè)方案計(jì)算設(shè)備成本、投資費(fèi)用、管理費(fèi)用、處理結(jié)果等指標(biāo)，確定比較數(shù)列、參考數(shù)列后，計(jì)算得出灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，并由處理結(jié)果指標(biāo)權(quán)重確定評(píng)價(jià)因素比較數(shù)列，計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度，從而得到最優(yōu)處理方案，同時(shí)，灰色理論同樣適用于垃圾產(chǎn)量預(yù)測。本文研究成果可供垃圾處理相關(guān)公司直接使用，只要根據(jù)本文的農(nóng)村生活垃圾分類處理技術(shù)方案擬制定候選方案，即可得出滿足要求的最佳處理方案。使用該方法最大程度減少了管理費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、設(shè)備費(fèi)用、土地費(fèi)用、降低污染，提高了處理效率。此結(jié)果對(duì)于輔助農(nóng)村地區(qū)垃圾治理、避免治理過程中可能產(chǎn)生資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題具有較大的實(shí)用意義，對(duì)正確的改善農(nóng)村生活垃圾處理問題提供決策依據(jù)，有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。

2 灰色關(guān)聯(lián)分析理論

2.1 灰色關(guān)聯(lián)度

灰色系統(tǒng)理論是一種新興的理論體系，由鄧聚龍教授在1970年末提出。經(jīng)多年發(fā)展，已形成完善的理論體系。灰色關(guān)聯(lián)分析是灰色理論的重要組成部分，即灰色關(guān)聯(lián)度作為衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的方法。關(guān)聯(lián)度是事物之間、因素之間隨時(shí)間、不同對(duì)象變化的關(guān)聯(lián)性大小的度量。如兩個(gè)因素同步變化程度較高，那么關(guān)聯(lián)程度也高；如兩個(gè)因素同步變化程度較低，那么關(guān)聯(lián)程度低。它定量地描述了事物或因素之間相互變化的情況，即變化的大小、方向與速度等的相對(duì)性。

灰色關(guān)聯(lián)分析根據(jù)序列曲線的幾何形狀的相似程度大小判斷曲線聯(lián)系是否緊密，曲線越接近，序列間關(guān)聯(lián)度越大。雖然統(tǒng)計(jì)分析方法可以描述因素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，但要求數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)分布特征明顯。而多因素非典型分布特征的情況，相關(guān)分析的難度大。相對(duì)來說，灰色關(guān)聯(lián)度分析原理簡單，所需數(shù)據(jù)較少，易于理解。通過灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行各個(gè)垃圾處理方案的選擇,是通過判斷若干個(gè)候選方案與理想方案間的關(guān)聯(lián)度的大小，得到相應(yīng)序列，關(guān)聯(lián)度高，則該方案更優(yōu)越。文章通過探討及運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法，建立生活垃圾處理技術(shù)方案優(yōu)選模型，對(duì)農(nóng)村生活垃圾處理技術(shù)備選方案進(jìn)行綜合評(píng)估優(yōu)選。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算

灰色關(guān)聯(lián)度分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)的基本思路是從樣本中首先確定一個(gè)理想化的最優(yōu)樣本，將它作為參考數(shù)列，通過計(jì)算不同樣本序列和該參考序列的關(guān)聯(lián)度大小，對(duì)各個(gè)處理方案進(jìn)行綜合比較和排序?；疑P(guān)聯(lián)度分析算法的核心是計(jì)算關(guān)聯(lián)度大小，計(jì)算關(guān)聯(lián)度時(shí)，先要處理原始數(shù)據(jù)，接著計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)，最后計(jì)算出關(guān)聯(lián)度。

不同因素的計(jì)量單位不同，所以原始數(shù)據(jù)會(huì)存在量綱或數(shù)量級(jí)的差異，所以計(jì)算關(guān)聯(lián)度前，需要用初值化、均值化等方法無量綱化處理原始數(shù)據(jù)。所謂初值化是用同一數(shù)列中第一個(gè)數(shù)據(jù)除其他數(shù)據(jù)，得到相一個(gè)初值化倍數(shù)數(shù)列。通過初值化處理，可使升降的趨勢(shì)更加明顯。均值化是要分別求出原始數(shù)列平均數(shù)，再用數(shù)列中的所有數(shù)據(jù)除以平均數(shù)得到均值化倍數(shù)數(shù)列，該方法適合沒有明顯升降趨勢(shì)的數(shù)據(jù)。

灰色關(guān)聯(lián)分析方法根據(jù)評(píng)價(jià)因素間的發(fā)展態(tài)勢(shì)的相似以及相異程度，確定被評(píng)價(jià)因素的關(guān)聯(lián)大小，xi

對(duì)x0在k時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算如下：

其中{ xi}為比較曲線，{ x0}為參考曲線，ξ(k)為k時(shí)刻兩曲線的相對(duì)差值。

關(guān)聯(lián)度，即各個(gè)時(shí)刻關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ(k)的平均值計(jì)算如下：上式中，ri即為為比較曲線{ xi}對(duì)參考曲線{ x0}的關(guān)聯(lián)度。根據(jù)所求關(guān)聯(lián)度ri的值，可以計(jì)算出評(píng)價(jià)因素的權(quán)重值：

將上式評(píng)價(jià)因素的權(quán)重乘以評(píng)價(jià)因素等級(jí)分?jǐn)?shù)，可得到評(píng)價(jià)因素指數(shù)。

3 農(nóng)村垃圾處理方案優(yōu)選模型建立

本節(jié)介紹灰色關(guān)聯(lián)度在實(shí)際農(nóng)村垃圾處理方案選擇中的分析方法和步驟，為定量描述方案中各個(gè)因素之間相互變化的情況提供了理論依據(jù)。傳統(tǒng)的定性分析選擇處理方案會(huì)有很多人為因素干擾,將方案中評(píng)價(jià)相關(guān)因子定量化，通過用數(shù)學(xué)方法定量分析，是目前研究的熱點(diǎn)。農(nóng)村垃圾處理方案優(yōu)選模型基于灰色理論思想，通過篩選后的指標(biāo)確定優(yōu)選模型，從而建立步驟，可以根據(jù)該村自身經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況找到適合該農(nóng)村的垃圾處理技術(shù)。

農(nóng)村垃圾處理方案選擇過程中，根據(jù)農(nóng)村生活垃圾處理的特點(diǎn)及要求，從指標(biāo)中選擇影響力大的指標(biāo)構(gòu)造比較數(shù)列。本文評(píng)價(jià)指標(biāo)采用設(shè)備成本、投資費(fèi)用、管理費(fèi)用、處理結(jié)果四項(xiàng)指標(biāo)，計(jì)算若干個(gè)候選方案的每個(gè)指標(biāo)，并進(jìn)行賦值。根據(jù)村落實(shí)際情況，制定不同的垃圾候選處理方案。如有的方案直接填埋；有的方案實(shí)施分類資源化，回收可利用垃圾并填埋；有的方案分類資源化后，回收利用可利用資源，有機(jī)垃圾堆肥，剩余焚燒，等等。本文結(jié)合某村實(shí)際情況，對(duì)各個(gè)候選方案進(jìn)行對(duì)比選擇。實(shí)施時(shí)，將A、B、C、D不同方案各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行賦值計(jì)算，得到下表，然后計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)，通過對(duì)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行評(píng)定，可以得到權(quán)重集，進(jìn)而計(jì)算出灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行A、B、C、D各方案的評(píng)選。

表1 垃圾處理方案選擇

農(nóng)村垃圾處理方案選擇模型具體建立過程如下：首先通過農(nóng)村生活垃圾處理A、B、C、D候選方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成比較數(shù)列，通過A、B、C、D候選方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)值確定理想方案，形成參比數(shù)列；接著對(duì)比較數(shù)列、參比數(shù)列的據(jù)規(guī)范化處理，計(jì)算兩數(shù)列在對(duì)應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)差；然后對(duì)最大差與最小差計(jì)算A、B、C、D候選方案與理想方案對(duì)各個(gè)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)；最后利用關(guān)聯(lián)分析，得到各指標(biāo)的權(quán)值,計(jì)算關(guān)聯(lián)度，并根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小確定最優(yōu)的處理方案，即灰色關(guān)聯(lián)度最大的為最優(yōu)的農(nóng)村生活垃圾處理方案。

4 灰色模型對(duì)垃圾產(chǎn)量的預(yù)測

灰色模型在垃圾產(chǎn)量的預(yù)測中也起到了很大作用。農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)量是生活垃圾處理工程設(shè)計(jì)時(shí)的重要依據(jù)。決定了農(nóng)村未來可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃。建立農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)量的預(yù)測模型，可以預(yù)測未來農(nóng)村生活垃圾的產(chǎn)量，從而為農(nóng)村的總量控制、環(huán)境規(guī)劃提供重要依據(jù)。農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)量的預(yù)測模型的建立過程中，可以把無明顯規(guī)律的時(shí)間序列，即不同時(shí)間間隔內(nèi)的垃圾產(chǎn)量數(shù)據(jù)，通過一次累加，生成有規(guī)律的時(shí)間序列，為建立灰色模型提供了中間信息，接著采用一階單變量動(dòng)態(tài)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，根據(jù)灰色模型算出的生成結(jié)果回代計(jì)算值，進(jìn)行累減還原的計(jì)算，之后對(duì)還原后的值檢驗(yàn)精度，就可進(jìn)行農(nóng)村未來生活垃圾產(chǎn)量的預(yù)測。

5 結(jié)束語

灰色關(guān)聯(lián)度分析是灰色理論中的一種方法，對(duì)灰色系統(tǒng)中不同事物間的相關(guān)性分析,通過各個(gè)因素間發(fā)展趨勢(shì)的相似和相異性，衡量各個(gè)因素間關(guān)聯(lián)程度的一種算法，該方法可以使不同影響因素間的關(guān)系清晰化，并且得到影響事物的本質(zhì)因素是什么。在農(nóng)村生活垃圾處理方案的選優(yōu)過程中，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法減少了傳統(tǒng)方法中人為因素造成的誤差,該方法可信度高，簡單易行，能夠比較客觀、準(zhǔn)確地確定評(píng)價(jià)因素與垃圾處理方式之間的關(guān)聯(lián)度，有良好的應(yīng)用前景。

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1009-3044(2017)24-0210-02

2017-07-12

江蘇省住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技項(xiàng)目(2015ZD72)