基于模糊綜合評(píng)價(jià)的室內(nèi)空氣品質(zhì)判別研究

程凱麗

(寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西寶雞 721013)

0 引言

當(dāng)前，室內(nèi)空氣品質(zhì)惡化已經(jīng)引起了一些國(guó)家和地區(qū)的高度重視，為了有效控制室內(nèi)污染，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，多個(gè)國(guó)家和地區(qū)制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；以充分認(rèn)識(shí)室內(nèi)空氣污染全過(guò)程。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，每年室內(nèi)空氣品質(zhì)低劣造成的經(jīng)濟(jì)損失驚人[1]，室內(nèi)空氣品質(zhì)直接影響了室內(nèi)人員的工作效率。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署歷時(shí)6年的調(diào)查專題結(jié)果顯示，室內(nèi)空氣品質(zhì)對(duì)人體健康的影響比室外空氣更重要。室內(nèi)空氣質(zhì)量控制，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)其控制方法，采用和發(fā)展適宜的室內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，才能為人類(lèi)自身構(gòu)筑一道健康的新防線。

基于此，本文擬用模糊數(shù)學(xué)方法研究室內(nèi)空氣品質(zhì),該方法考慮到了室內(nèi)空氣品質(zhì)的分級(jí)界限以及評(píng)價(jià)集的內(nèi)在模糊性,克服了以往其他評(píng)價(jià)方法中的評(píng)價(jià)結(jié)果依賴于受試者主觀判斷的缺點(diǎn)。該方法能夠?qū)κ覂?nèi)空氣品質(zhì)等級(jí)進(jìn)行正確的判斷，且較其他方法簡(jiǎn)單，能正確表達(dá)多因素共同作用的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。其關(guān)鍵是，建立室內(nèi)空氣品質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)的模糊數(shù)學(xué)模型,確定各類(lèi)健康影響因素對(duì)可能出現(xiàn)的評(píng)判結(jié)果的隸屬函數(shù)[2]。

1 模糊綜合評(píng)價(jià)基本理論

模糊綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型由3個(gè)要素組成，其步驟分為4步：

(1)確定評(píng)價(jià)因素集U={u1,u2,u3,...un}

(2)確定評(píng)判集V={v1,v2,v3,...vn}

(3)單因素評(píng)判，建立模糊關(guān)系矩陣。f:U→ψ(v),ui→f(ui)=(ri1,ri2,ri3,...,rim)∈ψ(v)，

(4)分析綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。對(duì)于權(quán)重 ，取max-min合成運(yùn)算，用模型M(Λ,V)計(jì)算，可得綜合評(píng)價(jià)B=A°R[3],對(duì)于多個(gè)評(píng)價(jià)可以根據(jù)其等級(jí)位置進(jìn)行排序。

2 模糊綜合模型在室內(nèi)空氣品質(zhì)研究中的應(yīng)用

2.1 實(shí)驗(yàn)工況選取

已有的客觀評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣品質(zhì)方式，即通過(guò)準(zhǔn)確的數(shù)值在限界明顯的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行，忽略了室內(nèi)空氣品質(zhì)優(yōu)劣本身的模糊性和連續(xù)性?；诖?，本文依據(jù)模糊數(shù)學(xué)方法，建立室內(nèi)空氣品質(zhì)的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，其基本框架圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)?zāi)康募蠢媚：龜?shù)學(xué)理論，了解室內(nèi)空氣品質(zhì)的優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)方式及其步驟：首先，選取西北飯店一號(hào)餐廳的空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)為例，通過(guò)建立因素集、評(píng)語(yǔ)集；其次，根據(jù)不同參數(shù)特點(diǎn)給出擬合隸屬函數(shù)，結(jié)合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)模糊變換給出隸屬度值，完成模糊綜合評(píng)價(jià)[4]。

圖1 空氣品質(zhì)評(píng)價(jià)模糊層次結(jié)構(gòu)

2.2 確定因素集和評(píng)價(jià)集

根據(jù)室內(nèi)空氣被污染特點(diǎn)，選取x1,x2,x3,x4,x5,x6為評(píng)價(jià)對(duì)象的6個(gè)因素(原始數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)中，因素集諸多，最后經(jīng)研判篩選其6個(gè)主要因素)，稱為評(píng)價(jià)因素集U={x1,x2,x3,x4,x5,x6}，其中，xi(i=1～6)分別表示CO2、煙氣、O3(食材腐爛散發(fā))、SO2、細(xì)菌、氡氣(石材散發(fā))；然后，建立4個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果組成的評(píng)價(jià)集V={v1,v2,v3,v4}，其中：Vi(i=1～4)分別表示空氣品質(zhì)清潔，未污染，輕污染，重污染。

上述6個(gè)評(píng)價(jià)因素在5個(gè)樣本房間的空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)值(采樣時(shí)間均為初夏)如見(jiàn)表1所示，其各評(píng)價(jià)基準(zhǔn)等級(jí)如表2所示。

表1 6大影響因素在樣本房間的監(jiān)測(cè)值 mg/m3

表2 分級(jí)基準(zhǔn)及健康效應(yīng)

各評(píng)價(jià)因子的選取遵循以下2個(gè)原則：

(1)排除一些成分復(fù)雜且精密儀器也很難測(cè)定濃度的疊加危害尚不清楚的因素。

(2)排除短時(shí)間人體難以感到不適的因素(此類(lèi)因素有待學(xué)者們進(jìn)行深入研究)。

2.3 確定權(quán)重

各因素權(quán)重是衡量參加評(píng)價(jià)的各個(gè)污染源之間對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)影響相對(duì)重要程度的因素。根據(jù)各因素影響程度給予不同的權(quán)重值；

向量A={x1,x2,x3,x4,x5,x6}

式中，ai為對(duì)第i個(gè)因素加權(quán)值。

本文采用頻數(shù)統(tǒng)計(jì)方法；根據(jù)權(quán)重分配表，對(duì)每個(gè)因素ui進(jìn)行單因素權(quán)重統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，選定78個(gè)感受系統(tǒng)正常的成年人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

對(duì)于因素u1：在它的權(quán)重中找出最大值Mi和最小值mi。

Mi=max{aij}，mi=min{aij}；

同理，依次求得其他各因素的權(quán)重A=(0.191,0.185，0.132,0.124,0.193，0.175)。

由此可見(jiàn)，細(xì)菌數(shù)總和二氧化碳濃度是影響餐廳空氣品質(zhì)最主要的因素。

2.4 建立隸屬函數(shù)

根據(jù)室內(nèi)空氣品質(zhì)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及其特點(diǎn)，各因素的對(duì)應(yīng)關(guān)系在區(qū)間上為一線性函數(shù)[5]，且各因素集評(píng)價(jià)指標(biāo)均以數(shù)值最小為優(yōu)。

空氣品質(zhì)影響因素中CO2對(duì)于分級(jí)基準(zhǔn)為清潔、未污染、輕污染、重污染的隸屬函數(shù)依次為:

(1)

(2)

(3)

(4)

對(duì)于其他指標(biāo)的函數(shù)表達(dá)式，方法類(lèi)似，限于篇幅，不再羅列。對(duì)U集的每個(gè)單項(xiàng)函數(shù)，將各項(xiàng)評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)值(表1)分別帶入隸屬函數(shù)式中，計(jì)算出各項(xiàng)因素對(duì)4個(gè)等級(jí)的隸屬度。

根據(jù)隸屬函數(shù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立模糊映射關(guān)系，得到單因素評(píng)價(jià)矩陣:

根據(jù)各污染物對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)影響的權(quán)重向量A和模糊矩陣R進(jìn)行復(fù)合運(yùn)算:

即：

以操作間1為例，得出模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量：B=A·R=(0.193，0.195，0.132，0.124)

根據(jù)以上步驟，得到綜合評(píng)判結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 空氣品質(zhì)的模糊綜合評(píng)判結(jié)果

根據(jù)最大隸屬度原則，即多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型的最終評(píng)價(jià)結(jié)果為隸屬度最大的元素對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)；得出的空氣品質(zhì)模糊識(shí)別結(jié)果為：操作間1為未污染；操作間2為未污染；操作間3為輕污染；操作間4為輕污染；操作間5為重污染。

基于監(jiān)測(cè)到的空氣品質(zhì)影響因素與規(guī)定的限值相比，評(píng)價(jià)結(jié)果較可靠，符合實(shí)際情況。

3 結(jié)論

室內(nèi)空氣評(píng)價(jià)方法有客觀法，也有主觀法，但這些方法摻入大量的認(rèn)為因素，常常帶有片面性，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況符合度較差。本文引進(jìn)模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)進(jìn)行了模糊綜合評(píng)價(jià)，在評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣品質(zhì)時(shí)，注意了分級(jí)差異，且有效地解決了測(cè)量誤差對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。因此，為了更好地評(píng)價(jià)室內(nèi)空氣品質(zhì)，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，應(yīng)將整個(gè)論域上的模糊概念融入模糊數(shù)學(xué)理論進(jìn)行綜合性、定量性的評(píng)價(jià)。