应用模糊综合评判预测预报空气的质量

【摘要】根据空气质量分级标准，建立单对象多因素一级模糊综合评判模型，再根据宝鸡市的实测数据采用模糊综合评判方法确定宝鸡市的大气质量级别。其评判结果基本符合实际情况，对污染程度的认识清晰，较准确地划分出环境空气质量客观存在的状况。

【关键词】环境空气质量 模糊综合评判 预测预报

一、引言

随着社会经济的快速发展，人民的生活水平得到了很大的改善，同时人类活动对环境产生的影响也越来越大，尤其是在城市，集中了大量的工厂，车辆和人口。在很多城市，空气污染都有进一步加剧的趋势，那么，哪些地方在恶化，恶化程度如何，发展趋势如何，专家关心，政府关心，人民更关心。

宝鸡市位于关中平原西部，是西部重要的交通枢纽，近来宝鸡市的经济以前所未有的速度高速发展，市区大气环境也因此受到一定的影响。新颁布的空气质量分级标准将空气质量分为七级：一级优，人们可以正常活动；二级良，人们可以正常活动；三级轻微污染，长期接触易感人群会出现症状；三级轻度污染，长期接触健康人群会出现症状；四级中度污染，一定时间，健康人群会出现症状；四级中度重污染，一定时间接触后，心脏病和肺病患者症状明显加剧；五级重度污染，健康人群会出现明显症状，提前出现某些疾病。因此大气污染的预测对于疾病的预防和控制十分重要。

二、单对象多因素模糊综合评判的数学描述

所谓模糊综合评判，实际就是已知原像和映射去求像的问题，借助合成运算，问题得到解决。

（一）因素集的确定

影响评判对象的所有因素构成的集合称之为因素集。设影响评判对象的评判结果的因素有n个，记为U={u1，u2，…un}，本文考虑到影响大气环境质量的主要因素有三个，分别是二氧化硫SO2，二氧化氮NO2，和空气中可吸入颗粒物PM10，因此因素集取为U=（SO2，NO2，PM10）。

（二）评语集的确定

我们将影响评判结果的每一个因素作为一个评判对象，而评判的结果则用一组“评语上”的模糊集合表示，这组评语构成的集合称之为评语集，记为V={V1，V2，…Vm}。根据空气质量分级标准，确定本文的评语集为七个等级，即评语集取为V={一级优，二级良，三级轻微污染，三级轻度污染，四级中度污染，四级中度重污染，五级重度污染}。

（三）模糊评判矩阵的确定

根据第i个因素ui对评语集中因素vi的隶属度为rij，j=1，2，3，…m，rij表示因素ui在评语集V中取评语Vj的程度，则因素ui对评语集V={V1，V2，…Vm}作出的单因素评判为■i=（ri1，ri2，…rim）， i为评语集V上的模糊子集。这种单因素评判只反映事物的某一方面，无法反映事物的总体情况。但是n个因素便有n个单因素评判向量，将它们组成一模糊矩阵，我们称之为模糊评判矩阵。由此可得到模糊评判矩阵

（四）权重的确定

由于评判者在评判时各个因素的着眼点不同，也就是说诸多因素有不同的侧重，这就需要在模型建立过程中确定适当的权重，才可使评判结果基本符合实际情况。设因素集U={u1，u2，…un}的权重集为A=（α1，α2，…，αn），其中ai为因素ui在U中所占的比重，0≤αi≤1，i=1，2，3，…n αi=1。

（五）模糊评判

根据各个因素在评判目标中的权重分配，通过模糊矩阵合成运算，即形如：

其中bj=（αi∧rij），bj表示评判对象在评语集V中对评语vj等级的隶属程度。若bp=max{bj}，则评定评判对象取评语Vp。

三、针对宝鸡市的实测数据确定宝鸡市的大气质量级别

由前面内容知，本模型取因素集U={SO2，NO2，PM10}

评判标准采用中华人民共和国国家标准《环境空气质量标准》（GB3095-1996），并根据宝鸡市区规定的有关标准值，将评语集取V={为一级优，二级良，三极轻微污染，三极轻度污染，四级中度污染，四级中度重污染，五级重度污染}，见表1。

（一）计算权重集

污染因子的权重值是根据各污染因子对环境空气影响的大小分别赋予不同的权重。考虑到因素二氧化硫SO2，二氧化氮NO2，和空气中可吸入颗粒物PM10在空气污染程度中的作用不仅与它们的实测数据的大小有关，而且与空气中诸因素的允许浓度标准有关，实测数据相同的元素，其允许浓度标准大的，污染程度的影响标准应该小，因此，计算权重的公式取为

其中ci为第i种评判因子在在空气中的日平均浓度实测值；si为第i种评判因子在空气中的七个级别的日平均标准浓度的数学平均值。从表1得：

对SO2：s1=0.911；

对NO2：s2=0.345；

对PM10：s3=0.301。

结合所给实测数据与计算权重的公式，我们可得到每日宝鸡市区空气中各元素的权重，即得5月13日到5月19日宝鸡市区空气中各元素的权重分别为：

为计算方便并根据空气质量分级标准（即表1），建立各因素的隶属函数为：

对于SO2：

（三）模糊评判结果

以最大隶属度法判定5月13日到5月17日宝鸡市区空气质量均为一级优，基本与5月13日到5月17日宝鸡市空气质量预报相符合。

四、结束语

宝鸡市政府大力推行防治大气污染的措施：比如采取集中供热的方法；鼓励改进发动机的燃烧设计和提高汽油的燃烧质量，从而减少有害废气。改变燃料的构成：实行自煤向燃气的转换，同时大力推广采用新能源，这样大大减轻烟尘的污染；实行大面积的绿化造林政策，能使空气得到净化等等。查看宝鸡市以前的实际情况和其它工业城市近几年的大气环境，宝鸡市区环境质量呈上升趋势，并近年被评为“全国卫生城市”的称号，这与宝鸡市政府所推行的大气环境质量的防治措施是分不开的。

本文强调指出模糊综合评判法是环境空气质量评判的一种有效的评判方法。