基于模糊綜合評價的室內(nèi)空氣品質(zhì)判別研究

程凱麗

(寶雞職業(yè)技術學院 陜西寶雞 721013)

0 引言

當前，室內(nèi)空氣品質(zhì)惡化已經(jīng)引起了一些國家和地區(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)，多個國家和地區(qū)制定了相關標準；以充分認識室內(nèi)空氣污染全過程。據(jù)有關統(tǒng)計，每年室內(nèi)空氣品質(zhì)低劣造成的經(jīng)濟損失驚人[1]，室內(nèi)空氣品質(zhì)直接影響了室內(nèi)人員的工作效率。美國環(huán)境保護署歷時6年的調(diào)查專題結(jié)果顯示，室內(nèi)空氣品質(zhì)對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，應充分認識其控制方法，采用和發(fā)展適宜的室內(nèi)空氣質(zhì)量評價方法，才能為人類自身構(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)的分級界限以及評價集的內(nèi)在模糊性,克服了以往其他評價方法中的評價結(jié)果依賴于受試者主觀判斷的缺點。該方法能夠?qū)κ覂?nèi)空氣品質(zhì)等級進行正確的判斷，且較其他方法簡單，能正確表達多因素共同作用的綜合評價結(jié)果。其關鍵是，建立室內(nèi)空氣品質(zhì)等級評價的模糊數(shù)學模型,確定各類健康影響因素對可能出現(xiàn)的評判結(jié)果的隸屬函數(shù)[2]。

1 模糊綜合評價基本理論

模糊綜合評價的數(shù)學模型由3個要素組成，其步驟分為4步：

(1)確定評價因素集U={u1,u2,u3,...un}

(2)確定評判集V={v1,v2,v3,...vn}

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

(4)分析綜合評價結(jié)果。對于權重 ，取max-min合成運算，用模型M(Λ,V)計算，可得綜合評價B=A°R[3],對于多個評價可以根據(jù)其等級位置進行排序。

2 模糊綜合模型在室內(nèi)空氣品質(zhì)研究中的應用

2.1 實驗工況選取

已有的客觀評價室內(nèi)空氣品質(zhì)方式，即通過準確的數(shù)值在限界明顯的分級標準下進行，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。基于此，本文依據(jù)模糊數(shù)學方法，建立室內(nèi)空氣品質(zhì)的模糊綜合評價模型，其基本框架圖如圖1所示。實驗目的即利用模糊數(shù)學理論，了解室內(nèi)空氣品質(zhì)的優(yōu)劣。實驗方式及其步驟：首先，選取西北飯店一號餐廳的空氣品質(zhì)評價為例，通過建立因素集、評語集；其次，根據(jù)不同參數(shù)特點給出擬合隸屬函數(shù)，結(jié)合評價標準，經(jīng)模糊變換給出隸屬度值，完成模糊綜合評價[4]。

圖1 空氣品質(zhì)評價模糊層次結(jié)構(gòu)

2.2 確定因素集和評價集

根據(jù)室內(nèi)空氣被污染特點，選取x1,x2,x3,x4,x5,x6為評價對象的6個因素(原始數(shù)據(jù)的監(jiān)測統(tǒng)計中，因素集諸多，最后經(jīng)研判篩選其6個主要因素)，稱為評價因素集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、細菌、氡氣(石材散發(fā))；然后，建立4個評價結(jié)果組成的評價集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個評價因素在5個樣本房間的空氣品質(zhì)監(jiān)測值(采樣時間均為初夏)如見表1所示，其各評價基準等級如表2所示。

表1 6大影響因素在樣本房間的監(jiān)測值 mg/m3

表2 分級基準及健康效應

各評價因子的選取遵循以下2個原則：

(1)排除一些成分復雜且精密儀器也很難測定濃度的疊加危害尚不清楚的因素。

(2)排除短時間人體難以感到不適的因素(此類因素有待學者們進行深入研究)。

2.3 確定權重

各因素權重是衡量參加評價的各個污染源之間對室內(nèi)空氣品質(zhì)影響相對重要程度的因素。根據(jù)各因素影響程度給予不同的權重值；

向量A={x1,x2,x3,x4,x5,x6}

式中，ai為對第i個因素加權值。

本文采用頻數(shù)統(tǒng)計方法；根據(jù)權重分配表，對每個因素ui進行單因素權重統(tǒng)計試驗，選定78個感受系統(tǒng)正常的成年人進行統(tǒng)計。

對于因素u1：在它的權重中找出最大值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重A=(0.191,0.185，0.132,0.124,0.193，0.175)。

由此可見，細菌數(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)的分級標準及其特點，各因素的對應關系在區(qū)間上為一線性函數(shù)[5]，且各因素集評價指標均以數(shù)值最小為優(yōu)。

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

(1)

(2)

(3)

(4)

對于其他指標的函數(shù)表達式，方法類似，限于篇幅，不再羅列。對U集的每個單項函數(shù)，將各項評價監(jiān)測統(tǒng)計值(表1)分別帶入隸屬函數(shù)式中，計算出各項因素對4個等級的隸屬度。

根據(jù)隸屬函數(shù)和實測數(shù)據(jù)，建立模糊映射關系，得到單因素評價矩陣:

根據(jù)各污染物對室內(nèi)空氣品質(zhì)影響的權重向量A和模糊矩陣R進行復合運算:

即：

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

根據(jù)以上步驟，得到綜合評判結(jié)果詳見表3。

表3 空氣品質(zhì)的模糊綜合評判結(jié)果

根據(jù)最大隸屬度原則，即多級模糊綜合評價模型的最終評價結(jié)果為隸屬度最大的元素對應的評價等級；得出的空氣品質(zhì)模糊識別結(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)測到的空氣品質(zhì)影響因素與規(guī)定的限值相比，評價結(jié)果較可靠，符合實際情況。

3 結(jié)論

室內(nèi)空氣評價方法有客觀法，也有主觀法，但這些方法摻入大量的認為因素，常常帶有片面性，評價結(jié)果與實際情況符合度較差。本文引進模糊數(shù)學理論對室內(nèi)空氣品質(zhì)進行了模糊綜合評價，在評價室內(nèi)空氣品質(zhì)時，注意了分級差異，且有效地解決了測量誤差對評價結(jié)果的影響。因此，為了更好地評價室內(nèi)空氣品質(zhì)，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，應將整個論域上的模糊概念融入模糊數(shù)學理論進行綜合性、定量性的評價。