廖冰潔,張駿杰,高鑫
西南交通大學
AHP-模糊綜合評價法在空氣質(zhì)量評價中的應用
廖冰潔,張駿杰,高鑫
西南交通大學
利用AHP-模糊綜合評價法建立衡量空氣質(zhì)量優(yōu)劣程度的模型。先以模糊綜合評價為基礎建立數(shù)學模型,依據(jù)環(huán)境質(zhì)量標準建立因素集。再拓展衡量標準,建立評語級。為減少人為因素的影響,利用層次分析法得出各因子所占權(quán)重,最后根據(jù)最大隸屬度原則可得到空氣質(zhì)量優(yōu)劣等級。利用模型,評價出保定市空氣質(zhì)量等級為“重污染”,與實際情況相符合。
AHP-模糊綜合評價;空氣質(zhì)量;隸屬度;保定市
空氣質(zhì)量是影響一個城市的宜居水平、經(jīng)濟水平的重要因素。常用的空氣質(zhì)量評價方法有:模糊綜合評判法、綜合指數(shù)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡法、聚類分析法、污染指數(shù)和物元分析法。
在質(zhì)量評價中,“優(yōu)劣程度”是一個模糊的概念,從而本文采用模糊綜合評價法衡量空氣質(zhì)量優(yōu)劣程度。但該方法的權(quán)重常常是根據(jù)評判者的主觀意愿給出,故本文在權(quán)重的評定時采用層次分析法[3]。即本文采用AHP-模糊綜合評價法建立衡量空氣質(zhì)量優(yōu)劣程度的數(shù)學模型。
2.1 建立因素集合U和評價集V
采用的空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)來自各城市環(huán)境空氣自動檢測站點。由于《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》[1]中僅給出了NO2、SO2、PM10、PM2.5的年均值標準,故在進行以年為單位的評價時,無法對CO和O3進行分析,評價結(jié)果不能全面反映。故在進行評價時,對CO和O3僅以日均值百分數(shù)為評價指標。
為了更為詳細地描述空氣質(zhì)量優(yōu)劣狀況,本文結(jié)合《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)和保定的實際情況,把原標準拓展為四級新標準。Ⅰ級、Ⅱ級為《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB3095-2012)的標準級,Ⅲ級、Ⅳ級為根據(jù)相關(guān)文獻得出的參考級。他們分別代表空氣質(zhì)量狀況中的清潔、輕污染、中污染和重污染4個水平。
表1 空氣質(zhì)量評價標準
2.2 建立模糊關(guān)系矩陣R
模糊集定義在實數(shù)域上,模糊集的隸屬函數(shù)可以成為模糊分布,進而根據(jù)實際測量確定分布中所含的函數(shù)。對四個級別建立隸屬函數(shù)。
再計算各評價因子對各級評價標準的隸屬度,建立模糊關(guān)系矩陣。根據(jù)保定市在2014年的數(shù)據(jù),按照上述方法,計算各評價因子對各級評價標準的隸屬度,建立模糊關(guān)系矩陣。
表2 模糊關(guān)系矩陣
SO2年均值NO2年均值PM10年均值PM2.5年均值CO第95百分位數(shù)O3第90百分位數(shù)0 0 0 0 0 0.755 0.635 0 0 0 0 0.975 0.8 0.78 0.57 0.22 0.225 0.365 0.025 0.2 0.43 0 0 0
一致性比率為CR=CI/RI,若CR小于0.1,則認為該標準化的權(quán)向量為所求解。對比矩陣通過一致性檢驗,各向量權(quán)重向量為:
A=(0.069 0.103 0.138 0.172 0.242 0.276)T
2.4 得出評價結(jié)果
經(jīng)過各因素指標權(quán)重和隸屬度計算,將評判登記連續(xù)并定量化,最后進行歸一化處理,可得到標準集合V上的一個模糊子集即為綜合評判結(jié)果。
最后根據(jù)最大隸屬度原則可以進行空氣質(zhì)量優(yōu)劣的評定。根據(jù)結(jié)果可知,保定市的空氣質(zhì)量屬于重污染水平。
AHP-模糊綜合評判法采用隸屬度來表示環(huán)境質(zhì)量的污染程度,既考慮了環(huán)境的模糊性,又對不同的影響因子賦予不同的權(quán)重。所以應用模糊綜合評判的方法更能科學、合理、客觀的反映地區(qū)空氣環(huán)境質(zhì)量。
[1]環(huán)境保護部,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,GB3095-2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》,中國環(huán)境科學出版社,2012年
[2]姜啟源,謝金星,葉俊,數(shù)學模型(第四版),北京,高等教育出版社,2011年
[3]葉文虎,欒勝基,環(huán)境質(zhì)量評價學,北京,高等教育出版社,1994
[4]中華人民共和國環(huán)保部,2014年全國重點城市空氣污染指數(shù)排行榜,http://pm25.kmguolv.com/5487.html
[5]羅根華等,阜新市環(huán)境空氣質(zhì)量模糊綜合評價,地球與環(huán)境,2011年第39卷第2期
廖冰潔,西南交通大學,金融學;
張駿杰,西南交通大學,機械制造及其自動化;
高鑫,西南交通大學,數(shù)學與應用數(shù)學。
2.3 確定各因子權(quán)重
利用層次分析法對各指標權(quán)重進行分配,記為向量A= {q1,q2,q3,q4,q5}。將構(gòu)建評價指標體系作為層次分析法的目標層,以五個指標為準則層。依據(jù)判斷矩陣標度,判斷本層次之間的兩兩相對重要性程度,構(gòu)建正互反矩陣。
如果得到的正互反矩陣是一致矩陣,則取對應于特征值的、歸一化的特征向量。這些向量表示要素所占總體的權(quán)重大小。如果正互反矩陣不是一致矩陣,就應該對其進行不一致程度檢驗[8]。一致性指標為: