李　超，趙俊卿（河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊050091）

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模糊數(shù)學(xué)理論在茶葉安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用探究

李超，趙俊卿
（河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊050091）

摘要：從消費(fèi)者的人身健康考慮，對(duì)茶葉產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留和重金屬元素進(jìn)行檢測(cè)和控制，是非常重要的。本文基于模糊數(shù)學(xué)理論，對(duì)茶葉安全風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究和討論，建立起了相應(yīng)的茶葉安全風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，對(duì)茶葉產(chǎn)品中的重金屬和農(nóng)藥殘留等的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果比較滿意。

關(guān)鍵詞：模糊數(shù)學(xué)理論；茶葉；安全風(fēng)險(xiǎn)；評(píng)價(jià)

李超（1979-），男，河北石家莊人，本科，講師，研究方向：數(shù)學(xué)。

趙俊卿（1974-），女，河北省石家莊晉州市人，本科，講師，研究方向：漢語(yǔ)言文學(xué)。

茶葉作為我國(guó)的主要出口產(chǎn)品，其質(zhì)量不僅影響著消費(fèi)者的身體健康，也直接影響著我國(guó)茶葉經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此，研究茶葉安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，意義重大。

1　模糊數(shù)學(xué)理論的相關(guān)概念

模糊數(shù)學(xué)是在模糊集合與模糊邏輯的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的模糊拓?fù)?、模糊測(cè)度論等數(shù)學(xué)領(lǐng)域的統(tǒng)稱，是一種針對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中一些接線不分明或者非常模糊的問(wèn)題進(jìn)行研究的數(shù)學(xué)工具，在人工智能、模式識(shí)別等方面有著較為廣泛的應(yīng)用。在不斷的發(fā)展過(guò)程中，模糊數(shù)學(xué)理論也已經(jīng)應(yīng)用到了環(huán)境領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水質(zhì)污染、大氣污染等的綜合評(píng)價(jià)[1]。

模糊綜合評(píng)價(jià)法，是在模糊數(shù)學(xué)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的預(yù)價(jià)方法，能夠使用程度語(yǔ)言對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行描述。這種評(píng)價(jià)方法特別適用于對(duì)那些非定量、模糊性以及難以明確定義的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行解決。

1.1基本理論

模糊綜合評(píng)價(jià)法是在預(yù)先確定評(píng)價(jià)因素以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)值的基礎(chǔ)上，結(jié)合模糊集合變換原理，采用隸屬度，對(duì)各個(gè)因素的模糊界線進(jìn)行描述，同時(shí)構(gòu)建相應(yīng)的模糊評(píng)價(jià)矩陣，通過(guò)多層復(fù)合運(yùn)算，對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的等級(jí)進(jìn)行確定。在上述流程中，數(shù)學(xué)模型的建立是核心內(nèi)容。

1.2評(píng)價(jià)方法

安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)涉及諸多因素，是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。不同的因素之間存在層次的分別，這類問(wèn)題也因此被稱為多層次問(wèn)題，需要依照評(píng)價(jià)因素所屬類別，進(jìn)行分層評(píng)價(jià)，然后結(jié)合分層評(píng)價(jià)結(jié)果，針對(duì)整體進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在實(shí)際操作中，應(yīng)該關(guān)注幾個(gè)方面的問(wèn)題：

1.2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建：評(píng)價(jià)指標(biāo)體系必須能夠真實(shí)地反映系統(tǒng)整體的性能，滿足幾個(gè)基本原則。其一，一致性。不僅要確保評(píng)價(jià)指標(biāo)與目標(biāo)一致，還要確保上下兩個(gè)層次的指標(biāo)一致；其二，可比性。必須確保評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠反映對(duì)象的共同屬性，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行比較；其三，獨(dú)立性。在指標(biāo)體系內(nèi)，處于同一層次的指標(biāo)必須相互獨(dú)立，指標(biāo)之間不能存在重疊、包含或因果關(guān)系；其四，可行性。評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量及標(biāo)準(zhǔn)必須適中，確保真實(shí)可用。

1.2.2評(píng)價(jià)因素集確定：以評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為依托，對(duì)評(píng)價(jià)因素集進(jìn)行確定?？紤]到因素的多層次性，需要按照其各自所屬的層次，進(jìn)行分別處理。

其中，ui表示第i個(gè)評(píng)價(jià)因素，i的取值范圍為1-n。

1.2.3模糊權(quán)重集確定：對(duì)評(píng)價(jià)因素集的模糊權(quán)重進(jìn)行確定，主要是考慮到不同評(píng)價(jià)因素各自的重要程度這一客觀事實(shí)，比較常用的權(quán)重確定方法包括層次分析法、統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)法以及專家測(cè)評(píng)法等。在對(duì)各層相關(guān)因素的權(quán)重進(jìn)行確定后，就可以得到模糊權(quán)重集。

其中，ai表示第i個(gè)權(quán)重因子，i的取值范圍為1-n。

1.2.4評(píng)語(yǔ)集確定：評(píng)語(yǔ)集是對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象可能做出的評(píng)價(jià)結(jié)果的集合，包括評(píng)價(jià)等級(jí)和分類等屬性，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行確定。

其中，vj表示第j個(gè)屬性，j的取值范圍為1-m[2]。

1.2.5綜合評(píng)價(jià)矩陣構(gòu)建

假定第i個(gè)評(píng)價(jià)因素的單因素評(píng)價(jià)集為R，則

其中，rij表示第i個(gè)屬性的評(píng)價(jià)對(duì)于第j個(gè)屬性的隸屬度，若存在n個(gè)評(píng)價(jià)因素，則綜合評(píng)價(jià)矩陣為

2　模糊數(shù)學(xué)理論在茶葉安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

2.1建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

結(jié)合上文中提到的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建原則，以某地區(qū)綠茶產(chǎn)品作為研究對(duì)象，從茶葉生產(chǎn)地選擇鮮葉、炒制未包裝以及包裝待售的不同樣品，對(duì)其安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了確保評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性與可靠性，需要從污染物的毒性、多樣性以及在環(huán)境中的富集差異等方面，進(jìn)行綜合考慮。本文依照國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品安全檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，選擇7種農(nóng)藥作為農(nóng)藥殘留的檢測(cè)項(xiàng)目，以及鉛、鎘、銅三種元素作為重金屬元素檢測(cè)項(xiàng)目，以污染指數(shù)、污染物毒性、超標(biāo)率以及在環(huán)境中的富集為評(píng)價(jià)因素，構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。評(píng)價(jià)因素的量化比較打分如下表所示。

表1　評(píng)價(jià)因素量化比較

其中，不同的因素有著不同的量化打分表，這里對(duì)其進(jìn)行分別討論。

2.1.1污染指數(shù)與超標(biāo)率：所謂污染指數(shù)，只是將監(jiān)測(cè)的多種濃度簡(jiǎn)化成為一個(gè)單一的概念性指數(shù)值，進(jìn)行分級(jí)打分，以反映對(duì)于生態(tài)環(huán)境污染以及人體健康的影響程度。

表2　污染指數(shù)與超標(biāo)率量化打分

2.1.2污染物毒性：對(duì)污染物毒性的量化打分，主要是根據(jù)相應(yīng)的毒性癥狀進(jìn)行。分?jǐn)?shù)越高，則表明毒性越大，以最低的1分為例，通常會(huì)使人的眼部、呼吸道或者皮膚感到不舒服，或者實(shí)驗(yàn)確定口服對(duì)鼠半致死量在2000mg/kg；而最高的10分則是對(duì)人體有明顯致癌性，或者對(duì)動(dòng)物有強(qiáng)烈的致癌性，損害遺傳基因，又或者可以進(jìn)行毒性復(fù)制。其量化打分結(jié)果如表3所示。

表3　污染物毒性量化打分

2.1.3污染物在環(huán)境中的富集：生物富集因子（BCF）表示生物組織（干重）中化合物的濃度與溶解在水中的濃度比，能夠?qū)ι矬w內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的累積趨勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確描述，是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。而正辛醇水分配系數(shù)（kow）表示化合物在非極性熔劑中的溶解度與在水中的溶解度的比。污染物在環(huán)境中的富集量化打分原則如下：

表4　污染物在環(huán)境中的富集量化打分原則

表5　污染物在環(huán)境中的富集量化打分

2.2數(shù)學(xué)模型建立

利用模糊數(shù)學(xué)中的模糊變化方法，針對(duì)上述10中污染物的因子集進(jìn)行相應(yīng)的模糊變換，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型?？紤]到模型過(guò)大會(huì)影響其自身的穩(wěn)定性，同時(shí)導(dǎo)致計(jì)算的繁瑣性，這里從實(shí)際出發(fā)，對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s和調(diào)整，以減少數(shù)據(jù)處理量[3]。

2.2.1評(píng)價(jià)因素集：U＝{某污染物加權(quán)污染指數(shù)（I-i）；污染物加權(quán)超標(biāo)指數(shù)（C-i）；污染物毒性（D）；在環(huán)境中的富集（E）}

2.2.2模糊權(quán)重集：結(jié)合上文提到的公式，以4個(gè)評(píng)價(jià)因素為對(duì)象，其對(duì)于評(píng)定結(jié)果的貢獻(xiàn)度為

其中，ai表示單獨(dú)考慮ui因素對(duì)于評(píng)價(jià)等級(jí)的貢獻(xiàn)度大小，代表了單因素ui評(píng)價(jià)等級(jí)的能力。在充分滿足ai歸一化的基礎(chǔ)上，由于4個(gè)因素對(duì)于評(píng)價(jià)等級(jí)的影響相同，則

2.2.3評(píng)語(yǔ)集：結(jié)合相應(yīng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，從中選定7個(gè)污染物因子，則有V＝{敵敵畏、六六六、滴滴涕、甲氰菊酯、銅、鉛、鎘}

2.2.4綜合評(píng)價(jià)矩陣：4個(gè)評(píng)價(jià)因素對(duì)于7個(gè)污染物因子的綜合評(píng)價(jià)矩陣為

在矩陣中，rij表示不同評(píng)價(jià)因素量化打分值，其中i＝1-4，表示四個(gè)評(píng)價(jià)因素，依次為污染指數(shù)（I）、超標(biāo)率（C）、污染物毒性（D）以及污染物在環(huán)境中的富集（E）；j則表示7種污染物種類，依次為敵敵畏、六六六、滴滴涕、甲氰菊酯、銅、鉛、鎘。

2.3綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算，可以得出7個(gè)污染物因子的綜合評(píng)價(jià)模型，然后將評(píng)價(jià)因素量化分值和權(quán)重值分別代入到模型之中，對(duì)矩陣的乘積進(jìn)行計(jì)算，就能夠得到評(píng)價(jià)因子的最終量化結(jié)果。在上述7種污染物中，其風(fēng)險(xiǎn)性由大到小排序如下：鉛、鎘、甲氰菊酯、六六六、滴滴涕、敵敵畏、銅。

3　結(jié)　語(yǔ)

本文結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論的相關(guān)概念，對(duì)其在茶葉安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和探討，同時(shí)選取相應(yīng)的茶葉產(chǎn)品，進(jìn)行了相應(yīng)的污染綜合評(píng)價(jià)，取得了比較滿意的效果。與當(dāng)前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法相比，本文提出的評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)結(jié)果上具有良好的可靠性，而且模型簡(jiǎn)單、矩陣運(yùn)算清晰、理論依據(jù)充分，優(yōu)勢(shì)非常明顯。不過(guò)，考慮到研究時(shí)間有限，加上并沒有經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐驗(yàn)證，這種評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)因素選擇、污染物種類選擇等方面尚需完善，應(yīng)該得到相關(guān)學(xué)者的重視和深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒小龍，基于模糊數(shù)學(xué)理論的茶葉安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2007.

[2]段文仲，模糊綜合評(píng)價(jià)在檢驗(yàn)檢疫風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用.檢驗(yàn)檢疫科學(xué)，2006，16(1):16-18.

作者簡(jiǎn)介：