李其娜，季 民，孫 勇，翟雪迎，鄭 巖

(山東科技大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院，青島 266590)

近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高，對(duì)優(yōu)美的大氣環(huán)境的呼聲也日漸高漲，因此改善大氣環(huán)境，滿足人民群眾對(duì)優(yōu)美的大氣環(huán)境的需要顯得尤為重要，但在此之前首先要對(duì)大氣質(zhì)量做出全面、合理的評(píng)價(jià)，目前對(duì)大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法很多，如空氣污染指數(shù)法[1-2]、灰色聚類(lèi)法[3]、主成分分析法[4]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[5]等，其中，層次分析法由于做到了定性分析與定量分析相結(jié)合而在眾多方法中備受關(guān)注，學(xué)者利用層次分析法對(duì)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)作了大量工作，諸如楊帆等[6]利用改進(jìn)的層次分析法對(duì)福州市大氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)并與屬性識(shí)別理論模型進(jìn)行對(duì)比，證明了改進(jìn)的層次分析法評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際情況；鄭健[7]、鄧旺華等[8]、韓卓[9]分別對(duì)烏魯木齊市、烏海市、西安市數(shù)年間的大氣質(zhì)量做出了評(píng)價(jià)且發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)境質(zhì)量受PM10和SO2的影響較大；楊文卿等[10]對(duì)南安市和泉州市五年間大氣質(zhì)量做了對(duì)比并從四個(gè)方面分析影響結(jié)果的因素；張勤虎等[11]對(duì)蘭州市“十二五”期間的空氣質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)且發(fā)現(xiàn)在各污染因子中，PM10對(duì)空氣質(zhì)量的影響最大。此外隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，公眾開(kāi)始在網(wǎng)上發(fā)表言論，這些言論中包含了各種情感色彩，其中不乏針對(duì)大氣質(zhì)量滿意程度的評(píng)論，通過(guò)對(duì)評(píng)論的研究可以發(fā)現(xiàn)大氣質(zhì)量與居民情感之間的相關(guān)性[12]以及人們對(duì)大氣污染關(guān)注度的提升[13]，針對(duì)這些評(píng)論數(shù)據(jù)進(jìn)行情感分析，可以探尋影響大氣質(zhì)量滿意度的影響因素[14]，可為大氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)提供一定的參考。但是，基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的層次分析法只能反映空氣監(jiān)測(cè)站點(diǎn)周?chē)邢迏^(qū)域的大氣質(zhì)量情況，且利用公眾情感分析大氣質(zhì)量雖在定位上更加精準(zhǔn)但在客觀性上略有不足，為此，現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與公眾感知的情感數(shù)據(jù)，建立大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型，使得評(píng)價(jià)結(jié)果既能反映小區(qū)域大氣質(zhì)量等級(jí)，彌補(bǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不足，也能將主觀性與客觀性相結(jié)合，彌補(bǔ)公眾情感評(píng)價(jià)主觀性較強(qiáng)的缺點(diǎn)，評(píng)價(jià)結(jié)果更加真實(shí)地反映當(dāng)下大氣質(zhì)量水平，因此具有一定的社會(huì)意義。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的山東省大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源自中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)監(jiān)測(cè)，每小時(shí)記錄一次污染物濃度值，在《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)[15]中，其對(duì)污染物濃度數(shù)據(jù)有效性的最低要求明確表示，每日至少有20 h平均濃度值或采樣時(shí)間，每月至少有27個(gè)日平均濃度值(2月至少有25個(gè)日平均濃度值)，基于以上兩點(diǎn)，通過(guò)數(shù)據(jù)篩選后將滿足要求的山東省80個(gè)大氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的原始數(shù)據(jù)整理后存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，最終用于模型的數(shù)據(jù)為山東省2016年1—12月的大氣污染因子(SO2、NO2、CO、O3和PM2.5)月均監(jiān)測(cè)值。

1.2 層次分析模型構(gòu)建及其計(jì)算過(guò)程

基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用層次分析模型對(duì)山東省大氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，層次分析模型構(gòu)建及其計(jì)算過(guò)程如圖1所示。

圖1 層次分析模型構(gòu)建流程圖及層次分析法計(jì)算過(guò)程Fig.1 The construction flow chart of analytic hierarchy process(AHP) model and the calculation process of AHP

其中評(píng)價(jià)基本單元為山東省地級(jí)以上城市，以《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中污染物濃度限值為依據(jù)，模型中大氣環(huán)境質(zhì)量為目標(biāo)層(A)，以SO2、NO2、CO、O3和PM2.5這五項(xiàng)評(píng)價(jià)因子為第二層(B)，地級(jí)市中各個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)作為第三層(C)，空氣質(zhì)量級(jí)別為最后的方案層(D)。

層次分析模型構(gòu)建之后，其次是構(gòu)造判斷矩陣(A-B)，其準(zhǔn)則為：以污染因子在評(píng)價(jià)單元內(nèi)所有站點(diǎn)監(jiān)測(cè)的均值為標(biāo)度，大氣環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)。其次綜合考慮監(jiān)測(cè)點(diǎn)影響因素后，構(gòu)造判斷矩陣(B-C)準(zhǔn)則為

(1)

式(1)中：x為站點(diǎn)所在區(qū)縣的GDP在全市GDP中所占比重；y為站點(diǎn)所在區(qū)縣人口數(shù)在全市人口數(shù)中所占比重；z為評(píng)價(jià)因子在各站點(diǎn)所監(jiān)測(cè)到的濃度值。

最后構(gòu)造判斷矩陣(C-D)，根據(jù)大氣污染物分級(jí)濃度限值，將所選評(píng)價(jià)因子的濃度值與各空氣質(zhì)量級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)值之差的絕對(duì)值取倒數(shù)，再將結(jié)果取均值之后作為標(biāo)度。

任一判斷矩陣構(gòu)建完成后，利用方根法[6]對(duì)其計(jì)算特征值與特征向量。

上述判斷矩陣計(jì)算得到對(duì)應(yīng)特征向量的過(guò)程即為層次單排序，排序的結(jié)果也就是相同層次上各元素相對(duì)于上層某個(gè)元素的相對(duì)重要性權(quán)值，另外，經(jīng)驗(yàn)證各個(gè)判斷矩陣的一致性比率(CR)<0.1，因此以上判斷矩陣均滿足一致性檢驗(yàn)。

除了層次單排序外，還要對(duì)總的排序進(jìn)行計(jì)算并讓其通過(guò)一致性檢驗(yàn)，因此根據(jù)準(zhǔn)則層B對(duì)目標(biāo)層A的判斷矩陣，以及子準(zhǔn)則層C對(duì)準(zhǔn)則層B的判斷矩陣得到的特征向量，建立(A-C)的層次總排序權(quán)值表，經(jīng)檢驗(yàn)一致性比率(CR)<0.1，所以總排序的一致性結(jié)果令人滿意。

最后，對(duì)以上結(jié)果進(jìn)行決策組合向量的運(yùn)算便可確定最終的大氣環(huán)境質(zhì)量級(jí)別。

1.3 基于層次分析模型的各地市大氣質(zhì)量級(jí)別

利用層次分析模型得到了山東省2016年17個(gè)地市的大氣質(zhì)量級(jí)別，其中大氣質(zhì)量一級(jí)權(quán)重值與大氣質(zhì)量二級(jí)權(quán)重值總和為1，因此這里只給出大氣質(zhì)量一級(jí)權(quán)重值，最終結(jié)果匯總?cè)绫?，再根據(jù)表1的大氣質(zhì)量權(quán)重值結(jié)果給出1—12月17市的大氣質(zhì)量變化對(duì)比分析圖，如圖2所示。

表1 山東省2016年17地市的大氣質(zhì)量一級(jí)權(quán)重值Table 1 The first-level weight values of air quality in 17 cities in Shandong Province in 2016

圖2 2016年山東省17市大氣質(zhì)量一級(jí)權(quán)重值變化情況Fig.2 Changes of first-class weight values of air quality in 17 cities of Shandong Province in 2016

由圖2可以看出17個(gè)地市的大氣質(zhì)量一級(jí)權(quán)重值在一年內(nèi)的變化情況，其中5—8月份全省的空氣質(zhì)量狀況普遍較好，9月、11月、2—4月份全省的空氣質(zhì)量狀況普遍較差，總結(jié)起來(lái)看，空氣質(zhì)量狀況較好的時(shí)間段主要集中在夏季，而秋季的大氣質(zhì)量狀況波動(dòng)較大，冬季的大氣質(zhì)量狀況較差但是波動(dòng)較小，春季的大氣質(zhì)量狀況則是隨著時(shí)間變化逐漸好轉(zhuǎn)；從空間分布來(lái)看，一年中空氣質(zhì)量最好的地區(qū)為東部沿海的地市，中部和西部地區(qū)次之；其次，東部地區(qū)大氣質(zhì)量狀況在一年中波動(dòng)較小，而中部和西部地區(qū)的大氣質(zhì)量狀況在一年中變化較大，尤其是秋冬季節(jié)，變化波動(dòng)最大。

2 基于公眾感知情感分析的山東省大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 公眾感知情感分析數(shù)據(jù)來(lái)源

用于公眾感知情感分析的數(shù)據(jù)有兩個(gè)來(lái)源，一是自山東省環(huán)境公訴(信訪)平臺(tái)獲取了2011年6月—2018年10月的20 000多條投訴數(shù)據(jù)，二是利用網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問(wèn)卷獲取了2018年12月—2019年2月的700條有效數(shù)據(jù)，其中無(wú)論是平臺(tái)爬取的投訴數(shù)據(jù)還是問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)，都包含了時(shí)間、地點(diǎn)以及公眾對(duì)于周?chē)髿猸h(huán)境的具體評(píng)價(jià)。

2.2 公眾感知情感分析方法

2.2.1 空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的情感詞庫(kù)構(gòu)建

在空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)情感詞庫(kù)構(gòu)建的過(guò)程中，涉及兩個(gè)方面的內(nèi)容，一方面是利用大連理工大學(xué)信息檢索研究室構(gòu)建的中文情感詞庫(kù)[16]以及修飾詞詞典作為基礎(chǔ)詞庫(kù)，前者囊括了動(dòng)詞、名詞、形容詞、網(wǎng)絡(luò)用語(yǔ)、副詞及成語(yǔ)，這些詞語(yǔ)都被標(biāo)注了各自的情感極性，情感強(qiáng)度從小到大按照1～9劃分；后者囊括了否定詞及程度副詞，為了便于量化情感強(qiáng)弱，對(duì)這些程度副詞憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了量化賦值。

另一方面，由于上述基礎(chǔ)詞庫(kù)囊括的詞語(yǔ)與大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)相關(guān)度較低，用在大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)工作時(shí)略顯不足，因此本文利用平臺(tái)獲取的投訴數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)查及檢索數(shù)據(jù)作為原始的文本語(yǔ)料，在這些文本語(yǔ)料的基礎(chǔ)上進(jìn)行中文分詞得到分詞短語(yǔ)，然后結(jié)合基礎(chǔ)詞庫(kù)去重得到候選情感詞并對(duì)其進(jìn)行有關(guān)大氣質(zhì)量的情感詞篩選，篩選的過(guò)后的候選情感詞與網(wǎng)絡(luò)檢索的大氣相關(guān)詞語(yǔ)合并后，形成大氣領(lǐng)域情感詞庫(kù)，最后經(jīng)過(guò)多位專(zhuān)家人工標(biāo)注情感強(qiáng)度的方法，得到最終大氣領(lǐng)域情感詞典，詞典內(nèi)詞語(yǔ)的情感強(qiáng)度與極性的標(biāo)準(zhǔn)同基礎(chǔ)情感詞典一致。

最后，將上述過(guò)程得到的基礎(chǔ)詞庫(kù)與大氣領(lǐng)域情感詞典合并形成新的詞庫(kù)，稱(chēng)之為空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的情感詞庫(kù)。

2.2.2 空氣質(zhì)量感知滿意度評(píng)價(jià)

基于空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的情感詞庫(kù)，采用以下公式對(duì)原始文本語(yǔ)料情感值進(jìn)行計(jì)算，即

E(Pi)=E(A)E(B)E(N)

(2)

E(Ci)=min(P1,P2,…,P3)

(3)

E(S)=min(C1,C2,…,C3)

(4)

式中：A為情感詞;B為程度副詞;N為否定詞;E(A)為情感詞的情感強(qiáng)度;E(B)為程度副詞的權(quán)重;E(N)表示否定詞的權(quán)重，大小由(-1)m決定，(m表示否定詞的個(gè)數(shù));E(Pi)為第i個(gè)短語(yǔ)的情感值;E(Ci)表示第i個(gè)分句的情感值；E(S)為文本句子的最終情感值。

基于上述過(guò)程得到的文本語(yǔ)料的情感值即空氣質(zhì)量感知滿意度，接著選取了3 000條原始文本語(yǔ)料對(duì)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的情感詞庫(kù)進(jìn)行精度計(jì)算，其中誤差在±2范圍內(nèi)視為滿意，最終結(jié)果顯示其精度達(dá)91.8%，而利用同樣標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的基礎(chǔ)情感詞庫(kù)精度為30.3%，因此利用空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的情感詞庫(kù)對(duì)大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)更加合理。

空氣質(zhì)量感知滿意度計(jì)算完成后，利用原始文本語(yǔ)料里的地點(diǎn)信息進(jìn)行地址匹配，再對(duì)其進(jìn)行核密度分析并對(duì)滿意度結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其范圍為0～1，最后再對(duì)其進(jìn)行自然間斷法分級(jí)，分級(jí)情況如表2所示。

表2 大氣感知質(zhì)量分級(jí)情況Table 2 Classification of atmospheric perception quality

2.3 基于公眾感知情感分析的大氣質(zhì)量結(jié)果

根據(jù)表2的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將得到的空氣質(zhì)量感知滿意度標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果按不同月份進(jìn)行劃分，得到了12個(gè)月的大氣質(zhì)量感知情感分析結(jié)果，如圖3所示。

圖3 大氣質(zhì)量感知分析結(jié)果的空間分布圖Fig.3 Spatial distribution diagram of atmospheric quality perception analysis results

由圖3可以看出，1月大氣質(zhì)量較差的地區(qū)主要為威海市、東營(yíng)市、青島市的南部、日照市的北部以及濟(jì)寧市、泰安市與棗莊市這三市的交界地區(qū)，與之相反的空氣質(zhì)量較好的地區(qū)主要集中在德州市、濱州市、煙臺(tái)市、淄博市、菏澤市以及濟(jì)南市幾個(gè)地區(qū)，其余地區(qū)多為2級(jí)空氣質(zhì)量；2月大氣質(zhì)量為3級(jí)的地區(qū)主要為煙臺(tái)市西北部、青島市、濰坊市南部、東營(yíng)市、濱州市、萊蕪市、濟(jì)寧市以及德州市北部，而濟(jì)南市、淄博市、日照市以及煙臺(tái)市南部地區(qū)基本為1級(jí)大氣質(zhì)量；進(jìn)入3月后，泰安市、濟(jì)寧市以及棗莊市由原來(lái)的2級(jí)的地區(qū)變?yōu)?級(jí)地區(qū)，日照市和臨沂市部分地區(qū)也由原來(lái)的2級(jí)地區(qū)變?yōu)?級(jí)地區(qū)；4月相較于3月份最大的變化是棗莊市，由原來(lái)的3級(jí)地區(qū)轉(zhuǎn)為2級(jí)地區(qū)，全市空氣質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)，其余地市的大氣質(zhì)量總體變化較??；5月較上個(gè)月變化最大的是淄博市，由上個(gè)月的1級(jí)、2級(jí)空氣質(zhì)量降為3級(jí)空氣質(zhì)量；6月相較上個(gè)月變化較小，主要變化是臨沂市的空氣質(zhì)量由原來(lái)的1級(jí)為主，降為2級(jí)、3級(jí)為主。

時(shí)間進(jìn)入下半年后，7月的威海市、青島市以及日照市三個(gè)地區(qū)空氣質(zhì)量明顯下降，另外泰安市、濟(jì)南市以及萊蕪市這三市的交界處空氣質(zhì)量也明顯下降；8月相較于上個(gè)月變化不大，主要是菏澤市空氣質(zhì)量下降，而濱州市空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)；9月的菏澤市空氣質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)，而威海市東部空氣質(zhì)量明顯下降；10月里空氣質(zhì)量變化較大的地區(qū)主要是東營(yíng)市以及濱州市，這兩個(gè)地區(qū)的空氣質(zhì)量下降為3級(jí)，而濟(jì)寧市的空氣質(zhì)量由原來(lái)的3級(jí)為主轉(zhuǎn)為2級(jí)為主，即空氣質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)；11月相較于上個(gè)月全省的空氣質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)，威海市、煙臺(tái)市、青島市以及東營(yíng)市這幾個(gè)地區(qū)變化最為明顯，由原來(lái)的3級(jí)為主轉(zhuǎn)為2級(jí)或1級(jí)；最后，12月的全省空氣質(zhì)量整體與上月變化不大，但局部地區(qū)有所變動(dòng)，主要表現(xiàn)為威海市、東營(yíng)市、棗莊市以及濟(jì)寧市空氣質(zhì)量下降，而萊蕪市、濱州市以及德州市這幾個(gè)地區(qū)的空氣質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)。

3 基于層次分析和公眾感知情感分析的大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型

利用層次分析模型得到山東省各個(gè)地市的大氣質(zhì)量等級(jí)結(jié)果，這個(gè)評(píng)價(jià)的結(jié)果是基于已建成的空氣站點(diǎn)監(jiān)測(cè)的污染因子濃度值，由于每個(gè)地區(qū)的空氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限，并且站點(diǎn)的選址不能很好地覆蓋全部地區(qū)和人口，所以它只能反映空氣監(jiān)測(cè)站點(diǎn)周?chē)邢迏^(qū)域的大氣質(zhì)量，但是，在最終結(jié)果里卻用部分站點(diǎn)的大氣質(zhì)量結(jié)果來(lái)作為整個(gè)地市的大氣質(zhì)量等級(jí)，這樣的結(jié)果在準(zhǔn)確度上難免存在不足。而在另一方面，大氣質(zhì)量感知情感分析的結(jié)果相比層次分析法所得結(jié)果定位更加精準(zhǔn)，更能在小范圍上反映群眾對(duì)于周?chē)諝猸h(huán)境的滿意程度，但是由于感知情感分析結(jié)果相比層次分析結(jié)果更加突出了個(gè)體的主觀性，在客觀性上略有不足，因此我們將感知情感分析的結(jié)果中引入層次分析法所得的評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合兩種評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，得到一個(gè)既能反映小區(qū)域大氣質(zhì)量等級(jí)也能綜合主觀性與客觀性的大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

3.1 基于層次分析模型的大氣質(zhì)量級(jí)別對(duì)空氣質(zhì)量的描述

在層次分析分析模型中，根據(jù)《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》將最后的大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果劃分成兩個(gè)等級(jí)，表3為基于層次分析模型的大氣質(zhì)量級(jí)別對(duì)空氣質(zhì)量的描述。

表3 基于層次分析模型的大氣質(zhì)量級(jí)別對(duì)空氣質(zhì)量的描述Table 3 Description of air quality based on the analytic hierarchy model

3.2 基于感知情感分析模型的大氣質(zhì)量級(jí)別對(duì)空氣質(zhì)量的描述

在大氣質(zhì)量感知情感分析中，將最后的大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果劃分成3個(gè)等級(jí)，表4為基于公眾情感分析的大氣質(zhì)量級(jí)別對(duì)空氣質(zhì)量的描述。

表4 基于公眾情感分析的大氣質(zhì)量級(jí)別對(duì)空氣質(zhì)量描述Table 4 Description of air quality by air quality level based on public sentiment analysis

3.3 基于層次分析和感知情感分析的大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型

根據(jù)表3與表4的介紹，結(jié)合兩種方法中對(duì)應(yīng)等級(jí)的大氣質(zhì)量的描述，將感知情感分析的結(jié)果中引入層次分析法所得的評(píng)價(jià)結(jié)果，總結(jié)出一個(gè)關(guān)于大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的等級(jí)對(duì)應(yīng)表(表5)，以情感分析所得的大氣質(zhì)量等級(jí)作為主要權(quán)重，在情感等級(jí)下劃分出新的子等級(jí)，即將層次分析法所得大氣質(zhì)量等級(jí)列為子等級(jí)，重新劃分出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的六個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，依次為優(yōu)、良、輕微污染、中度污染、嚴(yán)重污染、重度污染。

根據(jù)表5，給出關(guān)于層次分析結(jié)果和感知情感分析結(jié)果的大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型，模型中根據(jù)下面分段函數(shù)進(jìn)行大氣質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)。

(5)

式(5)中：a為感知情感分析結(jié)果的大氣質(zhì)量等級(jí)；b為層次分析結(jié)果的大氣質(zhì)量等級(jí)；Y為最終的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

表5 大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)表Table 5 Corresponding table of comprehensive evaluation grades of air quality

以Y=優(yōu)，a=1級(jí)且b=一級(jí)為例，上面分段函數(shù)的意義為，當(dāng)情感分析結(jié)果為1級(jí)且層次分析結(jié)果同樣為一級(jí)，則認(rèn)為該評(píng)價(jià)區(qū)域空氣質(zhì)量為優(yōu)，表明該地區(qū)空氣質(zhì)量非常好，民眾基本滿意。需要注意的是，當(dāng)情感分析結(jié)果為3級(jí)且層次分析結(jié)果為二級(jí)時(shí)，則認(rèn)為該評(píng)價(jià)區(qū)域空氣質(zhì)量為重度污染，這時(shí)不論從民眾的情感角度還是從大氣監(jiān)測(cè)的污染程度來(lái)說(shuō)，都是最壞的，這樣的地區(qū)對(duì)于空氣質(zhì)量的改善愿景最為迫切，尤其需要相關(guān)部門(mén)的重視。

圖4 大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果空間分布圖Fig.4 The spatial distribution of the comprehensive assessment results of air quality

4 基于大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型的大氣質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)

4.1 基于大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型的大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

前面利用層次分析模型得到了各地市不同月份的大氣質(zhì)量級(jí)別，然后進(jìn)一步可以給出對(duì)應(yīng)的大氣質(zhì)量空間分布圖，再結(jié)合12個(gè)月的大氣質(zhì)量感知情感分析結(jié)果，通過(guò)已經(jīng)給出大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型，利用評(píng)價(jià)模型中的分段函數(shù)式，在Arcgis中使用柵格計(jì)算器里的CON(條件)函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，寫(xiě)出關(guān)于疊加分析的地圖代數(shù)表達(dá)式并計(jì)算得到各個(gè)月份的對(duì)應(yīng)結(jié)果，圖4即為12個(gè)月大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果空間分布圖。

4.2 基于大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型的大氣質(zhì)量綜合分析

根據(jù)上述12個(gè)月的大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)情況，計(jì)算得到圖中各月各等級(jí)所占柵格個(gè)數(shù)，為了更直觀地看出每個(gè)月的大氣質(zhì)量狀況，根據(jù)得到的柵格個(gè)數(shù)制作了1—12月各大氣質(zhì)量等級(jí)的面積占比示意圖(圖5)，其中每個(gè)月份的總柵格數(shù)均為6 000個(gè)。

圖5 1—12月各大氣質(zhì)量等級(jí)的面積占比示意圖Fig.5 Schematic diagram of the area proportions of each air quality level from January to December

由圖5所示，從時(shí)間序列上看，山東省大部分地區(qū)1月的大氣質(zhì)量綜合等級(jí)為輕微—中度污染，2—4月大氣質(zhì)量下滑，大部分地區(qū)為中度污染甚至重度污染，而5—8月大氣質(zhì)量整體變好，半數(shù)地區(qū)呈現(xiàn)輕微污染，另外還有一大部分地區(qū)存在嚴(yán)重污染，到了9月，山東省大氣質(zhì)量進(jìn)入一年中最差的時(shí)段，2/3以上的地區(qū)空氣質(zhì)量為中度污染甚至重度污染，10月的大氣質(zhì)量整體好轉(zhuǎn)，全省約占1/3的地區(qū)為嚴(yán)重污染，但也有1/3的地區(qū)存在輕微污染，最后的11—12月份全省多半地區(qū)大氣質(zhì)量為中度污染。

其次是從空間分布情況來(lái)看，由于時(shí)間跨度較大以及地市較多且情況復(fù)雜，下面按其特點(diǎn)分為幾種情況分別討論。

(1)重度污染地區(qū)的主要分布?？v觀全年情況，山東省重度污染地區(qū)主要分布在東營(yíng)市、濱州市的北部、青島市以及濰坊市的南部地區(qū)，泰安市、濟(jì)寧市以及棗莊市部分地區(qū)在冬春兩季也出現(xiàn)重度污染。

(2)空氣質(zhì)量為優(yōu)的地區(qū)的主要分布。空氣質(zhì)量為優(yōu)的地區(qū)主要分布在煙臺(tái)市和威海市南部的交界處，日照市與濰坊市南部的交界處，菏澤市西部、聊城市西部以及德州市北部地區(qū)在少數(shù)月份也出現(xiàn)大氣質(zhì)量為優(yōu)的情況。

(3)空氣質(zhì)量月度變化較大的地區(qū)。從12個(gè)月的空氣質(zhì)量變化情況來(lái)看，有十個(gè)地市的空氣質(zhì)量波動(dòng)較大，分別為威海市、煙臺(tái)市、濰坊市、濱州市、聊城市、菏澤市、棗莊市、臨沂市以及日照市，這些地市的大氣質(zhì)量有些月份很好，但在某些月份表現(xiàn)較差，屬于空氣質(zhì)量月度變動(dòng)較大的地區(qū)。

(4)空氣質(zhì)量月度波動(dòng)較小的地區(qū)的主要分布。從12個(gè)月的空氣質(zhì)量變化情況來(lái)看，除了空氣質(zhì)量波動(dòng)較大的十個(gè)地市外，其余七個(gè)地市的大氣質(zhì)量隨時(shí)間變化波動(dòng)較小，這些地區(qū)分別為東營(yíng)市、濟(jì)寧市、青島市、濟(jì)南市、淄博市、萊蕪市以及泰安市。其中東營(yíng)市雖然空氣質(zhì)量穩(wěn)定，但是卻是在較差的水平保持穩(wěn)定，這一點(diǎn)尤其需要得到重視。

5 結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與公眾感知的情感數(shù)據(jù)，建立大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型，最終評(píng)價(jià)結(jié)果既能反映小區(qū)域大氣質(zhì)量等級(jí)，彌補(bǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不足，也能將主觀性與客觀性相結(jié)合，彌補(bǔ)公眾情感評(píng)價(jià)主觀性較強(qiáng)的缺點(diǎn)，與單一利用層次分析法或公眾情感來(lái)評(píng)價(jià)大氣質(zhì)量的結(jié)果來(lái)說(shuō)，大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型使評(píng)價(jià)結(jié)果更具嚴(yán)謹(jǐn)性與合理性。綜上所述，可以得出如下結(jié)論。

(1)從時(shí)間序列上看，一年中全省大氣質(zhì)量最好的時(shí)段在5—8月，最差的時(shí)段出現(xiàn)在9月，其余月份全省大氣質(zhì)量狀況以中度污染為主。

(2)從空間分布情況來(lái)看，山東省重度污染地區(qū)主要分布在東營(yíng)市、濱州市的北部、青島市以及濰坊市的南部地區(qū)，泰安市、濟(jì)寧市以及棗莊市部分地區(qū)在冬春兩季也出現(xiàn)重度污染。空氣質(zhì)量為優(yōu)的地區(qū)主要分布在煙臺(tái)市和威海市南部的交界處，日照市與濰坊市南部的交界處，菏澤市西部、聊城市西部以及德州市北部地區(qū)在少數(shù)月份也出現(xiàn)大氣質(zhì)量為優(yōu)的情況。此外，占全省面積半數(shù)的中度污染地區(qū)以及嚴(yán)重污染地區(qū)多分布在山東省的中部、中東部以及南部地區(qū)。

(3)綜上所述，由大氣質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型得到的結(jié)果顯示，山東省2016年的大氣質(zhì)量超半數(shù)月份里以中度污染為主，中度污染地區(qū)以及嚴(yán)重污染地區(qū)加起來(lái)占全省面積一半以上，這些地區(qū)多分布在山東省的中部、中東部以及南部，此外重度污染地區(qū)主要分布在東營(yíng)市、濱州市的北部、青島市以及濰坊市的南部地區(qū)，這些地區(qū)無(wú)論是從大氣監(jiān)測(cè)的數(shù)值來(lái)看還是從民眾的滿意度來(lái)看都是最差的，需要該地區(qū)相關(guān)部門(mén)引起重視，切實(shí)處理好環(huán)境問(wèn)題。