CN103778335A - 一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法。具体步骤是：1、建立特征污染物基本信息及监控指标数据库；2、确定化工园区特征污染物监控的评判因素集；3、建立化工园区特征污染物监控的评判集；4、确定从评判因素集到评判集的模糊关系；5、建立化工园区特征污染物监控的评判因素的权重集；6、综合评判；7、根据评判结果，对特征污染物进行监控。该方法的有益效果是：形成了一套完整的化工园区特征污染物监控定量体系，克服了单因子评判方法评判结果单一、传统的经验判断、多因素难以确定，不能量化的问题。行之有效的化工园区特征污染物监控方法能够对特征污染物的危害程度进行评判，能够使污染物得到更好的管理和控制。

Description

一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法

技术领域

本发明涉及一种特征污染物的监控方法，特别是一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，越来越多的化学品应用于人类生产生活领域，特别是化学工业园区作为一类特殊的化学工业生产场所，经常使用、排放和存放大量的化学品。一旦管理疏忽极易通过各种途径排放，或因事故泄漏的污染物将直接或间接影响周边的生态环境，危害人类的健康。因此，亟需对化工园区的重点的特征污染物进行优先监测和控制，遏制环境污染事故发生。

模糊数学是研究和处理模糊性现象的一种数学理论和方法，模糊综合评判法是一种基于模糊数学的综合评判方法。该综合评判法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评判。它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。

目前的优先控制名单主要是针对环境中存在的污染物，考虑其化学性质、毒性效应等进行筛选排序，对于化工园区环境污染事故高发区域中的特征污染物的监控还没有比较系统全面的分析评判方法。因此，如何根据环境暴露、基本性质、被关注度对化工园区特征污染物进行监控的定量化是当前研究的重点和热点。

发明内容

为了定量化化工园区特征污染物的监控方法，本发明提供一种化工园区特征污染物的监控的方法，针对化工园区特征污染物监控缺少定量化标准的模糊性问题，基于模糊集合理论对评判中的影响因素作量化处理，建立化工园区特征污染物监控的综合评判指标集、权重集和评判集，然后通过模糊关系矩阵的建立和变换，对化工园区特征污染物的监控做出全面的评判。以期为环保部门了解化工园区特征污染物的风险水平，并针对监控的评判结果对重点监控的污染物进行监测和控制，有效降低环境污染及其可能对人类所造成的不良影响。

本发明的一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法，具体步骤是：

步骤一、建立特征污染物基本信息及监控评判指标数据库；

步骤二、确定化工园区特征污染物监控的评判因素集；

步骤三、建立化工园区特征污染物监控的评判集；

步骤四、建立从化工园区特征污染物评判因素集到评判集的模糊关系；

步骤五、建立化工园区特征污染物监控的评判因素的权重集；

步骤六，综合评判；

步骤七，根据评判结果判定特征污染物的监控等级并进行监控。

本发明方法的技术特点是：

1、本发明基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法，区别于传统经验判断、多因素难以确定、模糊性评判语言非量化方法的确定，形成了一套完整的化工园区特征污染物监控方法。

2、本发明对多种因素决定的化工园区特征污染物做出监控的筛选，为环保部门的管理和监控方案的制定提供依据。

本发明的技术效果是：

利用此方法，可以依据化工园区特征污染物监控的模糊综合评判模型，根据创建的评判指标，由模型量化特征污染物的监控等级。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法，流程如图1所示，具体包括以下几个步骤：

步骤一、建立特征污染物基本信息及监控评判指标数据库；

在计算机中输入：特征污染物的基本信息，包括化学性质基本信息、物理性质基本信息、社会属性基本信息；以及监控评判指标信息，包括蒸汽压、最大储存量、临界量、半致死浓度、易燃易爆性、受关注度和检出频次，并计算出最大储存量与临界量的比值。

步骤二、确定化工园区特征污染物监控的评判因素集；

根据预设条件，考虑环境暴露、物质的普遍性质、被关注度以及易燃易爆性，建立化工园区特征污染物的评判因素集、U={U₁，U₂，…，U_m}，U₁，U_m为评判因素，即为影响化工园区特征污染物监控评判的基本事件，U中因素为化工园区特征污染物监控的评判因素指标，通过评判因素对化工园区的特征污染物的监控进行评判。

步骤三、建立化工园区特征污染物监控的评判集；

基于评判方法趋于客观化的要求及多指标综合评判的评判标准，建立化工园区特征污染物监控的评判集，评判集为∨={V₁，V₂，…，V_n}，其中，V₁～V_n为评判等级；V中的评判等级一般都具有模糊性或不确定性特点，因此通过评判集将模糊的概念用精确值加以描述，实现对定性概念的定量化以及定量数据的定性模糊化。

步骤四、建立从化工园区特征污染物评判因素集到评判集的模糊关系；

建立化工园区特征污染物监控的评判因素U到评判集V的模糊关系矩阵。首先确定评判因素集U中每个的每个评判因素U_i(i=1，2,...，m）对评判等级V_j(j=1，2,...,n)的隶属度r_ij，每个评判因素U_i的评判集为r_ij=(r_i1，r_i2,...,r_in)。将所有评判因素的评判集构成一个m×n阶的评判矩阵R，即：

步骤五、建立化工园区特征污染物监控的评判因素的权重集；

在化工园区特征污染物监控的评判因素中，各评判因素对评判等级所起的作用并不是同等重要的，其影响度的大小是一个模糊择优问题，因此通过权重系数反应各评判因素间的内在关系。

根据化工园区特征污染物监控评判因素相对概率重要度的比重，对各评判因素赋予相应的权数，评判因素U_i的相对重要度为I_c(i),i=1，2,...,m；则评判因素U_i的权数为

得到化工园区特征污染物监控的评判因素权重集A=(a₁，a₂,...，a_m)；其中a₁～a_m为评判因素的权数，

步骤六、综合评判；确定了权重集A和评判矩阵R后，通过模糊变换得到监控等级评判矩阵B为：

其中，°为乘积相加运算，等级评判矩阵B为评判集V上的模糊子集，是化工园区特征污染物监控模糊综合评判的结果向量。

根据等级评判矩阵B和评判集中评判等级的取值，得到最终评判结果C为：

C=B·V^T

将评判结果C与评判集V中评判等级的取值进行比较，得出化工园区特征污染物监控的评判结果。

步骤七：根据评判结果判定特征污染物的监控等级并进行监控。

根据步骤六中的综合评判结果，判定特征污染物的监控等级，并执行对特征污染物的监控。

优选的是，所述的一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法中，所述评判因素集为：

U={蒸汽压，最大存储量与临界量比值，半致死浓度，易燃易爆性，受关注度，检出频次}

优选的是，所述的一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法中，所述评判集为：∨={优先监控，较优先监控，一般监控，不需监控}，表示为{d₁，d₂，d₃，d₄}；其中，d₁，d₂,d₃，d₄均为实数，且0<d₁<d₂<d₃<d₄<1。

优选的是，所述的一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法中，所述评判因素权重集为：通过对以往环境污染事故中特征污染物的分析及对各影响因素的综合打分，得到化工园区特征污染物监控的评判因素权重集A=(a₁,a₂,...,a_m)；其中a₁～a_m为评判因素的权数，目前，权重赋予的方法有数学方法、专家评分法等。在本发明中，主要是通过评判因素的相对概率重要分析来确定化工园区特征污染物监控评判因素的权重。

实例一

下面以丙烯腈为例，进一步描述基于模糊综合评判的上海某化工圆区特征污染物的监控方法。

步骤一、建立特征污染物丙烯腈的基本信息数据库；

在计算机中输入特征污染物的基本信息，包括化学性质基本信息、物理性质基本信息、社会属性基本信息。输入监控评判指标信息，包括蒸汽压、最大储存量、临界量、半致死浓度、易燃易爆性、受关注度和检出频次。计算出存量与临界量比值。

步骤二、确定化工园区特征污染物监控的评判因素集；

考虑环境暴露、物质的普遍性质、被关注度以及易燃易爆性得到化工园区特征污染物的评判因素集为：U={蒸汽压，最大储存量与临界量比值，半致死浓度，易燃易爆性，受关注度，检出频次}。

步骤三、建立化工园区特征污染物监控的评判集；

根据化工园区特征污染物监控评判因素，将评判集分为四个评判等级：V={优先监控，较优先监控，一般监控，不需监控}。采用专家评分法对各评判等级打分，得到评判等级的取值，有V={优先监控，较优先监控，一般监控，不需监控}={0.1，0.4，0.6，0.75}；

步骤四、确定从评判因素集到评判集的模糊关系；

用rij表示评判因素集U中的评判因素U_i(i=1，2,...,m)对于评判集V中评判等级V_j(j=1,2,...,n)的隶属度，隶属度的计算采用三角形隶属度函数。具体操作为将每个等级区间的中点作为分界点，当评判因素在本区间中点时，该评判因素对该等级的隶属度为1，在相邻区间的中点时，对该等级的隶属度为0。对越大越需要监控的指标，属于第一等级“监控”的隶属度函数为：

$f\left(x_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& 0\&le;x_i\&le;S_{\mathrm{ij}}\\ \frac{S_{\mathrm{ij}+1}-x_i}{S_{\mathrm{ij}+1}-S_{\mathrm{ij}}}& S_{\mathrm{ij}}<x_i\&le;S_{\mathrm{ij}+1}\\ 0& S_{\mathrm{ij}+1}<x_i\end{array}\right.$

属于第二、三等级“较优先监控”、“一般监控”的隶属度函数为：

$f\left(x_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& x_i=S_{\mathrm{ij}}\\ \frac{x_i-S_{\mathrm{ij}-1}}{S_{\mathrm{ij}}-S_{\mathrm{ij}-1}}& S_{\mathrm{ij}-1}<x_i<S_{\mathrm{ij}}\\ \frac{x_i-S_{\mathrm{ij}+1}}{S_{\mathrm{ij}}-S_{\mathrm{ij}+1}}& S_{\mathrm{ij}}<x_i\&le;S_{\mathrm{ij}+1}\end{array}\right.(i=\mathrm{2,3})$

属于第四等级“不需监控”的隶属函度数为：

$f\left(x_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& x_i\&GreaterEqual;S_{\mathrm{ij}}\\ \frac{x_i-S_{\mathrm{ij}-1}}{S_{\mathrm{ij}}-S_{\mathrm{ij}-1}}& S_{\mathrm{ij}-1}<x_i<S_{\mathrm{ij}}\\ 0& x_i\&le;S_{\mathrm{ij}-1}\end{array}\right\}$

根据以上隶属度函数分析评判因素对各评判集的隶属度，得到模糊评判矩阵R为：

$R=\left[\begin{array}{cccc}0.633& 0.367& 0.000& 0.000\\ 0.783& 0.217& 0.000& 0.000\\ 0.039& 0.961& 0.000& 0.000\\ 0.700& 0.300& 0.000& 0.000\\ 0.000& 0.000& 0.167& 0.833\\ 0.580& 0.420& 0.000& 0.000\end{array}\right]$

步骤五、建立化工园区特征污染物监控的评判因素的权重集；

通过各评判因素相对概率重要度，确定蒸汽压、最大储存量与临界量比值、半致死浓度、易燃易爆性、受关注度、检出频次对特征污染物监控评判的影响大小，建立评判因素的权重集为：A=(蒸汽压、最大储存量与临界量比值、半致死浓度、易燃易爆性、受关注度、检出频次)=(0.296，0.296，0.296，0.037，0.037，0.038)

步骤六、综合评判；

根据权重集A和评判矩阵R对化工园区特征污染物监控进行模糊综合评判，得到等级评判矩阵B为：

$\begin{array}{c}B=\left[\begin{array}{cccccc}0.23& 0.214& 0.23& 0.214& 0.056& 0.056\end{array}\right]\&CenterDot;\left[\begin{array}{cccc}0.633& 0.367& 0.000& 0.000\\ 0.783& 0.217& 0.000& 0.000\\ 0.039& 0.691& 0.000& 0.000\\ 0.700& 0.300& 0.000& 0.000\\ 0.000& 0.000& 0.167& 0.833\\ 0.580& 0.420& 0.000& 0.000\end{array}\right]\\ =\left[\begin{array}{cccc}0.7325& 0.4396& 0.0094& 0.0466\end{array}\right]\end{array}$

评判集V为：

V={优先监控，较优先监控，一般监控，不需监控}={0.1，0.4，0.6，0.75}

则得到最终评判值C为

C=B·V^T

=[0.7325 0.4396 0.0094 0.0466]·[0.1040.60.75]^T

=0.2897

步骤7，根据评判结果，判定特征污染物的监控等级并进行监控。

将评判结果C与评判集V中的评判等级进行比较，评判值介于优先监控与较优先监控之间，因此评判上海某化工园区特征污染物丙烯腈的监控等级为优先监控。

Claims (4)

1.一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法，具体步骤是： 

步骤一、建立特征污染物基本信息及监控指标数据库， 

在计算机中输入：特征污染物的基本信息，包括化学性质基本信息、物理性质基本信息、社会属性基本信息；以及监控评判指标信息，包括蒸汽压、最大储存量、临界量、半致死浓度、易燃易爆性、受关注度和检出频次，并计算出最大储存量与临界量的比值； 

步骤二、确定化工园区特征污染物监控的评判因素集； 

根据预设条件，考虑环境暴露、物质的普遍性质、被关注度以及易燃易爆性建立化工园区特征污染物的评判因素集U={U₁，U₂，…，U_m}，U₁，U_m为评判因素，即为影响化工园区特征污染物监控评判的基本事件，U中因素为化工园区特征污染物监控的评判因素指标，通过评判因素对化工园区的特征污染物的监控进行评判； 

步骤三、建立化工园区特征污染物监控的评判集； 

基于监控方法趋于客观化的要求及多指标综合评判的评判标准，建立化工园区特征污染物监控的评判集，评判集为∨={V₁，V₂，…，V_n}，其中，V₁～V_n为评判等级； 

步骤四、建立从化工园区特征污染物评判因素集到评判集的模糊关系； 

建立化工园区特征污染物监控的评判因素U到评判集V的模糊关系矩阵，首先确定评判因素集U中每个的每个评判因素U_i(i=1，2，...,m)对评判等级V_j(j=1，2，...，n)的隶属度r_ij，每个评判因素U_i的评判集为r_ij=(r_i1，r_i2,....，r_im)，将所有评判因素的评判集构成一个m×n阶的评判矩阵R，即：

步骤五、建立化工园区特征污染物监控的评判因素的权重集； 

评判通过权重系数反映各评判因素间的内在关系，建立化工园区特征污染物监控的评判因素权重集A=(a₁，a₂,...，a_m)； 

步骤六，综合评判； 

确定了权重集A和评判矩阵R后，通过模糊变换得到监控评判矩阵B为： 

则得到最终评判值C为： 

C=B·V^T； 

步骤七，根据评判结果判定特征污染物的监控等级并进行监控； 

将评判结果C与评判集V中的评判等级进行比较，判定特征污染物的监控等级并进行监控。 

2.如权利要求1所述的一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法，其特征在于，所述评判因素集为： 

U={蒸汽压，最大存储量与临界量比值，半致死浓度，易燃易爆性，受关注度，检出频次}。 

3.如权利要求1所述的一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控 

方法，其特征在于，所述评判集为： 

∨={优先监控，较优先监控，一般监控，不需监控}，表示为{d₁，d₂，d₃，d₄}；其中，d₁，d₂，d₃，d₄均为实数，且0<d₁<d₂<d₃<d₄<1。 

4.如权利要求1所述的一种基于模糊综合评判的化工园区特征污染物监控方法，其特征在于，所述评判因素权重集为： 

评判因素U_i的相对重要度为I_c(i),i=1，2,...,m；则评判因素U_i的权数为 

得到化工园区特征污染物监控的评判因素权重集A=(a₁,a₂,...，a_m)；其中a₁～a_m为评判因素的权数，

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